專(zhuān)利名稱(chēng)：基于相似性理論的工藝規(guī)劃方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種工藝規(guī)劃領(lǐng)域的方法，特別是一種基于相似性理論的工藝規(guī) 劃方法。
背景技術(shù)：
可重組制造系統(tǒng)是由客戶(hù)需求和制造環(huán)境驅(qū)動(dòng)，具有動(dòng)態(tài)重組能力，并能夠通過(guò) 調(diào)整系統(tǒng)配置來(lái)快速響應(yīng)外界變化的制造系統(tǒng)，其最大的特點(diǎn)是能夠根據(jù)外界的變化進(jìn)行 自身重組。制造系統(tǒng)的重組涉及到系統(tǒng)層和設(shè)備層兩個(gè)層次，系統(tǒng)層主要解決如何根據(jù)生 產(chǎn)任務(wù)優(yōu)化配置制造資源，并保證物料流、信息流在各子系統(tǒng)之間無(wú)縫流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù) 生產(chǎn)任務(wù)定制制造系統(tǒng)的生產(chǎn)功能和生產(chǎn)能力，這是通過(guò)更改系統(tǒng)的構(gòu)形來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此， 系統(tǒng)層主要涉及以下一些問(wèn)題系統(tǒng)級(jí)工藝規(guī)劃、制造系統(tǒng)的可重組布局以及可重組制造 系統(tǒng)物流優(yōu)化等一系列問(wèn)題。制造系統(tǒng)的重組是產(chǎn)品及其工藝變化驅(qū)動(dòng)的，可重組制造系統(tǒng)的規(guī)劃建立在工藝 規(guī)劃基礎(chǔ)之上。因此，工藝規(guī)劃是可重組制造系統(tǒng)的重要組成部分之一，但傳統(tǒng)的工藝規(guī)劃 面向的是固定的制造環(huán)境和特定的產(chǎn)品對(duì)象，并不適合資源及加工對(duì)象都是動(dòng)態(tài)變化的制 造環(huán)境。因此，可重組制造環(huán)境下工藝規(guī)劃的最大特征是其柔性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性，其能夠根據(jù) 產(chǎn)品和企業(yè)制造資源的動(dòng)態(tài)變化生成優(yōu)化的工藝方案，而且能及時(shí)處理車(chē)間突發(fā)事件，并 做出相應(yīng)的工藝調(diào)整。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，對(duì)于可重組制造環(huán)境下的工藝規(guī)劃，A. Azab等提 出工藝規(guī)劃和可重構(gòu)機(jī)床集成設(shè)計(jì)的方法，通過(guò)零件特征與機(jī)床模塊的映射實(shí)現(xiàn)工藝規(guī)劃 中工序的組合。B. Lee等應(yīng)用定量可制造性評(píng)估方法提出一種在給定生產(chǎn)計(jì)劃條件下的 可重組制造工件族設(shè)計(jì)方法。張曉峰借鑒非線性工藝規(guī)劃、閉環(huán)工藝規(guī)劃及分布式工藝規(guī) 劃的部分思想，提出了面向可重組制造單元的工藝規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架。倪中華等在分析可 重組制造系統(tǒng)的特點(diǎn)及制造系統(tǒng)對(duì)工藝規(guī)劃新的要求的基礎(chǔ)上，提出了一種滿(mǎn)足可重組制 造系統(tǒng)的工藝規(guī)劃體系結(jié)構(gòu)和功能模型，并建立了適用于機(jī)床制造業(yè)的可重組工藝規(guī)劃系 統(tǒng)。以上面向可重組制造環(huán)境的工藝規(guī)劃方法只在理論層面上進(jìn)行探討和研究，缺乏 實(shí)用性。而在面向可重組制造系統(tǒng)的工藝規(guī)劃過(guò)程中，一個(gè)重要的合理化要求就是能重復(fù) 使用成熟的工藝方案，以盡可能小的修改代價(jià)、盡快地設(shè)計(jì)出需要的工藝，從而降低設(shè)計(jì)費(fèi) 用和生產(chǎn)周期。零件的結(jié)構(gòu)實(shí)例與加工方法之間、相似結(jié)構(gòu)與相似工藝之間所存在的對(duì)應(yīng) 性是工藝方案可重用的基礎(chǔ)。