0 引言

　　由于計算機輔助工藝規程設計(computer aided process planning，CAPP)問題的復雜性和特殊性，CAPP系統仍然面臨著諸多問題。其中，工藝決策是CAPP系統進行工藝設計的關鍵，工藝決策方法選擇是制約CAPP系統實用化、通用化、智能化的核心問題。派生式CAPP系統的基本思想是利用零件的相似性來檢索現有的工藝規程進行工藝設計。零件按照幾何形狀、工藝要求等特征的相似性歸類成族，建立標準工藝規范，當需要對1個新零件進行工藝設計時，首先檢索標準零件庫中的相似零件，然后根據相似性原理，實現工藝規劃的相似性檢索和決策。

　　1 相似性比較方法

　　1.1相似性比較方法的分類

　　零件相似性比較方法可分為3種類型：成組技術、特征技術、幾何和拓撲結構技術。基于特征技術的能較好地支持模型的可制造性分析和相似工藝規劃。

　　特征是具有一定集合形狀、工程意義和加工要求的1組信息的集合，是構造零件幾何形狀和零件信息模型的基本信息單元，信息單元通過多種關系相互聯系為1個整體。特征信息是可以用于零件的結構設計、工藝設計、裝配和性能分析。零件孔類加工一般包含沿中心線分布的若干特征，這些特征可以細分為基本特征和輔助特征，基本特征是指用于構造零件總體集合結構形狀的特征，如內螺紋、直徑大小、粗糙度等，附著在基本特征上的特征稱為輔助特征，如倒角等。

　　1.2零件特征信息的描述和分類

　　對零件特征信息進行描述與分類的目的在于對零件信息進行抽象化和形式化，便于靈活有效地組織和處理零件的相關信息。根據孔類加工的特點，可以將零件的主要特征信息分為3大類：總體特征、形狀特征、精度特征，以此來進行特征模型的建立。

　　該模型的結構類似于樹形結構，如圖l所示。其中，零件的總體特征包含了管理信息(零件號、零件名、產品編號、更改信息等)、零件屬性(零件類型、材料等)、技術要求(熱處理信息等)。形狀特征是零件特征中最重要的模型，它包含的信息最多，是零件信息模型的骨架。除幾何信息外，還包括尺寸約束及精度信息，形狀特征的關聯采用形狀特征樹的結構來描述。形狀特征分為基本特征和輔助特征，根據每1個特征的特點對特征進行分類，建立特征的抽象類和子類，子類繼承抽象類的所有屬性，形成1個完整的樹狀特征關系圖，為特征的相似性計算提供了最主要的依據。精度特征的表達是以形狀特征和幾何要素為載體，它也是影響零件加工的主要方面。管理特征、材料特征和技術特征是描述零件總體信息的，將它們歸并為總體信息。通過以上的零件信息的層次結構，可構造基于零件類和特征類的零件信息模型。

　　圖l 零件特征信息模型

　　2 零件特征相似性匹配

　　在對零件進行分類后，根據零件信息中的分類，將待加工零件的各個特征賦予不同的屬性，然后從現有的數據庫中找出與代加工零件最相似的模型與之進行特征上的匹配，并計算該零件特征與模型之間的相似度，也就是零件屬性的相似度的計算，通過具體參數化屬性的計算與整理，得到兩個零件的相似程度，該相似程度的值應該在[0，1]之間。

　　圖2表示的是相似零件檢索的流程圖。為了對數據庫中相似模型進行檢索，首先必須確定零件的類型，并檢索該數據庫中是否有相似的模型存在，如果存在該模型，則進行下一步的零件特征的匹配，如果不存在，則返回上一級菜單。類型匹配后，繼續下一步特征屬性的匹配檢索，并計算其相似度，得到所需的加工工步或工序。

　　圖2 零件相似度篩選流程圖

　　3 加工零件的相似性計算

　　3.1相似程度值λ

　　相似是指事物之間在某些方面的相似程度。衡量相似的1個重要指標就是相似程度值，在計算1個零件與另外1個零件的相似程度的時候，不僅需要考慮到2個零件在形狀特征方面的相似，還包括了2者之間在工藝特征以及所達到的功能特征上的相似。首先，零件的類型和基本形狀相同時2零件相似的首要條件，其次，需要考慮2者的比如毛坯類型、熱處理加工方式，還有主要特征與輔要特征中的精度等級、表面粗糙度、形位公差和位置度公差的特征屬性，這些都會影響到相似程度。在確定相似度的時候，都需要考慮到以上的因素影響。在實際應用中，若λ=l，則表示新零件與當前模型完全匹配;若0.9≤λ<1，則表示基本匹配;若0.7≤λ<0.9，則表示比較匹配;若λ<0.7，則表示新零件與已有零件不匹配。

　　3.2權重系數值K

　　由于加工零件信息特征包含了總體特征、形狀特征、精度特征3大方面，而這3個方面對于整個相似程度值的計算過程中所起影響的比重不同，所以我們在這里引入了權重系數的概念。在數學上，為了顯示若干量數在總量中所具有的重要程度，分別給予不同的比例系數，這就是加權。權重系數是表示某l指標項在指標項系統中的重要程度。在這里，我們將3個特征屬性的權重系數分別定義為 。在實際加工操作過程中，總體特征主要包含了3個方面：材料類型、熱處理、毛坯類型。一般的材料類型匹配率、熱處理匹配率、毛坯類型匹配率、形狀特征匹配率、精度特征匹配率對于相似度計算中的權重系數分別為0.1，0.2，0.1，0.4，0.2，它們的和為l。

　　3.3零件相似性度量

　　3.3.1 零件總體特征的度量

　　在零件總體特征中，功能要求、材料特性、總體尺寸等信息組成了總體特征屬性元。即使是形狀結構，功能完全相同的零件，只要材料不同，或者是熱處理工藝不同，它們的加工工藝也會產生很大的差別。有些材料的切削性能上比較接近，有些則相差甚遠。、、

　　3.3.2零件形狀特征和精度特征的度量

　　零件形狀特征和精度特征的匹配率的度量與總體特征匹配率

　　4 相似性實例分析和計算

　　采用上述理論，以某孔的加工為例，對其相似度λ進行了計算。其中待加工的零件及數據庫中的模型分別如圖3，圖4所示。

　　圖3 數據庫中模型

　　圖4 新加工零件

　　圖4是數據庫中已經加載的模型，該模型的材料為45鋼，無表面熱處理，圖3為新零件，材料同樣為45鋼，無表面熱處理。由以上計算公式可得：=1;=l;=l;=(1×2)/(1+2)=0.67;=(1×2)/(1+1)=l。根據零件相似度值A的計算公式

　　可得A=0.1×1+0.2×l+0.1×1+0.4×0.67+O.2×l=0.868

　　因此，新零件和現有模型的相似度為0.868，2模型屬于比較匹配。

　　根據以上結論，該孔類的加工工藝可以參考現有模型，以其加工工藝為主干，進行加工。

　　5 結語

　　文章通過對孔類加工零件基于特征的相似度介紹和計算，為派生式CAPP系統的工藝規劃選擇與生成提供了參考，為以后其他類似回轉軸，箱體等復雜零件的加工工藝選擇做出了前期準備。提供了1種檢索相似零件的工藝決策，提高了工藝設計的質量和解決了工藝設計中的標準化問題，滿足了派生式CAPP的要求，具有可行性和使用性。