成组技术

CAPP课程论文

题 目：基于成组技术的派生式

CAPP系统方案设计

学 院： 机械工程学院

专 业： 机械设计制造及其自动化

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指导教师： ------

2010年12月

成组技术

基于成组技术的派生式CAPP系统方案设计 1概述

1.1 系统开发目标概述

信息集成是CIMS的基础与关键。做为连接设计与制造的纽带,计算机辅助工艺设计， 即CAPP技术,在其中更占有十分重要的地位。这是因为CAD的设计信息只有经过CAPP系统才能转化为CAM的制造信息；企业的MIS系统和PPS系统也必须依靠CAPP系统为其提供准确可靠的数据来源。CAPP对于保证产品质量、缩短生产周期、降低制造成本和提高经济效益都具有极为重要的作用。

CAPP 主要有三种方式: 检索式、派生式和创成式。派生式通过检索或修定典型件库零件所制定的标准工艺来确定自己所需要的工艺路线和工序。派生式CAPP 依赖于零件族的划分,它需要利用成组技术的概念和采用合适的分类编码系统。成组技术( GT ) 利用的是零件相似性。分类编码系统是根据零件的特征( 设计特征和制造特征) 对零件进行识别和分类的系统。由此可见, 开发派生式CAPP 系统的技术关键问题是采用合适的编码系统, 正确利用成组技术的概念和方法。本文在开发一个简单的CAPP系统的同时, 对工艺系统进行了比较详细的分析, 而且对成组技术的有关算法做了改进。

1.2 市场上已有CAPP产品分析

国外从60年代末开始研究CAPP技术。第一个CAPP系统是挪威于1969年发表的AUTOPROS系统。它是根据成组技术原理。利用零件的相似性去检索和修改标准工艺来制定相应的零件规程。美国的CAM-I公司于1976年推出的CAM-I Autoamted Process Planning系统具有里程碑意义,它属于派生式系统。70年代中期开始了创成式系统的研究与开发，很快被认为是理想的发展模式，但其技术至今仍不 完善，因此人们又提出了半创成式系统。进入80年代以来，随着人工智能与专家系统技术在CAPP领域中的应用，产生了所谓CAPP专家系统。

我国研究CAPP系统是始于70年代末，从1982年上海同济大学正式发表了我国第一个CAPP系统TOJICAP，至今已开发各类CAPP有近百种，几乎遍及所有行业的机械制造部门。

在CAPP二十多年的发展历史中，世界各国的学者都做了大量的研究，并取得了一定的成果，在这一领域发表的论文已有数百篇，但其中大多数是介绍某一特

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定的CAPP系统。在这些系统中大多数又属于派生式系统，只是最近几年半创成式和创成式系统才较多地开发出来。

1.3 结论

用GT开发CAPP系统，重要的是利用零件的相似性，利用分类编码把零件分类成组。对派生式CAPP系统而言就是要利用成组技术按零件组制定标准工艺规程。由于我田CAPP技术的一些关键问题如工艺决策逻辑的收集、整理和模型化。各种制造工程数据的收集、描述和统一数据库的建立以及系统集成化、标准化等工作尚未真正展开。因此当前开发的CAPP系统应综合各种模式的优点。采用多层次、多种决策方式并存的分布式结构，综台应用成组技术(GT)，专家系统技术等多种技术手段的综台式系统，这才能有效解决多品种生产企业的问题。

2 系统功能需求分析

2.1 系统体系结构概述

系统采用模块化设计, 其总体结构框图如图2-1 所示。系统的工作流程如图2-2所示。输入零件的信息，判断是否为典型零件，是典型零件则直接由检索式CAPP系统检索出工艺文件。否则，继续对它判断是否能匹配已有检索库工艺文件中的任一零件族，若能则送入派生式CAPP系统，并进行工艺派生。否则把它作为特殊零件处理。由用户根据零件知识库中的信息输入知识，补充输入零件的详细信息，再转入创成式CAPP系统进行工艺创成。为了能更好的适应工厂的实际生产情况。允许人机交互，对输出的工艺文件进行修改编辑。否则对经过实践检验的工艺文件典型化并保存工艺文件至典型工艺库，以备后用。系统中的零件知识库和工艺知识库及典型工艺库由知识维护模块统一进行维护。通过多次反复使用，系统中零件的典型工艺越来越多，系统逐步得到完善。

