根據(jù)產(chǎn)品、零件信息自動(dòng)生成加工工藝一直是CAPP(Computer Aided Process Planning)技術(shù)難以解決的問題。由于工藝設(shè)計(jì)工作不僅涉及到企業(yè)的生產(chǎn)類型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、制造設(shè)備、工藝裝備、生產(chǎn)技術(shù)水平等方面，而且在很大程度上依賴于工藝人員的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)，因此由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成零件加工工藝具有很大的難度。

隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)分工專業(yè)化，某些行業(yè)的產(chǎn)品系列化程度越來越高。例如，煙草機(jī)械等物流設(shè)備產(chǎn)品的特點(diǎn)是:多品種，小批量，系列化。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中大量采用通用件，只有少量零件需要根據(jù)客戶的不同需求進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。產(chǎn)品、零部件設(shè)計(jì)也采用了參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求在參數(shù)化設(shè)計(jì)工具軟件中輸人參數(shù)(可以明確表示一種產(chǎn)品的屬性，包括產(chǎn)品參數(shù)、部件參數(shù)、零件參數(shù)，如:皮帶寬度，機(jī)頭高度、傾斜角度，是否有彎段等)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)生成裝配總圖，并配置出整機(jī)的通用件、外購(gòu)件的配套明細(xì)。設(shè)計(jì)人員也可以在自動(dòng)生成后的配套明細(xì)添加專用件。產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成之后，工藝部門需要對(duì)每一個(gè)零件編制工藝。對(duì)于通用件的工藝規(guī)程編制，通常采用工藝借用方式。但是由于下料尺寸以及材料和制造資源的變化，工藝規(guī)程又有部分變動(dòng)。

本文主要針對(duì)煙草機(jī)械等物流設(shè)備產(chǎn)品的系列化和參數(shù)化特點(diǎn)，對(duì)參數(shù)化工藝設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行研究，以提高工藝設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度。

1 參數(shù)化工藝設(shè)計(jì)

任何零件，都是由一系列的應(yīng)用特征組合而成。在特定的生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)計(jì)條件下，只有其中某幾個(gè)特征能決定最終生成的零件工藝流程，這些特征可以是尺寸、公差，也可以是結(jié)構(gòu)說明和功能要求。這些特征可以抽象為一組零件參數(shù)的集合。

在產(chǎn)品系列化的條件下，影響同系列不同型號(hào)產(chǎn)品下的零件工藝的特征僅僅是零件的幾何形狀及其相關(guān)尺寸。即同系列產(chǎn)品零件工藝中的可變部分隨零件的幾何形狀不同而不同。在特定的條件和定義目標(biāo)下，將這些可變部分事先提取完成，用參數(shù)表達(dá)式代替。這種總結(jié)出來的帶參數(shù)表達(dá)式的工藝規(guī)程，被稱為模板工藝。

參數(shù)化工藝設(shè)計(jì)就是根據(jù)零件參數(shù)信息，通過查找相應(yīng)的模板工藝的參數(shù)，自動(dòng)決策生成工藝的一種技術(shù)。其中，參數(shù)化工藝規(guī)程的形成和零件參數(shù)的獲取是實(shí)現(xiàn)參數(shù)化工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。具體包括零件分類、零件族的工藝規(guī)程建立和模板工藝參數(shù)化。

派生式CAPP是將相似零件歸并成零件族，設(shè)計(jì)時(shí)檢索出相應(yīng)零件族的標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程，并根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)象的具體特征加以修訂;生成式CAPP是將人們?cè)O(shè)計(jì)工藝過程時(shí)的推理和決策方法轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以處理的決策邏輯、算法，在使用時(shí)由計(jì)算機(jī)程序根據(jù)內(nèi)部的決策邏輯和算法，自動(dòng)生成零件的工藝規(guī)程。參數(shù)化工藝設(shè)計(jì)采用參數(shù)化模型，通過調(diào)整參數(shù)來修改和控制圖形幾何形狀和工藝內(nèi)容，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)。這種方法中，以零件參數(shù)為依據(jù)，將工藝設(shè)計(jì)過程中一些成熟的、變化少的內(nèi)容用派生式原理設(shè)計(jì)，將經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)、變化大的內(nèi)容用生成式原理進(jìn)行決策，綜合了派生式和生成式兩種方法的優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)零件參數(shù)化工藝設(shè)計(jì)的原理，提出參數(shù)化工藝處理流程，如圖 1所示。

