本發(fā)明涉及數(shù)字化制造領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于柔性工藝過程規(guī)劃的約束關(guān)系描述與可行工藝方案解析生成方法。

背景技術(shù)：

零件柔性工藝的存在是設(shè)計(jì)、工藝以及車間調(diào)度集成的重要影響因素。一方面零件結(jié)構(gòu)變更修改，柔性工藝的存在可加快零件工藝規(guī)劃效率；另一方面，從車間調(diào)度角度來看，工藝柔性可提高調(diào)度柔性與優(yōu)化效果，為快速響應(yīng)不確定性事件提供調(diào)整柔性，提高整個(gè)制造系統(tǒng)效率。

當(dāng)前，柔性工藝網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與優(yōu)選是柔性工藝過程規(guī)劃重要研究方向，主要基于人工方式和智能機(jī)制實(shí)現(xiàn)。但人工構(gòu)建柔性工藝網(wǎng)絡(luò)難以全面把握約束組合空間內(nèi)復(fù)雜關(guān)系，易生成不可行工藝，同時(shí)易遺漏可行或排它性地排斥掉部分工藝方案；而完全依賴于專家系統(tǒng)、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能機(jī)制來自動生成柔性工藝路線目前還存在巨大挑戰(zhàn)?！痘诙嗌娜嵝怨に嚶肪€網(wǎng)絡(luò)形式化推理生成》一文提出了采用多色集來分步推理生成柔性工藝路線網(wǎng)絡(luò)的方法，但未提供如何解析生成可行工藝方案；在工藝優(yōu)選及調(diào)度集成優(yōu)化時(shí)需要重新解析柔性工藝網(wǎng)絡(luò)生成可行工藝路線，不便于可行工藝方案生成與優(yōu)選算法的集成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種應(yīng)用于柔性工藝過程規(guī)劃的約束關(guān)系描述與可行工藝方案解析生成方法，避免柔性工藝過程規(guī)劃與優(yōu)化過程中不可行工藝的產(chǎn)生，且易融入相應(yīng)優(yōu)化算法，減少工藝優(yōu)選不必要搜尋。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種應(yīng)用于柔性工藝過程規(guī)劃的約束關(guān)系描述與可行工藝方案解析生成方法，包括下述步驟：

步驟一：獲取零件特征并進(jìn)行預(yù)處理；

步驟二：基于多色集建模方法描述工藝過程規(guī)劃約束；

結(jié)合工藝人員經(jīng)驗(yàn)知識，采用多色集合的圍道矩陣，對柔性工藝規(guī)劃過程中基準(zhǔn)選擇、加工階段劃分、工序排序和工藝過程確定分階段決策所需考慮的復(fù)雜約束統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為以特征為核心的約束關(guān)系進(jìn)行描述，該描述不僅能對具有明確先后加工順序的特征約束關(guān)系進(jìn)行描述，同時(shí)能對因幾何和工藝導(dǎo)致的不確定性或模糊性約束進(jìn)行統(tǒng)一描述；

步驟三：解析工藝過程規(guī)劃約束生成可行工藝方案；

基于步驟二中的約束關(guān)系解析確定任意可能的可行工藝路線，無需生成柔性工藝網(wǎng)絡(luò)，避免柔性工藝過程規(guī)劃與優(yōu)化過程中不可行工藝的產(chǎn)生，且易融入相應(yīng)優(yōu)化算法，減少工藝優(yōu)選不必要搜尋。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟一具體包括下步驟：

(1.1)建立零件模型，獲取零件模型上各特征及其制造要求；

(1.2)開展預(yù)處理，對于需要幾個(gè)工序才能完成的具有較高精度的特征，對該特征不同工序分別增加對應(yīng)新特征。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟(1.2)中，針對具有較高精度的特征引入了與工序?qū)?yīng)的新特征，便于將柔性工藝過程規(guī)劃約束轉(zhuǎn)換為以特征為核心的約束。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的步驟二具體為：

(2.1)描述特征之間約束關(guān)系：結(jié)合工藝人員經(jīng)驗(yàn)知識，在分析零件幾何特征和工藝技術(shù)要求基礎(chǔ)上，采用多色集的||c_ij||_A×A＝[A×A]布爾矩陣描述基準(zhǔn)先行、先主后次、先面后孔、先粗后精、不確定性或模糊性導(dǎo)致的順序無關(guān)的約束，該圍道矩陣中c_ij＝1表示特征f_i和f_j存在邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系；對于特征f_i為特征f_j的直接前驅(qū)，則在該矩陣中設(shè)置c_ij＝1，對于特征f_i和特征f_j順序無關(guān)則置c_ij＝c_ji＝1；對于沒有明確直接前后繼關(guān)系的特征f_i和特征f_j，則在該矩陣中設(shè)置c_ij＝0；