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图2-1总体结构框图

图2-2 系统流程图

2.2 系统功能分析

2.2.1 系统管理模块

该模块提供用户登录安全检查, 确保了系统的用户安全性。系统管理员可以注册/注销用户。可以对不同的用户或角色授予系统访问的不同权限, 如检索、增、删和改等。而普通用户可以修改密码、对用户实现在线切换。

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2.2.2 控制模块

用户通过此模块调用各子模块的功能, 是系统各模块的纽带, 从总体上负责系统各功能模块之间的相互协调和调用。

2.2.3 工艺过程设计模块

本模块在工艺编制时, 由零件编码检索零件的标准工艺规程数据库, 进行加工工艺流程的决策、生成工艺过程卡。通过选优处理调出最佳工艺进行编辑修改并选择机床设备和刀具、夹具、量具等工艺装备。

2.2.4 工艺管理模块

本模块主要包括基础数据管理模块和工艺规程管理模块两部分: a. 基础数据管理模块: 对基础数据进行维护, 包括创建、增加、删除及修改等; b. 工艺规程管理模块: 对工艺规程库里的工艺文件进行查询、编辑等。

2.2.5 零件信息输入模块

本系统采用基于成组技术(GT)的零件分类编码法输入零件总体信息。在CAPP 系统中, 零件的信息包括两方面的内容: 零件的几何信息和工艺信息。零件的几何信息及零件的图形信息, 包括零件的几何形状、尺寸等;工艺信息则包括零件各表面的精度、粗糙度、热处理要求、材料和毛坯类型等各种信息。对回转体零件信息的描述方法, 较常用的是GT代码描述法和对零件待加工表面进行详细描述的特征表面描述法, 本系统采用GT代码描述法中的JLBM- 1系统编码原理。

2.2.6 工艺输出模块

完成零件工艺文件的输出, 打印等工作, 并提供页面预览功能。

2.2.7 帮助功能

主要向用户提供操作过程中所需的信息。

2.3 数据库设计

CAPP 系统中利用和生成的工程数据不仅数量大, 而且内容广泛。既有工装、材料、工艺图表、线图等类型的大量静态数据, 也有设计过程中生成的动态数据, 所以建立功能完善的数据库是保证系统生成可靠工艺规程的重要方面。本系统数据库主要有工艺文件数据库、工艺资源数据库和工艺文件管理数据库等组成:工艺文件数据库: 存储基于GT 技术, 按照复合零件设计编制的标准工艺规程, 供进行新零件工艺编制时检索调用, 工艺查询时浏览。工艺资源数据库: 存储工艺

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设计时用的工艺参数如设备、工装、材料等基础数据。工艺文件管理数据库: 对工艺文件进行管理, 设计中可修改、存储, 供工艺文件输出时调用。 3 系统开发及运行环境

3.1 系统开发工具

XML 是一种简单的可扩展标记语言，可进行不同数据格式之间的互操作。XML 的专长是描述数据，它以文本数据为基础，有非常灵活的格式，可以实现表示与数据的分离 。XML 的自描述性使得 XML本身非常适用于异构应用间的数据交换，而且这种交换不以预先规定的数据结构定义为前提，因此具备很强的开放性和广阔的应用前景。

XML 使用文档来表现实体，而文档中的元素代表实体的实例。利用 XML 技术，可以设计一套描述工艺卡片表格的通用 XML 词汇表，在此基础上，用户可以基于这套词汇表和 DTD 灵活构建所需表格。构建好的表格 (XML 文档) 经过表格生成引擎的解析处理之后，展现在客户端浏览器上。采用 XML 对类型繁多的 CAPP 工艺卡片进行数据描述，可以建立各工艺卡片之间的对应关系，易于 实现与 CAD/ CAM/ PDM 等应用系统的数据交换和共享，使 CAPP 系统具有较强的兼容性和可扩展性

3.2 系统开发的平台

利用 SQL Server 2000 提供的组件“在 IIS 中配置 SQL XML 支持”，可定义并注册新的虚拟目录，从而实现 SQL Server 数据库的检索，检索结果以XML行集的形式返回。SQL Server 2000 还引入了其它对 XML 的支持：

(1) 支持 XML - Data 架构并能在这些架构上指定 Xpath 查询；

(2) 能够检索并写入 XML 数据，能使用 SELECT语句和 FOR XML 子句检索 XML 数据，也能使用OpenXML 行集提供程序写入 XML 数据；

(3) 增强了Microsoft SQL Server 2000 OLE DB提供程序（SQLOLEDB)，使得可以将XML文档设置为命令文本并以流的形式返回结果集。

