基于回轉體實例檢索的CAPP系統研究

李尚遠 馮桂坤 王兵強 丁志超

【摘 要】以回轉體零件為例，對基于實例檢索的CAPP系統進行技術研究。以已存在的實例作

為基礎構建實例庫，對目標零件按照一定的規則進行編碼和相似件的檢索算法，借助良好的人機交互界面，根據目標零件編碼從實例庫中檢索出相似件。當檢索出的實例與所需求的零件不符時可以對實例庫進行修改，提高實例庫的準確性和效率。

【關鍵詞】回轉體零件；實例檢索；CAPP系統

中圖分類號： TP391.7 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）21-0039-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.018

【Abstract】Take the rotary parts as sample to take on the technical research of CAPP system based on case retrieval. Building the case base based on the cases which already exists：Set up the rules about the parts expression and input and make retrieval algorithm of similar part.By the favorable man-machine interface，the similar parts can be retrieved from the case according to the target parts feature.When there are no entries in the directory case base that match your search case，some correction will be made to the case base to meet the need of the users.

【Key words】Rotary part；Case retrieval；CAPP system

0 引言

CAPP在制造企業生產現代化中起著非常重要的作用， CAPP系統可以減輕工藝工程師的繁重勞動，減少工藝設計過程中的某些人力勞動，同時減少了人在設計過程中由于某些忽略而造成的錯誤，從而提高工藝過程設計的質量，有利于推動CAPP向著工具化方向的發展，以適應不同企業對于柔性、通用化的工藝資源管理的要求[1]。

基于實例檢索的CAPP系統是近年來人工智能領域的重要研究方向。它的出現大大加快了產品的開發速度，可以幫助人們快速解決生產設計中遇到的問題。基于實例的檢索推理方法以先前成功的工藝設計實例為起點，以特征信息為導引從實例庫中提取與該零件相似的特征實例，進行當前新問題的檢索求解。

1 零件信息描述

零件可以由基于特征的幾何結構和加工工藝來進行描述。零件的一個基本特征由一個主特征與幾個輔特征組成。其中主特征主要指零件的基本幾何形狀，例如面、槽等；輔特征則用于對主特征做局部修飾，例如倒角、退刀槽等。同一類零件的特征類型、數量和相互關系有相似之處。

在本文中我們采用多層次的樹形結構來描述整個的零件信息模型，如圖1所示。位于頂端的特定節點稱為根節點，每一個根節點都代表一個實例的存在。根節點下面又分出許多的子節點，這些子節點代表著實例的各個主特征。這些主特征的子節點上有的又會分出各種輔特征。這些節點平行的為兄弟關系，上下的為父子關系。當檢索這些特征時，按照“先父子后兄弟”的順序進行：首先判斷每一個節點有無子節點，當子節點為空時停止父子檢索；進一步判斷是否存在兄弟節點。在樹形結構中，每一個節點都對應零件特征，如鍵槽、倒角等。樹中節點的存儲結構采用鏈式存儲結構。

2 編碼模型的確立

在上述結構層次的基礎上，引入相應的編碼方法，就可以建立實例的索引模型。編碼是用來對實例零件的各個特征進行描述和標識的。實例庫中的每一個實例都有一個編碼與之對應。根據分類編碼體系的規則，用字符描述和標識零件特征就是對零件進行分類編碼的過程。對零件的各個特征及屬性進行編碼操作后，零件的信息和數據就可以代碼化，從而便于計算機進行處理、檢索和信息交流[2]。

本文以日本的KK-3編碼系統為基礎，對其21位編碼進行簡化，選擇對本系統應用意義較大的14位編碼，形成本系統的編碼方式，零件部分編碼見表1.其中的第一個數字代表零件的長徑比，第二個數字代表零件的單元數量，以此類推……此時零件就可以以14位的編碼數字描述出來。

3 實例檢索的相似計算

通過輸入零件編碼從實例庫中搜索出的實例可能與零件不是完全相似。此時便需要進行實例與零件的相似度的計算。通過計算可以得出實例庫中與新零件最相似的實例件，并將最相似的三個零件羅列在界面上供用戶選擇，如圖2。

