樂 毅，周瑩皓，蘇建波，肖 蘋

（北京衛(wèi)星制造廠，北京 100086）

整體壁板是大型航天器結(jié)構(gòu)中的一類典型產(chǎn)品。經(jīng)過摸索和大量實(shí)踐，總結(jié)出一套成熟的整體壁板制造方案，通過平板下高速數(shù)銑+滾彎成型的方式解決了壁板的高效制造問題。據(jù)估算，一塊整體壁板數(shù)控程序準(zhǔn)備時(shí)間需要3～4天，而目前一塊整體壁板在機(jī)床上的加工時(shí)間約為2天。數(shù)控程序的準(zhǔn)備時(shí)間已明顯多于加工時(shí)間，因此有必要提高數(shù)控程序的編制效率。

航天器整體壁板是一類由大量網(wǎng)格筋構(gòu)成的平板類結(jié)構(gòu)，與航空器上的腹板結(jié)構(gòu)類似，在網(wǎng)格上還存在各類異形的法蘭接口。這就導(dǎo)致每一塊壁板模型都不同，加工程序并不通用，而壁板數(shù)控機(jī)加方案卻是統(tǒng)一的，如果能夠讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別這些網(wǎng)格和法蘭，并按照已知的規(guī)則生成數(shù)控程序，則能提高編程效率。

1 特征技術(shù)在數(shù)控加工中的應(yīng)用

特征技術(shù)作為一種數(shù)字化制造手段，在信息集成方面發(fā)揮重要作用，在傳統(tǒng)研究與商業(yè)軟件應(yīng)用中，特征技術(shù)正逐步應(yīng)用于CAD/CAM領(lǐng)域。特征編程方法與傳統(tǒng)編程方法的區(qū)別如圖1所示。在傳統(tǒng)編程方法中當(dāng)工藝過程規(guī)劃（加工的設(shè)備、工序、工步、刀具等）完成后，逐個(gè)創(chuàng)建加工操作，逐個(gè)選擇加工特征，通過嘗試設(shè)置不同的切削和非切削參數(shù)生成數(shù)控加工軌跡，直至滿意為止。創(chuàng)建全部編程操作后，再后處理為機(jī)床代碼，編制NC卡片。

特征編程方法則是將工作提前，即將設(shè)計(jì)好的工藝過程規(guī)劃翻譯為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別、并支持其在遇到類似情景時(shí)進(jìn)行自主決策的指令，放入工藝決策庫。然后由計(jì)算完成零件上加工特征識(shí)別、加工操作創(chuàng)建、生成機(jī)床代碼和NC卡片。

特征編程方法用計(jì)算機(jī)代替了原先需要由人來完成的已經(jīng)成熟的方法、操作等重復(fù)性勞動(dòng)，同時(shí)計(jì)算機(jī)速度更快，因此能夠提高編程效率。西門子PLM公司從NX6.0版本開始推出了MKE（Machining Knowledge Editor），即加工知識(shí)編輯器，可以動(dòng)態(tài)編輯、創(chuàng)建加工知識(shí)。MKE 作為加工工藝知識(shí)源的創(chuàng)建和編輯工具，在基于特征的數(shù)控編程中起到知識(shí)編輯以及集成的作用。此外，CATIA、Hyper Mill、Edge CAM等眾多CAM軟件也逐漸提供能夠具有一定加工特征識(shí)別功能，并允許用戶定制加工模板。

2012 年，南京航空航天大學(xué)與成飛共同申報(bào)04重大專項(xiàng)“飛機(jī)結(jié)構(gòu)件制造特征技術(shù)”，其中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)即為解決飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的快速數(shù)控程序生成，并以飛機(jī)腹板作為一個(gè)典型結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行加工特征識(shí)別，工藝過程推理和程序自動(dòng)生成的各方面研究，是目前特征技術(shù)在工程化應(yīng)用中的一個(gè)典型代表[1]。

