高溫球閥加工是中小批量生產(chǎn)，常常應用普通機床加工。近些年，數(shù)控車削等設備普及，閥門制造業(yè)也越來越多采用數(shù)控設備。另外，高溫球閥設計過程中，使用了CAXA電子圖版進行全面CAD設計，采用自動生成工藝技術-CAPP成為必然。我們根據(jù)某閥門公司要求開發(fā)了高溫球閥計算機輔助工藝設計系統(tǒng)（簡稱MGQF-LAPP系統(tǒng)）。

    1 系統(tǒng)開發(fā)目標

    系統(tǒng)開發(fā)的主要目標是讓有經(jīng)驗的工藝人員從重復煩瑣的勞動中解放出來，去從事改進工藝提高生產(chǎn)效率的工作。使不大熟悉工藝的人員能應用本系統(tǒng)生成優(yōu)化的高質量的工藝規(guī)程。為了更好地實現(xiàn)以上主要目標，特對系統(tǒng)設計確定了以下具體目標：

    （1）實用性：實用性是指系統(tǒng)應針對用戶實際需求進行設計（包括零件對象、實際制造環(huán)境以及用戶的各種具體要求等），并*終使系統(tǒng)不僅滿足用戶當前的要求，而且還要使系統(tǒng)能適應用戶制造環(huán)境的變化，即還要為用戶今后使用本系統(tǒng)考慮。
    （2）適應性：是指CAPP系統(tǒng)適應環(huán)境變化的能力。眾所周知，隨著企業(yè)的技術進步，企業(yè)制造設備會更新，各種加工數(shù)據(jù)會改變，為此一個生命力較強的CAPP系統(tǒng)應能適應這種變化。為了提高系統(tǒng)的適應性，設計時應盡可能地提高系統(tǒng)的開放性。例如系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)序文件用戶都可以修改，并且各表面的加工順序及每一類型表面的加工鏈等決策規(guī)則，用戶也可以根據(jù)實際情況變化加以變更。
    （3）通用性：CAPP系統(tǒng)一般屬較專用的系統(tǒng)，所以CAPP的通用性是指它的功能模塊設計的通用程度如何。由標準模塊、通用模塊和專用模塊組成。本課題完成后可繼續(xù)研發(fā)面向各類閥門的通用系統(tǒng)。
    （4）可擴展性：CAPP系統(tǒng)的可擴展性是指系統(tǒng)今后進一步完善時擴充的方便性。系統(tǒng)可以通過接口文件與智能化模塊相連接，也可通過接口文件與CAD相連接，向CAD/CAPP/NC集成擴展。

    2 系統(tǒng)功能設計

    系統(tǒng)功能的設計是按系統(tǒng)功能需求分析中所確定的具體目標，并結合用戶的各項具體要求從總體上確定設計任務。為了使系統(tǒng)能完成預定的任務，需要開發(fā)幾個功能模塊以及各功能模塊之間的鏈結關系，并根據(jù)系統(tǒng)運行中數(shù)據(jù)信息輸入、處理及輸出情況繪出數(shù)據(jù)流向圖。確定了系統(tǒng)總框圖之后，就可以進行系統(tǒng)的詳細設計。

    2.1 數(shù)據(jù)處理

    任何一個軟件系統(tǒng)的基本功能都是自動快速處理數(shù)據(jù)信息，畫數(shù)據(jù)流向圖可以清楚地表明數(shù)據(jù)信息在系統(tǒng)中的輸入輸出以及處理過程，為系統(tǒng)進一步詳細設計提供清楚的依據(jù)。圖1所示為工序生成數(shù)據(jù)流向圖。

    2.2 功能設計

    （1）總控模塊實際上是系統(tǒng)的各層菜單及其運行控制程序、用戶按菜單及提示菜單引導系統(tǒng)運行，操作較方便，是目前各種軟件都采用的方法。
    （2）閥體工藝生成模塊。用來作為主界面，直接顯示閥體零件和DN值（即閥門DN值），以此確定系列，同時有自己工藝流程等。
    （3）各零件工藝生成模塊。在主界面下，設置子菜單生成各零件主要尺寸，打開各子菜單，生成零件相應系列零件加工工藝過程等。
    （4）常規(guī)工藝生成模塊是一個檢索式系統(tǒng)，通過交互方式編輯修改復合工藝來生成具體零件的工藝規(guī)程。
    （5）工序圖繪制模塊是用AutoCAD或CaxaEB繪圖軟件進行復制鏈接形成的，可通過拼圖方法來繪制工序圖。
    （6）輸出模塊用于輸出符合用戶要求的工藝規(guī)程。系統(tǒng)總體框圖如圖2所示。

    3 系統(tǒng)詳細設計

    3.1 系列尺寸聯(lián)系樹

    根據(jù)對高溫球閥加工分析和相似性原理，其DN值一經(jīng)確定，各零件主要尺寸相應確定，如閥體孔徑、閥芯球體直徑、閥桿直徑等。DN值反映了加工主要特征，結合加工實際，確定閥體孔徑DN值為主特征。其它零件主要尺寸與DN聯(lián)系用尺寸聯(lián)系樹表示，圖3為閥門零件系列尺寸聯(lián)系樹。①為根節(jié)點（閥體孔DN值） ②③等為枝節(jié)點（其它零件主尺寸），后面A、B為葉節(jié)點。首先，確定閥體孔徑DN，再確定其它零件主尺寸②，然后，確定工藝各項內(nèi)容A、B、C，或再確定其它零件主尺寸③，然后，確定工藝各項內(nèi)容的D、E。依次類推。