因此，有必要研究可重組制造環(huán)境下基于相似性理論的動(dòng)態(tài) 工藝規(guī)劃方法，并根據(jù)加工過(guò)程中工藝過(guò)程的狀態(tài)信息，通過(guò)重用相應(yīng)的工藝知識(shí)，實(shí)現(xiàn)工 藝過(guò)程的重組。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有工藝規(guī)劃方法的不足，提出一種基于相似性理論的工藝規(guī)劃方法，以滿(mǎn)足可重組制造環(huán)境下多品種、變批量，以及高產(chǎn)品質(zhì)量和敏捷性的要求。同 時(shí)使企業(yè)在零件工藝規(guī)劃時(shí)能重復(fù)使用已經(jīng)設(shè)計(jì)過(guò)的現(xiàn)成工藝，降低設(shè)計(jì)費(fèi)用和生產(chǎn)周 期。本發(fā)明是通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種基于相似性理論的工藝規(guī)劃方法，其包括以下步驟i)在傳統(tǒng)單特征描述的基礎(chǔ)上加入特征組合描述完善零件特征信息模型，建立零 件特征的描述。ii)把以特征為核心的有關(guān)特征加工工序的相關(guān)信息所形成的實(shí)體用工藝元表 示，生成工藝規(guī)劃的最基本模塊和過(guò)程特征。iii)建立一個(gè)基于特征的實(shí)例索引結(jié)構(gòu)，通過(guò)零件特征多叉樹(shù)的相似性判定生成 相似工藝信息，進(jìn)行工藝相似性判定。iv)應(yīng)用凝聚的層次聚類(lèi)法進(jìn)行工序組合，生成工序族。ν)對(duì)工序族內(nèi)的所有工藝元進(jìn)行優(yōu)先關(guān)系排序，保證工序族內(nèi)的所有工藝元均能 在機(jī)床上進(jìn)行加工。所述基于特征的零件信息描述，是指零件特征描述一般采用單特征描述結(jié)構(gòu)，從 制造的角度來(lái)講，用單特征描述零件是合理的。但這種方法過(guò)分強(qiáng)調(diào)特征的獨(dú)立性，忽視了 特征之間的關(guān)聯(lián)和組合關(guān)系，造成工藝規(guī)劃結(jié)果的不準(zhǔn)確。通過(guò)在單特征描述的基礎(chǔ)上加入特征組合描述來(lái)完善零件特征信息模型。特征 組合就是按照工藝規(guī)劃對(duì)特征的要求，將描述零件的單特征中彼此相關(guān)的特征組合起來(lái)描 述，并且闡明這種關(guān)聯(lián)的性質(zhì)。所述過(guò)程特征的生成方法，是指把以特征為核心的有關(guān)特征加工工序的相關(guān)信 息所形成的實(shí)體，定義為工藝元，并用五元組表示為Peij= (d^g^bi, MPij, MRiPi = 1,2, ···, η ； j = 1,2, ...，m其中，Cli為特征&所屬方位面；gi為特征&的形位公差辦為特征&與其它特征 之間的關(guān)聯(lián)類(lèi)別；MPu表示對(duì)特征&進(jìn)行加工所采用的加工方法；MRu表示采用加工工藝 MPij加工特征&所達(dá)到的加工精度。工藝元是零件工藝規(guī)劃的基本單元，是組成工藝過(guò)程 的最基本模塊。一個(gè)特征的全部工藝元構(gòu)成該特征的加工元，并表示為Pei = {pen, pei2,…，pej加工過(guò)程是一個(gè)零件特征組態(tài)不斷改變的過(guò)程，由于在加工過(guò)程中，每個(gè)特征都 處于一種加工狀態(tài)，因此每道工序的狀態(tài)信息由多個(gè)特征工藝元來(lái)標(biāo)定，將這些特征工藝 元的集合稱(chēng)為過(guò)程特征。具體表達(dá)形式為Pt = {peljt,pe2jt,…，pen,t}過(guò)程特征是以零件的特征工藝元為中心，每一階段的工藝元映射一組加工信息。 從毛坯到零件由多個(gè)過(guò)程特征所組成，每一個(gè)過(guò)程特征都包含相應(yīng)的工藝元和加工信息。