有限元分析系統的發展現狀與展望

2013-05-09 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

來源:邵小英溫秋生

引論

在整個生產過程中,工藝工作貫穿其中。工藝設計工作不僅涉及到企業的生產類型、產品結構、工藝裝備、生產技術水平等,甚至還要受到工藝人員實際經驗和生產管理體制的制約,其中的任何一個因素發生變化,都可能導致工藝設計方案的變化。因此說工藝設計是企業生產活動中最活躍的因素,工藝設計對其使用環境的依賴就必然導致工藝設計的動態性和經驗性。

隨著計算機在制造型企業中的應用,通過計算機進行工藝的輔助設計已成為可能,CAPP的應用將為提高工藝文件的質量,縮短生產準備周期,并為廣大工藝人員從繁瑣、重復的勞動中解放出來提供一條切實可行的途徑。應用計算機輔助工藝設計的必要性已被越來越多的企業所認識,選取一個適宜本企業生產及管理環境的CAPP系統不但能充分發揮計算機輔助工藝設計的優越性,更能為企業數據信息的集成及管理打下良好的基礎。

CAPP的基本概念及其基本原理

CAPP 的開發、研制是從60年代末開始的,在制造自動化領域,CAPP的發展是最遲的部分。世界上最早研究CAPP的國家是挪威,始于1969年,并于1969 年正式推出世界上第一個CAPP系統AUTOPROS;1973年正式推出商品化的AUTOPROS系統。在CAPP發展史上具有里程碑意義的是CAM- Ⅰ于1976年推出的CAM-Ⅰ'S Automated Process Planning系統。取其字首的第一個字母,稱為CAPP系統。目前對CAPP這個縮寫法雖然還有不同的解釋,但把CAPP稱為計算機輔助工藝設計已經成為公認的釋義。

我國對CAPP的研究始于80年代初,迄今為止,在國內學術會議、刊物上發表的CAPP系統已有50多個,但被工廠、企業正式應用的系統只是少數,真正形成商品化的CAPP系統還不多。

手工進行工藝設計時,通常要經過如下過程:

l根據產品圖紙,分析產品零件的結構特點以及技術要求
l了解產品生產的綱領及批量
l進行工藝決策,確定加工方法和工藝路線
l按企業的實際情況,具體確定機床設備、切削用量、工藝裝備以及工時定額
l按規定格式生成正式工藝規程

計算機輔助工藝設計的基本原理正是基于人工設計的過程及需要解決的問題而提出的:首先,產品零件的數據信息應能利用,并建立零件信息的數據庫;其次,工藝人員的工藝經驗、工藝知識能夠得到充分的利用和共享;第三,制造資源、工藝參數等以適當的形式建立制造資源和工藝參數庫;第四,充分利用標準(典型)工藝生成新的工藝;

目前CAPP系統的分類

自從第一個CAPP系統誕生以來,各國對使用計算機進行工藝的輔助設計進行了大量的研究,并取得了一定的成果,目前,按照傳統的設計方式CAPP可分為以下三類:

派生式(Variant)系統基于成組技術的CAPP系統;基于特征的CAPP系統
創成式(Generative)系統基于知識的CAPP專家系統;基于神經網絡的CAPP系統綜合式(Hybrid)系統派生式和創成式相結合的CAPP系統;基于實例與知識的混合式CAPP系統;其它混合式系統

1. 派生式CAPP系統

建立在成組技術(GT)的基礎上,它的基本原理是利用零件的相似性即相似零件有相似工藝規程。一個新零件的工藝規程是通過檢索系統中已有的相似零件的工藝規程并加以篩選或編輯而成的。計算機內存儲的是一些標準工藝過程和標準工序;從設計角度看,與常規工藝設計的類比設計相同,也就是用計算機模擬人工設計的方式,其繼承和應用的是標準工藝。
派生式系統必須有一定量的樣板(標準)工藝文件,在已有工藝文件的基礎上修改編制生成新的工藝文件。
2. 創成式CAPP系統

創成式系統的工藝規程是根據程序中所反映的決策邏輯和制造工程數據信息生成的,這些信息主要是有關各種加工方法的加工能力和對象,各種設備及刀具的適用范圍等一系列的基本知識。工藝決策中的各種決策邏輯存入相對獨立的工藝知識庫,供主程序調用。向創成式系統輸入待加工零件的信息后,系統能自動生成各種工藝規程文件,用戶不需或略加修改即可。

創成式系統不需要派生法中的樣板工藝文件,在創成系統中只有決策邏輯與規則,系統必須讀取零件的全面信息,在此基礎上按照程序所規定的邏輯規則自動生成工藝文件。

3.綜合式CAPP系統

綜合式系統是將派生式、創成式與人工智能結合在一起,綜合而成的。
從以上三種CAPP系統中工藝文件產生的方式我們可以看出,派生式系統必須有樣板文件,因此它的適用范圍局限性很大,它只能針對某些具有相似性的零件產生工藝文件。在一個企業中這種零件只是一部分,那么其它零件的工藝文件派生式系統就無法解決。創成式系統雖然基于專家系統,自動生成工藝文件,但需輸入全面的零件信息,包括工藝加工的信息。信息需求量極大,極全面,系統要確定零件的加工路線、定位基準、裝夾方式等,從工藝設計的特殊性及其個性化分析,這些知識的表達和推理無法很好的實現;正是由于知識表達的"瓶頸"與理論推理的"匹配沖突"至今無法很好地解決,自優化和自完善功能差,CAPP的專家系統方法仍停留在理論研究和簡單應用的階段。

目前,國內商品化的CAPP系統可分為以下幾種:

1、使用Word、Excel、AutoCAD或再開發的CAPP系統。

此類CAPP系統所生成的工藝文件是以文件的形式存在的,無法生成工藝數據,更談不上工藝數據的管理。

2、常規的數據庫管理系統,工藝卡片使用Form、Report或在AutoCAD上繪制卡片的CAPP系統。

此類CAPP系統所生成的工藝卡片是由程序設計生成的,工藝卡片的填寫無法實現所見所得,如果企業的卡片形式需要更新的話就需要更改原程序。

3、注重卡片的生成,但工藝數據的管理功能較弱的CAPP系統。

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