專利名稱：三維可視化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)及其方法，具體是一種三維 可視化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(CAPP)是連接CAD和CAM的橋梁，是先進(jìn)制造技術(shù)的 重要基礎(chǔ)之一。長期以來人們一直在努力提高和改進(jìn)CAPP系統(tǒng)的實(shí)用性、集成 性和智能化水平。特別是近些年來隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快、產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)日 趨復(fù)雜，對CAD/CAPP/CAM的集成度以及CAPP處理復(fù)雜形狀零件產(chǎn)品的能力有了 更高和更迫切的要求。近些年來，CAD和CAM系統(tǒng)處理復(fù)雜形狀能力有了極大的 提高，相形之下，CAPP這一能力更顯薄弱，許多能夠在CAD系統(tǒng)中創(chuàng)建的復(fù)雜 零件產(chǎn)品，無法自動得到其工藝過程，從而難以真正實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/CAM集成和 一體化。造成這些現(xiàn)象的主要原因在于當(dāng)前的CAPP系統(tǒng)在信息表達(dá)和處理上 是基于符號的。零件信息的描述采用的是成組GT碼或形狀特征碼；工藝知識的 表達(dá)采用的是產(chǎn)生式規(guī)則、框架或語義網(wǎng)絡(luò)等符號語言；工藝設(shè)計(jì)推理中的信息 處理采用的是規(guī)則搜索和符號匹配的方法。因此整個(gè)工藝設(shè)計(jì)活動都是基于符號 的。這種基于符號的方法對CAPP處理復(fù)雜形狀以及與CAD、 CAM系統(tǒng)集成構(gòu)成了 巨大障礙，具體表現(xiàn)在
(1) 任何語言符號難以用來表達(dá)和處理復(fù)雜幾何形狀，符號只能用來指代標(biāo) 準(zhǔn)的幾何形狀，無法描述形狀細(xì)節(jié)和空間結(jié)構(gòu)，特別是不規(guī)則形狀。然而，工藝 設(shè)計(jì)中的大多數(shù)活動都與幾何信息有關(guān)，都含有幾何信息的加工。因此，基于符 號的CAPP系統(tǒng)在定量化和實(shí)用性方面必然具有很大的局限性。
(2) 在當(dāng)前的制造信息系統(tǒng)中，CAD、 CAM是直接建立在三維圖形系統(tǒng)基礎(chǔ)上 的。而CAPP系統(tǒng)是基于語言符號系統(tǒng)的，這是兩類完全不同的系統(tǒng)，因此，它 們之間的信息集成在本質(zhì)上是困難的，往往需要通過人機(jī)交互或者通過中間文件
(例如STEP或DXF等)等方式進(jìn)行圖形和語言之間的相互轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過程中， 必然帶來信息的丟失和歧義性產(chǎn)生，從而造成集成的困難。
綜上所述，僅用符號來表達(dá)和處理工藝設(shè)計(jì)活動是不全面的，基于純符號的 CAPP系統(tǒng)也必然具有較大的局限性。解決這一問題的關(guān)鍵是CAPP系統(tǒng)需要在
符號系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加三維圖形系統(tǒng)上的信息表達(dá)和處理能力。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利"一種榴彈加工工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)
及工藝設(shè)計(jì)方法"，申請?zhí)?00410050530. 3，該專利公開了一種基于二維零件信 息的工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)和工藝設(shè)計(jì)方法以CAX集成平臺為工藝設(shè)計(jì)的零件模型來 源，并以零件信息輸入為工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，通過信息輸入模塊輸入產(chǎn)品的代號、名 稱、材料、批量、熱處理要求等信息，并完成對產(chǎn)品定義、加工特征及其典型工 藝制定和典型工藝的工序圖，采用交互式或派生式的工藝設(shè)計(jì)方法進(jìn)行工藝設(shè) 計(jì)。該技術(shù)存在以下不足[l]有CAX集成平臺，但工藝設(shè)計(jì)中以工藝圖片為主， 沒有三維零件模型轉(zhuǎn)換成二維圖紙的接口，即使通過中間文件等方式進(jìn)行圖形和 語言之間的相互轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過程中，必然帶來信息的丟失和歧義性產(chǎn)生，從而 造成集成的困難；[2]有加工特征定義和典型工藝制定，自動化程度低，效率不 高，不能滿足快速高效的現(xiàn)代工藝設(shè)計(jì)要求；[3]有交互式和派生式工藝設(shè)計(jì)方 法，但該兩類設(shè)計(jì)方法是基于語言符號信息的推理過程，而零件結(jié)構(gòu)工藝性分析、 加工表面可接近性判斷、刀具空間軌跡規(guī)劃、加工方法選擇、定位方法和基準(zhǔn)表 面選擇、空間尺寸鏈計(jì)算等工藝設(shè)計(jì)活動都離不開有關(guān)基于三維模型信息的幾何 形狀分析、空間結(jié)構(gòu)推理和形狀匹配等活動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種三維可視化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)及 其設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明具有工藝設(shè)計(jì)形象化、智能好、效率高、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，滿 足現(xiàn)代企業(yè)提高生產(chǎn)效率和市場競爭力的需要。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明所涉及的三維可視化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺、三 維模型管理模塊、毛坯設(shè)計(jì)模塊、零件信息輸入模塊、特征識別模塊、加工方法 選擇模塊、定位方案選擇模塊、工藝路線排序模塊、動態(tài)模型生成模塊、工藝尺
寸計(jì)算模塊、工藝卡管理模塊、工藝資源管理模塊，其中
