1、计算机辅助工艺设计1工艺数据库与知识库工艺数据库与知识库 计算机辅助工艺设计21.数据库基础知识数据库基础知识1)1)数据：是一种物理符号序列，用来记录事数据：是一种物理符号序列，用来记录事物的情况物的情况。数据用类型和值来表示。不同的数据类型记录的事物性质数据用类型和值来表示。不同的数据类型记录的事物性质不一样。不一样。2)数据处理：是对数据进行收集、整理、存数据处理：是对数据进行收集、整理、存储、检索、统计、维护和传输等一系列活储、检索、统计、维护和传输等一系列活动的总称。动的总称。数据处理目的是为了从大量的、繁杂的、不易理解的数据数据处理目的是为了从大量的、繁杂的、不易理解的数据中抽取、
2、获得对某些方面有价值、有意义的数据，为进一中抽取、获得对某些方面有价值、有意义的数据，为进一步的生产与社会活动提供决策的依据。步的生产与社会活动提供决策的依据。计算机辅助工艺设计3 3)信息：经过加工的数据。信息：经过加工的数据。所有的信息都是数据，而只有经过提炼和抽象之后具有使所有的信息都是数据，而只有经过提炼和抽象之后具有使用价值的数据才能成为信息。经过加工所得到的信息仍然用价值的数据才能成为信息。经过加工所得到的信息仍然以数据的形式出现，些时的数据是信息的载体，是人们认以数据的形式出现，些时的数据是信息的载体，是人们认识信息的一种媒介。识信息的一种媒介。计算机辅助工艺设计4 4)数据库数
3、据库（DataBase）：）：是按照一定的规是按照一定的规则相互关联数据的集合。它是用来反映各则相互关联数据的集合。它是用来反映各类实物的属性的数据。类实物的属性的数据。5)数据库管理系统数据库管理系统(DBMSData Base Management System)：是能够用来建立是能够用来建立数据库，完成数据库的数据库，完成数据库的维护维护、管理管理等操作，等操作，并能够帮助用户方便地使用数据库的软件。并能够帮助用户方便地使用数据库的软件。*计算机辅助工艺设计5 数据库系统数据库系统是由计算机软、硬件资源组成的系统，是由计算机软、硬件资源组成的系统，它实现了有组织地、动态地存储大量关联数据
4、，它实现了有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问。方便多用户访问。有效地组织数据，即对数据进行合理设计，以便计算有效地组织数据，即对数据进行合理设计，以便计算机存取；机存取；方便地将数据输入到计算机中；方便地将数据输入到计算机中；根据用户的要求将数据从计算机中抽取出来。根据用户的要求将数据从计算机中抽取出来。数据库技术的应用范围是相当广泛的。如：学生数据库技术的应用范围是相当广泛的。如：学生的学籍数据库和图书馆的图书数据库，这其中都的学籍数据库和图书馆的图书数据库，这其中都包含了一些相关的数据信息，可以很方便进行检包含了一些相关的数据信息，可以很方便进行检索和充分、有效地使用这些数据
5、资源。索和充分、有效地使用这些数据资源。计算机辅助工艺设计66)数据库的分类：数据库的分类：按数据的组织与管理方式来分常见的数据按数据的组织与管理方式来分常见的数据模型有三种：模型有三种：关系模型、层次模型 和 网络模型，根据这三种数据模型建立的数据库，根据这三种数据模型建立的数据库分别为关系型数据库、层次型数据库和网分别为关系型数据库、层次型数据库和网络型数据库。络型数据库。*计算机辅助工艺设计7关系模型关系模型 是目前最为流行的一种数据模型，用二维表格结构表示实体集，关键码(关键字段)表示实体间的联系，所有的数据都是这张二维表中的元素。如：位于第二行第五列的是张斌的考试成绩。学号学号姓名姓
