结构化工艺设计中特征分组技术的应用及管理

2022-11-24李睿哲姚岳刘香福

中国科技纵横 2022年18期

关键词：工步变型结构化

李睿哲姚岳刘香福

（中车长春轨道客车股份有限公司，吉林长春 130062）

0.引言

在工艺技术水平不断提高的背景之下，促进了工艺设计的创新发展，不断地完善的工艺设计制造结构体系。通过特征分组技术的运用，能够采用全新的方式，在现有的工艺规程的基础之上，通过对于工艺模板的变型打造全新的工艺路线，实现制造目标的优化创新。

1.研究背景

现阶段，三维模型的计算机辅助设计和制造技术呈现迅猛的发展势头，但是针对计算机辅助工艺规划方面所进行的实例开发依然以二维图纸设计为主。通过工艺卡的制式没有相关的应对三维模型的方法，因此，从产品到工艺设计以及整个加工的流程，需要多次反复地进行产品信息输出的二维和三维的转化。这不仅会严重影响效率，同时还会增加信息传递的出错率，难以符合当前三维产品设计制造所提出的需要。随着三维工艺设计的不断优化，也要促进计算机辅助设计、制造和工艺规划三者之间的有效融合具有重要的意义，属于产品朝数字化制造方向发展的一个必然的途径。对于工艺规程定制而言，其中的一项重要的内容就是规范化的工艺路线的输出。对于结构化工艺路线而言，具有显著的特点，不仅能够明确清晰地进行信息的表达，同时还便于传递和存储。另外，结构化工艺路线节点较为理想，能够作为数据集组织的依附点，所以通过对于原始模板之下的结构化工艺路线转型技术的研究具有重要的意义。

现阶段所应用的结构化工艺定制手段主要是在工艺模板转型基础上实现的，依靠数字化结构转型的方法，并配合加工链工艺模板的修改。对于前者来说，随着制造对象具有越来越高的系统化以及参数化的设计水平，依靠数字化转型手段促进了制造工艺的行程。但是针对一些零件具有较为复杂的结构，因此就很难通过参数化的工艺模型生成和变型。而后者则是利用加工链的变型，通过排序的方式，并未借助原有的工艺路线结构。而且所应用的算法也不具有较快的运算速度。因此，对于以上的两种方法都存在着一定的缺陷。所以在此基础之上就进行了加工特征分组方式的提出，针对结构化工艺设计的模板进行变型，并通过对于当前工艺规程的有效运用，按照差异性的制造信息实现全新的工艺路线的生成。

2.结构化工艺设计的研究意义

当前，随着数字化制造的发展，因此传统的CAPP已经难以符合当前的制造需要，所以就进行了全新的工艺数据管理模式的探索，也就是结构化的工艺管理模式。在此基础之上进行工艺数据管理系统的开发，从而实现产品设计、工艺和制造的数据交互，这样也能够有助于进一步解决当前的工艺数据管理问题。在结构化工艺数据管理中，就是针对工艺数据实现对象化和模型化的处理。在工艺数据中，涉及多种数据信息，如资料、物料、工装设备等。通过对于工艺数据模型关系的构建能够促进工业数据之间关联的实现，从而对其进行有效的管理，避免出现工艺数据的冗余问题，确保工艺数据的一致性和有效性。通过结构化的工艺数据管理模式能够实现数据的复杂性管理，促进工艺制造领域业务的不断延伸和拓展。对工艺的复杂性提供了更加有力的支持，同时还能够大大地降低数据冗余问题的出现。通过数据管理软件的运用能够实现对于工艺信息的有效管理，依靠二次开发解决当前工艺数据信息管理中存在的问题，有助于资源的整合和成本的节约，大大降低劳动力的损耗[1]。