圖1 參數(shù)化工藝處理流程

模板工藝的建立，參數(shù)信息的描述和獲取，參數(shù)工藝的生成是CAPP系統(tǒng)參數(shù)化得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。

2 模板工藝的建立及其參數(shù)化

在定義工藝模板前，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，綜合分析系列產(chǎn)品加工工藝特點(diǎn)，給每種類型的通用件工藝進(jìn)行詳盡的結(jié)構(gòu)和工藝性分析，優(yōu)化工藝方案，將可變部分用參數(shù)表達(dá)式代替提取完成。顯然，是否將一個(gè)工藝特征提取為模板工藝參數(shù)表達(dá)式取決于定義者希望工藝模板的參數(shù)化程度。模板的參數(shù)化程度越高，它所能包含的零件工藝數(shù)目件工藝類別的增加，參數(shù)的提取必然有所變化，因而后續(xù)的工序流程定義和工序內(nèi)容定義都會(huì)相應(yīng)地變化。

在模板工藝中，通過參數(shù)表達(dá)式建立起模板工藝中工藝數(shù)據(jù)與零件參數(shù)之間的參數(shù)化關(guān)系。這種關(guān)系保證參數(shù)化驅(qū)動(dòng)生成系列產(chǎn)品的加工工藝規(guī)程。

建立了模板工藝，還需要建立工藝生成規(guī)則、完成參數(shù)化關(guān)系的實(shí)現(xiàn)、實(shí)現(xiàn)工序圖形的自動(dòng)選取以及根據(jù)參數(shù)驅(qū)動(dòng)生成工序圖等工作，才能實(shí)現(xiàn)參數(shù)化工藝設(shè)計(jì)。

根據(jù)以上方式，模板工藝的工序圖形及其工序的配置，均可由具體的系列的零件參數(shù)調(diào)整來修改和控制，這就實(shí)現(xiàn)了模板工藝的參數(shù)化。零件參數(shù)和模板工藝的處理如圖2。

 
圖2 零件參數(shù)和模板工藝流程

3 零件參數(shù)信息的表達(dá)和獲取

要實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，必須建立零件的參數(shù)化模型。零件的參數(shù)主要是其尺寸參數(shù)，即幾何參數(shù)，還有結(jié)構(gòu)說明參數(shù)，比如有無彎段。對(duì)于幾何參數(shù)而言，主要有兩個(gè)內(nèi)容:幾何關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系。幾何關(guān)系是指具有幾何意義的點(diǎn)、線、面，有確定的位置和大小;拓?fù)潢P(guān)系反映形體的特征和關(guān)系，如幾何元素之間的鄰接關(guān)系。在一般的工藝設(shè)計(jì)中既涉及到尺寸的改變;又涉及到結(jié)構(gòu)的改變。零件參數(shù)的形式要充分表達(dá)產(chǎn)品系列的特點(diǎn)，確保能夠根據(jù)參數(shù)來確定產(chǎn)品的幾何形狀和結(jié)構(gòu)關(guān)系。零件參數(shù)主要根據(jù)產(chǎn)品的系列從設(shè)計(jì)來總結(jié)和提取。在工藝部門編制工藝時(shí)從設(shè)計(jì)獲取零件的信息，通過參數(shù)庫(kù)來獲取相應(yīng)的零件參數(shù)信息。然后形成工藝的零件結(jié)構(gòu)樹，并且?guī)в袇?shù)信息。

4 參數(shù)化工藝設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

本文介紹了基于模板工藝的參數(shù)化工藝的設(shè)計(jì)方法，并運(yùn)用該方法在商品化的CAPP系統(tǒng)-CAPP Framework上實(shí)現(xiàn)了煙草機(jī)械產(chǎn)品的參數(shù)化CAPP系統(tǒng)。