建立基于特征的實(shí)例索引結(jié)構(gòu)，是指將與相似系數(shù)有關(guān)的零件類(lèi)型、加工方式、特 征的類(lèi)型、材料類(lèi)型、熱處理方法、毛坯類(lèi)型以及形狀特征的精度等級(jí)、粗糙度和形位公差 等因素分為零件級(jí)、形狀級(jí)和特征級(jí)，建立一個(gè)基于特征的樹(shù)型實(shí)例索引結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可抽 象為多叉樹(shù)結(jié)構(gòu)，樹(shù)中的結(jié)點(diǎn)代表一個(gè)對(duì)象，多叉樹(shù)直觀表示了對(duì)象間的相互關(guān)系，這種層次關(guān)系就表示了對(duì)象間的相似性。 工藝相似性計(jì)算，是指采用自底向上的策略，先計(jì)算局部的相似性，再計(jì)算全局的 相似性，逐層向上進(jìn)行，最后求得零件實(shí)例總的相似性評(píng)價(jià)。每一層的求和均采用Tversky 方法，即
權(quán)利要求
1.一種基于相似性理論的工藝規(guī)劃方法，其特征在于其包括以下步驟i)在傳統(tǒng)單特征描述的基礎(chǔ)上加入特征組合描述完善零件特征信息模型，建立零件特 征的描述； )把以特征為核心的有關(guān)特征加工工序的相關(guān)信息所形成的實(shí)體用工藝元表示，生 成工藝規(guī)劃的最基本模塊和過(guò)程特征；iii)建立一個(gè)基于特征的實(shí)例索引結(jié)構(gòu)，通過(guò)零件特征多叉樹(shù)的相似性判定生成相似 工藝信息，進(jìn)行工藝相似性判定；iv)應(yīng)用凝聚的層次聚類(lèi)法進(jìn)行工序組合，生成工序族；ν)對(duì)工序族內(nèi)的所有工藝元進(jìn)行優(yōu)先關(guān)系排序，保證工序族內(nèi)的所有工藝元均能在機(jī) 床上進(jìn)行加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述特征組合是按照工藝規(guī)劃對(duì)特征的 要求，將描述零件的單特征中彼此相關(guān)的特征組合起來(lái)描述，并且闡明這種關(guān)聯(lián)的性質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述工藝元是指以特征為核心的有關(guān)特 征加工工序的相關(guān)信息所形成的實(shí)體，是零件工藝規(guī)劃的基本單元，是組成工藝過(guò)程的最 基本模塊，并用五元組表示為Peij = (di; gi; bi; MPij, MRij) i = 1,2, ···, η ； j = 1,2, ···, m其中，Cli為特征&所屬方位面；gi為特征A的形位公差辦為特征&與其它特征之間 的關(guān)聯(lián)類(lèi)別；MPij表示對(duì)特征&進(jìn)行加工所采用的加工方法；MRij表示采用加工方法MPijW 工特征A所達(dá)到的加工精度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述過(guò)程特征是以零件的特征工藝元為 中心，每一階段的工藝元映射一組加工信息，具體表達(dá)形式為Pt = {pei.f pe2,t'…，pen,j °
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述建立基于特征的實(shí)例索引結(jié)構(gòu)，是指 將與相似系數(shù)有關(guān)的零件類(lèi)型、加工方式、特征的類(lèi)型、材料類(lèi)型、熱處理方法、毛坯類(lèi)型以 及形狀特征的精度等級(jí)、粗糙度和形位公差等因素分為零件級(jí)、形狀級(jí)和特征級(jí)，建立一個(gè) 基于特征的樹(shù)型實(shí)例索引結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可抽象為多叉樹(shù)結(jié)構(gòu)，樹(shù)中的結(jié)點(diǎn)代表一個(gè)對(duì)象，多 叉樹(shù)直觀表示了對(duì)象間的相互關(guān)系，這種層次關(guān)系就表示了對(duì)象間的相似性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述相似系數(shù)是指用于衡量新零件與實(shí) 例零件形似程度的一個(gè)參數(shù)，其不但與零件類(lèi)型、加工方式、特征類(lèi)型等因素有關(guān)，還與零 件的材料類(lèi)型、熱處理方法、毛坯類(lèi)型以及形狀特征的精度等級(jí)、粗糙度和形位公差等因素 有關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述工藝相似性判定是指采用自底向上 