孫勝利，郝　博，梁振剛，劉　明

(1.沈陽(yáng)理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110159；2.遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東118009)

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炮尾的智能式工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)方法研究

孫勝利1，郝博2，梁振剛1，劉明1

(1.沈陽(yáng)理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110159；2.遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東118009)

摘要：以三維CAD軟件和智能式工藝設(shè)計(jì)為平臺(tái)，提出一種炮尾的智能式工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)方法.通過(guò)智能式工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，首先利用在三維CAPP系統(tǒng)中二次開(kāi)發(fā)的專(zhuān)家系統(tǒng)工具ESDK，將領(lǐng)域內(nèi)專(zhuān)家的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)封裝于專(zhuān)家系統(tǒng)中，通過(guò)推理實(shí)現(xiàn)工藝路線(xiàn)的智能式設(shè)計(jì)；其次基于三維CAD-CAPP平臺(tái)進(jìn)行工藝方案設(shè)計(jì)，將工藝設(shè)計(jì)結(jié)果保存到工藝信息庫(kù)，并以工藝文件的形式進(jìn)行輸出；最終完成炮尾的智能式工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì).

關(guān)鍵詞：炮尾；CAPP；專(zhuān)家系統(tǒng)；智能工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)

隨著信息化數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，以CAPP為平臺(tái)的工藝設(shè)計(jì)技術(shù)得到了普及和大力發(fā)展.工藝作為設(shè)計(jì)與制造的中間環(huán)節(jié)，在整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中起著舉足輕重的作用.20 世紀(jì) 70 年代中后期，美國(guó)學(xué)者首次提出了智能式 CAPP系統(tǒng).該系統(tǒng)的主要思想是根據(jù)輸入的零件信息，通過(guò)一定的邏輯推理、公式和算法自動(dòng)生成零件的工藝規(guī)程.然而，制造過(guò)程的離散性、產(chǎn)品的復(fù)雜性和多樣性、制造環(huán)境的差異性等因素，導(dǎo)致其工藝設(shè)計(jì)過(guò)程非常復(fù)雜.國(guó)內(nèi)的張金遠(yuǎn)[1]提出了一種基于成組技術(shù)和零件特征的智能型CAPP系統(tǒng)，對(duì)零件的創(chuàng)成給出了OPTZI編碼和特征組合相結(jié)合的零件信息輸入方法.

傳統(tǒng)的CAPP系統(tǒng)基于二維CAD系統(tǒng),在生成工序卡片方面,雖然具有提取工序圖的功能，但當(dāng)CAD模型更改時(shí),難以自動(dòng)更新工序圖形. 而利用三維CAD-CAPP集成系統(tǒng)和智能式工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)則不僅可以擺脫以上不足，而且減少了人的參與度，簡(jiǎn)化工藝設(shè)計(jì)過(guò)程，從而提高了工藝設(shè)計(jì)效率.

炮尾作為復(fù)雜武器系統(tǒng)火炮的一個(gè)重要組成部分[2]，主要用于安裝炮閂，發(fā)射時(shí)與炮閂一起閉鎖炮膛并連接身管和反后坐裝置.鑒于炮尾的幾何形狀較復(fù)雜[3]，本文對(duì)一些細(xì)微特征如凸臺(tái)、小孔、倒角等進(jìn)行了隱藏和抑制.

在CAPP二次開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，提取基于三維零件模型的專(zhuān)家系統(tǒng)工藝信息，通過(guò)知識(shí)推理得出最優(yōu)的工藝路線(xiàn)，可完成炮尾智能式工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì).

基于三維CAD-CAPP[4]集成系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)方案、工藝規(guī)劃技術(shù)，通過(guò)對(duì)CATIA和Office二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)工藝卡片中工序簡(jiǎn)圖和工藝要求的可視化瀏覽與修改，可完成智能式工藝路線(xiàn)的文件輸出.炮尾的智能式工藝路線(xiàn)總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示.

圖1　總體設(shè)計(jì)方案

1炮尾智能式工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)

炮尾按其結(jié)構(gòu)分為楔式和螺式炮尾.

