1、 第四章第四章 工艺智能规划与智能数据库工艺智能规划与智能数据库1第一节 概述与智能数据库第二节 计算机辅助工艺规划及其智能化第三节 切削智能数据库第四节 磨削智能数据库第五节 数控加工自动编程4.1 概述概述2随着工业随着工业4.04.0和和“智能制造智能制造”的提出和实的提出和实践，践，智能工艺规划智能工艺规划与与智能数据库智能数据库成为当成为当前的研究热点。前的研究热点。4.1 概述概述工艺规划包括：零件加工工艺规划零件加工工艺规划 产品装配工艺规划产品装配工艺规划传统工艺规划传统工艺规划工艺规划：工艺规划：是连接产品设计与制造的桥梁。是连接产品设计与制造的桥梁。对产品质量、制造成本、生
2、产周期等具有重要对产品质量、制造成本、生产周期等具有重要影响。影响。34.1 概述概述根据零件的材料、形状、尺寸、公差等信息，通过分析、计算、推理，作出工艺方案、路线、图纸等文件。传统工艺规划传统工艺规划u 局限性局限性需要知识和经验丰需要知识和经验丰富的人员；工作富的人员；工作量大、效率低；量大、效率低；工艺规程可改性差工艺规程可改性差；人为因素和随；人为因素和随机性大机性大44.1 概述概述当今，制造模式正由制造模式正由刚性刚性（高效率、大批量）向柔性向柔性（高效率、多品种、小批量）转变转变。制造过程向自动化、数字化、智能化方向发展。传统工艺规划方式已不能满足要求。发展趋势发展趋势54.1
3、 概述概述此外：此外：制造活动的复杂性复杂性、制造大数据和知识的多样性多样性；制造大数据背后隐藏的知识和规则知识和规则；自适应工况自适应工况制造的智能决策需求；提高加工质量和效率质量和效率的要求。构建合理的智能工艺数据库系统，是实现智能制造过程的基石基石。发展趋势发展趋势6数据：数据：存储在某种媒体上的用来存储在某种媒体上的用来描述事物的能够识别的物描述事物的能够识别的物理符号理符号。如文字、数字、图形、声音、视频等。如文字、数字、图形、声音、视频等。信息：信息：一种已经一种已经被加工为特定形式的数据被加工为特定形式的数据。对人们而言是。对人们而言是可理解、可用于指导决策的数据可理解、可用于指
4、导决策的数据。数据处理：数据处理：对数据进行收集、组织、存储、加工和播等对数据进行收集、组织、存储、加工和播等工作。工作。是将数据转换为信息的过程是将数据转换为信息的过程，如，如“数据挖掘数据挖掘”。数据是信息的载体和具体表现形式数据是信息的载体和具体表现形式 信息不随着数据形式的变化而变化信息不随着数据形式的变化而变化 信息数据数据处理信息数据数据处理4.1 数据库数据库7数据处理中最重要的问题就是数据管理数据处理中最重要的问题就是数据管理，包括如何对数据，包括如何对数据分类、组织、编码、存储、检索和维护。随着计算机软、分类、组织、编码、存储、检索和维护。随着计算机软、硬件的不断升级，数据管
5、理经历了以下几个阶段：硬件的不断升级，数据管理经历了以下几个阶段：面向对象数据库系统面向对象数据库系统分布式数据库系统分布式数据库系统数据库管理数据库管理文件系统文件系统人工管理人工管理独立性越来越高，使独立性越来越高，使用越来越方便，技术用越来越方便，技术越来越复杂越来越复杂4.1 数据库数据库8人工管理阶段人工管理阶段文件系统阶段文件系统阶段数据库系统阶段数据库系统阶段背背景景应用背景应用背景科学计算科学计算科学计算、管理科学计算、管理大规模管理大规模管理硬件背景硬件背景无直接存取存储设备无直接存取存储设备 磁盘、磁鼓磁盘、磁鼓大容量磁备盘大容量磁备盘软件背景软件背景没有操作系统没有操作系
6、统有文件系统有文件系统有数据库管理系统有数据库管理系统处理方式处理方式批处理批处理联机实时处理、批处理联机实时处理、批处理联机实时处理、分布处理、联机实时处理、分布处理、批处理批处理特特点点数据的管理者数据的管理者用户（程序员）用户（程序员）文件系统文件系统数据库管理系统数据库管理系统数据面向的对象数据面向的对象 某一应用程序某一应用程序某一应用某一应用现实世界现实世界数据的共享程度数据的共享程度 无共享，冗余度极大无共享，冗余度极大 共享性差，冗余度大共享性差，冗余度大共享性高，冗余度小共享性高，冗余度小数据的独立性数据的独立性不独立，完全依赖于不独立，完全依赖于程序程序独立性差独立性差具有
7、高度的物理独立性和一具有高度的物理独立性和一定的逻辑独立性定的逻辑独立性数据的结构化数据的结构化无结构无结构记录内有结构，整体无记录内有结构，整体无结构结构整体结构化，用数据模型描整体结构化，用数据模型描述述数据控制能力数据控制能力应用程序自己控制应用程序自己控制应用程序自己控制应用程序自己控制由数据库管理系统提供数据由数据库管理系统提供数据安全性、完整性、并发控制安全性、完整性、并发控制和恢复能力和恢复能力4.1 数据库数据库9数据库：数据库：指存储在计算机内、有组织、指存储在计算机内、有组织、可共享可共享的的数据集合数据集合。它不仅。它不仅包括数据本身，而且包括相关数据之间的联系。包括数据