在本系統(tǒng)中，建立模板工藝庫(kù)管理模塊，采用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ鶕?jù)參數(shù)表達(dá)式的不同形式建立<類>表示工藝分類;將參數(shù)作為類的屬性，將部分需要計(jì)算的參數(shù)以計(jì)算公式的形式表示。模板工藝的代號(hào)為零件代號(hào)，如果同一類型的通用件有多份模板工藝，即出現(xiàn)多匹配的工藝，可以通過關(guān)鍵標(biāo)識(shí)來區(qū)分，增加工藝生成的柔性。工藝人員可以在工藝設(shè)計(jì)過程中，隨時(shí)將總結(jié)的模板工藝規(guī)程經(jīng)過一定的編輯修改(輸人工藝規(guī)程屬性信息，總結(jié)參數(shù)表達(dá)式 ，配備圖形)直接放人模板工藝庫(kù)中，從而實(shí)現(xiàn)模板工藝的動(dòng)態(tài)擴(kuò)充。

由于每個(gè)通用件都有相應(yīng)的參數(shù)表，除了設(shè)計(jì)明細(xì)表具有的信息外，CAPP系統(tǒng)可以從設(shè)計(jì)BOM的數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取產(chǎn)品級(jí)或部件級(jí)的BOM信息，其中包含了物料號(hào)、參數(shù)信息(指從設(shè)計(jì)傳送過來的，編制工藝時(shí)用到的所有信息，可以明確表示一種模板工藝的屬性，包括產(chǎn)品參數(shù)、部件參數(shù)、零件參數(shù))。

將模板工藝中的工序圖建立成一個(gè)工序圖庫(kù)，并且建立起與模板工藝之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。工序圖中尺寸隨著工藝參數(shù)變動(dòng)，所以在工序圖中也要建立與參數(shù)對(duì)應(yīng)的參數(shù)化關(guān)系。

在模板工藝庫(kù)和零件參數(shù)庫(kù)、圖形庫(kù)都建立起來后，工藝員在處理通用件的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)過程中，選擇要處理的產(chǎn)品系列，利用模板工藝和零件參數(shù)生成當(dāng)前產(chǎn)品下的工藝規(guī)程。即根據(jù)零件的參數(shù)表達(dá)式去找相應(yīng)的模板工藝和工序圖形，關(guān)聯(lián)生成對(duì)應(yīng)的零件工藝。

模板工藝庫(kù)、圖形庫(kù)和參數(shù)庫(kù)組織如圖4。在關(guān)聯(lián)過程中可能遇到的以下三種情況:根據(jù)零件代號(hào)和參數(shù)關(guān)聯(lián)一份模板工藝;根據(jù)零件代號(hào)和參數(shù)找到多份模板工藝，需要根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)由工藝員交互式判斷并關(guān)聯(lián)具體一份模板工藝;根據(jù)零件代號(hào)和參數(shù)無法找到一份模板工藝，需要進(jìn)行工藝編制。關(guān)聯(lián)到模板工藝后，系統(tǒng)根據(jù)零件的參數(shù)驅(qū)動(dòng)去自動(dòng)更改工藝中的下料尺寸、工時(shí)定額，以及與參數(shù)有關(guān)的內(nèi)容，并且參數(shù)驅(qū)動(dòng)生成圖形。

5 結(jié)束語

基于模板工藝的參數(shù)化CAPP系統(tǒng)，是針對(duì)企業(yè)對(duì)CAPP系統(tǒng)智能化和實(shí)用化提出的更高要求而推出的。參數(shù)化工藝設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)方法相比，最大的特點(diǎn)是存儲(chǔ)了設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，能設(shè)計(jì)出一族而不是單一的產(chǎn)品模型，這使工程技術(shù)人員可以通過變動(dòng)某些約束參數(shù)而不必運(yùn)行工藝設(shè)計(jì)的全過程來更新設(shè)計(jì)，成為進(jìn)行初始設(shè)計(jì)、產(chǎn)品模型的編輯修改、多種方案的設(shè)計(jì)和比較的有效手段。

本文運(yùn)用基于模板工藝的參數(shù)化工藝設(shè)計(jì)方法在商品化CAPP系統(tǒng)CAPPFramework上實(shí)現(xiàn)了煙草機(jī)械產(chǎn)品的參數(shù)化CAPP系統(tǒng)。該系統(tǒng)在某煙草機(jī)械等物流設(shè)備制造企業(yè)的實(shí)踐證明，應(yīng)用參數(shù)化工藝設(shè)計(jì)在系列產(chǎn)品快速編制工藝，提高系統(tǒng)速度等方面全面提升了CAPP系統(tǒng)的智能性、同時(shí)也滿足了系統(tǒng)實(shí)用性的要求，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，其結(jié)果符合生產(chǎn)實(shí)際。