本文以一種立楔式炮尾為研究對(duì)象驗(yàn)證整個(gè)技術(shù)方案的可行性.智能式工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)VBScript對(duì)CAPP進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)完成工藝路線(xiàn)的智能式設(shè)計(jì).首先創(chuàng)建腳本引擎對(duì)象(VBScript腳本引擎)，并設(shè)置必要的參數(shù)，然后裝入腳本文件，再啟動(dòng)引擎，使引擎進(jìn)入連接狀態(tài)(即運(yùn)行腳本狀態(tài))，通過(guò)點(diǎn)擊在工藝編輯菜單中生成的加載項(xiàng)即Menu_ESDK來(lái)完成啟動(dòng)操作.在引擎連接狀態(tài)，當(dāng)激發(fā)特定的事件時(shí)，腳本文件中相應(yīng)的事件控制函數(shù)會(huì)被執(zhí)行.腳本文件包含實(shí)現(xiàn)用戶(hù)指定功能的程序代碼.系統(tǒng)采用的Sub過(guò)程包含一組在Sub和End Sub 語(yǔ)句之間的VBScript語(yǔ)句.通過(guò)COM接口可建立應(yīng)用程序和腳本引擎之間的關(guān)系.其結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2　二次開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)

智能式工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)采用專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具ESDK[5].基于目標(biāo)分析及推理機(jī)制的知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)是專(zhuān)家系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和驅(qū)動(dòng)力.加工工藝知識(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)著大量的標(biāo)準(zhǔn)加工方法和規(guī)范，以及制造工藝領(lǐng)域?qū)＜邑S富的經(jīng)驗(yàn)知識(shí).知識(shí)庫(kù)結(jié)構(gòu)如圖3所示.

圖3　知識(shí)庫(kù)結(jié)構(gòu)

從知識(shí)庫(kù)中選擇可匹配的規(guī)則，最終可完成對(duì)炮尾工藝路線(xiàn)的智能式生成.首先，建立框架，框架主要包括零件名稱(chēng)、毛坯信息、零件主要設(shè)計(jì)參數(shù)、零件結(jié)構(gòu)特征、加工方法推理、炮尾的表面加工和輸出結(jié)果；其次，表達(dá)方法，主要是用來(lái)控制推理過(guò)程的；最后，建立規(guī)則，指選擇一種標(biāo)準(zhǔn)[6].

對(duì)XTCAPP二次開(kāi)發(fā)，使其在工藝文件編輯模塊中打開(kāi)專(zhuān)家系統(tǒng)工具ESDK.圖4為炮尾智能式專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)界面.點(diǎn)擊加載工程，輸入毛坯的基本信息(包括毛坯形狀、毛坯材料)，零件的基本信息(包括零件基本尺寸、結(jié)構(gòu)特征等)，零件的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇的加工方法等，然后選擇編譯與推理，得出工藝路線(xiàn)，并以Word形式輸出結(jié)果.

2炮尾工藝設(shè)計(jì)方案

2.1炮尾工藝路線(xiàn)規(guī)劃

基于炮尾模型的工藝規(guī)劃技術(shù)通過(guò)規(guī)劃工藝路線(xiàn)、產(chǎn)品工藝子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可輸出工藝文件.工藝路線(xiàn)規(guī)劃以三維工藝設(shè)計(jì)BOM展開(kāi)，包括工藝路線(xiàn)定制、工藝路線(xiàn)編輯、工藝路線(xiàn)管理、制造BOM等.

2.1.1工藝路線(xiàn)定制

它主要是對(duì)工藝路線(xiàn)進(jìn)行定制和維護(hù)，包括建立模版，管理子單元，屬性集定制.編輯工藝路線(xiàn)模板，序號(hào)由系統(tǒng)自動(dòng)生成，分類(lèi)號(hào)為模板分類(lèi)的序號(hào)，對(duì)話(huà)框右部分從“子單元”到“刪除”按鈕都是用來(lái)修改模板組成的.組成單元內(nèi)容為子單元或模板，直接從子單元或模板列表里選擇.組成單元順序可以自由調(diào)換、刪除.