所述設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺，根據(jù)圖紙建立三維UG模型，并通過數(shù)據(jù)總線 和三維模型管理模塊、毛坯設(shè)計(jì)模塊、零件信息輸入模塊、特征識別模塊、加工 方法選擇模塊、定位方案選擇模塊、工藝路線排序模塊、動態(tài)模型生成模塊、工 藝尺寸計(jì)算模塊、工藝卡片管理模塊、工藝資源管理模塊相互交換數(shù)據(jù)；
所述三維模型管理模塊通過工藝資源管理模塊在數(shù)據(jù)庫中存取和管理毛坯、 零件和中間動態(tài)模型的三維模型；
所述毛坯設(shè)計(jì)模塊完成毛坯的三維模型的設(shè)計(jì)以及毛坯的代號、名稱、材料、 工藝要求等信息的輸入，輸入信息通過工藝資源管理模塊保存到數(shù)據(jù)庫；
所述零件信息輸入模塊完成零件的各個(gè)面的公差、粗糙度、圓柱度、直線度、 平面度等面工藝信息的輸入，輸入的面信息通過工藝資源管理模塊保存到零件信 息數(shù)據(jù)庫中，提供給特征識別模塊、加工方法選擇模塊、定位方案選擇模塊作為 分析的基礎(chǔ)信息；
所述特征識別模塊，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺上，針對三維零件模型，采用 基于刀具切削能力的特征識別方法，在這個(gè)模塊中刀具的切削能力被分為表面類
型、刀具接近方向、尺寸能力、精度能力和體積干涉五個(gè)屬性，通過比較從零件 信息輸入模塊獲得的面的屬性和工藝資源管理模塊中刀具的加工能力，搜索出每 個(gè)待加工表面所能使用的刀具，把具有相同可加工刀具的鄰接面組合為一個(gè)特 征，獲得加工特征；
所述加工方法選擇模塊針對特征識別模塊識別出的零件各個(gè)加工特征，根據(jù) 加工特征的工藝特點(diǎn)、零件表面粗糙度、公差要求以及刀具庫的刀具信息，選擇 加工方法和刀具，并形成加工鏈，并通過工藝資源管理模塊將以上數(shù)據(jù)保存到零 件信息數(shù)據(jù)中；
所述定位方案選擇模塊完成零件各個(gè)加工特征的裝夾定位方案以及夾具，以 減少裝夾次數(shù)為目的，根據(jù)零件的類型、加工方法選擇模塊獲得的加工方法類型、 加工特征的工藝特點(diǎn)，在滿足工藝約束的前提下，通過層次聚類法對已獲得的加 工特征進(jìn)行分組，并針對每組加工特征通過工藝資源管理模塊從夾具數(shù)據(jù)庫選擇 夾具；所述工藝路線排序模塊利用遺傳算法產(chǎn)生加工特征的加工順序，該模塊產(chǎn)生 的工步序列提供給動態(tài)模型生成模塊作為逆序模型生成的依據(jù)；
所述動態(tài)模型生成模塊根據(jù)當(dāng)前工序逆序地產(chǎn)生上一步工序的三維零件模 型，生成的三維零件模型通過三維零件管理模塊保存，動態(tài)模型生成模塊通過工 藝資源管理模塊更新零件信息數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的數(shù)據(jù)；
所述工藝尺寸計(jì)算模塊對完成尺寸鏈校驗(yàn)，如果工藝路線不能滿足尺寸公差 要求，則重新進(jìn)行加工方法選擇、定位方案選擇、工藝路線排序和動態(tài)模型生成；
所述工藝卡片管理模塊針對工藝路線排序模塊和動態(tài)模型生成模塊產(chǎn)生的 加工順序，完成工藝卡片的設(shè)計(jì)、生成，產(chǎn)生一系列符合國家或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工藝 卡片；工藝卡片管理模塊還包括對工藝卡片的管理、編輯和檢索，通過工藝資源 管理模塊在數(shù)據(jù)庫中對完成的工藝卡片進(jìn)行檢索、保存等操作；
所述工藝資源管理模塊是各個(gè)模塊和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的接口 ，完成對工藝資源的 管理和對數(shù)據(jù)庫的維護(hù)，包括定義和維護(hù)工廠的設(shè)備庫、刀具庫、夾具庫、量具 庫。
所述動態(tài)模型生成模塊根據(jù)當(dāng)前工序逆序地產(chǎn)生上一步工序的三維零件模 型，包括幾何推理子模塊、工件模型生成子模塊、工藝信息的繼承和更新子模塊， ^中
所述幾何推理子模塊利用幾何推理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)幾何結(jié)構(gòu)分析，歸納分析工藝 決策中常用的幾何特性，建立相應(yīng)的推理算法，如尺寸大小、長徑比、夾角、表 面積等計(jì)算模型，組成幾何推理算法庫，推理時(shí)根據(jù)不同要求，選擇相應(yīng)算法進(jìn) 行計(jì)算，來支持工藝設(shè)計(jì)活動。
所述工件模型生成子模塊以零件信息數(shù)據(jù)庫中的零件信息為最初狀態(tài)，毛坯 設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)的毛坯為最終狀態(tài)，工藝路線排序模塊完成的工序序列為順序，從 零件到毛坯逆序地產(chǎn)生一系列中間狀態(tài)模型，即根據(jù)上一步工序的加工內(nèi)容從當(dāng) 前工序的對應(yīng)三維模型中，利用CAD支撐平臺的二次丌發(fā)函數(shù)，消去經(jīng)過上一歩 工序產(chǎn)生的面和加工特征，以增加零件體積的方式補(bǔ)上被加工去除的體積，產(chǎn)生 上一歩工序?qū)?yīng)的零件模型，并通過三維零件管理模塊保存。
所述工藝信息的繼承和更新子模塊根據(jù)零件面、特征在UG模型中ID的唯一 性特點(diǎn)，對比工件模型生成子模塊產(chǎn)生的相鄰工序的中間狀態(tài)模型，分別遍歷 UG模型的所有節(jié)點(diǎn)，保留兩個(gè)工序的中間狀態(tài)模型中都存在面和特征信息，刪 除還未經(jīng)過加工并產(chǎn)生的面和加工特征信息，并通過工藝資源管理模塊更新零件 信息數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
所述工藝路線排序模塊通過對加工特征、以及相應(yīng)的加工方法和裝夾定位等 表現(xiàn)型到基因型的編碼，產(chǎn)生一個(gè)可能存在潛在解的初始種群，然后按優(yōu)勝劣汰 的原理，逐代演化產(chǎn)生越來越好的近似解；在每一代中，根據(jù)以加工時(shí)間最短為 優(yōu)化目標(biāo)的適應(yīng)度函數(shù)，評價(jià)各個(gè)體，選擇適應(yīng)度高的，對其進(jìn)行交叉、變異操 作，產(chǎn)生代表新解集的下一代種群，末代種群的最優(yōu)個(gè)體經(jīng)過解碼作為近似最優(yōu) 解，即加工順序。