6、名性别性别出生时期出生时期考试成绩考试成绩简历简历981201981201姚志洵姚志洵女女81.10.1581.10.15598.0598.0 973110973110张斌张斌男男80.12.3080.12.30550.5550.5 981202981202王琪王琪男男80.05.1880.05.18590.0590.0 982105982105谭红京谭红京男男80.11.3080.11.30573.5573.5 关系型数据库管理系统有很多种：Sybase、FoxPro、Oracle、SQL server等。*计算机辅助工艺设计8 7)数据库的特点 数据结构化，适于表示相互间的多种联系；数据结
7、构化，适于表示相互间的多种联系；数据独立性，可以独立于程序；数据独立性，可以独立于程序；数据共享、减少冗余，提高信息的利用率；数据共享、减少冗余，提高信息的利用率；*计算机辅助工艺设计92.知识库基础知识知识库基础知识 1)知识库的定义：知识库的定义：知识库系统知识库系统（Knowledge Base System）将将AI技术引进到传统数据库中，以改进和技术引进到传统数据库中，以改进和扩充数据库的性能和执行效率而形成的新扩充数据库的性能和执行效率而形成的新型数据库系统。型数据库系统。AI（Artificial Intelligence）：AI是是60年代年代开始发展起来的一门研究机器智能和智
8、能开始发展起来的一门研究机器智能和智能机器的新兴的高科技学科。机器的新兴的高科技学科。*计算机辅助工艺设计10 2)人工智能-AI（Artificial Intelligence）其研究目标是：其研究目标是：近期目标 让计算机来模拟人类的各种高级思维活动让计算机来模拟人类的各种高级思维活动。如：推理、分。如：推理、分析、思考、决策、理解、规划、设计和学习等。析、思考、决策、理解、规划、设计和学习等。远期目标 研究人类智能的基本机理，探索如何用各种自动机和智能研究人类智能的基本机理，探索如何用各种自动机和智能机去模拟人的某些思维和智能行为，从而揭示人类思维的机去模拟人的某些思维和智能行为，从而揭
9、示人类思维的奥秘。奥秘。知识库：借助AI思想，即利用AI思想来研究数据库，从而从管理数据发展到管理知识。*计算机辅助工艺设计11 3)知识库的特点知识库的特点 性能：演绎（推理）能力的扩充演绎（推理）能力的扩充 语义知识的引入语义知识的引入 知识的获取知识的获取 知识和数据的有效组织和管理。知识和数据的有效组织和管理。效率：数据库对用户查询的快速响应与查询优化。数据库对用户查询的快速响应与查询优化。计算机辅助工艺设计12 从数据库专家的角度来看：JDUllman：一个知识库系统是具有如下两种特征的逻辑程序设计系统：有一个既作为查询语言又作为宿主语言的描述性语言；支持数据库系统的主要功能。DHW
10、arren：一个知识库系统应该能够有效地处理中等规模的知识库的逻辑程序设计系统。由3000个谓词，3万条规则和300万个事实组成，总存储容量达30MB 从AI专家的角度来看：利用人类所认识的各种知识进行推理、联想、学习和问题求解的智能计算机信息系统。计算机辅助工艺设计13 4)知识 知识知识是一种用符号表示的信息，是知识库系统操纵是一种用符号表示的信息，是知识库系统操纵和管理的对象。和管理的对象。首先，知识是一种信息，其次，它可以用一定的符号形式首先，知识是一种信息，其次，它可以用一定的符号形式表示出来。其中信息是知识的内涵与实体，而符号则是信表示出来。其中信息是知识的内涵与实体，而符号则是信
11、息的外延与形式。息的外延与形式。例：（例：（X2）=2X (数学知识数学知识)例：正方形的四条边长度相等例：正方形的四条边长度相等 （完全知识）（完全知识）例：明天可能下雨例：明天可能下雨 （不完全知识）（不完全知识）知识与数据是有区别的，但它们又是相互联系和相互补充的。数据用于表示特定实例（事实）的信息，知识则表示一般概念（抽象）的信息。例如：例（数据）：王先生的年龄是45岁。例（知识）：35岁至50岁之间的人是中年人。计算机辅助工艺设计14 5)知识库是知识的集合，包括：知识库是知识的集合，包括：概概 念念 事事 实实 规规 则则 知识库应包括概念、事实与规则三部分，缺一知识库应包括概念、
