0 引言

　　由于計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計(computer aided process planning，CAPP)問題的復(fù)雜性和特殊性，CAPP系統(tǒng)仍然面臨著諸多問題。其中，工藝決策是CAPP系統(tǒng)進(jìn)行工藝設(shè)計的關(guān)鍵，工藝決策方法選擇是制約CAPP系統(tǒng)實用化、通用化、智能化的核心問題。派生式CAPP系統(tǒng)的基本思想是利用零件的相似性來檢索現(xiàn)有的工藝規(guī)程進(jìn)行工藝設(shè)計。零件按照幾何形狀、工藝要求等特征的相似性歸類成族，建立標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)范，當(dāng)需要對1個新零件進(jìn)行工藝設(shè)計時，首先檢索標(biāo)準(zhǔn)零件庫中的相似零件，然后根據(jù)相似性原理，實現(xiàn)工藝規(guī)劃的相似性檢索和決策。

　　1 相似性比較方法

　　1.1相似性比較方法的分類

　　零件相似性比較方法可分為3種類型：成組技術(shù)、特征技術(shù)、幾何和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)技術(shù)。基于特征技術(shù)的能較好地支持模型的可制造性分析和相似工藝規(guī)劃。

　　特征是具有一定集合形狀、工程意義和加工要求的1組信息的集合，是構(gòu)造零件幾何形狀和零件信息模型的基本信息單元，信息單元通過多種關(guān)系相互聯(lián)系為1個整體。特征信息是可以用于零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計、裝配和性能分析。零件孔類加工一般包含沿中心線分布的若干特征，這些特征可以細(xì)分為基本特征和輔助特征，基本特征是指用于構(gòu)造零件總體集合結(jié)構(gòu)形狀的特征，如內(nèi)螺紋、直徑大小、粗糙度等，附著在基本特征上的特征稱為輔助特征，如倒角等。

　　1.2零件特征信息的描述和分類

　　對零件特征信息進(jìn)行描述與分類的目的在于對零件信息進(jìn)行抽象化和形式化，便于靈活有效地組織和處理零件的相關(guān)信息。根據(jù)孔類加工的特點，可以將零件的主要特征信息分為3大類：總體特征、形狀特征、精度特征，以此來進(jìn)行特征模型的建立。

　　該模型的結(jié)構(gòu)類似于樹形結(jié)構(gòu)，如圖l所示。其中，零件的總體特征包含了管理信息(零件號、零件名、產(chǎn)品編號、更改信息等)、零件屬性(零件類型、材料等)、技術(shù)要求(熱處理信息等)。形狀特征是零件特征中最重要的模型，它包含的信息最多，是零件信息模型的骨架。除幾何信息外，還包括尺寸約束及精度信息，形狀特征的關(guān)聯(lián)采用形狀特征樹的結(jié)構(gòu)來描述。形狀特征分為基本特征和輔助特征，根據(jù)每1個特征的特點對特征進(jìn)行分類，建立特征的抽象類和子類，子類繼承抽象類的所有屬性，形成1個完整的樹狀特征關(guān)系圖，為特征的相似性計算提供了最主要的依據(jù)。精度特征的表達(dá)是以形狀特征和幾何要素為載體，它也是影響零件加工的主要方面。管理特征、材料特征和技術(shù)特征是描述零件總體信息的，將它們歸并為總體信息。通過以上的零件信息的層次結(jié)構(gòu)，可構(gòu)造基于零件類和特征類的零件信息模型。

　　圖l 零件特征信息模型

　　2 零件特征相似性匹配

　　在對零件進(jìn)行分類后，根據(jù)零件信息中的分類，將待加工零件的各個特征賦予不同的屬性，然后從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫中找出與代加工零件最相似的模型與之進(jìn)行特征上的匹配，并計算該零件特征與模型之間的相似度，也就是零件屬性的相似度的計算，通過具體參數(shù)化屬性的計算與整理，得到兩個零件的相似程度，該相似程度的值應(yīng)該在[0，1]之間。

　　圖2表示的是相似零件檢索的流程圖。為了對數(shù)據(jù)庫中相似模型進(jìn)行檢索，首先必須確定零件的類型，并檢索該數(shù)據(jù)庫中是否有相似的模型存在，如果存在該模型，則進(jìn)行下一步的零件特征的匹配，如果不存在，則返回上一級菜單。類型匹配后，繼續(xù)下一步特征屬性的匹配檢索，并計算其相似度，得到所需的加工工步或工序。