本發(fā)明上述系統(tǒng)為基于分布式、客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，其中服務(wù)器上 存放數(shù)據(jù)庫、工藝資源管理模塊，以及各個(gè)模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括三維模型管理 模塊、毛坯設(shè)計(jì)模塊、零件信息輸入模塊、加工方法選擇模塊、定位方案選擇模 塊、工藝路線排序模塊、動態(tài)模型生成模塊、工藝尺寸計(jì)算模塊、工藝卡片管理 模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以上數(shù)據(jù)通過工藝資源管理模塊在數(shù)據(jù)庫中保存和維護(hù)?？蛻?端安裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺，除工藝資源管理模塊以外的其他各個(gè)模塊集成在 設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺上，包括毛坯設(shè)計(jì)模塊、零件信息輸入模塊、特征識別模 塊、加工方法選擇模塊、定位方案選擇模塊、工藝路線排序模塊、動態(tài)模型生成 模塊、工藝尺寸計(jì)算模塊，每個(gè)客戶機(jī)上還配有一套三維可視化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的 應(yīng)用軟件(如UGS公司的UG NX 4.0等)。各個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)和安 裝在服務(wù)器端的工藝資源管理模塊和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
本發(fā)明所涉及的三維可視化工藝設(shè)計(jì)方法，包括以下歩驟
第一步，零件三維模型的建立，為系統(tǒng)的初始動作，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平 臺中建立零件三維模型，通過三維模型管理模塊保存和維護(hù)；
第二歩，零件信息輸入模塊針對第一歩建立的三維模型，輸入零件的表面工 藝特征，包括面的類型，尺寸精度，形位公差，表面粗糙度，包絡(luò)邊的形狀和尺 寸要求，并通過工藝資源管理模塊保存進(jìn)數(shù)據(jù)庫；
第三歩，特征識別模塊對零件加工特征進(jìn)行識別，采用基于刀具切削能力的
特征識別方法，針對第一步獲得的三維模型，根據(jù)第二步獲得的工藝信息，包括 表面的類型，尺寸，形位公差等確定采用的加工方法和加工刀具，通過考察面的 邊界形狀，尺寸，及刀具在加工過程中與零件實(shí)體的干涉情況確定刀具的類型、 進(jìn)刀方向和大致形狀，把具有相同加工方法，刀具尺寸和加工方向的鄰接面進(jìn)行 聚類，形成一系列可以在一個(gè)工步中切削成形的特征，即加工特征； 所述基于刀具切削能力的特征識別方法，包括三個(gè)步驟
① 刀具在零件表面以及毛坯表面運(yùn)動，產(chǎn)生刀心軌跡表面；
② 根據(jù)面的邊界形狀、尺寸對刀心軌跡表面和零件表面進(jìn)行干涉判斷，確定 可加工該表面的刀具類型、進(jìn)刀方向和大致形狀；
③ 把具有相同加工方法、刀具尺寸和加工方向的鄰接面進(jìn)行聚類，形成一系 列可以在一個(gè)工步中切削成形的特征，即加工特征。
第四步，加工方法選擇和刀具選擇，加工方法選擇模塊針對特征識別模塊識 別出的零件各個(gè)加工特征，根據(jù)加工特征的工藝特點(diǎn)、零件表面粗糙度、公差要 求以及刀具庫的刀具信息，選擇加工方法和刀具，并形成加工鏈，并通過工藝資 源管理模塊將以上數(shù)據(jù)保存到零件信息數(shù)據(jù)中，作為第六步的輸入信息；
第五步，定位方案選擇模塊進(jìn)行定位方案設(shè)計(jì)、夾具選擇，以減少裝夾次數(shù) 為目的，根據(jù)零件的類型、加工方法選擇模塊獲得的加工方法類型、加工特征的 工藝特點(diǎn)，在滿足工藝約束的前提下，通過層次聚類法對己獲得的加工特征進(jìn)行 分組，并針對每組加工特征通過工藝資源管理模塊從夾具數(shù)據(jù)庫選擇夾具，作為 第六歩的輸入信息；
第六步，工藝路線排序模塊利用遺傳算法對第三步、第四步、第五歩產(chǎn)生的 加工特征進(jìn)行排序；
所述利用遺傳算法對第三步、第四歩、第五歩產(chǎn)生的加工特征進(jìn)行排序，是 指首先通過對加工特征、以及相應(yīng)的加工方法和裝夾定位等表現(xiàn)型到基因型的 編碼，產(chǎn)生一個(gè)可能存在潛在解的初始種群，然后按優(yōu)勝劣汰的原理，逐代演化 產(chǎn)生越來越好的近似解，在每一代中，根據(jù)以加工時(shí)間最短為優(yōu)化目標(biāo)的適應(yīng)度 函數(shù)，評價(jià)各個(gè)體，選擇適應(yīng)度高的，對其進(jìn)行交叉、變異等遺傳操作，產(chǎn)生代 表新解集的下一代種群，末代種群的最優(yōu)個(gè)體經(jīng)過解碼作為近似最優(yōu)解。
第七步，動態(tài)模型生成模塊產(chǎn)生中間狀態(tài)模型，以零件信息數(shù)據(jù)庫中的零件 信息為最初狀態(tài)，毛坯設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)的毛坯為最終狀態(tài)，以第六步完成的加工順 序?yàn)榇涡?，從零件到毛坯逆序地產(chǎn)生一系列中間狀態(tài)模型，即根據(jù)上一步工序的 加工內(nèi)容從當(dāng)前工序的對應(yīng)三維模型中，利用CAD支撐平臺的二次開發(fā)函數(shù)，消 去經(jīng)過上一步工序產(chǎn)生的面和加工特征，以增加零件體積的方式補(bǔ)上被加工去除 的體積，產(chǎn)生上一步工序?qū)?yīng)的零件模型，并通過三維零件管理模塊保存；
第八步，工藝資源管理模塊對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新和維護(hù)，完成對工藝數(shù)據(jù)的日 常維護(hù)，不斷地向庫中填充數(shù)據(jù)，并與第二步、第三步、第四步、第五步、第六 歩、第七步、第八步相互交換數(shù)據(jù)和更新數(shù)據(jù)庫；
第九步，工藝尺寸計(jì)算模塊對第七步的動態(tài)模型的公差尺寸鏈進(jìn)行尺寸鏈校 驗(yàn)，如果工藝路線不能滿足尺寸公差要求，則回到第四步重新進(jìn)行加工方法選擇、 定位方案選擇、工藝路線排序和動態(tài)模型生成等步驟；
第十步，工藝卡片管理模塊根據(jù)第六歩產(chǎn)生的加工順序生成工藝卡片，形成 一個(gè)符合國標(biāo)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工藝卡片形式送給第十一步；
第十一步，打印預(yù)覽輸出，工作完成。