综合以上优势，系统选用SQL Server 2000数据库。

XML 信息是复杂的结构化数据。XML 信息和数据库之间需要实现直接的映射关系，主要方式是从XML的DTD／Schema来设计数据库的结构。Schema支持多种数据类型，包括布尔型、数字、日期时间等，而且还支持由这些简单类型生成的复

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杂类型。用户可以直接描述数据类型，而不需要通过字符串来化成需要的类型。此外Schema支持对数据的限制，使得基于XML的应用具备结构完整性。因此选用Schema来设计数据库的结构。XML文档中最常见的元素、子元素和属性可以对数据库进行双向的映射。

3.3 后台数据库及介绍

CAPP工艺卡片类型繁多，如何将工艺卡片的数据保存到工艺设计数据库中是一个难题。一种原始的方法就是在数据库中为每张工艺卡片建立一张表。这 种方法易于实现，缺点是将加大数据库中表的数量。一种可行的方法是将工艺卡片中的不同区域抽象出来存储。由于每张工艺卡片均可以看成是方框型单元格 的集合，按照区域分治的原则对其进行抽象，可以将一张卡片划分成5个区域：表头区、表中区、版本区、编校区和附件区。

这样只需在数据库中建立 5张对应的表，就可以将全部的工艺卡片中的数据保存到工艺设计数据库中。

工艺设计完成之后，必须保存工艺设计结果。XML数据库的存储有 2 种方式：一种称为“Native－XML数据库”形式，即以XML原始的格式存储到数据库中；另一种称为“XML－Enabled 数据库”，其内部不是以XML格式存储的，它包括 XML 文档与它的源数据结构的交换。对比2种方式，前者存储实现简单，但是数据量大，因而增加了检索的难度；后者则减少了数据库的容量，而且方便检索，但是增加了存储过程的难度。

针对2种不同存储方式的优缺点，系统采用一种综合了两者优点的数据库的方式进行存储。这种方式类似“Native－XML数据库”，大部分信息是以XML 原始格式存储的，将一些重要的关键信息抽取出来，以字段的形式存储。表中区数据量庞大，而且包括多行数据记录，因此直接以 XML 的格式存储到数据库中；版本区、编校区和表头区的数据以字段的形式直接存储到数据库中；附件区中包含图片信息，因而以OLE对象的形式存储到数据库中。利用这种存储方式，不仅减少了存储实现的难度，而且减轻了数据库的负担，提高了检索的效率。

图3所示为数据库中存储工艺卡片5个区域的表的关系图。CardHead存储卡片表头区的数据，CardBody、CardAppdix、CardEdition和CardRevision 分别存储表中区、附件区、版本区和编校区的数据。在打开一张保存过的工艺卡片时，系

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统首先读取卡片的CardHead信息，并根据CardHead中的编号值找到其余 4 张表的信息，从而将整张工艺卡片的信息读取出来。

图3 工艺设计数据库中各表之间的关系图

工艺卡片中的关键信息往往是汇总时检索数据源的主要条件，因此要求在设计数据库中的表时应使具有相同意义的名称在数据库表中的字段名相同，以建立

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工艺卡片之间的对应关系, 保证汇总及检索的准确性以及与其它 CIMS 系统的集成。

CAPP系统中利用XML技术进行客户端与服务器端的信息交互，提高了系统的交互效率。将工艺卡片的数据分成5个部分存储，大大减轻了数据库的负担。在SQL Server 2000系统中引入对XML的支持，实现XML和关系数据库之间正确的映射，有助于数据转换的完整、准确和可靠，可以方便、快捷地对数据库中的数据进行检索，为CAPP系统中的信息集成提供了保障。

参考文献

1.张振明、许建新等．现代CAPP技术与应用．陕西：西北工业大学出版社2003年第1版.

2.许香穗、蔡建国.成组技术.北京：机械工业出版社1986年第2版.

3.张明芝．基于数据库技术的CAPP系统研究：石油化工高等学校学报，2005年3月第18卷第1期.

4.潘培道.基于成组技术的轴类零件CAPP系统的研究：安庆师范学院学报(自然科学版)2005年5月第11卷第2期.

5.董加强、陈貂蝉等.基于XML的CAPP数据库：矿山机械2006年第4期第34卷第4期.

6.祝勇仁、陈江.应用成组技术(GT)开发CAPP系统：机械2002年第29卷增刊.