12、事实与规则三部分，缺一不可不可。由于概念一般包含在事实内，因此，实。由于概念一般包含在事实内，因此，实际上知识库中应包括事实与规则两个部分。际上知识库中应包括事实与规则两个部分。计算机辅助工艺设计153.工艺数据库与知识库工艺数据库与知识库 工艺数据工艺数据是指是指CAPP系统在工艺设计过程中系统在工艺设计过程中所使用的和产生的数据；所使用的和产生的数据；工艺知识工艺知识是指支持是指支持CAPP系统工艺决策所需系统工艺决策所需的规则。的规则。CAPP系统进行工艺设计时，一方面要利用系统中存储系统进行工艺设计时，一方面要利用系统中存储的工艺数据与知识等信息进行工艺决策，另一方面还的工艺数据与知识
13、等信息进行工艺决策，另一方面还要生成零件的工艺过程文件、要生成零件的工艺过程文件、NC程序、刀具清单、工程序、刀具清单、工序图等信息。即序图等信息。即CAPP系统的工作过程实际上是工艺数系统的工作过程实际上是工艺数据与知识的访问、调用、处理和生成新数据的过程。据与知识的访问、调用、处理和生成新数据的过程。*计算机辅助工艺设计16 为了满足为了满足CAPP系统的需求，必须建立工艺系统的需求，必须建立工艺数据库与知识库来对数据和知识进行管理数据库与知识库来对数据和知识进行管理和维护。和维护。工艺数据库与知识库是工艺数据库与知识库是CAPP系统的重要支系统的重要支持系统持系统。*计算机辅助工艺设计1
14、7工艺知识库工艺知识库 CAPP智能化的基础是建立丰富的工艺知识库，智能化的基础是建立丰富的工艺知识库，包括以下知识：包括以下知识：1.制造资源知识：有关机床设备、工艺装备、材料等制造资源知识：有关机床设备、工艺装备、材料等多方面的知识。多方面的知识。2.制造对象知识：有关产品、零件、毛坯等方面的知制造对象知识：有关产品、零件、毛坯等方面的知识。识。3.制造工艺知识：有关工艺方法、典型工艺、加工参制造工艺知识：有关工艺方法、典型工艺、加工参数及各类相关的工程数及各类相关的工程/工艺标准规范等方面的知识。工艺标准规范等方面的知识。4.工艺决策知识：有关工艺决策方法与过程等方面的工艺决策知识：有关
15、工艺决策方法与过程等方面的知识。知识。*计算机辅助工艺设计18*计算机辅助工艺设计194.工艺数据与知识的种类和特点工艺数据与知识的种类和特点 1)工艺数据与知识的种类工艺数据与知识的种类 工艺数据分为静态和动态两类。工艺数据分为静态和动态两类。静态工艺数据主要是指工艺设计手册上已经标准化和静态工艺数据主要是指工艺设计手册上已经标准化和规范了的工艺数据，以及标准工艺规程等规范了的工艺数据，以及标准工艺规程等。静态工艺。静态工艺数据一般由加工材料数据、加工数据、机床数据、刀数据一般由加工材料数据、加工数据、机床数据、刀具数据、量夹具数据、标准工艺规程数据、成组分类具数据、量夹具数据、标准工艺规程
16、数据、成组分类特征数据以及已输入计算机的零件信息和对应的最终特征数据以及已输入计算机的零件信息和对应的最终工艺规程等组成。且常采用表格、线图、公式、图形工艺规程等组成。且常采用表格、线图、公式、图形及格式化文本表示。及格式化文本表示。动态工艺数据则主要指在工艺规划过程中产生的相关动态工艺数据则主要指在工艺规划过程中产生的相关信息信息，如中间过程数据、零件图形数据、工序图形数，如中间过程数据、零件图形数据、工序图形数据、工件工艺规程、据、工件工艺规程、NC代码等。代码等。计算机辅助工艺设计20 工艺知识主要分为选择性规则和决策性规工艺知识主要分为选择性规则和决策性规则两大类。则两大类。选择性规则