3.结构化工艺变型设计

在进行结构化工艺变型设计的过程中包含多个步骤和环节，分别为制造特征分组、特征信息建立、典型件制造特征、创建加工模板、比较加工特征和复制加工规程内容的有效性。

3.1 结构化工艺设计的特点

（1）难度性。对于结构化工艺而言，有着较大的工作量，而且有着较高的难度系数。这主要是由于在结构化的工艺设计的过程中，对于准确度提出了较高的要求，不能够出现失误问题。另外，结构化工艺设计也要进行大量的人力、物力、时间的消耗，并不是单纯地进行普通装置的布设，同时还涉及很多项目内容。要结合具体的质量要求，按照相关的规定进行制作。但是，受到设计人员和资金等方面的限制，大大地提高制作的难度系数，增加了潜在事故的发生概率，同时还包含很多的安全因素。所以结构化的工艺设计就要加强事前准备，进行人员、资金等方面的预先安排，并对于设计工程中存在的安全风险问题，也要做到提前的预测和判断。

（2）独特性。对于结构化的工艺设计而言，通常情况下，会涉及很多新型技术的开发。因此结构化工艺设计在流程上有着显著的独特性。大多数的结构化工艺设计没有完整的基础资料，主要就是按照具体的科研单位进行相关资料的制订，同时也要结合专业资料做好基础资料的编制。因此，如果不利用结构化工业设计的方法进行相关的检验，那么也会使得数据不具有独特性。除了这些偶然因素以外，从装置上来看，具体的工艺和流程也有着显著的独特性。

3.2 加工特征分组和特征属性

在结构化工艺设计中，一个基础的内容就是对于加工信息的合理表述。所涉及的零件加工信息具有诸多特点，不仅内容比较复杂，而且面临着较大的体量，同时也具有比较高的知识离散度。如果在制造信息的表达时，采用单一的方法，那么也难以完整、清晰地进行制造信息的展现。所以为了有效解决这一问题，就可以通过可视化信息输出的分组手段进一步结合特征属性定义手段。

在加工特征中，涉及对于机械加工的表面和具体的要求信息，加工特征分组就是在加工特征的基础上，以此作为单元实现对于零件加工信息组织的表达。通过PMI标识技术进行分组的方法，从而实现对于加工特征的拾取。PMI能够关联待加工面，从而进行加工特征信息的表达。因此就将PMI作为组员，进行加工特征组的建立，让其变为待加工零件中一个具体的子节点，从而构建加工特征层次结构体系。对于加工特征的信息可视化表达，在最大程度上将加工信息展现出来。在PMI的标注内容中包括加工要求、设计尺寸以及特征注释[2]。

要想促进加工特征和工步之间的有效关联，并且通过系统识别加工特征，就要通过特征编码技术的应用。在编码规则中包含所有的类型和加工特征，同时还要对于编码的完整性和简洁性做到重要的保证，确保不会出现歧义。在规则码中涉及到3部分内容，分别为方位码零件类型码以及几何信息码。首先对于方位码，进行特征方位的描述，对于回转和非回转类的工件分别采用四方位以及七方位法。零件类型码分别由典型件类型和具体种类两位数组成，而几何信息码就是对制造特征的几何信息进行精细化的记录和描述。通过编码进行加工对象类型的表示，之后有两位顺序码进行加工特征的表示。

3.3 数字化加工特征结构信息传递

对于信息的传递交互具有两种类型，第一种是对于零件所具有的基本物理信息进行描述，而第二种是针对零件的结构和附属的特征属性。第一种能够依靠系统的信息交流功能实现信息的传递。而第二种主要依靠中间格式文件，实现传递的目标。面对大量的制造数据，在交换和储存的过程中，可以将其转换为标记语言的格式。这样也能够让传输数据，具有更高的精准性和有效性，对于异构系统的信息传递，具有较高的适用性。在进行结构化特征信息模型的创建阶段，首先要在具体的特征分组界面之中，通过PMI与加工特征关联的方式做好加工特征的分组，并进一步定义特征属性。其次通过导航窗格能够对于标注结构做到直观地显示。最后进行标注内容和信息的转译，让其成为XML文件，在CAPP系统之中进行加工特征结构的传递[3]。