本發(fā)明在三維CAD技術(shù)基礎(chǔ)上，建立基于三維工件幾何模型的工藝設(shè)計(jì)幾何 推理理論與方法；建立以幾何推理為基礎(chǔ)的工藝設(shè)計(jì)中實(shí)用的智能化知識推理機(jī) 制；該系統(tǒng)將能自動或半自動從三維CAD產(chǎn)品模型中提取產(chǎn)品制造特征模型；在 這些數(shù)字化制造特征模型之上實(shí)現(xiàn)具有一定自動化水平的智能工藝設(shè)計(jì)手段工 藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)。本發(fā)明具有工藝設(shè)計(jì)形象化、智能好、效率高、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，滿 足現(xiàn)代企業(yè)提高生產(chǎn)效率和市場競爭力的需要。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例三維可視化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是表示本發(fā)明實(shí)施例三維可視化工藝設(shè)計(jì)方法的工作流程圖； 圖3是表示本發(fā)明實(shí)施例中采用的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)
范圍不限于下述的實(shí)施例。
圖1是顯示本發(fā)明的一個(gè)例子的三維可視化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。包括: 設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺1、三維模型管理模塊2、毛坯設(shè)計(jì)模塊3、零件信息輸 入模塊4、特征識別模塊5、加工方法選擇模塊6、定位方案選擇模塊7、工藝路 線排序模塊8、動態(tài)模型生成模塊9、工藝尺寸計(jì)算模塊IO、工藝卡片管理模塊 11、工藝資源管理模塊12。設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺1通過數(shù)據(jù)總線和三維模型 管理模塊2、毛坯設(shè)計(jì)模塊3、零件信息輸入模塊4、加工方法選擇模塊6、定位 方案選擇模塊7、工藝路線排序模塊8、動態(tài)模型生成模塊9、工藝尺寸計(jì)算模 塊10、工藝卡片管理模塊ll、工藝資源管理模塊12相互交換數(shù)據(jù)，通過工藝資 源管理模塊12管理數(shù)據(jù)庫并和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)更新和維護(hù)。
所述設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺1，通過數(shù)據(jù)總線和三維模型管理模塊2、毛坯 設(shè)計(jì)模塊3、零件信息輸入模塊4、特征識別模塊5、加工方法選擇模塊6、定位 方案選擇模塊7、工藝路線排序模塊8、動態(tài)模型生成模塊9、工藝尺寸計(jì)算模 塊10、工藝卡片管理模塊ll、工藝資源管理模塊12相互交換數(shù)據(jù)。工藝資源管 理模塊12控制各個(gè)模塊和數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)傳遞。
所述三維模型管理模塊2，通過工藝資源管理模塊12在數(shù)據(jù)庫中存取和管理 毛坯、零件和中間動態(tài)模型的三維模型；
所述毛坯設(shè)計(jì)模塊3，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺1上完成毛坯的三維模型的 設(shè)計(jì)，并通過工藝資源管理模塊12將毛坯的代號、名稱、材料、工藝要求等輸 入信息保存到數(shù)據(jù)庫；
所述零件信息輸入模塊4，完成零件的各個(gè)面的公差、粗糙度、圓柱度、直 線度、平面度等面工藝信息的輸入，輸入的面信息通過工藝資源管理模塊12保 存到零件信息數(shù)據(jù)庫中，提供給特征識別模塊5、加工方法選擇模塊6、定位方 案選擇模塊7作為分析的基礎(chǔ)信息；
所述特征識別模塊5，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺l上，針對三維零件模型， 采用基于刀具切削能力得特征識別方法，在這個(gè)模塊中刀具的切削能力被分為表 面類型，刀具接近方向，尺寸能力，精度能力和體積干涉五個(gè)屬性；通過比較從 零件信息輸入模塊4獲得的面的屬性和工藝資源管理模塊12中刀具的加工能力， 搜索出每個(gè)待加工表面所能使用的刀具，把具有相同可加工刀具的鄰接面組合為 一個(gè)特征，獲得加工特征；
所述加工方法選擇模塊6，針對特征識別模塊5識別出的零件各個(gè)加工特征， 根據(jù)加工特征的工藝特點(diǎn)、零件表面粗糙度、公差要求以及刀具庫的刀具信息， 選擇加工方法和刀具，并形成加工鏈，并通過工藝資源管理模塊12將以上數(shù)據(jù) 保存到零件信息數(shù)據(jù)中；
所述定位方案選擇模塊7，完成零件各個(gè)加工特征的裝夾定位方案以及夾具， 以減少裝夾次數(shù)為目的，根據(jù)零件的類型、加工方法選擇模塊6獲得的加工方法 類型、加工特征的工藝特點(diǎn)，在滿足工藝約束的前提下，通過層次聚類法對己獲 得的加工特征進(jìn)行分組，并針對每組加工特征通過工藝資源管理模塊12從夾具 數(shù)據(jù)庫選擇夾具；
所述工藝路線排序模塊8利用遺傳算法產(chǎn)生加工特征的加工順序，首先通過 對加工特征、以及相應(yīng)的加工方法和裝夾定位等表現(xiàn)型到基因型的編碼，產(chǎn)生一 個(gè)可能存在潛在解的初始種群，然后按優(yōu)勝劣汰的原理，逐代演化產(chǎn)生越來越好 的近似解，在每一代中，根據(jù)以加工時(shí)間最短為優(yōu)化目標(biāo)的適應(yīng)度函數(shù)，評價(jià)各 個(gè)個(gè)體，選擇適應(yīng)度高的，對其進(jìn)行交叉、變異等遺傳操作，產(chǎn)生代表新解集的 下一代種群，末代種群的最優(yōu)個(gè)體經(jīng)過解碼作為近似最優(yōu)解；