相似性系數就是用于衡量新零件與實例零件相似程度的一個參數。相似性系數不但與零件類型、特征（包括主、輔特征）的類型等因素有關，還與零件的材料類型、熱處理方法、毛坯類型、生產類型以及形狀特征的精度等級、表面粗糙度和形位公差等因素有關[3]。通過相似度計算來確定最符合需要的實例。根據大量的實踐和分析總結，設從實例庫中檢索到n個相似的實例，則零件特征的相似性計算公式Sf為：

式中fik為零件特征中的第i個屬性的相似系數，ωi為該屬性的權重系數。權重系數介于[0，1]之間。如果新零件的長徑比、毛坯類型、材料類型、熱處理方式與實例零件的長徑比、毛坯類型、材料類型、熱處理方式逐一比較，若相同，則對應的相似系數fik的取值為1；若不相同，則公式中對應的相似系數取值為0.零件主特征相似系數與輔特征相似系數的計算公式如下：

其中主特征包括單元數量、螺紋及槽、加工精度、外部形狀及加工、平面或曲面加工；輔特征包括軸線情況、輔助加工、主要加工面、表面粗糙度、內部形狀及其加工。

新零件與實例零件主（輔）特征相匹配的含義如下：

（1）新零件和實例零件相對應的特征類型相同，比如單元數量相同，外部形狀同為外圓柱面或者鍵槽，加工精度、加工方法相同等。

（2）新零件和實例對應的特征局部熱處理方法相同，或新零件和實例零件的總體熱處理方法相同。

系統通過以上的計算就可以檢索出實例庫中與新零件最相似的實例件，其工作的主要流程如圖3。

4 相似工藝的適應性修改

一般情況下，經過檢索實例庫得到的實例零件無法直接進行工藝設計的調用，此時要對檢索件工藝根據實際需求進行適應性調整。主要調整情況如下：

（1）檢索的零件具有的特征元素少于當前零件的特征元素，則需要增加輔助計劃到檢索到的零件工藝特征中生成當前零件的工藝特征[4]。

（2）實例零件比新零件具有更多的零件工藝特征，需要刪除后才能生成當前零件的工藝特征。

（3）實例零件的某些特征元素與當前零件的特征元素不匹配，具體情形如下：

實例零件的部分特征元素可通過簡單加工成為當前零件的響應特征元素，此時需要按照（1）情況進行處理。

實例零件的部分特征元素比新零件的單元特征要復雜，則需要按照情況（2）進行處理。

根據以上的情況，相似工藝的修改應有相應的修改操作，以便生成滿足新零件制造要求的工藝規程。

5 結束語

零件加工工藝的設計是一個復雜的工程，需要考慮很多方面的因素。實現CAPP系統的智能化還會有很多的困難。本文開發的基于回轉體實例檢索的CAPP系統首先根據用戶輸入零件特征元素來獲得目標零件的相應編碼，進一步進入該類型零件的實例數據庫，通過相似性判定原則選取與期望目標相近似的實例零件，并按照相似系數計算公式進行相似度大小的判定，并為用戶提供三個最為相近實例作為候選實例零件。通過這種方法可以有效提升結構設計加工效率，同時隨著檢索件的增多可進一步進行實例庫的豐富，為今后的加工提供更多依據。

【參考文獻】

[1]李晶耀.面向對象的CAPP系統的研究與開發：（碩士學位論文）.天津：天津工業大學.2004.

[2]邢建國，譚建榮.實例檢索策略及其在減速器零件CAPP中的應用[J].中國機械工程.2000，1l（9）：1064—1066.

[3]諶祖輝.回轉類零件工藝設計CBR系統及其關鍵技術研究：（碩士學位論文）.陜西：西北工業大學.2006.

[4]邢建國.定制生產下工藝可重用理論、方法及關鍵技術研究與應用：（博士學位論文）.浙江：浙江大學.2004.