3.4 工艺路线变型

（1）创建工艺路线模板。要想让所创建的模板，具有较高的适用性，能够实现通用的特点，就要通过对于成组工艺设计原理的有效运用。对于典型件的工艺规程样板，要在最大程度上涵盖该种类型工件的加工特征，在典型工件的基础之上进行工艺样板的构建。并且对于每一个样板都要依靠加工特征编码添加的方法实现单道工步和典型件加工特征之间的关联的构建。

（2）搜索工艺路线模板。在这一环节的工作中，主要应用两种方式，第一种是按照具体的型号进行接近典型件的搜索，并且得到相关联的模板。第二种方式是按照不同的加工零件的类型进行典型件所在集合的搜索。然后再按照零件的所属部套号实现对于典型件的筛选，从而构成具体的集合，得到典型工艺路线模板集合。最后按照工件的制造特征进行待选路线在集合中的搜索。假设对于工件制造特征而言，其中包含的制造特征数量为a，而能够通过工艺规程模板制造的特征数量为b，b≤a。那么在制造特征中存在b个特征，能够实现工步在工艺路线模板中的对应的寻找，并得到定义匹配指标。对于集合中的待选工艺路线也要根据不同的匹配值，按照从高到低的顺序进行排列，并且在集合中进行最高的选择，以此作为工艺路线模板[4]。

（3）工艺路线变型规则。对于工艺路线而言，重要的影响因素就是加工特征、精度等级以及表面质量要求。加工特征对象的决定性因素就是加工特征，同时也是在进行工艺路线的决策中一个需要首先考虑的条件。而工艺路线程度取决于加工精度等级和表面质量要求，对于工艺路线而言，涉及两部分内容，分别为工艺属性信息和路线结构，分别具有相对应的变型规则。

首先，对于工艺路线结构变型规则而言，通过工艺路线模板能够对于典型件的加工工艺规程，实现进一步体现。在这其中涉及零件的加工特征，为了确保加工特征能够在满足精度要求的基础上，还能够实现较高的经济效益，在具体设计的过程中，对于很多同类型的零件都不需要满足以上的加工要求。只要针对模板中符合条件的工步进行复制操作。在特征结构中，针对特征节点能够根据特征码，在工艺模板中，进行关联工步的搜索。如果没有搜索结果，就要进行交互式添加，并且针对所搜索的工步进行加工等级表面粗糙度的比较，确保其能够符合相应的条件。要对于之前的工艺方法做到进一步的延用，不用再复制后续的工步。其次，对于工艺节点属性修订规则来说，在一般情况下，在现实设计的过程中，可能会存在这样的情况，具有诸多相同的加工特征，但是却有差异性的尺寸。在这种情况之下，对于特征的工序工步以及节点描述信息都会产生相应的变化。工艺结构的节点描述信息包含两部分内容，分别为制造达标和文字描述信息。文字描述信息属于常量属性，在进行工艺变型的过程中，能够通过手动的方式进行信息的修改。而制造达标信息就是在制造特征节点的基础上进行最终特征信息的获取。所以要针对特征相应的最后一个工步的关联信息，做到进一步确定。在加工特征节点属性中进行信息的提取，并且在详细的工艺设计的过程中，进一步确定中间的工步、工序以及工艺节点的加工信息[5]。

4.结构化工艺设计实例

在二次开发的基础上，进行加工特征信息的输出，然后再利用中间文件进一步提取信息，最后通过JAVA实现功能内嵌式的二次开发。这样就能够在产品生命周期管理软件上，进行结构化工艺设计系统的集成。在进行典型件工艺路线模板搜索的基础上，将模板中的工步以及工序内容进一步关联待加工的特征节点，并且在模板对应的工序和工步之上，进行特征节点的特征编码的挂接。这样就能够对之后的工艺路线变型打下良好的基础。对于这一过程的实现，主要就是依靠模板选择界面，之后要在特征关联结果的基础上进行变型规则信息的比对，并且在工艺变型界面中根据具体的工艺变型规则进行工艺节点的自动复制。要想确保工艺的合理性，也可以通过手动的方式进行工艺节点的交互添加，从而得到较为全面的工艺路线的变型效果。