8、本身，而且包括相关数据之间的联系。数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)：一种系统软件，用于数据库的建立、使一种系统软件，用于数据库的建立、使用和维护用和维护。如。如AccessAccess、SQL ServerSQL Server、FoxProFoxPro、OracleOracle、DbaseDbase、DB2DB2、MySQLMySQL、SybaseSybase等待等待数据库应用系统：数据库应用系统：系统开发人员利用数据库系统资源开发的面向某系统开发人员利用数据库系统资源开发的面向某一类实际应用的软件系统。一类实际应用的软件系统。由数据库系统、应用软件、应用界面组成由数据库系统、应用软件
9、、应用界面组成。数据库数据库数据数据库管库管理系理系统统数据库应用系统数据库应用系统1数据库应用系统数据库应用系统24.1 数据库数据库10 数据定义数据定义 数据操纵数据操纵 数据库运行管理数据库运行管理 数据组织、存储和管理数据组织、存储和管理 数据库的建立和维护数据库的建立和维护 数据通信接口数据通信接口 数据定义语言数据定义语言(DDL)(DDL)及其及其编译处理程序编译处理程序 数据操纵语言数据操纵语言(DML)(DML)及其及其编译程序编译程序 数据库运行控制程序数据库运行控制程序 实用程序实用程序4.1 数据库数据库11数据库系统：数据库系统：引入了数据引入了数据库技术后的计算机
10、系统。库技术后的计算机系统。由由5 5部分构成部分构成：硬件系统硬件系统 数据库集合（数据库集合（DB）数据库管理系统（数据库管理系统（DBMS）数据库管理员数据库管理员(DBA)用户用户 应用程序 应用开发工具 数据库管理系统(DBMS)操作系统(OS)数据库 DBA 用户 用户 数据库管理系统是数据库系统的核心软件数据库管理系统是数据库系统的核心软件4.1 数据库数据库12 实现数据共享，减少数据冗余：实现数据共享，减少数据冗余：数据与特定应用分离，集数据与特定应用分离，集中存放，共同使用。中存放，共同使用。减少冗余，但无法避免一切冗余！减少冗余，但无法避免一切冗余！采用特定的数据模型：采
11、用特定的数据模型：利用模型表达客观事物之间的联系，利用模型表达客观事物之间的联系，从而对数据进行有效管理。从而对数据进行有效管理。具有较高的数据独立性：具有较高的数据独立性：数据相对应用程序而言具有更好的数据相对应用程序而言具有更好的独立性，即数据与程序相互不依赖性。独立性，即数据与程序相互不依赖性。有统一的数据控制功能：有统一的数据控制功能：不同应用程序采用统一的方式访问不同应用程序采用统一的方式访问、控制数据库中的数据。完整性、安全性、并发等等。、控制数据库中的数据。完整性、安全性、并发等等。数据库系统最本根是解决数据共享问题数据库系统最本根是解决数据共享问题4.1 数据库数据库13物理独
12、立性：物理独立性：数据的物理结构（包括存储结构，存数据的物理结构（包括存储结构，存取方式等）的改变，如存储设备的更换、物理存储的取方式等）的改变，如存储设备的更换、物理存储的更换、存取方式改变等都不影响数据库的逻辑结构，更换、存取方式改变等都不影响数据库的逻辑结构，从而不致引起应用程序的变化。从而不致引起应用程序的变化。逻辑独立性：逻辑独立性：数据库总体逻辑结构的改变，如修改数据库总体逻辑结构的改变，如修改数据模式、增加新的数据类型、改变数据间联系等，数据模式、增加新的数据类型、改变数据间联系等，不需要相应修改应用程序。不需要相应修改应用程序。4.1 数据库数据库14为了有效地组织、管理数据，
13、为了有效地组织、管理数据，数据库采用三级模式结构：数据库采用三级模式结构：内模式、模式和外模式组成内模式、模式和外模式组成，即由即由物理级、概念级和用户物理级、概念级和用户级级组成。组成。模式/外模式 映射 应用A 应用B 外模式1 应用 C 应用D 外模式3 模式/内模式映射 模式 内模式 数据库 4.1 数据库数据库154.1 数据库数据库164.1 数据库数据库17反映反映实体实体及其实体间联系的数据组织的结构及其实体间联系的数据组织的结构和形式。和形式。是数据库管理系统用来表示实体及其联系的方是数据库管理系统用来表示实体及其联系的方法，是从现实世界到机器世界的一个中间层次。法，是从现实
