基于GT与KBE的智能数控编程与应用.docx
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基于GT与KBE的智能数控编程与应用
摘要
随着科学技术的发展和进步,数控技术的应用已日趋普及,使得机械制造过程发生了显著的变化,其作用和影响越来越大。
与此同时,企业对数控技术的要求也越来越高。
数控编程技术作为数控技术的重要组成部分之一,一定程度上关系到企业生产加工技术水平的提升。
目前,企业在利用通用的CAM系统(如UG)进行数控编程的过程中普遍存在着重复性劳动、编程知识经验要求高以及编程系统操作复杂、刀轨形式受限制等问题,降低了数控编程效率,影响了数控编程质量。
针对上述问题,本文在对企业实际需求分析的基础上,构建了基于UG平台的智能数控编程系统体系结构,设计了智能数控编程系统的功能模块,给出了船用柴油机复杂零件知识库系统的结构模型。
为促进系统能实现高效、准确、快捷的智能数控编程,论文进行了一些探索性研究,主要研究内容与成果如下:
(1)在对数控编程中参数设置分析的基础上,首次提出了对成组技术进行级联应用,详细研究了该方法在CAPP/CAM系统中的应用,并给出了基于成组技术级联应用的数控编程流程。
(2)为了实现数控编程的知识驱动,针对数控编程领域经验知识的特点,研究了知识工程技术在数控编程中的应用,主要包括:
数控编程领域的知识表示、知识获取和知识推理。
(3)以船用柴油机复杂零件为对象,归纳了船用柴油机复杂零件的加工特征与优化了的刀轨,研究了加工特征识别、特征处理和基于特征的刀轨规划技术,分析了特征、刀轨与工艺之间的映射关系。
在上述研究成果的基础上,利用UG/Open、VC++6.0和SQLServer2000等技术开发了基于GT与KBE的智能数控编程系统,并通过船用柴油机复杂零件的数控编程实例验证了上述研究成果的有效性和系统的实用性。
关键词:
数控编程;成组技术;知识工程;刀轨规划
Abstract
Withthedevelopmentofscienceandtechnology,CNCtechnologyhasbeenusedmoreandmorepopular.Ithaschangedthemanufacturingprocess,itseffectandinfluencebecomegreater.Atthesametime,enterprisehashigherrequirementsforCNCtechnology.Asoneimportantpartofcnctechnology,CNCprogrammingtechnologycouldimprovetheproductiontechnologyleveltoalargedegree
Atpresent,thereareseveralproblemsinCNCProgrammingwhenenterpriseusesthetraditionalCAMsystem(suchasUG),suchasrepetitivework,requirehighprogrammingexperienceknowledge,theprogrammingsystemhascomplicatedoperationandtoolpathformsisrestricted.Theseproblemsdecreasetheprogrammingefficiencyrate,impacttheprogrammingquality.
Inviewoftheaboveproblems,thispaperanalyzedtheenterprisedemand,thenconstructedthesystemframeworkofintelligentprogrammingsystembasedonGTandKBE,anddesignedthefunctionmoduleofintelligentprogrammingsystem,andthenestablishedtheframemodelofknowledgebasedsystemforcomplicatedcomponents.Inordertorealizeahighlyeffective,accurateandquicklyintelligentCNCprogrammingsystem,thispaperdidsomeexploratorywork.Itsmaincontentandcontributionsareasfollows:
(1)BasedontheanalysisontheCNCprogrammingparameterssetting,theapplicationofcascadinggrouptechnologyisproposedforthefirsttime,thenitisresearchedindetailinCAPP/CAMsystem,andacncprogrammingflowwasdesignedbasedonit.
(2)InordertomakeCNCprogrammingdrivenbyknowledge,aimedatthecharacteristicsofCNCprogrammingfieldknowledge,theapplicationofknowledge-basedtechnologyinCNCprogrammingwasstudied,includingknowledgerepresentationinthefieldofCNCprogramming,knowledgeacquisitionandknowledgereasoning.