所述動態(tài)模型生成模塊9，根據(jù)當(dāng)前工序逆序地產(chǎn)生上一步工序的三維零件 模型，包括幾何推理子模塊、工件模型生成子模塊、工藝信息的繼承和更新子模 塊，幾何推理子模塊利用幾何推理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)幾何結(jié)構(gòu)分析，歸納分析工藝決策 中常用的幾何特性，建立相應(yīng)的推理算法，如尺寸大小、長徑比、夾角、表面積 等計(jì)算模型，組成幾何推理算法庫。推理時(shí)根據(jù)不同要求，選擇相應(yīng)算法進(jìn)行計(jì) 算，來支持工藝設(shè)計(jì)活動；工件模型生成子模塊以零件信息數(shù)據(jù)庫中的零件信息 為最初狀態(tài)，毛坯設(shè)計(jì)模塊3設(shè)計(jì)的毛坯為最終狀態(tài)，工藝路線排序模塊8完成 的工序序列為順序，從零件到毛坯逆序地產(chǎn)生一系列中間狀態(tài)模型，即根據(jù)上一 歩工序的加工內(nèi)容從當(dāng)前工序的對應(yīng)三維模型中，利用CAD支撐平臺的二次開發(fā) 函數(shù)，消去經(jīng)過上一歩工序產(chǎn)生的面和加工特征，以增加零件體積的方式補(bǔ)上被 加工去除的體積，產(chǎn)生上一歩工序?qū)?yīng)的零件模型，并通過三維零件管理模塊保 存；工藝信息的繼承和更新子模塊根據(jù)零件面、特征在UG模型中ID的唯一性特 點(diǎn)，對比工件模型生成子模塊產(chǎn)生的相鄰工序的中間狀態(tài)模型，分別遍歷UG模 型的所有節(jié)點(diǎn)，保留兩個(gè)工序的中間狀態(tài)模型中都存在面和特征信息，刪除還未 經(jīng)過加工并產(chǎn)生的面和加工特征信息，并通過工藝信息更新零件信息數(shù)據(jù)庫中相 應(yīng)的數(shù)據(jù)；
所述工藝尺寸計(jì)算模塊10，對完成尺寸鏈校驗(yàn)，如果工藝路線不能滿足尺寸 公差要求，則重新進(jìn)行加工方法選擇、定位方案選擇、工藝路線排序和動態(tài)模型 生成等步驟；
所述工藝卡片管理模塊11，針對工藝路線排序模塊8和動態(tài)模型生成模塊9 產(chǎn)生的工步數(shù)據(jù)，完成工藝卡片的設(shè)計(jì)、生成，產(chǎn)生一系列符合國家或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 的工藝卡片；工藝卡片管理模塊ll還包括對工藝卡片數(shù)據(jù)的管理、編輯和檢索， 通過工藝資源管理模塊12在數(shù)據(jù)庫中對完成的工藝卡片進(jìn)行檢索、保存等操作；
所述工藝資源管理模塊12，是各個(gè)模塊和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的接口，以上各個(gè)模塊 工藝資源管理模塊12完成對工藝資源的管理，包括定義和維護(hù)工廠的設(shè)備庫、 刀具庫、夾具庫、量具庫。
本實(shí)例中，設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺1采用UGS公司的CAD軟件UG NX4. 0;數(shù) 據(jù)庫采用Oracle公司的數(shù)據(jù)庫軟件0racle92; PC客戶端采用微軟公司的 Windows XP作為操作系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用Windows Sever 2000作為操作系 統(tǒng)。
圖2是本實(shí)例的三維可視化設(shè)計(jì)方法的一個(gè)工作流程，如圖所示 步驟一 為零件三維模型的建立，為系統(tǒng)的初始動作； 歩驟二為零件工藝信息的輸入，輸入完成后保存數(shù)據(jù)到零件信息數(shù)據(jù)庫； 步驟三為零件加工特征識別，是完成后續(xù)歩驟的基礎(chǔ)； 歩驟四為針對加工特征加工方法選擇，形成加工鏈，并進(jìn)行刀具選擇； 歩驟五為針對加工特征進(jìn)行定位方案設(shè)計(jì)，并選擇夾具-, 歩驟六為工藝路線排序，對歩驟三-五產(chǎn)生的加工特征進(jìn)行加工順序排序和 優(yōu)化；
步驟七為產(chǎn)生中間狀態(tài)模型，完成三維模型的工藝設(shè)計(jì)；
步驟八為數(shù)據(jù)庫更新和維護(hù)，完成對工藝數(shù)據(jù)的日常維護(hù)，不斷地向庫中
填充數(shù)據(jù)，并與步驟二-七交換數(shù)據(jù)和更新數(shù)據(jù)庫；
步驟九為尺寸鏈計(jì)算，如不符合公差要求，回到步驟4重新開始；
步驟十為工藝卡片生成，形成一個(gè)符合國標(biāo)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工藝卡片形式送
給11;
步驟十一為打印預(yù)覽輸出；工作完成。
所述步驟一為零件三維模型的建立，為系統(tǒng)的初始動作，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支 撐平臺1中建立零件三維模型，通過三維模型管理模塊2保存和維護(hù)；
所述步驟二為零件工藝信息輸入，零件信息輸入模塊4針對1建立的三維模 型，輸入零件的表面工藝特征，包括面的類型，尺寸精度，形位公差，表面粗糙 度，包絡(luò)邊的形狀和尺寸要求，并通過工藝資源管理模塊12保存進(jìn)數(shù)據(jù)庫；
所述歩驟三是對三維零件的加工特征識別，特征識別模塊5對零件加工特征 進(jìn)行識別，采用基于刀具切削能力的特征識別方法，針對步驟一獲得的三維模 型和步驟二獲得的工藝信息，根據(jù)表面的類型，尺寸，形位公差等確定采用的加 工方法和加工刀具，通過考察面的邊界形狀，尺寸，及刀具在加工過程中與零件 實(shí)體的干涉情況確定刀具的類型、進(jìn)刀方向和大致形狀，把具有相同加工方法， 刀具尺寸和加工方向的鄰接面進(jìn)行聚類，形成一系列可以在一個(gè)工歩中切削成形 的特征，即加工特征；
所述步驟四是加工方法選擇以及針對加工方法的刀具選擇，加工方法選擇模 塊6針對步驟三中特征識別模塊5識別出的零件各個(gè)加工特征，根據(jù)加工特征的 工藝特點(diǎn)、零件表面粗糙度、公差要求以及刀具庫的刀具信息，選擇加工方法和 刀具，并形成加工鏈，并通過工藝資源管理模塊12將以上數(shù)據(jù)保存到零件信息
數(shù)據(jù)中，作為歩驟五的輸入信息；
所述歩驟五為定位方案設(shè)計(jì)以及夾具的選擇，定位方案選擇模塊7進(jìn)行定位 方案設(shè)計(jì)、夾具選擇，以減少裝夾次數(shù)為目的，根據(jù)零件的類型、加工方法選擇 模塊6獲得的加工方法類型、加工特征的工藝特點(diǎn)，在滿足工藝約束的甜提下， 通過層次聚類法對已獲得的加工特征進(jìn)行分組，并針對每組加工特征通過工藝資源管理模塊12從夾具數(shù)據(jù)庫選擇夾具，作為步驟六的輸入信息；
所述步驟六是工藝路線排序，工藝路線排序模塊8利用遺傳算法產(chǎn)生加工特 征的加工順序，首先通過對加工特征、以及相應(yīng)的加工方法和裝夾定位等表現(xiàn)型 到基因型的編碼，產(chǎn)生一個(gè)可能存在潛在解的初始種群，然后按優(yōu)勝劣汰的原理， 逐代演化產(chǎn)生越來越好的近似解，在每一代中，根據(jù)以加工時(shí)間最短為優(yōu)化目標(biāo) 的適應(yīng)度函數(shù)，評價(jià)各個(gè)體，選擇適應(yīng)度高的，對其進(jìn)行交叉、變異等遺傳操作， 產(chǎn)生代表新解集的下一代種群，末代種群的最優(yōu)個(gè)體經(jīng)過解碼作為近似最優(yōu)加工 順序，作為步驟七的模型工件模型逆序生成的依據(jù)；