14、世界到机器世界的一个中间层次。数据结构：数据结构：数据结构是所研究的对象类型的集合，描述系统的数据结构是所研究的对象类型的集合，描述系统的静态特性。静态特性。数据操作：数据操作：对数据库中各种对象允许执行的操作集合对数据库中各种对象允许执行的操作集合 ，描述系，描述系统的动态特性。统的动态特性。数据的约束条件：数据的约束条件：数据的约束条件是一组完整性规则的集合，数据的约束条件是一组完整性规则的集合，保证数据的正确、有效和相容。保证数据的正确、有效和相容。4.1 数据库数据库数据模型数据模型18概念数据模型：概念数据模型：简称概念模型简称概念模型，是对客观世界复杂事物，是对客观世界复杂事物的结
15、构描述及它们之间的内在联系的刻画。的结构描述及它们之间的内在联系的刻画。概念模型主概念模型主要有：要有：E-RE-R模型模型(实体联系模型实体联系模型)、扩充的、扩充的E-RE-R模型、面向模型、面向对象模型及谓词模型等。对象模型及谓词模型等。逻辑数据模型：逻辑数据模型：又称数据模型又称数据模型，是一种面向数据库系统，是一种面向数据库系统的模型，该模型着重于在数据库系统一级的实现。的模型，该模型着重于在数据库系统一级的实现。逻辑逻辑数据模型主要有：层次模型、网状模型、关系模型、面数据模型主要有：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型等。向对象模型等。（不同数据模型对应不同数据库系统）（不同
16、数据模型对应不同数据库系统）物理数据模型：物理数据模型：又称物理模型又称物理模型，它是一种面向计算机物，它是一种面向计算机物理表示的模型。理表示的模型。4.1 数据库数据库数据模型数据模型19客观存在且相互区别的事物。客观存在且相互区别的事物。4.1 数据库数据库数据模型数据模型20实体之间的对应关系，描述了现实事物之间的相实体之间的对应关系，描述了现实事物之间的相互关联。互关联。4.1 数据库数据库数据模型数据模型21利用标准图例来描述实体及利用标准图例来描述实体及实体间的联系（概念模型）。实体间的联系（概念模型）。矩形矩形实体实体椭圆椭圆属性属性菱形菱形联系联系学号学号姓名姓名性别性别籍贯
17、籍贯学生学生课程课程教师教师学生学生选课选课（实体与属性）（实体与属性）（实体与联系）（实体与联系）4.1 数据库数据库数据模型数据模型224.1 数据库数据库数据模型数据模型234.1 数据库数据库数据模型数据模型24基本任务基本任务：根据用户对象的信息需求、处理需求和数据库的：根据用户对象的信息需求、处理需求和数据库的支持环境设计出数据模式。支持环境设计出数据模式。面向数据的方法：面向数据的方法：以信息需求为主，兼顾处理需求以信息需求为主，兼顾处理需求 *面向过程的方法：面向过程的方法：以处理需求为主，兼顾信息需求以处理需求为主，兼顾信息需求 需求分析需求分析 概念结构设计概念结构设计 逻
18、辑结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计物理结构设计 应用程序设计应用程序设计 数据库运行与维护数据库运行与维护4.1 数据库开发数据库开发25需求收集和分析 设计概念结构 设计逻辑结构 设计物理结构 评价设计、性能预测 物理实现 数据模型优化 试验性运行 使用、维护数据库 转换规则 按 DBMS 要求 应用需求(数据、处理)应用要求 DBMS 详细特征 不满意 不满意 不满意 264.1 数据库开发数据库开发27 某校希望利用数据库技术，以实现教学管理自动某校希望利用数据库技术，以实现教学管理自动化，并合理的组织管理教学信息。化，并合理的组织管理教学信息。要求管理工作能实现如下功能：教师管理、
19、学生要求管理工作能实现如下功能：教师管理、学生管理和学生选课管理等。管理和学生选课管理等。分析的要点：分析的要点：设计目标：教学管理设计目标：教学管理 随着管理工作的开展，所要求的功能是否满随着管理工作的开展，所要求的功能是否满足。足。4.1 数据库开发数据库开发28（E-RE-R模型模型）教师教师学生学生选课成绩选课成绩课程课程选课选课考试成绩考试成绩任课任课教师任课教师任课任课教师任课教师4.1 数据库开发数据库开发29E-RE-R图向关系模式的转换图向关系模式的转换教师教师学生学生选课成绩选课成绩课程课程教师任课教师任课教师编号学生编号选课ID课程编号课程编号姓名姓名学生编号课程名称教师
20、编号性别性别课程编号课程类别任课学期工作时间年龄成绩学分政治面目入学日期学历团员否职称简历系别照片联系电话关系模式表关系模式表4.1 数据库开发数据库开发30 利用利用ACCESSACCESS建立数据库，并把文件保存在指定位置建立数据库，并把文件保存在指定位置：本地硬盘或远程服务器上。：本地硬盘或远程服务器上。利用建立的数据库，为用户开发相关操作应用程序利用建立的数据库，为用户开发相关操作应用程序。如是采用桌面应用、。如是采用桌面应用、C/SC/S模式还是模式还是B/SB/S模式；界面要求模式；界面要求，性能要求等等。，性能要求等等。4.1 数据库开发数据库开发31q数据库的发展方向324.1