云南省應(yīng)用沼肥種植茶葉的可行性分析………………… 雷雅婷，胡 涵，王翠仙，尹 芳，王昌梅，趙興玲，吳 凱，張無敵（125）

大數(shù)據(jù)背景下，企業(yè)要想最大限度地確保信息數(shù)據(jù)的安全，就必須要全面加強(qiáng)對(duì)信息的安全管理力度。具體來說，應(yīng)重點(diǎn)做好以下幾個(gè)方面的工作：首先，企業(yè)應(yīng)采取有效預(yù)防措施，避免受到自然災(zāi)害的影響，避免將計(jì)算機(jī)放置在一些易受雷擊的位置；其次，企業(yè)應(yīng)不斷加強(qiáng)對(duì)信息管理工作人員的監(jiān)督，避免出現(xiàn)泄露企業(yè)機(jī)密的現(xiàn)象；再次，企業(yè)應(yīng)在計(jì)算機(jī)當(dāng)中安裝防火墻以及相應(yīng)的殺毒軟件，避免遭受到黑客以及病毒的入侵；最后，企業(yè)應(yīng)做好對(duì)重要數(shù)據(jù)信息的備份工作，避免影響到企業(yè)的利益。

因此，除了前沿的學(xué)術(shù)研究外，工程上特征技術(shù)的應(yīng)用還都僅集中在一個(gè)小范圍內(nèi)，即只能解決某些類型零件的數(shù)控編程，而且受限于使用的平臺(tái)、開發(fā)工具等，完全讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行而不需要人干預(yù)也是難以實(shí)現(xiàn)的。但是，一旦這些類型零件的批量很大，特征編程就能起到很大作用。

圖1 傳統(tǒng)編程方法與特征編程方法比較Fig.1 Comparisons between traditional NC programming and feature-based NC programming

2 加工特征定義、識(shí)別與推理

2.1 加工特征定義與識(shí)別

特征識(shí)別涉及范圍非常廣泛，僅是加工特征，國內(nèi)外就有大量的定義、分類和識(shí)別方法。如X.Yan和K.Yamazaki將銑特征定義為孔、槽、開口槽、面和凸臺(tái)。Nandakumar Sridharan則從切削模式進(jìn)行定義，分為切穿、切周圈和切上方。Kriangkrai等人則按照加工使用機(jī)床的軸數(shù)來定義特征，如兩軸、三軸、四軸和五軸加工特征。一個(gè)加工特征應(yīng)包含以下兩個(gè)方面要素：

（1）特征類型：識(shí)別的加工特征屬性，例如孔、型腔、槽、斜筋等；

在OA學(xué)術(shù)資源的發(fā)現(xiàn)獲取上，從OA學(xué)術(shù)資源的權(quán)威性、發(fā)展性、系統(tǒng)性出發(fā)，各館根據(jù)院校學(xué)科特點(diǎn)與科研需求，預(yù)先制定采集計(jì)劃（包括采集資源的語種、類型、學(xué)科等），借鑒地方高校較為成熟的OA學(xué)術(shù)資源獲取技術(shù)，不斷探索創(chuàng)新獲取方法、手段和工具，如利用資源發(fā)現(xiàn)工具（如Google Scholar、Yahoo CCSearch等）、隱性信息查找工具（如INfomine、InvisibleWeb、DirectWeb等）和各高校、科研機(jī)構(gòu)建設(shè)的OA學(xué)術(shù)資源導(dǎo)航系統(tǒng)等，全方位發(fā)現(xiàn)、采集各類型OA學(xué)術(shù)資源，全面提升資源發(fā)現(xiàn)的針對(duì)性、準(zhǔn)確性與效益性[5]。

（2）特征參數(shù)：加工特征參數(shù)和標(biāo)注值，例如孔的參數(shù)值包括孔的直徑、深度等，標(biāo)注值則包括形位尺寸公差和工藝人員賦予的特殊屬性。