(2.2)描述特征與資源約束關(guān)系：利用多色集||c_ij||_A×A(F)＝[A×F(A)]構(gòu)建特征與可選設(shè)備、刀具之間邏輯和數(shù)量約束關(guān)系，其中A在此分別代表設(shè)備和刀具，通過個(gè)人著色F(a_i)中為1的元素可確定各設(shè)備和刀具可完成的特征集；統(tǒng)一顏色F_j可確定對應(yīng)特征f_i可選的設(shè)備和刀具組成，按照同一結(jié)構(gòu)形式，在[A×F(A)]中c_ij＝1的位置賦予設(shè)備與特征之間加工工時(shí)，進(jìn)一步確定數(shù)量關(guān)系。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的步驟三具體為：

(3.1)設(shè)置數(shù)字集Lset＝{1,2,...,nf},nf為特征；同時(shí)，初始化一個(gè)空的特征工序序列OpList；

(3.2)如果轉(zhuǎn)(3.4)；反之從Lset中隨機(jī)獲取一個(gè)整數(shù)r，基于特征自相關(guān)圍道矩陣[A×A]獲取F(r)列向量，并確定特征f_r可能的前繼特征集pcdf_r＝{f_j|F_r(j)＝1}，1≤j≤nf；

(3.3)如果將f_r從后添加至OptList，置Lset＝{1,2,...,nf}/r，轉(zhuǎn)(3.2)；反之，從pcdf_r中隨機(jī)選擇一個(gè)f_j，從前添加到OpList中，置[A×A]中c_jk＝0,1≤k≤nf、Lset＝{1,2,...,nf}/j，轉(zhuǎn)(3.2)；

(3.4)獲取OpList，基于[A×F(A)]分別采用確定各特征可選設(shè)備集和刀具集，其中m,t分別為可選設(shè)備總數(shù)和刀具總數(shù)；

(3.5)從各特征可選資源集中隨機(jī)選擇確定OpList中各特征工序的設(shè)備和刀具，確保各特征工序只能有一個(gè)且必須有一個(gè)設(shè)備和刀具被選擇，根據(jù)設(shè)備和刀具資源，確定OpList中各特征所對應(yīng)的加工方法，并對OpList中采用同一設(shè)備和刀具進(jìn)行加工的緊鄰特征工序進(jìn)行組合，形成以特征為核心的可行工藝過程。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

(1)本發(fā)明結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)知識和多色集邏輯描述框架，不僅能對柔性工藝過程規(guī)劃中具有明確先后順序的特征約束關(guān)系進(jìn)行表達(dá)，同時(shí)能對因幾何和工藝導(dǎo)致的不確定性或模糊性順序無關(guān)約束進(jìn)行統(tǒng)一描述；

(2)本發(fā)明基于多色集合統(tǒng)一描述了柔性工藝過程規(guī)劃所涉及的復(fù)雜邏輯、時(shí)序和數(shù)量約束關(guān)系，保證工藝規(guī)劃約束信息能在統(tǒng)一描述框架下進(jìn)行建模與存儲，減少數(shù)據(jù)冗余和不一致。

(3)本發(fā)明可行工藝方案解析生成方法基于約束關(guān)系解析生成可行工藝路線，避免人工開展柔性工藝過程規(guī)劃難以全面把握約束組合空間內(nèi)復(fù)雜關(guān)系，易生成不可行工藝，或易遺漏可行或排它性地排斥掉部分工藝方案問題；同時(shí)，可避免工藝優(yōu)化過程中不可行工藝的產(chǎn)生，減少優(yōu)化迭代中不必要搜尋。

(4)本發(fā)明將特征加工方法、工序資源選擇等決策約束直接轉(zhuǎn)化為特征與資源之間的邏輯和數(shù)量關(guān)系，解析生成可行方案后再確定對應(yīng)加工方法，減少了特征與加工方法、加工方法與資源之間復(fù)雜約束關(guān)系的傳遞，簡化了三者之間復(fù)雜約束關(guān)系的描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明柔性工藝過程規(guī)劃約束關(guān)系描述與可行工藝方案解析生成方法總流程；

圖2(a)是本發(fā)明零件實(shí)例的立體示意圖；

圖2(b)是本發(fā)明零件實(shí)例的剖面示意圖

圖3是本發(fā)明特征約束關(guān)系圍道矩陣；

圖4是本發(fā)明特征與資源約束關(guān)系圍道矩陣；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例

如圖1所示，本實(shí)施例應(yīng)用于柔性工藝過程規(guī)劃的約束關(guān)系描述與可行工藝方案解析生成方法，包括下述步驟：

步驟一、獲取零件特征并進(jìn)行預(yù)處理；

(1.1)以圖2(a)和圖2(b)所示的零件為例對工藝過程約束關(guān)系描述與可行工藝方案解析生成方法進(jìn)行說明。建立零件模型，獲取零件模型上各特征F＝{f₁,f₂,f₃,f₄,f₅,f₆,f₇}。