　　圖2 零件相似度篩選流程圖

　　3 加工零件的相似性計算

　　3.1相似程度值λ

　　相似是指事物之間在某些方面的相似程度。衡量相似的1個重要指標(biāo)就是相似程度值，在計算1個零件與另外1個零件的相似程度的時候，不僅需要考慮到2個零件在形狀特征方面的相似，還包括了2者之間在工藝特征以及所達(dá)到的功能特征上的相似。首先，零件的類型和基本形狀相同時2零件相似的首要條件，其次，需要考慮2者的比如毛坯類型、熱處理加工方式，還有主要特征與輔要特征中的精度等級、表面粗糙度、形位公差和位置度公差的特征屬性，這些都會影響到相似程度。在確定相似度的時候，都需要考慮到以上的因素影響。在實際應(yīng)用中，若λ=l，則表示新零件與當(dāng)前模型完全匹配;若0.9≤λ<1，則表示基本匹配;若0.7≤λ<0.9，則表示比較匹配;若λ<0.7，則表示新零件與已有零件不匹配。

　　3.2權(quán)重系數(shù)值K

　　由于加工零件信息特征包含了總體特征、形狀特征、精度特征3大方面，而這3個方面對于整個相似程度值的計算過程中所起影響的比重不同，所以我們在這里引入了權(quán)重系數(shù)的概念。在數(shù)學(xué)上，為了顯示若干量數(shù)在總量中所具有的重要程度，分別給予不同的比例系數(shù)，這就是加權(quán)。權(quán)重系數(shù)是表示某l指標(biāo)項在指標(biāo)項系統(tǒng)中的重要程度。在這里，我們將3個特征屬性的權(quán)重系數(shù)分別定義為 。在實際加工操作過程中，總體特征主要包含了3個方面：材料類型、熱處理、毛坯類型。一般的材料類型匹配率、熱處理匹配率、毛坯類型匹配率、形狀特征匹配率、精度特征匹配率對于相似度計算中的權(quán)重系數(shù)分別為0.1，0.2，0.1，0.4，0.2，它們的和為l。

　　3.3零件相似性度量

　　3.3.1 零件總體特征的度量

　　在零件總體特征中，功能要求、材料特性、總體尺寸等信息組成了總體特征屬性元。即使是形狀結(jié)構(gòu)，功能完全相同的零件，只要材料不同，或者是熱處理工藝不同，它們的加工工藝也會產(chǎn)生很大的差別。有些材料的切削性能上比較接近，有些則相差甚遠(yuǎn)。、、

　　3.3.2零件形狀特征和精度特征的度量

　　零件形狀特征和精度特征的匹配率的度量與總體特征匹配率

　　4 相似性實例分析和計算

　　采用上述理論，以某孔的加工為例，對其相似度λ進(jìn)行了計算。其中待加工的零件及數(shù)據(jù)庫中的模型分別如圖3，圖4所示。

　　圖3 數(shù)據(jù)庫中模型

　　圖4 新加工零件

　　圖4是數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)加載的模型，該模型的材料為45鋼，無表面熱處理，圖3為新零件，材料同樣為45鋼，無表面熱處理。由以上計算公式可得：=1;=l;=l;=(1×2)/(1+2)=0.67;=(1×2)/(1+1)=l。根據(jù)零件相似度值A(chǔ)的計算公式

　　可得A=0.1×1+0.2×l+0.1×1+0.4×0.67+O.2×l=0.868

　　因此，新零件和現(xiàn)有模型的相似度為0.868，2模型屬于比較匹配。

　　根據(jù)以上結(jié)論，該孔類的加工工藝可以參考現(xiàn)有模型，以其加工工藝為主干，進(jìn)行加工。

　　5 結(jié)語

　　文章通過對孔類加工零件基于特征的相似度介紹和計算，為派生式CAPP系統(tǒng)的工藝規(guī)劃選擇與生成提供了參考，為以后其他類似回轉(zhuǎn)軸，箱體等復(fù)雜零件的加工工藝選擇做出了前期準(zhǔn)備。提供了1種檢索相似零件的工藝決策，提高了工藝設(shè)計的質(zhì)量和解決了工藝設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)化問題，滿足了派生式CAPP的要求，具有可行性和使用性。