(3)Takingcomplexcomponentsofmarinedieselasobjectsandsummarizeditsmanufacturingfeatureandtoolpathpattern.Ithasaresearchonmanufacturingfeaturerecognition,manufacturingfeatureprocessingandtoolpathplanningbasedonmanufacturingfeature,andanalyzedthemappingrelationshipbetweenfeature,toolpathandprocess.
Onthebasisoftheaboveresearchresults,theintelligentprogrammingsystembasedonGTandKBEwasdevelopedbyusingUG/Open,VC++6.0andSQLServer2000.AndcasesofCNCprogrammingforcomplexcomponentsofmarinedieselhavebeenillustratedtovalidatetheeffectivenessoftheabove-mentionedresearchcontributionsandthepracticalityofthesystem.
Keywords:
CNCProgramming;GroupTechnology;Knowledge-basedEngineering;ToolPathPlanning
目录
摘要I
AbstractII
第1章绪论1
1.1课题研究的背景1
1.2课题研究现状2
1.2.1成组技术研究现状2
1.2.2知识工程技术研究现状3
1.2.3数控编程技术研究现状4
1.3课题主要研究内容5
1.4课题研究的理论意义和实用价值6
1.4.1课题研究的理论意义6
1.4.2课题研究的实用价值6
1.5本章小结7
第2章基于GT与KBE的智能编程系统体系研究8
2.1智能数控编程系统开发流程8
2.2系统需求分析9
2.3系统研究总体目标9
2.4基于GT与KBE的智能编程系统体系结构10
2.5系统功能模块12
2.6基于GT与KBE的智能编程系统的功能特点14
2.7系统的开发环境和开发工具14
2.8系统开发支撑技术15
2.8.1UG二次开发技术在智能编程系统中的应用15
2.8.2支持知识重用的数据库开发技术20
2.9本章小结26
第3章成组技术在数控编程中的应用27
3.1成组技术的基本原理27
3.2成组技术的级联应用27
3.3数控编程参数设置的相似性分析28
3.4成组技术在数控编程中的级联应用29
3.4.1CAPP中的相似性处理29
3.4.2CAM中的相似性处理31
3.4.3基于相似度的工艺信息与加工模板映射32
3.4.4数控编程流程设计32
3.5本章小结33
第4章知识工程技术在数控编程中的应用34
4.1知识工程的含义34
4.2数控编程中的知识表示35
4.2.1数控编程中知识表示的原则35
4.2.2基于规则与实例的数控编程知识表示35
4.3数控编程中的知识获取36
4.4数控编程中的知识推理39
4.4.1基于规则的数控编程知识推理39
4.4.2基于实例的数控编程知识推理39
4.5本章小结43
第5章基于加工特征的刀轨规划技术研究44
5.1概述44
5.2基于加工特征的船用柴油机复杂零件刀轨44
5.2.1可重用的加工特征元44
5.2.2船用柴油机复杂零件加工特征的分类45
5.2.3船用柴油机复杂零件刀轨类型46
5.3基于加工特征的刀轨规划47
5.3.1加工特征的识别47
5.3.2加工特征的处理50
5.3.3刀轨规划50
5.3.4加工特征的映射52
5.4基于加工特征的刀轨生成52
5.5本章小结53
第6章智能数控编程系统的实现54
6.1系统概述54
6.2系统操作流程54
6.3系统登陆及主界面55
6.4企业资源管理模块55
6.4.1零件管理模块55
6.4.2刀具管理模块56
6.4.3机床管理模块56
6.4.4工艺信息管理模块57
6.4.5知识库管理模块59
6.5知识加工模块60
6.5.1智能编程模块60
6.5.2知识顾问模块63
6.5.3后处理模块65
6.6用户管理模块65
6.6.1用户信息管理模块65
6.6.2权限设置模块66
6.7本章小结66
总结与展望67
课题总结67
进一步的研究工作展望67
参考文献69
攻读学位期间发表的学术论文72
致谢73
Contents
ChineseAbstractI
AbstractII
1Exordium1
1.1ResearchBackground1
1.2ResearchStatus2
1.2.1ResearchStatusofGroupTechnology2
1.2.2ResearchStatusofKBE3
1.2.3ResearchStatusofCNCProgramming4
1.3ResearchContent5
1.4ResearchTheoreticalSignificanceandPracticalValue6