的策略，先計(jì)算局部的相似性，再計(jì)算全局的相似性，逐層向上進(jìn)行，最后求得零件總的相 似性評(píng)價(jià)；其中，每一層的求和均采用Tversky方法，即其中，待比較二個(gè)結(jié)點(diǎn)共有η個(gè)屬性值，Wi為第i個(gè)屬性的權(quán)重系數(shù)，F(xiàn)i為第i個(gè)屬性 的相似度函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述工藝相似性判定包括(a)計(jì)算特征的相似度采用特征的屬性來(lái)計(jì)算特征的相似度，當(dāng)對(duì)兩個(gè)特征進(jìn)行比較時(shí)，采用多叉樹(shù)結(jié)點(diǎn)相 似性計(jì)算法來(lái)進(jìn)行計(jì)算；(b)計(jì)算形狀的相似度根據(jù)特征的相似度來(lái)計(jì)算零件形狀的相似度，計(jì)算方法是多叉樹(shù)結(jié)點(diǎn)相似性計(jì)算方 法；其中計(jì)算兩個(gè)零件的形狀相似性，是逐個(gè)比較兩個(gè)零件的特征，包括三種情況①兩個(gè) 特征是相同的；②兩個(gè)特征是匹配的；③兩個(gè)特征是不匹配的；(c)計(jì)算零件的相似度獲得零件形狀相似度后，結(jié)合零件級(jí)的材料類(lèi)型、熱處理方法、毛坯類(lèi)型、生產(chǎn)類(lèi)型等 屬性，按Tversky方法計(jì)算零件的相似度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述應(yīng)用凝聚的層次聚類(lèi)法的工序組合， 其具體包括(a)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)論域PE = (pei; pe2,…，pev)為所有工藝元集合，其中，ν表示特征工藝元總數(shù)，每 個(gè)工藝元Pei用5個(gè)屬性來(lái)表示，即所屬方位面、形位公差、關(guān)聯(lián)類(lèi)別、加工方法以及精度等 級(jí)，得到工藝元的原始數(shù)據(jù)矩陣PE
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述工藝元的排序，包括(a)若特征之間有基準(zhǔn)關(guān)系，則將作為基準(zhǔn)的工藝元放在前，與此特征有基準(zhǔn)關(guān)系的工 藝元放在后；(b)若特征之間有互為基準(zhǔn)關(guān)系，則按照特征先后作為基準(zhǔn)的順序安排工藝元順序；(c)若特征之間有定位關(guān)系，則將決定其它特征位置的工藝元放在前，被決定位置的工 藝元放在后；(d)若特征之間有衍生關(guān)系，則由特征產(chǎn)生的先后順序確定工藝元的先后順序；(e)若特征之間有位置精度要求關(guān)系，則將這些工藝元在一次定位裝夾中加工；(f)若特征之間有同類(lèi)特征關(guān)聯(lián)關(guān)系，則將這些工藝元集中在盡可能少的工序中。
全文摘要
一種基于相似性理論的工藝規(guī)劃方法，其包括以下步驟i)在傳統(tǒng)單特征描述的基礎(chǔ)上加入特征組合描述完善零件特征信息模型，建立零件特征的描述；ii)把以特征為核心的有關(guān)特征加工工序的相關(guān)信息所形成的實(shí)體用工藝元表示，生成工藝規(guī)劃的最基本模塊和過(guò)程特征；iii)建立一個(gè)基于特征的實(shí)例索引結(jié)構(gòu)，通過(guò)零件特征多叉樹(shù)的相似性判定生成相似工藝信息，進(jìn)行工藝相似性判定；iv)應(yīng)用凝聚的層次聚類(lèi)法進(jìn)行工序組合，生成工序族；v)對(duì)工序族內(nèi)的所有工藝元進(jìn)行優(yōu)先關(guān)系排序，保證工序族內(nèi)的所有工藝元均能在機(jī)床上進(jìn)行加工。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102081706SQ20111004728
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者李?lèi)?ài)平, 段建國(guó), 謝楠, 黃立輝 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)