所述步驟七是各個(gè)工序的對應(yīng)動態(tài)模型生成，動態(tài)模型生成模塊9產(chǎn)生中間 狀態(tài)模型，以零件信息數(shù)據(jù)庫中的零件信息為最初狀態(tài)，毛坯設(shè)計(jì)模塊3設(shè)計(jì)的 毛坯為最終狀態(tài)，以步驟六完成的工序序列為順序，從零件到毛坯逆序地產(chǎn)生一 系列中間狀態(tài)模型，即根據(jù)上一步工序的加工內(nèi)容從當(dāng)前工序的對應(yīng)三維模型 中，利用CAD支撐平臺的二次開發(fā)函數(shù)，消去經(jīng)過上一歩工序產(chǎn)生的面和加工特 征，以增加零件體積的方式補(bǔ)上被加工去除的體積，產(chǎn)生上一歩工序?qū)?yīng)的零件 模型，并通過三維零件管理模塊保存；
所述步驟八是對各個(gè)工藝數(shù)據(jù)庫管理和維護(hù)，工藝資源管理模塊12對數(shù)據(jù) 庫進(jìn)行更新和維護(hù)，完成對工藝數(shù)據(jù)的日常維護(hù)，不斷地向庫中填充數(shù)據(jù)，并與 步驟二、三、四、五、六、七、八相互交換數(shù)據(jù)和更新數(shù)據(jù)庫；
所述步驟九為公差尺寸鏈校驗(yàn)，工藝尺寸計(jì)算模塊10對步驟七的動態(tài)模型 的公差尺寸鏈進(jìn)行尺寸鏈校驗(yàn)，如果工藝路線不能滿足尺寸公差要求，則回到步 驟四重新進(jìn)行加工方法選擇、定位方案選擇、工藝路線排序和動態(tài)模型生成等歩 驟；
所述歩驟十是工藝卡片的生成和管理，工藝卡片管理模塊11根據(jù)步驟六產(chǎn) 生的加工順序生成工藝卡片，形成一個(gè)符合國標(biāo)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工藝卡片形式送給 歩驟十一；
所述歩驟十一為打印預(yù)覽輸出。
圖3表示本實(shí)例的一個(gè)硬件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)為基于分布式、客戶機(jī)/服務(wù)器體系 結(jié)構(gòu)，山安裝有UG系統(tǒng)和CAPP系統(tǒng)的客戶端PC、裝有數(shù)據(jù)庫以及數(shù)據(jù)管理系
統(tǒng)的服務(wù)器、連接客戶端PC和服務(wù)器的路由器以及RS232電纜組成。
所述客戶端PC安裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺，除工藝資源管理模塊以外的其 他各個(gè)模塊集成在設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺上，包括毛坯設(shè)計(jì)模塊、零件信息輸入 模塊、特征識別模塊、加工方法選擇模塊、定位方案選擇模塊、工藝路線排序模 塊、動態(tài)模型生成模塊、工藝尺寸計(jì)算模塊，每個(gè)客戶機(jī)上還配有一套UGS公司 的UG NX 4.0作為三維可視化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件。
所述路由器以及RS232電纜連接網(wǎng)絡(luò)并傳輸服務(wù)器端的工藝資源管理模塊和 數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)；
所述服務(wù)器上存放數(shù)據(jù)庫、工藝資源管理模塊，以及各個(gè)模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)， 包括三維模型管理模塊、毛坯設(shè)計(jì)模塊、零件信息輸入模塊、加工方法選擇模塊、 定位方案選擇模塊、工藝路線排序模塊、動態(tài)模型生成模塊、工藝尺寸計(jì)算模塊、 工藝卡片管理模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以上數(shù)據(jù)通過工藝資源管理模塊在數(shù)據(jù)庫中保存 和維護(hù)。
權(quán)利要求
1、一種三維可視化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，包括設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺、三維模型管理模塊、毛坯設(shè)計(jì)模塊、零件信息輸入模塊、特征識別模塊、加工方法選擇模塊、定位方案選擇模塊、工藝路線排序模塊、動態(tài)模型生成模塊、工藝尺寸計(jì)算模塊、工藝卡管理模塊、工藝資源管理模塊，其中所述設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺，根據(jù)圖紙建立三維UG模型，并通過數(shù)據(jù)總線和三維模型管理模塊、毛坯設(shè)計(jì)模塊、零件信息輸入模塊、特征識別模塊、加工方法選擇模塊、定位方案選擇模塊、工藝路線排序模塊、動態(tài)模型生成模塊、工藝尺寸計(jì)算模塊、工藝卡片管理模塊、工藝資源管理模塊相互交換數(shù)據(jù)；所述三維模型管理模塊通過工藝資源管理模塊在數(shù)據(jù)庫中存取和管理毛坯、零件和中間動態(tài)模型的三維模型；所述毛坯設(shè)計(jì)模塊完成毛坯的三維模型的設(shè)計(jì)以及毛坯的代號、名稱、材料、工藝要求信息的輸入，輸入信息通過工藝資源管理模塊保存到數(shù)據(jù)庫；所述零件信息輸入模塊完成零件的各個(gè)面的公差、粗糙度、圓柱度、直線度、平面度信息的輸入，輸入的面信息通過工藝資源管理模塊保存到零件信息數(shù)據(jù)庫中，提供給特征識別模塊、加工方法選擇模塊、定位方案選擇模塊作為分析的基礎(chǔ)信息；所述特征識別模塊，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺上，針對三維零件模型，采用基于刀具切削能力的特征識別方法，在這個(gè)模塊中刀具的切削能力被分為表面類型、刀具接近方向、尺寸能力、精度能力和體積干涉五個(gè)屬性，通過比較從零件信息輸入模塊獲得的面的屬性和工藝資源管理模塊中刀具的加工能力，搜索出每個(gè)待加工表面所能使用的刀具，把具有相同可加工刀具的鄰接面組合為一個(gè)特征，獲得加工特征；所述加工方法選擇模塊針對特征識別模塊識別出的零件各個(gè)加工特征，根據(jù)加工特征的工藝特點(diǎn)、零件表面粗糙度、公差要求以及刀具庫的刀具信息，選擇加工方法和刀具，并形成加工鏈，并通過工藝資源管理模塊將以上數(shù)據(jù)保存到零件信息數(shù)據(jù)中；所述定位方案選擇模塊完成零件各個(gè)加工特征的裝夾定位方案以及夾具，以減少裝夾次數(shù)為目的，根據(jù)零件的類型、加工方法選擇模塊獲得的加工方法