S.Joshi[2]等人提出以面邊圖為基礎(chǔ)，以模型上的面節(jié)點(diǎn)或邊節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)特征，搜索其周圈的相鄰特征，構(gòu)造出面邊圖，提出了圖匹配的特征識(shí)別方法。Vandenbrande[3]等人認(rèn)為零件在建模時(shí)由于體積增減留下了邊界信息，提出了痕跡識(shí)別方法。陶品[4]等總結(jié)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法在加工特征識(shí)別中的應(yīng)用。后來又出現(xiàn)體積分解方法，即將需要從原始毛坯中移除的材料體積分解為一系列小的去除單元。加工特征識(shí)別分以下3個(gè)層次：

（3）加工特征：由上一層次組合的特征經(jīng)過再次識(shí)別獲得具有加工屬性的特征，如圖2（c）中的型腔。

·輸出特征：執(zhí)行該規(guī)則后生成的特征類型；

（1）幾何特征識(shí)別：模型幾何，例如圖2（a）單個(gè)的點(diǎn)、線、面等；

圖2 加工特征識(shí)別3個(gè)層次Fig.2 Three levels of machining feature recognition

模型上的幾何特征從點(diǎn)、線、面開始，而加工特征是幾何特征的組合體，并通過識(shí)別得到了新的加工特征參數(shù)，由于形狀多樣性，組合到何程度能夠形成一個(gè)完整的加工特征；以及如何能保證模型上所有特征都被識(shí)別出，是目前加工特征識(shí)別的難點(diǎn)所在。

3.3 餐飲服務(wù)。通過即時(shí)制作加工、商業(yè)銷售和服務(wù)性勞動(dòng)等，向消費(fèi)者提供食品和消費(fèi)場所及設(shè)施的服務(wù)活動(dòng)。

上述列舉的識(shí)別算法都存在一定限制，因此目前還難以對(duì)任意加工特征進(jìn)行識(shí)別。因此若想使用特征識(shí)別的方法進(jìn)行加工，還僅能針對(duì)某一類模型的特點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)的算法設(shè)計(jì)。

2.2 特征推理過程分析

加工特征被識(shí)別后，存在以下一對(duì)多和多對(duì)一的情況：

（1）一對(duì)多：需要若干個(gè)工步（編程操作）完成，例如：型腔需要清底面、清側(cè)壁和清角3個(gè)編程操作；

（2）多對(duì)一：需要與別的相似（不僅是同類型）特征一同被加工，例如：深度、圓角和底角半徑相同的型腔特征按照一定的排列規(guī)則進(jìn)行加工。

對(duì)于上述兩種情況，有以下2個(gè)解決方案：

總-分結(jié)構(gòu)式，以某一特征參數(shù)作為判斷條件，對(duì)參數(shù)值相同的特征（不一定是同類特征），共生成一個(gè)加工操作，解決“多對(duì)一”，然后再以其他的特征參數(shù)為判斷條件，用相同的方式，生成全部操作，解決“一對(duì)多”。總-分結(jié)構(gòu)式模擬了數(shù)控編程人員的思考方法，即通過對(duì)模型加工方案進(jìn)行全面規(guī)劃后，根據(jù)程序列表編制程序。工藝人員思考過程中，需要從零件的形狀、尺寸等方面綜合考慮。例如把相同深度但種類不同的型腔歸集到一起進(jìn)行清底面加工，而清根時(shí)又要根據(jù)不同底角和圓角大小分開編程。這個(gè)過程與操作者的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系密切，難形成一個(gè)嚴(yán)密的推理流程，容易漏編程序；

首先，要測定水泥凝結(jié)需要的時(shí)間，應(yīng)對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)稠度的用水量進(jìn)行檢測。而該檢測需要利用試驗(yàn)對(duì)不同含水量的水泥凈漿的穿透性進(jìn)行測定，再確定標(biāo)準(zhǔn)稠度水泥凈漿的含水量。實(shí)驗(yàn)人員可以按照一定的比例添加水，將水泥凈漿用攪拌機(jī)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，得到?biāo)準(zhǔn)稠度的凈漿，將其裝入模中，進(jìn)行刮平處理，處理后得到的樣品放入養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作，將水泥加水的時(shí)間作為凝結(jié)的起始時(shí)間，再每30min對(duì)樣品進(jìn)行一次測試，并使用維卡儀進(jìn)行測定。當(dāng)其達(dá)到終凝狀態(tài)時(shí)，查看時(shí)間，得到其凝結(jié)時(shí)間。