21、 数据库开发数据库开发 q智能数据库u解释把Al技术应用于DBS，以提高DBMS的已有功能的性能，并扩充新的功能u主旨研发更为广义的（真正的）信息管理系统u特征要管理的信息应更加接近本来意义上的信息概念，而不只是限于数据信息（基于DBMS的MIS）信息的效应性或有用性信息的内容性信息的媒体性信息的可操作性334.1 智能数据库智能数据库4.8 加工工艺智能数据库加工工艺智能数据库把人工智能技术人工智能技术，集成到数据库系统数据库系统之中，有两种基本途径：基于逻辑的方法基于逻辑的方法演绎数据库（演绎数据库（DDBDDB）专家系统方法专家系统方法专专家数据库系统（家数据库系统（EDBSEDBS）3
22、44.8 加工工艺智能数据库加工工艺智能数据库具有传统DB的全部功能和特征之外，还可进行演绎推理。可从库中显式表示的数据，推演出未直接存入的新数据或新信息。演绎数据库（演绎数据库（DDBDDB）35 专家数据库系统（EDBSEDBS）u概念一个或多个专家系统和一个或多个DBMS的组合系统u目的满足需要在知识指导下进行共享信息处理u工作分工ES负责推理，DBMS负责共享与保护u与DDB区别DDB是一个同质系统，EDBS则是一个由多个不同组件形成的协作型系统364.1 智能数据库智能数据库4.1 智能数据库智能数据库只有当用户发出请求时，才对库中的数据进行相应操作，作为对应用请求的响应。主动数据库
23、（主动数据库（ADBADB）374.1 智能数据库智能数据库较纯的数据库（只存储较纯的数据库（只存储数据）。数据）。对数据所能进行的处理，仅限于根据应用请求，完成必要的查询、增加、删改等操作。除了存储除了存储”纯纯”数之外，还数之外，还试图将更多的试图将更多的行为行为（与（与数据库状态相关的数据库状态相关的动作动作）和数据一道存入库中）和数据一道存入库中，可以在对库中数据进，可以在对库中数据进行操作时，亦能因此行操作时，亦能因此触触发发某些已某些已”存储存储”的的行行为的执行为的执行。主动数据库（主动数据库（ADBADB）38 u知识库KB一个可被共享的，拥有大量简单事实和通用规则的一个会集，
24、问题求解能力依赖于对知识库中知识的运用（启发式推理）u知识库系统KBS是任何一个由多个资源集成的系统，资源可包括硬件、软件或人、知识库KB。u知识库管理系统KBMS是知识库KB的管理者，具有并发访问、知识库分布、错误恢复、安全和可靠性等，演绎推理、带回溯的搜索、解释、答问、动态人机交互、自动分类、一致性维护等功能。394.1 智能数据库智能数据库 KBMS与DBMS的区别：1）在DBMS中，实例知识和类属知识被截然分开，而在KBMS中，这两类知识间没有明显相应的区分；2）DBMS在功能上集中于满足最终用户的需求，KBMS则重在满足KBS设计人员（即知识工程师）的需求；3）KBMS需要考虑提供各
25、种推理机制及其相应的解释机制，DBMS则不予考虑这些问题；4）设计一个DBMS的第一步是选择合适的数据模型，而设计KBMS的第一步则是选择合适的知识表示框架。404.1 智能数据库智能数据库 q切削数据库研究现状南 京 航 空 航天大学、北 京 理 工 大学、西 北 工 业 大学、山 东 大 学、北 京 航 空 航天大学、天津大学哈 尔 滨 理 工大学414.1 智能数据库智能数据库 q磨削数据库研究现状uMDC美国切削研究联合企业METCUTuSWS德国马格德堡大学uINFOS德国切削数据情报中心uIGA英国约翰莫尔斯大学uGIGAS美国普渡大学内含部分磨削工艺数据的通用切削工艺数据库本身为
26、磨削工艺条件咨询/辅助系统，数据库仅为系统中一个模块，存储的数据/知识有限郑州磨料磨具研究所、中国机械科学研究院、国家高效磨削工程技术中心、湖南科技大学424.1 智能数据库智能数据库 工艺规划的涵义：1）考虑制定工艺计划中的所有条件/约束的决策过程，涉及各种不同的决策；2）在车间或工厂内制造资源的限制下将制造工艺知识与具体设计相结合，准备其具体操作说明的活动；3）联接产品设计与制造的桥梁。4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化 q工艺规划u内涵优化配置工艺资源，合理编排工艺过程的艺术生产准备工作的第一步，连接产品设计与产品的桥梁以文件形式确定下来工艺规程u主