類型、加工特征的工藝特點(diǎn)，在滿足工藝約束的前提下，通過層次聚類法對已獲得的加工特征進(jìn)行分組，并針對每組加工特征通過工藝資源管理模塊從夾具數(shù)據(jù)庫選擇夾具；所述工藝路線排序模塊利用遺傳算法產(chǎn)生加工特征的加工順序，該模塊產(chǎn)生的工步序列提供給動態(tài)模型生成模塊作為逆序模型生成的依據(jù)；所述動態(tài)模型生成模塊根據(jù)當(dāng)前工序逆序地產(chǎn)生上一步工序的三維零件模型，生成的三維零件模型通過三維零件管理模塊保存，動態(tài)模型生成模塊通過工藝資源管理模塊更新零件信息數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的數(shù)據(jù)；所述工藝尺寸計(jì)算模塊對完成尺寸鏈校驗(yàn)，如果工藝路線不能滿足尺寸公差要求，則重新進(jìn)行加工方法選擇、定位方案選擇、工藝路線排序和動態(tài)模型生成；所述工藝卡片管理模塊針對工藝路線排序模塊和動態(tài)模型生成模塊產(chǎn)生的加工順序，完成工藝卡片的設(shè)計(jì)、生成，產(chǎn)生一系列符合國家或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工藝卡片；工藝卡片管理模塊還包括對工藝卡片的管理、編輯和檢索，通過工藝資源管理模塊在數(shù)據(jù)庫中對完成的工藝卡片進(jìn)行檢索、保存操作；所述工藝資源管理模塊是各個(gè)模塊和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的接口，完成對工藝資源的管理和對數(shù)據(jù)庫的維護(hù)，包括定義和維護(hù)工廠的設(shè)備庫、刀具庫、夾具庫、量具庫。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維可視化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征是，所述系統(tǒng) 為基于分布式、客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，其中服務(wù)器上存放數(shù)據(jù)庫、工藝資源管理模塊，以及各個(gè)模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括 三維模型管理模塊、毛坯設(shè)計(jì)模塊、零件信息輸入模塊、加工方法選擇模塊、定 位方案選擇模塊、工藝路線排序模塊、動態(tài)模型生成模塊、工藝尺寸計(jì)算模塊、 工藝卡片管理模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以上數(shù)據(jù)通過工藝資源管理模塊在數(shù)據(jù)庫中保存 和維護(hù)；客戶端安裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺，毛坯設(shè)計(jì)模塊、零件信息輸入模塊、特 征識別模塊、加工方法選擇模塊、定位方案選擇模塊、工藝路線排序模塊、動態(tài) 模型生成模塊以及工藝尺寸計(jì)算模塊集成在設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺上，每個(gè)客戶機(jī)上還配有一套三維可視化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，各個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)通過 網(wǎng)絡(luò)和安裝在服務(wù)器端的工藝資源管理模塊和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維可視化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征是，所述動態(tài)模型生成模塊根據(jù)當(dāng)前工序逆序地產(chǎn)生上一步工序的三維零件模型，包括幾 何推理子模塊、工件模型生成子模塊、工藝信息的繼承和更新子模塊，其中所述幾何推理子模塊利用幾何推理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)幾何結(jié)構(gòu)分析，歸納分析工藝 決策中常用的幾何特性，建立相應(yīng)的推理算法，包括尺寸大小、長徑比、夾角、 表面積計(jì)算模型，組成兒何推理算法庫，推理時(shí)選擇相應(yīng)算法進(jìn)行計(jì)算來支持工 藝設(shè)計(jì)活動；所述工件模型生成子模塊以零件信息數(shù)據(jù)庫中的零件信息為最初狀態(tài)，毛坯 設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)的毛坯為最終狀態(tài)，工藝路線排序模塊完成的工序序列為順序，從 零件到毛坯逆序地產(chǎn)生一系列中間狀態(tài)模型，即根據(jù)上一步工序的加工內(nèi)容從當(dāng) 前工序的對應(yīng)三維模型中，利用CAD支撐平臺的二次開發(fā)函數(shù)，消去經(jīng)過上一步 工序產(chǎn)生的面和加工特征，以增加零件體積的方式補(bǔ)上被加工去除的體積，產(chǎn)生 上一步工序?qū)?yīng)的零件模型，并通過三維零件管理模塊保存；所述工藝信息的繼承和更新子模塊根據(jù)零件面、特征在UG模型中ID的唯一 性特點(diǎn)，對比工件模型生成子模塊產(chǎn)生的相鄰工序的中間狀態(tài)模型，分別遍歷 UG模型的所有節(jié)點(diǎn)，保留兩個(gè)工序的中間狀態(tài)模型中都存在面和特征信息，刪 除還未經(jīng)過加工并產(chǎn)生的面和加工特征信息，并通過工藝資源管理模塊更新零件 信息數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維可視化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征是，所述工藝路線排序模塊通過對加工特征、以及相應(yīng)的加工方法和裝夾定位這些表現(xiàn)型 到基因型的編碼，產(chǎn)生一個(gè)可能存在潛在解的初始種群，然后按優(yōu)勝劣汰的原理， 逐代演化產(chǎn)生越來越好的近似解；在每一代中，根據(jù)以加工時(shí)間最短為優(yōu)化目標(biāo) 的適應(yīng)度函數(shù)，評價(jià)各個(gè)體，選擇適應(yīng)度高的，對其進(jìn)行交叉、變異操作，產(chǎn)生 代表新解集的下一代種群，木代種群的最優(yōu)個(gè)體經(jīng)過解碼作為近似最優(yōu)解，即加 工順序。