分-總結(jié)構(gòu)式，以特征類型進(jìn)行一次判斷，推理獲得加工操作，解決“一對(duì)多”。然后再以不同類型中相同的特征參數(shù)進(jìn)行二次判斷，通過拆分、組合、排列等方式生成刀軌，再解決“多對(duì)一”。它首先把推理過程集中到單個(gè)特征上，僅生成這個(gè)特征的加工軌跡。只要推理過程能覆蓋該特征從毛坯到模型狀態(tài)，就能認(rèn)定過程完整。然后再依據(jù)設(shè)定的條件，將這些軌跡歸集到一起。這個(gè)過程無法一次生成直接用于加工的程序，該方法需要兩步才能生成最終程序。

綜上所述，使用方案二容易形成一個(gè)完整的推理過程，因此本文采取方案二的方式實(shí)現(xiàn)推理。單特征和多特征推理兩個(gè)算法分別實(shí)現(xiàn)分和總兩個(gè)過程。

然而從目前的研究水平來看，特征編程僅能針對(duì)成熟的工藝方案，并且將方案翻譯為計(jì)算機(jī)指令是個(gè)很復(fù)雜的過程，它不但需要方案本身有非常嚴(yán)密的邏輯性，還要能夠被正確、完整的識(shí)別并執(zhí)行。

3 基于特征的數(shù)控加工推理算法

3.1 單特征數(shù)控加工推理算法

多特征推理則是由決策庫讀入特征及其參數(shù)，按不同的特征類型依照某一個(gè)或者幾個(gè)特征參數(shù)值進(jìn)行分類、排序，最后將其合并為一條程序，算法的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

每一條加工規(guī)則由如下要素組成：

·輸入特征：執(zhí)行該規(guī)則前的特征類型；

（2）幾何特征組合：若干個(gè)模型幾何通過計(jì)算組合，如圖2（b）中的環(huán)；

·優(yōu)先級(jí)：當(dāng)輸出特征一致時(shí)，先選用優(yōu)先級(jí)高的規(guī)則；

(4)冀東和太行山區(qū)礦山開采經(jīng)濟(jì)效益明顯。2017河北省持證礦山企業(yè)利潤總額排序依次是冀東34.96億元、太行山區(qū)27.60億元、冀北4.89億元、冀西北0.99億元、冀中平原0.84億元，分別占全省礦山企業(yè)實(shí)現(xiàn)利潤總額的50.45%、39.84%、7.06%、1.43%、1.21%。數(shù)據(jù)顯示，冀東實(shí)現(xiàn)利潤占河北省礦山企業(yè)利潤總額的半數(shù)以上，人均利潤總額6.07萬元；太行山區(qū)實(shí)現(xiàn)利潤近全省礦山企業(yè)利潤總額的1/3，人均利潤總額3.53萬元(圖3)，說明冀東與太行山區(qū)礦山開采經(jīng)濟(jì)效益明顯。

·判斷條件：執(zhí)行該規(guī)則前，判斷特征參數(shù)或用戶定義參數(shù)是否滿足；

對(duì)于自然河道，特別是分汊型河道，在河道內(nèi)高于洪水位以上的區(qū)域，在不影響河道行洪、工程安全、堤防管理和防汛搶險(xiǎn)的情況下，可以種樹。如長江下游河道江心洲上地勢較高的區(qū)域。

·加工資源庫：該規(guī)則適用的機(jī)床、刀具、被加工材料；

阿東說：“我不想讀了。其實(shí)讀和不讀，找起工作來，都是一樣的。這年頭，文憑也不講了，光講有沒有硬關(guān)系。我只擔(dān)心阿里怎么辦?！?/p>