27、要任务为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序，以便能按设计要求生产出合格的成品零件u工艺规划智能化的研究重点对制造背景中的制造资源、工艺知识表示方法、工艺推理机制、以及决策逻辑方法进行深入的底层的基础理论与方法研究4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化 q工艺规划的基本流程组织生产调度制造部门组织生产、调度物资供应工装设计物资供应部门成品设备汇总工装汇总工艺规程设计部门产品工艺审查记录单设计图纸工艺路线、规程的编制工艺审查工艺总方案工艺部门4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化 q计算机辅助工艺规划（CAPP）4.2 4.2
28、 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化u内涵向计算机输入被加工零件的原始数据，加工条件和加工要求，由计算机自动地进行编码，编程直至最后输出经过优化的工艺路线和工序内容的过程。计算机零件工艺路线工序几何信息制造信息工艺信息毛坯工艺师 q计算机辅助工艺规划（CAPP）4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化uCAPP是连接计算机辅助设计（CAD）和 计 算 机 辅 助 制 造（CAM）的桥梁，是许多先进制造系统的技术基础之一。计算机零件工艺路线工序几何信息制造信息工艺信息毛坯工艺师 q计算机辅助工艺规划（CAPP）发展概述4.2 4.2 计算机辅
29、助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化u传统工艺设计对工艺人员的要求生产丰富的生产实践经验熟知企业内部各种加工方法及相应设备的使用情况熟知企业内部各种与生产加工有关的规范和规章制度能与各方面保持友好合作u传统的工艺设计存在的问题劳动强度大，效率低设计周期长，不能适应市场瞬息多变的需求依赖于工艺师的水平标准化和最优化差，经验的继承性困难 q计算机辅助工艺规划（CAPP）发展概述4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化1965年由挪威人Niebel首次提出CAPP思想1976年推出CAMISAutomated Process Planning.经历了检索式
30、、派生式、创成式、混合式、专家系统、开发工具等不同的发展阶段 q计算机辅助工艺规划（CAPP）发展概述4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化u我国的CAPP起步于20世纪80年代同济、清华、北航、华中科大、西安交大、上海交大、西北工大等都是较早研究CAPP的。u商业化的CAPP系统有：开目CAPP 天河CAPP思普CAPP 金叶CAPP大天CAPP 艾克斯特CAPP天喻CAPP CAXACAPP等。4.2 计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划（CAPP）组成部分组成部分52工艺数据库工艺数据库产品设计产品设计信息输入信息输入工艺工艺决策决策产
31、品工艺产品工艺信息输出信息输出4.2 计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划输入工艺规划所需要输入工艺规划所需要的最原始信息（产品设的最原始信息（产品设计信息）。计信息）。如：产品结构形状，技术要求。人机交互输入产人机交互输入产品设计信息品设计信息 直接从直接从CAD系统系统读取产品设计信息读取产品设计信息组成部分组成部分设计信息输入设计信息输入534.2 计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划根据产品设计信息，根据产品设计信息，利用工艺知识、经验利用工艺知识、经验及具体的生产条件，及具体的生产条件，确定产品工艺过程。确定产品工艺过程。需解决三类问题：需解决三类问题：选择问题选择问题（加工方法、设
32、备选择等）规划问题规划问题（工序、工步排序等）计算问题计算问题（工序尺寸计算等）组成部分组成部分工艺决策工艺决策544.2 计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划根据产品设计信息，根据产品设计信息，利用工艺知识、经验利用工艺知识、经验及具体的生产条件，及具体的生产条件，确定产品工艺过程。确定产品工艺过程。检索式检索式 派生式派生式 创成式创成式 综合综合式式组成部分组成部分工艺决策工艺决策554.2 计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划 检索式检索式设计一个工艺规程数据库，将现有零件标准工艺存储在数据库中，并对每个零件编号。需要进行新零件工艺规划时，可根据输入的零件信息进行检索。组成部分组成部分