5、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維可視化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特 征在于，包括以下歩驟- 第一步，零件三維模型的建立，為系統(tǒng)的初始動作，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺中建立零件三維模型，通過三維模型管理模塊保存和維護(hù)；第二步，零件信息輸入模塊針對第一步建立的三維模型，輸入零件的表面工 藝特征，包括面的類型，尺寸精度，形位公差，表面粗糙度，包絡(luò)邊的形狀和尺寸要求，并通過工藝資源管理模塊保存進(jìn)數(shù)據(jù)庫；第三步，特征識別模塊對零件加工特征進(jìn)行識別，針對第一步獲得的三維模 型，根據(jù)第二步獲得的工藝信息，采用基于刀具切削能力的特征識別方法得到加 工特征；第四步，加工方法選擇和刀具選擇，加工方法選擇模塊針對特征識別模塊識 別出的零件各個(gè)加工特征，根據(jù)加工特征的工藝特點(diǎn)、零件表面粗糙度、公差要 求以及刀具庫的刀具信息，選擇加工方法和刀具，并形成加工鏈，并通過工藝資 源管理模塊將以上數(shù)據(jù)保存到零件信息數(shù)據(jù)中，作為第六步的輸入信息；第五步，定位方案選擇模塊進(jìn)行定位方案設(shè)計(jì)、夾具選擇，以減少裝夾次數(shù) 為目的，根據(jù)零件的類型、加工方法選擇模塊獲得的加工方法類型、加工特征的 工藝特點(diǎn)，在滿足工藝約束的前提下，通過層次聚類法對已獲得的加工特征進(jìn)行 分組，并針對每組加工特征通過工藝資源管理模塊從夾具數(shù)據(jù)庫選擇夾具，作為 第六步的輸入信息；第六歩，工藝路線排序模塊利用遺傳算法對第三步、第四步、第五步產(chǎn)生的 加工特征進(jìn)行排序；第七步，動態(tài)模型生成模塊產(chǎn)生中間狀態(tài)模型，以零件信息數(shù)據(jù)庫中的零件 信息為最初狀態(tài)，毛坯設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)的毛坯為最終狀態(tài)，以第六步完成的加工順 序?yàn)榇涡?，從零件到毛坯逆序地產(chǎn)生一系列中間狀態(tài)模型，并通過三維零件管理 模塊保存；第八歩，工藝資源管理模塊對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新和維護(hù)，完成對工藝數(shù)據(jù)的閂 常維護(hù)，不斷地向庫中填充數(shù)據(jù)，并與第二歩、第三歩、第四歩、第五歩、第六 歩、第七歩、第八步相互交換數(shù)據(jù)和更新數(shù)據(jù)庫；第九歩，工藝尺寸計(jì)算模塊對第七歩的動態(tài)模型的公差尺寸鏈進(jìn)行尺寸鏈校 驗(yàn)，如果工藝路線不能滿足尺寸公差要求，則回到第四步重新進(jìn)行加工方法選擇、 定位方案選擇、工藝路線排序和動態(tài)模型生成歩驟； 第十步，工藝卡片管理模塊根據(jù)第六步產(chǎn)生的加工順序生成工藝卡片，形成 一個(gè)符合國標(biāo)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工藝卡片形式送給第十一步；第十一步，打印預(yù)覽輸出，工作完成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維可視化工藝設(shè)計(jì)方法，其特征是，第三步中，所述基于刀具切削能力的特征識別方法，包括三個(gè)步驟① 刀具在零件表面以及毛坯表面運(yùn)動，產(chǎn)生刀心軌跡表面；② 根據(jù)面的邊界形狀、尺寸對刀心軌跡表面和零件表面進(jìn)行干涉判斷，確定 可加工該表面的刀具類型、進(jìn)刀方向和大致形狀；(D把具有相同加工方法、刀具尺寸和加工方向的鄰接面進(jìn)行聚類，形成一系 列能在一個(gè)工步中切削成形的特征，即加工特征。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維可視化工藝設(shè)計(jì)方法，其特征是，第六步中， 所述利用遺傳算法對第三步、第四步、第五步產(chǎn)生的加工特征進(jìn)行排序，是指 首先通過對加工特征、以及相應(yīng)的加工方法和裝夾定位則這些表現(xiàn)型到基因型的 編碼，產(chǎn)生一個(gè)可能存在潛在解的初始種群，然后按優(yōu)勝劣汰的原理，逐代演化 產(chǎn)生越來越好的近似解，在每一代中，根據(jù)以加工時(shí)間最短為優(yōu)化目標(biāo)的適應(yīng)度 函數(shù)，評價(jià)各個(gè)體，選擇適應(yīng)度高的，對其進(jìn)行交叉、變異操作，產(chǎn)生代表新解 集的下一代種群，末代種群的最優(yōu)個(gè)體經(jīng)過解碼作為近似最優(yōu)解。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維可視化工藝設(shè)計(jì)方法，其特征是，第七步中， 根據(jù)上一步工序的加工內(nèi)容從當(dāng)前工序的對應(yīng)三維模型中，利用CAD支撐平臺的 二次開發(fā)函數(shù)，消去經(jīng)過上一步工序產(chǎn)生的面和加工特征，以增加零件體積的方 式補(bǔ)上被加工去除的體積，產(chǎn)生上一步工序?qū)?yīng)的零件模型，并通過三維零件管 理模塊保存。
全文摘要
一種三維可視化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法，屬于計(jì)算機(jī)集成制造領(lǐng)域。本發(fā)明中，設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD支撐平臺建立三維模型，其余模塊以CAD系統(tǒng)為支撐，三維模型為基礎(chǔ)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)；特征識別模塊自動和半自動的對三維模型的特征進(jìn)行識別；加工方法選擇和定位方案設(shè)計(jì)模塊針對識別的特征分別完成加工鏈的確定、裝夾方案的設(shè)計(jì)、刀具和夾具的選擇；工藝排序完成加工特征的排序；中間狀態(tài)模型生成是工藝設(shè)計(jì)形象化可視化；工藝尺寸計(jì)算模塊完成公差的校驗(yàn)；工藝卡片管理模塊輸出符合要求的各種工藝卡片。本發(fā)明具有工藝設(shè)計(jì)形象化、智能好、效率高、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G06F17/50GK101339575SQ200810041460
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月7日
發(fā)明者孫習(xí)武, 湯岑書, 蘇於梁, 褚學(xué)寧 申請人:上海交通大學(xué)