1 制造资源构造工具模型

1. 面向工艺设计的制造资源工具模型
   本文制造资源工具是采用面向工艺设计的思想构造的。建立的制造资源工具模型将工艺知识库与设备数据库分别建模(图1)。在工艺知识库中包含与资源相关的工艺知识，如加工能力决策、加工方法选择、加工余量、刀具选择、切削参数选择等工艺知识。设备数据库中包含资源的具体参数信息，如机床数据、刀具数据等。工艺知识库与设备数据库之间的联系体现在CAPP系统的加工方法选择流程中，首先从工艺知识库中获得有关机床、刀具等设备类型和关键参数，如获得刀具的类型、直径和长度，在设备数据库中获得可用的某个具体设备型号和具体参数。因此，工艺设计中特征的可加工性从两个方面保证，即工艺知识的完备性和具体设备的可用性。工艺设计的柔性体现在特征与加工方法、加工方法与刀具和设备类型与具体设备一对多的关系。
   
   图1 制造资源构造工具模型图
   图2 工艺语言库原理图及实例
2. 制造资源构造工具的特点
   1. 工具化 制造资源构造工具采用工具化思想建立，是用户用来创建自己的制造资源库的工具，也可作为CAPP开发工具的一部分。
   2. 多粒度 制造资源构造工具采用工艺知识库与设备数据分离的方法。工艺知识库和设备数据库是在不同的层次上描述制造资源，它们所关心的问题的细节程度是不同的。本文采用多粒度划分的方法，有利于CAPP知识的获取和表达及设备状况的及时反馈。
   3. 面向对象 采用面向对象的方法建立工艺知识库和设备数据库，对二者的操作在基于面向对象程序设计语言中嵌入数据库操作的建模方式。

2 制造资源构造工具的关键技术

1. 用户制造资源库的创建
   制造资源构造工具提供了一种基于基本操作的标准建库方法。用户不需要直接使用数据库系统，而是通过制造资源构造工具的界面快速创建用户工艺知识库和数据库系统，制造资源构造的内部机理与具体的用户无关，而外在表达形式采用友好的交互式图形界面。用户在制造资源构造工具的引导和规范下创建自己的系统。制造资源构造工具基本功能包括：制造资源的快速浏览和条件查询；制造资源的编辑、修改、打印。
2. 知识库完备性检验和知识库维护
   制造资源构造工具不同于一般数据库的管理系统的特点在于不仅具备一般数据库管理能力，还提供了特殊的工艺知识管理功能。

   1. 知识库完备性检验
      有关完备性检验的几个定义：

      1. 不可达结论 不是目标，也不成为其它规则的前提。
      2. 无法满足的前提 非初始条件，若用户无法判定，则为无法满足的前提。
      3. 无法求解的目标 与无法满足的前提相联系的目标。
      知识库完备性检验主要有四个方面：(1)形成目标的条件项目不可缺少；(2)条件项的值必须在规定的范围内；(3)对中间结论中不可达结论和无法满足的前提的搜索和修正；(4)对无法求解的目标的修正。
      文中结合知识库完备性检验的理论，分别给出了各个知识库检验的事实模型。以加工方法选择知识库为例说明知识库检验的过程。在加工方法选择库中以①特征名称、②特征基本尺寸、③特征精度和④特征粗糙度为前提，获得①加工方法，②加工余量和③刀具等结论。检验步骤：

      1. 前提项特征名称、基本尺寸、精度和粗糙度是否为空；
      2. 前提之间是否互斥，经检验①～④满足相容关系；
      3. 检验特征基本尺寸是否在0～基本尺寸上限之间，特征精度是否在0～13之间，特征粗糙度是否在0～25之间；
      4. 结论项之间是否互斥，检查加工方法、刀具和余量是否匹配；
      5. 此特征及相应加工方法是否在工艺语言库中有所描述；
      6. 此刀具是否在刀具参数库中有所描述；
      7. 此刀具是否在切削参数库中有所描述；
      8. 若在加工方法选择知识库中得到的结论，如加工方法和刀具在工艺语言库、刀具参数库和切削参数库中没有描述，则这些结论属于不可达结论；反之，在工艺语言库、刀具参数库和切削参数库中的加工方法和刀具在加工方法库中没作为结论，则属于无法满足的前提，与之相对应的工艺语言、刀具参数和切削参数属于无法求解的目标。对以上三种情况进行修正。
      以上根据知识库完备性理论所设计的检验模型的应用，为用户创建完备的工艺知识库和资源数据库提供了有力帮助。
   2. 知识库维护
      在知识库维护中采用基于特征的知识库添加引导模板的方式。在用户增加新的数据时，系统按照制造资源库中各个库的内在联系，提供引导模板，使用户添加记录后系统仍具有信息完备性。以用户增加一个新特征的工艺信息的过程为例说明此引导模板。

      1. 在加工方法知识库中添加特征的加工方法、刀具、余量等信息，在添加过程中，系统自动进行新增特征的匹配，若出现与新增记录相同的记录，给出警告，引导用户重新添加记录；
      2. 在工艺语言描述中添加此特征和相应加工方法的工艺语言描述；
      3. 在刀具参数知识库中，增加此特征所用刀具的有关信息；
      4. 在切削参数选择库中，增加此特征所用刀具和加工方法的切削参数。
3. 用户工艺规程的参数化语言描述
   在制造资源知识中，工艺规程的表达形式比较灵活，用户很难接受标准的规程表达形式。因此，我们设计了一种参数化工艺规程语言表达形式。它由三部分组成：特征、关键参数及包含特征关键参数的工艺规程描述。用户在数据库中输入对应每一种特征的关键参数和工艺堆积描述语言。零件信息特征字典记录了每个特征的描述方式，包括几何信息、工艺信息、加工信息等。它是CAD/CAPP/CAM集成的部分协议。用户定义的描述工艺规程的关键参数一般是几何参数。零件信息特征字典中必须包含这些参数。系统对照零件信息特征字典检查每个特征的关键工艺参数的有效性。在工艺路线生成过程中，系统通过读取工艺规程库获得包含特征参数的工艺规程语言表达；然后进行特征参数的提取和替换，最终得到实际的工艺过程描述。图2举例说明用户工艺规程的参数化语言描述方式。
   
   图3 制造资源库面向对象的操作方法结构图
4. 面向对象的操作方法
   采用面向对象的方法操作制造资源构造工具的过程(图3)为：在CAPP系统中生成工艺路线的过程中，在获得了零件的特征信息后，首先在工艺决策知识库中获取可加工这个特征的机床类型，通过查询设备数据库中的机床数据，获取可加工这个特征的机床的具体参数信息；若特征可加工，下一步进行加工方法选择，通过具体机床类型下的加工方法选择和加工余量知识推理，获得这个特征的加工方法，即工步信息；通过切削刀具知识推理获得刀具类型和基本尺寸，查询刀具参数，获得刀具的ID号和详细尺寸参数；在具备了刀具信息后，通过切削参数工艺知识推理获得这个刀具的切削参数。至此，就获得这个零件的详细工艺信息。
   用面向对象的方法封装相应的数据库操作，采取了在面向对象程序设计语言中嵌入知识库、数据库操作的建模方法。

3 实例验证