1.4.1ResearchTheoreticalSignificance6
1.4.2PracticalValue6
1.5ChapterSummary7
2ResearchonFamiliesofIntelligentProgrammingSystemBasedonGTandKBE8
2.1IntelligentProgrammingSystemDevelopmentFlow8
2.2SystemDemandAnalysis9
2.3ResearchGeneralTarget9
2.4IntelligentProgrammingSystemArchitectureBasedonGTandKBE10
2.5SystemFunctionModule12
2.6IntelligentProgrammingSystemfunctionCharacterBasedonGTandKBE14
2.7SystemDevelopmentEnvironmentandTools14
2.8SystemDevelopmentSupportingTechnology15
2.8.1ApplicationofUGSecondaryDevelopingTechniquesinIntelligentProgrammingSystem15
2.8.2DatabaseDevelopmentTechniqueBasedonKnowledgeReuse20
2.9ChapterSummary26
3ApplicationofGroupTechnologyinCNCProgramming27
3.1BasicPrincipleofGroupTechnology27
3.2ApplicationofCascadingGroupTechnology27
3.3SimilarityAnalysisonCNCProgrammingParameterSetting28
3.4ApplicationofCascadingGroupTechnologyinCNCProgramming29
3.4.1SimilarityProcessinginCAPP29
3.4.2SimilarityProcessinginCAM31
3.4.3ProcessingInformationMappingwithProcessingTemplateBasedonSimilarity32
3.4.4CNCProgrammingProcessDesign32
3.5ChapterSummary33
4ApplicationofKBEinCNCProgramming34
4.1TheMeaningofKBE34
4.2CNCProgrammingKnowledgeRepresentation35
4.2.1PrinciplesofCNCProgrammingKnowledgeRepresentation35
4.2.2CNCProgrammingKnowledgeRepresentationBasedonRuleandCase35
4.3CNCProgrammingKnowledgeAcquisition36
4.4CNCProgrammingKnowledgeReasoning39
4.4.1CNCProgrammingKnowledgeReasoningBasedonRule39
4.4.2CNCProgrammingKnowledgeReasoningBasedonCase39
4.5ChapterSummary43
5ResearchonToolPathPlanningBasedonManufacturingFeature44
5.1Summary44
5.2ToolPathforComplexComponentsofMarineDieselBasedonManufacturingFeature44
5.2.1ReusableManufacturingFeatureElement44
5.2.2ComplexComponentsofMarineDieselManufacturingFeatureClassification45
5.2.3ComplexComponentsofMarineDieselToolPathType46
5.3ToolPathPlanningBasedonManufacturingFeature47
5.3.1ManufacturingFeatureIdentification47
5.3.2ManufacturingFeatureProcess50
5.3.3ToolPathPlanning50
5.3.4ManufacturingFeatureMaps52
5.4ToolPathGenerationBasedonManufacturingFeature52
5.5ChapterSummary53
6BriefIntroductionofIntelligentProgrammingSystem54
6.1SystemSummary54
6.2SystemOperatingflow54
