模块化可重组柔性生产线设计软工具的研究

摘要

模块化可重组柔性生产线(RFTL)设计过程涉及零件信息描述、工艺规划、设备选择与 机床模块配置设计,是典型的多领域专家协同工作的过程.为了支持模块化柔性生产线的快速响应设计和快速重组,该文研究和开发了集成化设计软工具.首先引入了符合可重组柔性生产线系统结构特点的建模方法和建模工具,包括面向对象形式化方法、基于超图的数据结构(HBDS)建模工具和基于框架的对象描述语言(FBODL).提出了模块的形式模型,使模块化 设计在理论上有了一个形式化的分析工具.在分析了模块化柔性生产线的性能指标和设计过程的基础上,提出RFTL设计工具系统的通用集成框架,开发了RFTL设计工具原型系统,实现了零件特征设计、CAPP与生产线方案设计的集成.工具系统包括三个部分:RFTL专家系统开发工具、生产线设计实用工具集和基于特征映射CAD/CAPP集成工具.通过统一的用户面,利用设计管理器调用不同的工具,协调完成所需功能.RTFL设计专家系统开发工具是一种集成智能专家系统开发工具,采用了面向对象的知识库模型和面向对象的知识表达方法,实现了符号推理、实例推理和计算智能(遗传算法、模拟退火)有机集成;提出了基于实例类层次结构的实例组合推理方法.提出了基于冗余性损失函数来定量评价模块划分的技术经济效果,建立了模块划分合理性的统一评价标准.建立定量的优化数学模型实现对产品系列进行快速合理的模块划分,提高模块的通用程度,实现模块的最佳冗余设计;采用基于知识的特征映射技术实现了箱体类零件CAD/CAPP信息集成工具,采用基于框架的面向对象知识表达方法和特征信息描述文件实现了特征设计和工艺设计的并集成.以机床厂面向用户的典型箱体类零件生产线设计实例,对设计工具原型系统进行了全面的实践检验.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1现代制造技术和制造系统的发展概况

1.2制造系统的类型及其特点

1.2.1几类机械加工自动化系统的主要特征

1.3国内外研究现状

1.3.1模块化设计

1.3.2模块化制造系统

1.3.3可重组制造系统

1.3.4机械制造装备计算机辅助设计工具的发展概况

1.4课题背景

1.5课题的提出

1.6本文内容和章节结构的安排

第2章模块化可重组柔性生产线设计系统的基本框架

2.1模块化制造的基本概念

2.2模块化制造系统性能指标

2.3模块化制造系统设计

2.3模块化制造系统的可重组性

2.4可重组柔性生产线及其设计过程

2.4.1模块化柔性生产线的层次结构

2.4.2模块化柔性生产线系统设计流程

2.5模块化柔性生产线设计软件系统的体系结构

2.6本章小结

第3章面向对象的RFTL集成产品模型

3.1面向对象的建模方法和工具

3.2对象的形式模型

3.2.1对象的形式化定义

3.2.2对象的基本操作

3.2.3对象的特点

3.2.4对象的分类

3.2.5面向对象的设计模型

3.3基于框架的对象描述语言(FBODL)

3.4面向对象的产品模块形式模型

3.5 RFTL集成产品模型

3.5.1 RFTL集成产品模型的总体结构

3.5.2零件模型

3.5.3工艺模型

3.5.4生产线设备模型

3.5.5多方案评价模型

3.6本章小结

第4章面向对象的RFTL设计过程模型

4.1设计过程的分解和映射

4.2 RFTL设计过程领域的划分

4.3 RFTL设计过程分析

4.3.1零件特征分析

4.3.2工艺过程设计

4.3.3加工设备综合

4.4 RFTL设计问题的形式化描述和设计过程模型

4.5本章小结

第5章面向快速重组的模块划分

5.1模块划分概述

5.2模块化和损失函数

5.3模块化系统的特性

5.4模块化划分问题的数学模型

5.4.1模块化系统结构模型的表达

5.4.2单模块设计模型

5.4.3多模块设计模型

5.4.4单个产品模块化设计模型

5.5本章小结

第6章面向对象的RFTL设计专家系统开发工具

6.1概述

6.2系统总体结构

6.3 OOFTLEST系统开发环境

6.4面向对象知识库模型与知识库管理的实现技术

6.5基于FBODL的实例表达和实例组合推理

6.6本章小结

第7章RFTL设计优化与评价决策工具

7.1 RFTL设计优化与评价决策工具总体结构

7.2生产线总体方案设计中的工序划分和设备负荷平衡

7.3工步排序优化

7.4生产线重组设计方案评价与决策

7.5生产线设计方案多目标综合评价与决策

7.6本章小结

第8章基于特征映射的CAD/CAPP集成工具开发

8.1 MDT的二次开发环境及特征操作类库的建立

8.2 MDT特征造型系统中的设计特征

8.3箱体类零件CAPP系统中的加工特征

8.4基于知识的设计特征到加工特征的映射

8.5基于特征映射的CAD/CAPP集成工具

8.6本章小结

第9章RFTL设计工具原型系统和实例化应用

9.1系统开发和运行环境

9.2设计工具原型系统

9.3运行实例和工作过程

9.4本章小结

结论

参考文献

附录1软件工具系统接口(API)定义

附录2箱体类零件生产线设计知识表达

附录3变速箱盖柔性生产线工艺方案表

附录4作者在攻读博士学位期间发表的论文及参加的科研项目

致谢