圖4　智能式專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)界面

工藝路線(xiàn)子單元管理，用來(lái)快速創(chuàng)建工藝路線(xiàn)的子單元.子單元管理功能可以在任意節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn).

通過(guò)上述工藝路線(xiàn)的設(shè)置和查詢(xún)，就可以完成工藝路線(xiàn)的定制.

2.1.2工藝路線(xiàn)編輯與管理

三維CAPP系統(tǒng)提供了多工藝路線(xiàn)和子工藝路線(xiàn)編輯，能夠調(diào)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、參數(shù)表、編碼等模塊.

初始界面會(huì)顯示當(dāng)前選中零部件下的所有路線(xiàn)，支持多路線(xiàn)，支持子路線(xiàn)，而且會(huì)根據(jù)BOM樹(shù)上當(dāng)前選中零部件的變化而更新.子路線(xiàn)包括單純的子路線(xiàn)、子單元與子路線(xiàn)結(jié)合兩種方式.選擇炮尾工藝路線(xiàn)，點(diǎn)擊編輯頁(yè)面“擴(kuò)展”按鈕，彈出子單元屬性集編輯器，對(duì)子單元的工藝進(jìn)行各種設(shè)置和編輯.

進(jìn)入圖5所示的工藝路線(xiàn)編輯界面，在“新建-子單元結(jié)構(gòu)樹(shù)”中選擇所需的工藝，或者通過(guò)已建立的工藝路線(xiàn)模板(典型工藝路線(xiàn))，在其基礎(chǔ)上修改，生成產(chǎn)品的工藝路線(xiàn).對(duì)于相似零部件工藝路線(xiàn)，可通過(guò)典型工藝路線(xiàn)快速建立，避免了重復(fù)性勞動(dòng)，提高了效率.

2.2產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)子系統(tǒng)

目前企業(yè)所用的基于二維圖工序模型的CAPP系統(tǒng)，其中的二維圖可以瀏覽，但卻不能編輯.因此，需要對(duì)CAPP系統(tǒng)中工藝文件編輯模塊進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)(圖6)，采用三維產(chǎn)品模型雙向驅(qū)動(dòng)模式，在CAPP系統(tǒng)中打開(kāi)三維CAD平臺(tái)查看三維模型的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的編輯和修改，進(jìn)而完成對(duì)CAPP系統(tǒng)中工序模型的修改.

通過(guò)對(duì)CATIA、Office軟件二次開(kāi)發(fā)，利用OLE(Object Linking and Embedding)技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)在三維工藝卡片中直接對(duì)工序簡(jiǎn)圖、工藝要求的瀏覽和修改.OLE自動(dòng)化的工作方式是：通訊被動(dòng)方(CATIA、Office)應(yīng)用程序向通訊主動(dòng)方(CAPP)提供一個(gè)可供調(diào)用的OLE自動(dòng)化對(duì)象類(lèi)型，OLE客戶(hù)機(jī)即CAPP通過(guò)引用這些對(duì)象實(shí)現(xiàn)對(duì)OLE服務(wù)器即CATIA、Office的調(diào)用，然后通過(guò)設(shè)置對(duì)象的屬性和使用對(duì)象的方法操縱OLE服務(wù)器應(yīng)用程序，完成兩者之間的通訊.

在產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)子系統(tǒng)中，工序簡(jiǎn)圖、工藝要求和源文件互不影響，達(dá)到“所改即所得”的效果.OLE應(yīng)用于CAPP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了工藝設(shè)計(jì)中工序圖與工序內(nèi)容的相輔相成，解決了CAPP系統(tǒng)中“圖”與“文”相統(tǒng)一的問(wèn)題[7].對(duì)工藝文件的修改，需要對(duì)用戶(hù)授權(quán)才可.用戶(hù)是指系統(tǒng)的使用者，類(lèi)似于操作系統(tǒng)的用戶(hù)概念.