    3.2 工藝流程生成原理

    （1）正向推理技術：它是由原始數(shù)據(jù)出發(fā)，按一定的策略運用知識庫中專家的知識，推斷出結論的方法。這種推理方式，由于是由數(shù)據(jù)到結論的策略，所以也稱“數(shù)據(jù)驅動策略”。在CAPP中，正向推理是指由毛坯推向成品零件，即由毛坯如何一步一步通過加工，*后變成零件。①能根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，運用知識庫相關知識選擇刀具、切削用量、加工方法；②能將運用知識庫中的知識進行推理后得到的結論存入數(shù)據(jù)庫，并將用過的知識記錄下來（以備解釋之用）；③能判斷何時結束推理；④必要時向用戶提問。

    （2）反向推理技術：它是先提出結論（假設），然后去尋找支持這個結論的證據(jù)，這種由結論至數(shù)據(jù)的策略，稱為“目標驅動策略”。在CAPP中，則是由成品零件通過逐步給各零件表面及中間表面疊加精加工、半精加工及粗加工余量的方法，*后變成毛坯的推理過程。①能提出假設，并能運用知識庫中的知識判斷假設的真假；②若真，記錄下用什么知識（以備解釋之用）；③若假，系統(tǒng)應能重新提出新的假設，再進判斷；④能判斷何時結束推理；⑤必要時能向用戶詢問情況。

    在創(chuàng)成式和專家系統(tǒng)的工藝過程設計中，常常是采用反向推理方法。例如，依據(jù)零件表面的精度、表面粗糙度和外形，可以確定它的*終加工（如磨削、精車等），這就可以定出*后一道工序的有關數(shù)據(jù)（如加工余量、公差等），然后，再推斷出前一道工序可能是半精車，并確定該工序的有關數(shù)據(jù)，依次類推下去，直到毛坯，從而選出毛坯材料的有關數(shù)據(jù)（尺寸、公差等），通常，工藝設計人員設計工藝時，就是按此過程進行的。

    系統(tǒng)設計中，主加工工藝過程和工序生成采用正向推理技術，而為適應閥門加工技術進步，所設計的決策完善工藝功能模塊采用反向推理技術。這樣，既保證工藝過程實用性，又能兼顧不同加工環(huán)境的需要。

    3.3 高溫球閥零件加工

    成組技術（GT）是機械制造過程中一種的科學的生產(chǎn)和組織管理方法，旨在識別和開發(fā)機械制造過程各環(huán)節(jié)諸種信息間的相似性，采取適當組織形式和技術，實現(xiàn)工作的合理化、科學化，使多品種、中小批量單件生產(chǎn)的企業(yè)獲得較好的經(jīng)濟和社會效益。

    高溫球閥產(chǎn)品零件不同系列具有同名零件相似性：閥體、閥桿、鎖緊套、壓蓋和閥芯等五大類零件不同系列，其結構基本相同或相似。各批零件加工時，進行特征識別，自動生成加工工藝，極大方便了加工和管理。

    3.4 系統(tǒng)結構圖

    （1） CAPP的基本原理：將經(jīng)過標準化或優(yōu)化的工藝，或編制工藝的邏輯思想（長期以來工藝師們積累的知識和經(jīng)驗），通過CAPP系統(tǒng)存入計算機，在計算機生成工藝時，CAPP軟件首先讀取有關零件的信息，然后識別并檢索一個零件族的標準工藝和有關工序，經(jīng)過編輯修改（派生式），或按工藝決策邏輯進行推理（創(chuàng)成式）自動生成具體零件的工藝：假如計算機讀取的零件信息中部分內(nèi)容超出了計算機能識別和處理的范圍，即找不到對應的零件族，或不能用預先確定的邏輯生成工藝時，則計算機將無能為力，只能報警或求助于工藝人員來幫助。因此，由以上分析可知：計算機只能按CAPP軟件規(guī)定的方式生成工藝過程，而不能創(chuàng)造新的工藝方法、新的工藝參數(shù)。一旦新的工藝方法、新的工藝參數(shù)出現(xiàn)，就必須修改CAPP中的某些部分，使之適應新的加工對象和加工制造環(huán)境。

    （2）系統(tǒng)工藝決策方法：①修訂法（Variant Approach）-派生法，相似性原理-零件族，標準工藝規(guī)程具體零件根據(jù)具體特征加以修訂；②生成式方法（GenerativeApproach）-創(chuàng)成式，將設計工藝過程的推理和決策方法轉換成計算機可處理的決策邏輯、算法，在使用時，由計算機程序采用內(nèi)部決策邏輯和算法，依據(jù)制造資源信息，自動生成零件的工藝規(guī)程。

    MGQF-CAPP系統(tǒng)利用派生式的典型工藝思想，增加了系統(tǒng)的針對性，保證了生成的工藝規(guī)程切實可用。建立在決策規(guī)則基礎上的工藝知識庫用產(chǎn)生式規(guī)則的知識表達方法表達其決策邏輯，使系統(tǒng)具有較高的創(chuàng)成水平。MGQF-CAPP系統(tǒng)結構圖如圖4所示。

    4 結束語

    此系統(tǒng)應用簡單，只需在PC機上安裝VB軟件和本系統(tǒng)軟件即可實現(xiàn)，零件圖（或工序圖）以AutoCAD、CaxaCAD等實現(xiàn)。因而，高溫球閥生產(chǎn)企業(yè)幾乎不需進行大改造，極小成本即可實現(xiàn)工藝計算機化，綜合技術經(jīng)濟指標位居國內(nèi)行列。在天津科特閥門廠應用兩年，取得經(jīng)濟效益200余萬元。

    該課題已通過天津市科委組織專家鑒定，達到國內(nèi)水平。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動化儀表有限公司