17、选择性规则主要有加工方法选择规责、基准选择规则、主要有加工方法选择规责、基准选择规则、设备与工艺选择规则、切削用量选择规则、余量选择设备与工艺选择规则、切削用量选择规则、余量选择规则、毛坯选择规则等等。规则、毛坯选择规则等等。决策性规则决策性规则主要有加工方法排序规则（包括工序排序主要有加工方法排序规则（包括工序排序和工步排序规则）、实例或样件筛选（推理）规则、和工步排序规则）、实例或样件筛选（推理）规则、工艺规程修正规则、工序图生成规则、工序尺寸标注工艺规程修正规则、工序图生成规则、工序尺寸标注规则等。规则等。计算机辅助工艺设计21 2)工艺数据与知识的特点工艺数据与知识的特点 数据类型复杂
18、数据类型复杂：工艺数据与知识涉及到关系数据库中：工艺数据与知识涉及到关系数据库中所没有的变长数据、非结构化数据、具有复杂关联关所没有的变长数据、非结构化数据、具有复杂关联关系的数据、过程数据以及图形数据等。系的数据、过程数据以及图形数据等。动态的数据模式动态的数据模式：动态工艺数据是在工艺设计过程中：动态工艺数据是在工艺设计过程中由各个问题求解行为所产生的中间及最终设计结果。由各个问题求解行为所产生的中间及最终设计结果。计算机辅助工艺设计22 数据结构复杂数据结构复杂：工艺数据的复杂数据类型及动：工艺数据的复杂数据类型及动态数据模式的特点，又导致了其数据结构的复态数据模式的特点，又导致了其数据
19、结构的复杂及实现上的困难。虽然局部工艺数据可采用杂及实现上的困难。虽然局部工艺数据可采用常用的线性表、树结构、链表结构等来实现，常用的线性表、树结构、链表结构等来实现，但全局工艺数据涉及到复杂的树状、网状和图但全局工艺数据涉及到复杂的树状、网状和图状的结构。状的结构。计算机辅助工艺设计23 3)工艺数据与知识的获取与表达工艺数据与知识的获取与表达 工艺数据与知识的获取：工艺数据与知识的获取：工艺数据和知识的表达规范化和标准化工艺数据和知识的表达规范化和标准化 数据与知识的内存表达规范化数据与知识的内存表达规范化 数据与知识的内存表达的文本表达格式（供用户收数据与知识的内存表达的文本表达格式（供
20、用户收集和整理数据与知识时用）标准化集和整理数据与知识时用）标准化 数据与知识的获取界面规范化数据与知识的获取界面规范化 工艺数据与知识的获取方式规范化与方便化工艺数据与知识的获取方式规范化与方便化 第一步是收集、整理、归纳、总结和分类，并用系第一步是收集、整理、归纳、总结和分类，并用系统提供的标准文本格式记录下来统提供的标准文本格式记录下来 第二步就是输入、维护和管理第二步就是输入、维护和管理计算机辅助工艺设计24图4-1 CAPP系统工艺数据与知识的获取过程计算机辅助工艺设计25 工艺数据与知识的表达工艺数据与知识的表达 工艺数据与知识的表达是通过数据结构来实现的，用工艺数据与知识的表达是
21、通过数据结构来实现的，用于表达工艺数据与知识的数据结构有串、表、栈、树、于表达工艺数据与知识的数据结构有串、表、栈、树、图以及框架结构（类似于树）、网络结构（类似于图）图以及框架结构（类似于树）、网络结构（类似于图）等。等。在工艺设计过程中，系统根据当前零件信息，在推理在工艺设计过程中，系统根据当前零件信息，在推理机的控制策略下，按一定顺序执行各个子任务，对应机的控制策略下，按一定顺序执行各个子任务，对应于各个子任务的有关函数被执行，有关知识被一次调于各个子任务的有关函数被执行，有关知识被一次调入或被清除出内存。入或被清除出内存。各个子任务的推理、设计或计算结果被一次记录下来，各个子任务的推理