通過量測測區(qū)內(nèi)明顯地物點(diǎn)，采用“外業(yè)檢查”方法獲取DOM平面精度，然后對(duì)比正射影像與房屋屋檐對(duì)應(yīng)的地物點(diǎn)坐標(biāo)，DOM影像分辨率為0.15 m，DOM平面精度控制在一個(gè)像素內(nèi)。

·操作資源庫：執(zhí)行該規(guī)則生成的編程參數(shù)；

單特征數(shù)控加工推理算法如圖3所示。單特征推理過程與加工過程恰好相反，是一個(gè)從建模特征向毛坯的推理過程。對(duì)輸入特征類型相同的規(guī)則，通過設(shè)定優(yōu)先級(jí)、輸出特征類型，解決特征多道工步執(zhí)行（一對(duì)多）的問題，例如一個(gè)型腔需要清底面、清側(cè)壁和清根3個(gè)工步，這3個(gè)工步對(duì)應(yīng)規(guī)則的輸出特征都是型腔，這時(shí)可以通過給這3條規(guī)則設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)、輸入特征和執(zhí)行條件來實(shí)現(xiàn)。

通過對(duì)選礦廠大數(shù)據(jù)的分析和挖掘，傳統(tǒng)的管理和運(yùn)營模式會(huì)被數(shù)據(jù)時(shí)代的精細(xì)化管理所改變，有效提高企業(yè)對(duì)市場的反應(yīng)能力并降低企業(yè)的管理成本。大數(shù)據(jù)技術(shù)將給企業(yè)帶來革命性的影響，顛覆傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)思路[3]。

圖3 單特征數(shù)控加工推理算法流程圖Fig.3 Single feature CNC machining reason algorithm

3.2 多特征數(shù)控加工推理算法

針對(duì)每一個(gè)特征類型，將數(shù)據(jù)庫加工操作執(zhí)行的判斷條件與該特征的屬性值進(jìn)行匹配，從而創(chuàng)建一個(gè)以該特征作為加工幾何體的編程操作，并將設(shè)計(jì)好的編程參數(shù)賦值到這個(gè)操作生成加工軌跡。

圖4 多特征數(shù)控加工推理算法Fig.4 Multi-features CNC machining reason algorithm

4 系統(tǒng)架構(gòu)與應(yīng)用

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)在Siemens NX上進(jìn)行開發(fā)，總體架構(gòu)如圖5所示。讀入三維模型后，對(duì)模型進(jìn)行特征識(shí)別，使用單特征推理生成每一個(gè)特征相關(guān)的加工操作，按照多特征推理規(guī)則，生成操作集并生成刀軌跡，編程人員檢查刀軌后，使用操作映射功能可實(shí)現(xiàn)軌跡的調(diào)整，最后批量生成數(shù)控程序，形成NC工藝過程卡片上傳Teamcenter。

防治措施：在播種之前可以選用玉米生物型種衣劑進(jìn)行拌種?；蛘呖梢赃x用2.5%咯菌腈懸浮種衣劑按照1∶500的比例進(jìn)行配比，拌種10千克?？梢杂行ьA(yù)防基腐病的發(fā)生。并且應(yīng)該在播種期，采用46.1%氫氧化銅水分散粒劑按照1∶1500的比例進(jìn)行調(diào)和，或者可以選用12.5%氯溴異氰尿酸水溶性粉劑按照1∶1000的比例進(jìn)行配比，進(jìn)行對(duì)植株的莖部的噴淋，起到有效的預(yù)防作用。

4.2 整體壁板機(jī)加特征的識(shí)別

圖5 系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.5 Overall system architecture

在重構(gòu)的工藝模型上完成加工特征的識(shí)別，包含對(duì)特征的識(shí)別和特征參數(shù)的識(shí)別，識(shí)別獲得的信息參數(shù)作為數(shù)控程序自動(dòng)生成的依據(jù)。如圖6所示。