(1.2)開展預(yù)處理，對于需要幾個(gè)加工工序才能完成的具有較高精度的特征，對該特征不同加工工序分別增加對應(yīng)新特征。由于圖2所示零件特征f₇需要經(jīng)過鉆-擴(kuò)-磨三道工序才能完成，所以對該特征擴(kuò)展與擴(kuò)-磨對應(yīng)的特征f₈,f₉，則該零件特征集合可修正為F＝{f₁,f₂,f₃,f₄,f₅,f₆,f₇,f₈,f₉}。

步驟二：基于多色集建模方法描述工藝規(guī)劃約束；

(2.1)結(jié)合工藝人員經(jīng)驗(yàn)知識，在分析零件幾何特征和工藝技術(shù)要求基礎(chǔ)上，基于多色集建立如圖3所示圍道矩陣，描述基準(zhǔn)先行、先主后次、先面后孔、先粗后精、不確定性或模糊性導(dǎo)致的順序無關(guān)等約束；該圍道矩陣中c_ij＝1表示特征f_i和f_j存在邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系；對于特征f_i為特征f_j的直接前驅(qū)，則在該矩陣中設(shè)置c_ij＝1，對于特征f_i和特征f_j順序無關(guān)則置c_ij＝c_ji＝1；對于沒有明確直接前后繼關(guān)系的特征f_i和特征f_j，則在該矩陣中設(shè)置c_ij＝0。

(2.2)描述特征與資源及加工方向約束關(guān)系：利用多色集||c_ij||_A×_A(F)＝[A×F(A)]構(gòu)建特征與可選設(shè)備和刀具之間邏輯和數(shù)量約束關(guān)系，其中A在此分別代表設(shè)備、刀具集。本示例假設(shè)有6臺設(shè)備資源M＝{m₁,m₂,m₃,m₄,m₅,m₆}，通過多色集建立特征與設(shè)備之間約束關(guān)系圍道矩陣并設(shè)置相應(yīng)的加工工時(shí)，如圖4所示。

步驟三：解析約束生成可行工藝方案。

(3.1)置Lset＝{1,2,3,4,5,6,7,8,9}，初始化一個(gè)空的與特征對應(yīng)的OpList。

(3.2)如果轉(zhuǎn)(3.4)。反之從Lset＝{1,2,3,4,5,6,7,8,9}中隨機(jī)獲取一整數(shù)，假設(shè)為3，基于圖3獲取F(3)列向量，確定f₃可能的前繼特征集pcdf₃＝{f₁,f₂,f₄,f₅,f₇}。

(3.3)因?yàn)閺膒cdf₃中隨機(jī)選擇一個(gè)f_j，假設(shè)為f₁，從前添加到OpList＝{f₁}中，置圖3[A×A]中c_1k＝0,1≤k≤9、Lset＝{2,3,4,5,6,7,8,9}。重復(fù)上述(3.2)和(3.3)，從Lset＝{2,3,4,5,6,7,8,9}中隨機(jī)獲取一整數(shù)，假設(shè)為5，則從pcdf₅中隨機(jī)選擇f₇添加到OpList最前面，則OpList＝{f₇,f₁}，并置Lset＝{2,3,4,5,6,8,9}，c_7k＝0,1≤k≤9。重復(fù)上述步驟可得可行特征加工序列OpList＝{f₄,f₂,f₃,f₇,f₁,f₆,f₅,f₈,f₉}。

(3.4)基于圖4所示關(guān)系矩陣和OpList，利用確定各特征工序可選設(shè)備集，同理可建立特征工序與刀具之間的關(guān)系，基于確定各特征工序刀具集。

(3.5)從各特征可選資源集中隨機(jī)選擇確定OpList對應(yīng)的可行設(shè)備序列及其對應(yīng)加工工時(shí)MList＝{m₃,m₄,m₃,m₅,m₁,m₅,m₄,m₃,m₆}、TList＝{3,3,1,3,3,1,4,4,5}。同理可采用隨機(jī)機(jī)制可確定OpList各特征工序的設(shè)備和刀具。根據(jù)設(shè)備和刀具資源，確定OpList中各特征所對應(yīng)的加工方法OList＝{銑、車、銑、鉆、銑、鉆、銑、擴(kuò)、磨}，因?yàn)镺pList中沒有采用同一刀具和設(shè)備進(jìn)行加工的緊鄰特征工序，可直接以O(shè)pList＝{f₄,f₂,f₃,f₇,f₁,f₆,f₅,f₈,f₉}、MList＝{m₃,m₄,m₃,m₅,m₁,m₅,m₄,m₃,m₆}和OList＝{銑、車、銑、鉆、銑、鉆、銑、擴(kuò)、磨}及其所選刀具作為可行加工工藝路線。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。