22、、设计或计算结果被一次记录下来，存入工艺规程数据结构，直到各个子任务全部完成为存入工艺规程数据结构，直到各个子任务全部完成为止，工艺规程才告形成。止，工艺规程才告形成。计算机辅助工艺设计26 工艺知识库的建立工艺知识库的建立 工艺知识库是一个完整的规则集，它可以工艺知识库是一个完整的规则集，它可以划分为若干个规则子集。根据需要每个规划分为若干个规则子集。根据需要每个规则子集还可以划分成若干个规则组。则子集还可以划分成若干个规则组。计算机辅助工艺设计27工艺知识库的规则集，一般可包含以下几个部分：工艺知识库的规则集，一般可包含以下几个部分：1加工方法的选择加工方法的选择 CAPP系统一般都采用逆
23、向编程原理，首先确定能达到系统一般都采用逆向编程原理，首先确定能达到质量要求的各个加工表面的最终加工方法。然后再确质量要求的各个加工表面的最终加工方法。然后再确定其它的准备加工工序。定其它的准备加工工序。2工艺路线的确定工艺路线的确定 工艺路线的制定一般都是以划分加工阶段为依据，并工艺路线的制定一般都是以划分加工阶段为依据，并遵循先基准后其它、先粗后精等原则。遵循先基准后其它、先粗后精等原则。3毛坯的选择毛坯的选择 毛坯选择主要根据加工零件的材料、尺寸、技术条件毛坯选择主要根据加工零件的材料、尺寸、技术条件和现有加工条件等。首先要确定毛坯的类型和毛坯加和现有加工条件等。首先要确定毛坯的类型和毛
24、坯加工的方法。工的方法。计算机辅助工艺设计28特征元素的规则实例 IF (加工表面为外圆柱面或外圆锥面加工表面为外圆柱面或外圆锥面)(工件材料为碳钢或合金钢工件材料为碳钢或合金钢)(表面要求淬火、表面要求淬火、HRC38)(表面粗糙度表面粗糙度Rz1.6)(加工精度加工精度IT6)THEN(推荐采用磨削加工方法推荐采用磨削加工方法)(要求预加工表面精度要求预加工表面精度IT9，粗糙度，粗糙度6.3)*计算机辅助工艺设计29 IF (加工表面为孔加工表面为孔)(直径公差直径公差0.007)(表面粗糙度表面粗糙度Rz：1.6m)(直线度直线度0.005)(圆度圆度0.007)(位置度位置度0.00
25、2)(平行度平行度0.012)(长径比长径比10)THEN(推荐采用镗削工序推荐采用镗削工序)(切削余量切削余量0.005)*计算机辅助工艺设计30 IF (加工表面为沉头孔加工表面为沉头孔)(孔径为孔径为12)(沉头孔直径为沉头孔直径为18，高度，高度10)THEN(先钻孔先钻孔12)(后锪沉头孔后锪沉头孔18，高度，高度10)(要求预加工表面的上下偏差为要求预加工表面的上下偏差为0.05，表面粗糙，表面粗糙度为度为1.25)*计算机辅助工艺设计31工艺路线产生式规则实例 IF (加工表面为平面，面积较大加工表面为平面，面积较大)(要求较高的平面度和表面粗糙度要求较高的平面度和表面粗糙度)(
26、与其它表面之间有尺寸关系与其它表面之间有尺寸关系)THEN(采用端铣刀精铣，且经粗铣一、二次采用端铣刀精铣，且经粗铣一、二次)IF (加工表面为平面和平面上的孔加工表面为平面和平面上的孔)(平面和孔的精度要求一般平面和孔的精度要求一般)(平面和孔有一定垂直度要求平面和孔有一定垂直度要求)THEN(先加工平面，以平面为基准再加工孔先加工平面，以平面为基准再加工孔)*计算机辅助工艺设计32 IF (加工表面为一阶梯孔加工表面为一阶梯孔)(且两边大、中间小且两边大、中间小)THEN(建议从两边加工为保证位置精度要求，在最终精建议从两边加工为保证位置精度要求，在最终精加工之前须经一到二次粗加工加工之前
27、须经一到二次粗加工)IF (加工表面为单向阶梯孔，孔深不大加工表面为单向阶梯孔，孔深不大)THEN(可以从一面加工，加工前须经一次粗加工可以从一面加工，加工前须经一次粗加工)IF (加工表面为具有同轴度要求的两孔加工表面为具有同轴度要求的两孔)THEN(建议将它们安排在同一工序中加工建议将它们安排在同一工序中加工)IF (加工表面为圆柱面或圆锥面加工表面为圆柱面或圆锥面)(并有倒角、退刀槽、螺纹等特征元素的加工并有倒角、退刀槽、螺纹等特征元素的加工)THEN(建议加工顺序为：先加工圆柱面或圆锥面，然后加建议加工顺序为：先加工圆柱面或圆锥面，然后加工倒角和退刀槽螺纹工倒角和退刀槽螺纹)*计算机辅