圖6 加工特征和特征參數(shù)識(shí)別Fig.6 Machining features and parameters recognition

4.3 數(shù)控加工過程推理

首先，使用單特征數(shù)控加工推理算法對(duì)單個(gè)識(shí)別特征進(jìn)行推理，每一個(gè)特征都生成了相應(yīng)的加工操作。再根據(jù)特征參數(shù)，使用多特征數(shù)控加工推理算法對(duì)生成的加工操作進(jìn)行分類、排序和組合。生成最終加工操作。如圖7左上方為壁板單個(gè)網(wǎng)格清面程序。執(zhí)行多特征推理算法后，按照從中心向四周加工且最短路徑的規(guī)則對(duì)生成的刀軌進(jìn)行了排序。如圖7右下方所示，通過自動(dòng)完成壁板型腔清底面程序從內(nèi)向外“回”字型排序，降低因壁板加工過程變形導(dǎo)致底面壁厚不一致的風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 加工操作的參數(shù)映射

圖7 執(zhí)行推理算法后生成刀軌Fig.7 Tool path generation after reason algorithm processing

盡管特征加工的目的是實(shí)現(xiàn)程序的標(biāo)準(zhǔn)化，但由于部分零件特征特殊性使得工藝人員需要單獨(dú)編制，因此系統(tǒng)還開發(fā)另外兩項(xiàng)功能：難識(shí)別特征的輔助編程，和操作參數(shù)修改映射。前者允許對(duì)工藝人員手工創(chuàng)建和修改的程序操作保存成一條規(guī)則放入加工知識(shí)庫中，下次遇到類似情況時(shí)，可直接調(diào)用這條規(guī)則生成新的操作，后者則允許對(duì)生成的同類型加工操作中的某一項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行集中修改，例如一次性修改所有操作中的余量、布局和進(jìn)退刀方式等。

4.5 數(shù)控工藝文件自動(dòng)生成

（1）數(shù)控程序的批量化后置處理。

系統(tǒng)中提供批量創(chuàng)建后處理程序功能，選擇需后處理的加工程序進(jìn)行后處理，批量輸出后處理NC代碼，并能夠自動(dòng)對(duì)NC代碼文件進(jìn)行編輯操作，實(shí)現(xiàn)合并和截取程序頭尾等工作。

被成詩入畫也好，被寫進(jìn)故事也罷，對(duì)于情感豐富的我們來說，雪早已不再是一種簡單的自然現(xiàn)象，而成為氣氛的烘托者、情感的寄托處。我們無從想象，那些才華橫溢的先人踏雪而行時(shí)有著怎樣的心情。我們只愿相信，當(dāng)雪一片一片飄落，他們也曾傻傻地伸出手，囁（niè）嚅（rú）著“哦，好美……”如今天的我們一樣。他們也曾感受過歡欣與雀躍、懷想與惆悵，還曾留下亙（gèn）古不變的愛與眷戀，穿越千年，進(jìn)入我們的眼睛和內(nèi)心。

（2）基于Teamceter平臺(tái)的NC工藝過程卡片的自動(dòng)創(chuàng)建。

數(shù)控程序編制完成后，需獲取數(shù)控程序相關(guān)參數(shù)，用于生成數(shù)控程序卡片；系統(tǒng)提供的數(shù)控程序卡片生成功能，能夠?qū)Τ绦蜍囬g文檔中的參數(shù)進(jìn)行解析提取，生成XML文件，上傳到Teamcenter 8。

系統(tǒng)自動(dòng)將XML文檔中的程序名、工序名、刀具名及刀具補(bǔ)償狀態(tài)和程序備注等信息寫入數(shù)控程序卡片中，如圖8所示。

圖8 車間文檔Fig.8 Workshop documents

5 結(jié)束語

特征識(shí)別及以特征識(shí)別為基礎(chǔ)的數(shù)字化制造集成技術(shù)是一個(gè)很有前景的發(fā)展方向。以特征為基礎(chǔ)開展的基于特征的數(shù)控編程可以看作是特征識(shí)別的一個(gè)方面應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上的工藝過程優(yōu)化、檢測軌跡規(guī)劃和在線檢測、程序的快速移植、工時(shí)預(yù)測等等為特征識(shí)別技術(shù)提供了廣闊的應(yīng)用前景。

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