33、工艺决策工艺决策564.2 计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划 派生式派生式相似零件具有相似的工艺规程。通过检索现有相似的典型零件的标准工艺规程，对其加以增删或修订，派生出一个新零件的工艺规程。组成部分组成部分工艺决策工艺决策574.2 计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划 创成式创成式根据零件的信息，通过逻辑推理规则、算法等做出工艺决策，自动“创成”一个新零件的工艺规程。组成部分组成部分工艺决策工艺决策584.2 计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划 综合式综合式是派生式系统和创成式系统的结合。先通过派生式方法进行工艺检索和修订；若搜索失败，通过创成式系统生成新工艺。组成部分组成部分工艺决
34、策工艺决策594.2 计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划通常人们要以工艺卡片形式表示产品工艺过程信息。如：工艺过程卡，工艺路线卡，工序卡。在CAD/CAPP/CAM集成系统中，CAPP系统需要提供CAM数控编程所需的工艺参数文件。组成部分组成部分工艺信息输出工艺信息输出604.2 计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划系统的支撑工具。包含工艺规划所需的工艺数据和知识。u 工艺数据工艺数据加工余量，切削用量，机床，刀具，夹具，材料，等u 知识知识工艺决策逻辑、决策习惯、经验等内容。如：加工方法选择、工序排序组成部分组成部分工艺数据库工艺数据库614.2 计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划按照工
35、艺决策方法的不同，CAPP系统主要分为下述类型：检索检索式式CAPP系统系统 派生式派生式CAPP系统系统 创成式创成式CAPP系统系统pCAPPCAPP系统分类系统分类62 综合式综合式 CAPP 系统系统将派生式、创成式与人工智能结合在一起综合而成的CAPP系统。q派生式CAPP系统4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化u适用范围：广泛，实用型CAPP系统。u工作原理：以成组技术为基础，按零件结构和工艺的相似性，将零件分类归组，形成零件族，并给每一族的零件制定优化的加工方案和典型工艺规程。使用时根据零件编码检索出标准工艺，并在此基础上进行编辑修改。u特点：
36、建立在成组技术基础上.结构简单,易构建、易开发和维护、有系统、性能可靠成熟等优点。q派生式CAPP系统工作流程4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化零件零件GTGT编码及编码及辅助信息输入辅助信息输入零件族零件族矩阵文件矩阵文件典型典型工艺文件工艺文件变异规则变异规则应用程序应用程序检索检索零件族零件族检索典型检索典型工艺工艺自动自动变异变异加工参数加工参数处理计算处理计算交互交互编辑编辑格式化格式化输出输出工艺规程工艺规程工艺规程工艺规程 q派生式CAPP系统的研制过程4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化u建立一个分类编码
37、系统u零件族的划分结构形状相似、尺寸相近和工艺相似工艺相似制定标准工艺前提，最重要结构相似工艺相似的基础尺寸相近可使零件在同规格的加工设备上加工u编制典型成组工艺利用复合零件来设计成组工艺拥有同组零件和全部待加工表面要素或特征的零件复合路线法在零件分类成组上，把同组零件的工艺文件收集在一起，然后从中选出组内最复杂，也即最长的工艺路线作为加工该组零件的基本路线。q创成式CAPP4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化u特征事先没有存入零件或零件族的典型工艺，零件的工艺过程主要是通过逻辑决策方式”创成”出来的u工作原理根据输入的零件信息，通过逻辑推理、公式和算法等，