28、助工艺设计33 IF外圆柱面；外圆柱面；材料：材料：45钢；钢；热处理：淬火；热处理：淬火；最高精度等级：最高精度等级：6，最低精度等级：，最低精度等级：8；最高粗糙度最高粗糙度0.8，最低粗糙度，最低粗糙度1.6；普通机床加工；普通机床加工；THEN粗车，半精车，淬火，粗磨，精磨粗车，半精车，淬火，粗磨，精磨*计算机辅助工艺设计34毛坯选择实例 IF (工件材料为碳钢或合金钢工件材料为碳钢或合金钢)(工件形状为回转体，最大长径比为工件形状为回转体，最大长径比为7)(零件最大长度为零件最大长度为200)THEN(建议采用棒料，毛坯为单个加工）建议采用棒料，毛坯为单个加工）*计算机辅助工艺设计3
29、5图4-2 工艺决策知识框架结构的一个应用表达示例 计算机辅助工艺设计36 4)工艺数据库与知识库的设计工艺数据库与知识库的设计 一般途径一般途径：按照数据库设计的一般方法与步骤按照数据库设计的一般方法与步骤，开发满足工艺数，开发满足工艺数据与知识特点的适用于据与知识特点的适用于CAPP系统要求的工程数据库是系统要求的工程数据库是解决问题最根本的途径。解决问题最根本的途径。根据根据CAPP的应用特点，用高级语言开发实用型的层次的应用特点，用高级语言开发实用型的层次式数据库式数据库。方法简单易行，比较适合于。方法简单易行，比较适合于CAPP系统对数系统对数据和知识的管理需求，但是不便于用户自行扩
30、充和定据和知识的管理需求，但是不便于用户自行扩充和定义数据类型，数据管理界面也不统一。义数据类型，数据管理界面也不统一。在现有商品化数据库的基础上二次开发工艺数据库与在现有商品化数据库的基础上二次开发工艺数据库与知识库知识库。*计算机辅助工艺设计37 功能需求功能需求 支持对复杂数据类型的定义支持对复杂数据类型的定义 支持对动态数据模式的操作支持对动态数据模式的操作 支持复杂数据模型的定义、描述与操作支持复杂数据模型的定义、描述与操作 支持版本控制机制支持版本控制机制 支持工程事务处理和恢复功能支持工程事务处理和恢复功能 支持分布式支持环境下的数据操作支持分布式支持环境下的数据操作 计算机辅助
31、工艺设计38 数据模型数据模型 工艺数据与知识的数据模型是实现工艺数据库工艺数据与知识的数据模型是实现工艺数据库与知识库系统的核心。与知识库系统的核心。工艺数据库与知识库的基本数据模型有四类：工艺数据库与知识库的基本数据模型有四类：层次模型：树状层次模型：树状 网状模型：多对多网状模型：多对多 关系模型：数据以关系或表的形式组织关系模型：数据以关系或表的形式组织 面向对象的模型：对象对象标识、属性方法、面向对象的模型：对象对象标识、属性方法、封装消息传递、类型、类层次继承等封装消息传递、类型、类层次继承等 计算机辅助工艺设计39 构造工艺数据库与知识库的一般步骤构造工艺数据库与知识库的一般步骤 工艺数据库与知识库的设计遵循软件设计的一般工艺数据库与知识库的设计遵循软件设计的一般原则，即原则，即“自顶而下，逐步求精自顶而下，逐步求精”的原则。的原则。一般分成四个阶段来完成：一般分成四个阶段来完成：分析工艺设计用户的需求；分析工艺设计用户的需求；进行概念结构设计；进行概念结构设计；进行逻辑结构设计；进行逻辑结构设计；进行物理结构设计。进行物理结构设计。其与设计一般数据库的步骤相同，只是要充分考其与设计一般数据库的步骤相同，只是要充分考虑工艺数据库与知识库的特殊需求即可。虑工艺数据库与知识库的特殊需求即可。