6.3SystemLoginandMainInterface55
6.4EnterpriseResourceManagementModule55
6.4.1PartManagementModule55
6.4.2ToolManagementModule56
6.4.3MachineManagementModule56
6.4.4ProcessManagementModule57
6.4.5KnowledgeBaseManagementModule59
6.5KnowledgeManufacturingManagementModule60
6.5.1IntelligentProgrammingModule60
6.5.2KnowledgeConsultantModule63
6.5.3PostProcessModule65
6.6UserManagementModule65
6.6.1UserInformationManagementModule65
6.6.2UserAuthorizationManagementModule66
6.7ChapterSummary66
ConclusionandProspect67
Conclusion67
Prospect67
Reference69
PublishedThesisforMaster’sDegree72
Acknowledgement73
第1章绪论
1.1课题研究的背景
随着近年来中国船舶制造行业的迅速崛起,对有船舶“心脏”之称的船用柴油机提出了较高要求。
对于船用柴油机制造企业,如何在市场瞬息万变的情况下把握时机,快速响应市场需求,提供优质的产品,对企业的生存发展至关重要。
数字化制造技术是现代制造技术的重要组成部分之一,对于提升企业制造水平,提高企业市场竞争力起着不可忽视的作用。
因此,企业相继引入了CAD/CAPP/CAM技术,但取得的实际效果却有限。
主要原因有以下三点:
1)直接引入的CAD/CAM系统不具有专用性。
为了最大化地满足不同企业的设计及制造过程中的需求,通用型的CAD/CAM系统提供了较多的操作方式供客户选择。
这一方面对客户提出了较高的技能,要能熟练掌握对CAD/CAM系统的使用;另一方面,由于每个企业生产的产品具有自己的特点,通常只需用到其中极少部分的操作方式,并且使用过程中有许多相似性设置,所以这些操作方式可以进一步的简化。
此外,通用型的CAD/CAM系统未能考虑到企业在设计和制造过程中一些的细节问题,缺少针对特殊要求的解决措施和方法。
2)CAD/CAPP/CAM之间缺少相互协作与相互支持,产生了诸多问题:
①信息在这三个独立的系统中传递时,必然存在着时间上的延迟,降低了效率;②人工传递信息的方式容易产生输入输出上的错误,影响到后续生产;③造成海量信息的访问、处理及维护紊乱;④信息不能自由传递与交换,一处信息更改,其它与之对应的信息不能自动得到更新;⑤系统之间没有统一的数据格式,相互访问受到限制。
3)知识没有得到存储和利用。
设计与制造属于知识密集型的工作,经验和知识需要多年的积累,属于稀缺和无形的资源。
通用型的CAD/CAPP/CAM系统不能将工程师使用系统时所运用的知识进行捕捉、存储和利用,降低了系统的智能性。
由于自动数控编程是以CAD系统提供的模型为对象,以CAPP系统提供的工艺信息为指导,在CAM系统中完成编程操作的生成,是对CAD/CAPP/CAM技术的综合应用。
因此,上述几种因素就对数控编程产生了直接的影响,造成多数企业引入的CAM系统处于闲置状态。
如何激活数字化制造技术的实用价值,成为企业关注的重点。
通过对当前各种理论和技术的分析研究,可以将成组技术(GroupTechnology,简称GT)与基于知识的工程技术(KnowledgeBasedEngineering,简称KBE)作为解决数控编程领域内问题的有效途径。
利用成组技术的思想可以对数控编程领域内的相似性问题进行处理,利用基于知识的工程技术可以实现对工程师知识的获取和应用。
此外,为了满足客户的开发需求,CAX开放的二次开发技术也为对实现数控编程的改造提供了技术支持。
1.2课题研究现状
1.2.1成组技术研究现状
成组技术的思想可以追溯至二十世纪的20~30年代,并在50年代中期由苏联专家米特洛万诺夫对成组工艺方面的实践经验与研究工作进行总结之后,比较全面地提出了成组技术科学理论,形成了一门专门学科。
成组技术最初是将企业中具有相似性的零件分类编组,并以“组”为单位对零件组织生产,可显著提高劳动生产率、降低生产成本,是组织多品种、中小批量生产的一种科学方法。
基于成组技术在实践中取得的成果,它在欧美、中国、日本等国家得到推广和应用,并逐渐延伸到其它的领域,发挥越来越重要的作用。
1.2.1.1成组技术国外研究现状
成组技术在国外先进国家处于稳步发展的形式,具体表现为两个方面[1]:
1)不断扩大应用
成组技术在工业界受到越来越多的企业的重视,GE公司、Boeing公司、Lockheed公
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- 基于 GT KBE 智能 数控 编程 应用