38、作出工艺决策而自动地生成零件的工艺规程。它需要有一个收集工艺数据的数据库和一个存储工艺专家知识的知识库。u常用方法决策表、决策树描述在规定条件下与结果相关联的方法，即用来表示“如果（条件）那么（动作）”的决策关系。q决策树4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化u条件放在树的分枝上u动作放在各分枝的节点上长径比4长径比16长径比16长径比4卡盘卡盘尾顶尖顶尖跟刀架尾顶尖车削装夹方法的决策树 q决策表4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化工件长径比工件长径比4 4 T T F F F F44工件长径比工件长径比1616 T T F
39、 F卡盘卡盘卡盘尾顶尖卡盘尾顶尖顶尖跟刀架尾顶尖顶尖跟刀架尾顶尖车削装夹方法的决策表u条件被放在表的上部，动作放在表的下部。u在设计一个决策表时，考虑其完整性、精确性、一致性。q创成式CAPP4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化零件信息输入模块机床数据 夹具数据刀、工具数据切削数据零件加工顺序生成模块机床选择模块夹具选择模块刀、工具选择模块切削参数选择模块工艺生成及输出模块制造数据库决策逻辑程序 qCAPP专家系统4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化u概念人工智能技术应用于CAPP系统中所形成的专家系统u特征推理+知识知识
40、库零件设计信息和表达工艺决策的规则集组成推理机根据当前事实，通过激活知识库的规则集，而得到工艺设计结果u用途解决工艺设计中若干方面的问题工艺知识主要依靠经验，这些专门经验一般要通过较长时间的积累知识本身有一定的不确定性，且随企业条件的不同而变化 qCAPP专家系统4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化解释模块推理机知识库建立零件模型框架信息处理知识获取工艺文件数据库计算机 qCAPP专家系统4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化uCAPP专家系统和一般的CAPP系统的区别推理机知识库程序信息输入信息输入工艺规程工艺规程 q工艺
41、规划的智能化4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化u实现过程以粗糙集（Rough Set，RS）及基于实例推理理论（Case-based Reasoning，CBR）为基础，建立基于RS-CBR的智能工艺规划优选模块，快速准确选择工艺方案，使加工最大限度地满足其工艺特点u传统CBR方法局限性实例约简后数据信息丢失，难以表达不确定或不精确知识，识数据间的依赖关系能力差、近似模式分类能力差等缺点别并评估冗余特征的存在不仅使实例库规模大幅度增大，而且将直接导致实例检索过程更为耗时，效率进一步降低 4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能
42、化u实例推理过程有效运行的关键建构准确、合理的实例库系统结构选择恰当的索引参数来引导实例检索过程与当前新工艺问题匹配程度较差的实例将被加以过滤u重新分类实例检索前，运用RS理论获取最具分类能力的实例前件库特征集，根据最具分类能力特征集中的特征属性进行特征等级的划分，实现实例库的分层过滤检索，并结合层次分析法自动计算出各特征等级及其所包含特征属性所对应的权重大小 智能工艺规划优选模块算法流程 q基于RS理论的特征选取与权重计算4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化u实现过程不影响当前实例库实例集分类效果及保持条件属性（实例前件表所包含特征）与决策属性之间依赖关系
43、不发生变化的前提下，对决策表条件属性集进行约简，获取最具分类能力的实例前件特征集，并求得每个特征的重要度大小条件属性集工艺实例中的工艺问题描述部分的所有特征属性决策属性集工艺问题解决方案部分的所有特征属性关键决策表中的属性只能为离散值，需先对连续性特征属性离散化 q基于RS理论的特征选取与权重计算4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化特征属性权重的确定步骤 q基于RS理论的特征选取与权重计算4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化u组合赋权法基于层次分析法（人工专家打分）（Analytic Hierarchy Process，A
