基于知识工程的CAPP集成智能技术研究

摘要

智能化、集成化CAPP是实现产品设计和产品制造全过程集成的关键环节。在汽车发动机产品开发中，工艺和装备的设计、制造约占整个开发周期三分之二的时间，是制约发动机改型换代的主要因素。本文针对企业的实际需求，设计了新一代的专家系统，开发出了具有创成功能的汽车发动机零件动态CAPP系统(12CAPP)，并在上海大众汽车有限公司的Passat轿车用5气门发动机典型零件进行了测试，取得了满意测试结果。论文对STEP标准体系结构和STEP AP203，AP214，AP224，PART21和PART11(EXPRESS)深入剖析的基础上，对表达模式与实现模式的映射关系，不同应用协议中特征表达与映射方法，从理论上进行了系统地阐述。提出了在CAD/CAPP集成环境中，利用STEP实现基于特征的系统集成方法。在此基础上论文在以下几方面进行了探索，获得了相应的研究成果。针对12CAPP中的特征，对特征的语义、特征的相互作用、加工特征提取和转换等特征识别相关技术和特征属性信息提取，提出了系统的解决方法，为不同应用域的特征自动识别和异构系统的信息集成提供了理论基础。在实现技术上，通过对目前主流CAD系统完成的建模，提出设计特征提取，向制造特征转换的处理方法，尤其对各类凸特征向制造特征的转换提出了详细的解决方案。根据知识工程(KBE)概念，提出了新一代的专家系统结构体系及实现方法，解决了专家系统评价规则或元知识的关联、加工操作与基本特征和复合特征之间的柔性映射等问题，实现了制造资源与知识的高度集成及重用。完成了基于知识的创成式CAPP系统-12CAPP原型系统的开发。以上海大众汽车公司的PASSAT轿车发动机零件为对象进行了试验验证。I2CAPP的测试结果验证了本文思想的正确性和系统性能的先进性。关键词：信息集成，STEP，信息交换，特征识别，人工智能，KBE，知识系统，神经网络，决策系统，汽车制造，发动机制造

目录

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第1章绪论

1.1 引言

1.2现代CAD系统的关键技术问题

1.2.1参数化技术

1.2.2基于特征的技术

1.2.3面向对象的技术

1.2.4产品数据管理PDM

1.3 CAD/CAM信息集成技术

1.3.1信息集成问题

1.3.2信息集成方法

1.4智能制造及支撑技术

1.4.1智能制造技术在制造系统中的应用

1.4.2制造系统中的关键智能技术

1.4.3有关智能问题的几个重要概念

1.4.4 CAPP系统中智能技术应用状况

1.5基于知识的工程(KBE)系统

1.5.1 KBE系统的性质

1.5.2 KBE系统的工作方式

1.5.3 KBE系统与基于CAD的应用环境集成

1.6 CAPP技术的现状及发展趋势

1.6.1 CAPP技术研究发展的几个阶段

1.6.2CAPP技术研究的现状

1.6.3 CAPP技术研究的新方法

1.6.4目前CAPP研究中的关键技术

1.7本文的课题背景和研究的主要内容

第2章异构系统间产品信息模型的映射

2.1异构系统间产品信息交换问题

2.2产品模型数据交换标准的功能结构

2.3产品数据描述方法EXPRESS与产品数据映射

2.3.1 EXPRESS语言

2.3.2对象模型匹配问题

2.3.3模型转换中的关键问题

2.4 EXPRESS信息模型转换

2.4.1映射系统结构

2.4.2 EXPRESS信息模型

2.4.3信息模型操作

2.4.4信息模型转换

2.5 STEP的几何与拓扑表示方法

2.5.1几何实体

2.5.2拓朴信息

2.5.3几何形状模型

2.5.4几何ENTITY的定义

2.5.5复杂几何ENTITY的定义

2.6基于STEP part21的产品数据交换实现方法

2.6.1 STEP part21文件结构

2.6.2 EXPRESS到交换结构的映射

2.7 STEP中存在的问题及可能的解决方案

2.8本章小结

第3章I2CAPP系统中的特征与特征转换

3.1特征

3.2形状特征

3.3形状特征模式

3.4基于特征的形状模型

3.5基于AP的特征表达方法与模式

3.6特征模型的中性文件表达

3.7不同AP特征之间的映射

3.8本章小结

第4章I2CAPP系统特征自动识别与信息集成

4.1制造特征语义

4.2特征模型的形成

4.3特征识别技术

4.3.1基于图的方法

4.3.2体积分解法

4.3.3基于提示的方法

4.3.4特征识别方法存在的问题

4.4 I2CAPP中的特征识别技术

4.4.1 I2CAPP中的特征语义

4.4.2特征相互作用问题

4.4.3加工特征提取与转换

4.4.4凸特征的加工特征转换

4.5制造特征中精度信息的处理

4.6特征模型信息集成框架

4.7发动机零件的制造特征信息模型

4.8本章小结

第5章I2CAPP系统KBS框架及实现

5.1 I2CAPP专家系统及知识表示

5.2知识表达模式

5.3知识库结构与产品模型集成的实现

5.4基于特征的加工方法及刀具选择决策

5.4.1加工方法选择

5.4.2切削刀具选择

5.5方法选择智能模块的实现

5.5.1域知识编辑器

5.5.2方法编辑器

5.5.3推理机制的实现

5.6刀具选择智能模块的实现

5.6.1刀具数据库设计

5.6.2刀具选择子模块

5.7本章小结

第6章I2CAPP系统中的切削条件优化

6.1动态工艺规划模型

6.1.1确定切削条件的动态规划NN

6.1.2确定切削条件的动态规划NN的训练

6.2获取学习模式

6.3 DCCS工作模型

6.3.1生成改进的切削条件

6.3.2切削条件学习

6.4改进切削条件RA

6.5 DCCS工作过程

6.6 DCCS原型系统及试验结果

6.7本章小结

第7章系统实现与运行实例

7.1 I2CAPP系统结构

7.2发动机5气门缸盖的结构特点

7.3系统运行与结果

7.4结论

第8章结论与展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文及科研情况