圖5　工藝路線(xiàn)編輯與管理

圖6　三維工藝設(shè)計(jì)子系統(tǒng)

2.3炮尾工藝文件輸出

企業(yè)使用的工藝文件(如機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片、機(jī)械加工工序卡片、鍛造工藝卡片等)應(yīng)轉(zhuǎn)換成CAPP系統(tǒng)能夠識(shí)別的文件模板.經(jīng)過(guò)定制的工藝文件模板，可以在編輯模塊中直接調(diào)用、編輯，并生成相應(yīng)的工藝文件.

通過(guò)定制工藝文件，既滿(mǎn)足了不同行業(yè)、企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)需要；又使工藝人員能夠在熟悉的文件格式上完成工藝文件編制任務(wù).

定制工藝文件模板之前，首先要?jiǎng)澐挚ㄆ臉?biāo)題區(qū)和明細(xì)區(qū).標(biāo)題區(qū)是指需輸入某些特定屬性信息的表頭填寫(xiě)框；明細(xì)區(qū)是指某一類(lèi)數(shù)據(jù)信息按一定順序或者屬性，匯總在一起形成的一種列表關(guān)系.用戶(hù)可根據(jù)工藝文件的需要自行定義各區(qū)域?yàn)楹畏N類(lèi)型.

三維CAD-CAPP系統(tǒng)提供了強(qiáng)大易用的工藝文件編輯及工藝卡片生成功能[8]，可以完成新建/打開(kāi)工藝卡片、插入特殊符號(hào)以及調(diào)用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)等各項(xiàng)工作，最終完成三維產(chǎn)品的編輯.將生成的工藝卡片集中成冊(cè)，進(jìn)行排序、設(shè)置統(tǒng)一的編碼、優(yōu)化排版、集中輸出，并打印.

3結(jié)束語(yǔ)

與傳統(tǒng)方法相比,本文提出的工藝信息處理方法實(shí)現(xiàn)了三維CAD與CAPP有效信息集成,當(dāng)零件模型改動(dòng)時(shí),通過(guò)人工簡(jiǎn)單輔助操作，相關(guān)工藝信息隨之更新,保證了數(shù)據(jù)的一致性;同時(shí),所有零件工藝信息直接保存在 Oracle 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中,而不需開(kāi)辟另外的存儲(chǔ)文件,保證了數(shù)據(jù)的完整性.另外,零件信息描述簡(jiǎn)明、完整,用戶(hù)操作方便；通過(guò)對(duì)CAPP二次開(kāi)發(fā)，利用專(zhuān)家系統(tǒng)工具完成炮尾的智能式工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)；基于三維CAD-CAPP通過(guò)對(duì)工藝文件定制與編輯，輸出工藝文件，為以后車(chē)間組織生產(chǎn)管理和指導(dǎo)生產(chǎn)提供依據(jù).

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收稿日期：2015-12-23

基金項(xiàng)目：遼寧省教育廳科學(xué)技術(shù)研究資助項(xiàng)目(L2014076)

作者簡(jiǎn)介：孫勝利(1989-)，男，山東菏澤人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)閿?shù)字化網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)與制造.

文章編號(hào)：1006-3269(2016)02-0011-05

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.3969/j.issn.1006-3269.2016.02.003

Study on Design Method of the Intelligent Process Route of the Cannon Tail

SUN Sheng-li1,HAO Bo2,LIANG Zhen-Gang1, LIU Ming1

(1.School of Mechanical Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159,China;2.Liaoning Mechatronics College, Dandong 118009,China)

Abstract：At present, most methods of information processing in CAPP system are developed by the two dimensional CAD platform. The process chart and CAD are non relational, which can not be realized by using these methods to realize the sharing and organic integration of CAPP and CAD system information. In this paper, a kind of intelligent process route design method based on 3D CAD software and intelligent process design is presented. Through the intelligent process route design system, the expert system tool ESDK which is used in the two development of the CAPP system is encapsulated in the expert system. The intelligent design of the process route is realized by the inference engine. Secondly, based on the 3D CAD-CAPP platform, the process design is saved to process information database and export by the way of technological document and finally finishes the intelligent process route of the canon tail.

Key words:cannon tail; CAPP; expert system; intelligent process route design