44、HP）和RS理论的组合赋权将根据RS理论求取的客观权重与根据AHP方法求取的主观权重按照线性加权的原理进行组合。一般取=0.5，即属性的权重等于利用主观赋权法和客观赋权法所确定的权重值的算术平均值。(1)iiiaSaOaaa q基于RS理论的特征选取与权重计算4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化u分层过滤机制特征权重大小代表了其对工艺问题解决方案的影响程度，而对于部分权重较小甚至为0的冗余特征不需要对其进行相似度匹配u实例规模较小时，根据操作人员经验设置初始过滤级别首要关注特征权重过滤级别材料类别次要关注特征权重过滤级别材料牌号、加工精度、表面粗糙度和烧伤程
45、度第三级关注特征权重过滤级别其余特征为了实现权重过滤级别的自动划分，将权重进行归一化 q实例的检索、重用、修改及回收4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化u实例检索通过特征权重过滤级别，进行工艺实例的逐步细化检索，从而得到与当前工艺问题匹配较优的工艺实例过滤集；特征属性相似度的度量是基础u实例重用置信度描述实例前件同实例后件之间匹配的真实性程度根据各凸轮轴数控磨削加工精度的实测值将工艺实例评价为“优、良、合格、不合格”四个等级，系统实例库中只保存综合评价为“优、良、合格”的典型工艺实例定义基于相似度与置信度的综合评价因子，依次计算过滤实例集中各实例的综合评价因
46、子，获得其值最大的实例 q实例的检索、重用、修改及回收4.2 4.2 计算机辅助工艺规划及其智能化计算机辅助工艺规划及其智能化u实例修改根据新工艺问题的要求对最佳相似实例的后件中不适合新工艺问题的部分做必要的调整与修改常用方法基于人工干预的修改、基于实例的修改及基于规则的修改u实例回收经过实例修改后的工艺实例将作为当前新工艺问题的最终解决方案，将其应用于实际生产加以试加工，若满足当前加工要求，则新工艺问题与其最终解决方案一起构成新实例新旧实例的交叠判别以减少冗余q技术路线4.4 4.4 难加工材料切削智能数据库系统难加工材料切削智能数据库系统u基本功能针对常用难加工材料（包括高温合金、钦合金、
47、不锈钢和高强度钢等）为用户提供合理的切削用量，也就是切削速度、进给速度或每转/齿进给量、切削深度等q总体框架4.4 4.4 难加工材料切削智能数据库系统难加工材料切削智能数据库系统u根据形状特征选择加工方式u确定要被加工零件的工件材料特征u结合工件材料特征与精度特征，根据材料的可加工性及刀具一工件匹配规则来确定刀具材料和刀具类型u根据工件、刀具以及制造资源特征和过程参数（刀具耐用度、切削力等）来检索切削加工参数和切削介质q系统建模4.4 4.4 难加工材料切削智能数据库系统难加工材料切削智能数据库系统u非控制参量：是指不能改变该参量的数值，而获得输出参量。如工件材料u控制参量：是指可以改变该参
48、量的数值，而获得输出参量。如刀具u过程参量：是指系统过程中表现出来的参量，如切削力，切削温度，粗糙度等u输出参量：是指经过加工过程后，非控制参量和控制参量的作用结果，如加工精度，刀具寿命q工作流程4.4 4.4 难加工材料切削智能数据库系统难加工材料切削智能数据库系统q数据库系统架构4.4 4.4 难加工材料切削智能数据库系统难加工材料切削智能数据库系统u浏览器作为客户端应用的运行平台u开发、维护和升级工作集中在服务器端u用户使用浏览器上网，向Web服务器提出请求uWeb服务器处理请求，查询数据库，并将查询到的信息组成HTML页发送给用户，在用户的浏览器上显示q数据库系统功能建模4.5 4.5
49、 凸轮轴数控磨削工艺智能数据库凸轮轴数控磨削工艺智能数据库磨床名称磨床名称磨床型号磨床型号加工精度加工精度加工范围加工范围磨床磨床砂轮类型砂轮类型砂轮代号砂轮代号粒度粒度最高线速最高线速砂轮砂轮磨削液牌号磨削液牌号磨削液类别磨削液类别磨削液类型磨削液类型生产厂家生产厂家磨削液磨削液工件工件磨削加工方案磨削加工方案材料类型材料类型材料牌号材料牌号毛坯硬度毛坯硬度从动件类型从动件类型砂轮转速砂轮转速磨削余量磨削余量进给速度进给速度工件转速工件转速加工参数加工参数经验知识、加工技能经验知识、加工技能q数据库系统功能建模4.5 4.5 凸轮轴数控磨削工艺智能数据库凸轮轴数控磨削工艺智能数据库实现凸轮轴
50、数控磨床、砂轮、磨削液、工艺实例、工艺知识等信息的录入、删除、修改，为凸轮轴数控磨削智能专家系统运行过程提供数据保障q数据库系统总体结构4.5 4.5 凸轮轴数控磨削工艺智能数据库凸轮轴数控磨削工艺智能数据库q凸轮轴数控磨削工艺智能应用系统4.5 4.5 凸轮轴数控磨削工艺智能数据库凸轮轴数控磨削工艺智能数据库q凸轮轴数控磨削工艺智能应用系统体系架构4.5 4.5 凸轮轴数控磨削工艺智能数据库凸轮轴数控磨削工艺智能数据库u工艺数据（包括专家知识）置于数据库服务器中，以便于数据的集中维护与管理。u应用程序服务器专门用来响应客户端的数据访问请求并及时提供数据支持服务。u客户端可以完成凸轮轴磨削工艺
