工艺推理

2024-08-01

工艺推理（共4篇）

工艺推理篇1

0 引言

工艺设计是产品开发的重要环节, 也是连接工程设计与生产制造的桥梁和纽带[1]。CAPP是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境, 利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等功能来制定零件机械加工工艺过程。在轴类工艺设计中, 工艺推理机制和决策方法至关重要。本文以常见轴类零件为研究对象, 按照一定的规则进行编码, 将零件信息根据特征编码规则成零件特征编码, 再加入关联特征信息成特征编码排序, 继而运用知识库和推理机生成特征加工链, 再次将加工链引入知识库和推理机, 则形成了工艺排序, 最终通过综合形成零件工艺排序。

1 轴类零件编码

零件信息分为总体、形状、精度、材料、工艺、制造等六大特征。并且任何一个轴类零件都是由外轮廓、内轮廓和端面三部分组成的, 每一个轮廓表面又是若干个基本形面与辅助形面的组合。常见的轴类特征如图1所示。首先, 零件的分类编码就是用数字来描绘零件的名称、几何形状、工艺特性、尺寸精度等, 使零件名称和特征数字化。这些代表零件名称和特征的每一位数字被称为特征码, 这些形面在满足零件的功能要求及制造要求中所起的作用是不同的, 它们之间具有层次关系属性。根据这一性质, 可将形状特征划分为主形状特征 (0级特征) 和辅形状特征 (1级特征) 。要在计算机内部“组合”成一个完整的零件, 必须对特征的相互关系进行描述。本编码由名称类别矩阵、形状及加工码、辅助码三部分12个码位组成。所做的特征编码最基本的要求就是要满足全面准确的包含轴类零件的各种加工信息, 并且方便工艺人员制定加工工艺。为此, 本系统在制定特征编码时充分考虑轴类零件的各种特征要素, 制定出比较合理的特征编码系统, 如表1所示, 其中第1到9位为形状及加工码, 10到12位为辅助码, 通过形状及加工码和辅助码即可表示出计算机可识别的轴类零件信息。

2 轴类零件的工序排序

对于轴类零件加工, 制定了以下的工序和工步排序原则:1) 基准面先加工;2) 按面、孔、螺纹的顺序加工;3) 按先粗后精的顺序加工;4) 把粗加与精加工工步分离;5) 少换刀、多转位;6) 工艺孔先加工。轴类零件的加工, 一般可分为3个阶段:粗阶段 (包括车端面, 打顶尖孔, 粗车外圆) 、半精加工和精加工, 按“车、钻、铣、磨”的方法排序。具体的工艺路线取决于轴的主要表面的尺寸精度、形位公差。为了使以上工序变成计算机能识别的语言, 可以结合这些工序的先后性进行代码化。

3 工艺推理

3.1 工艺知识库设计

知识库设计是系统的中心工作, 也是最为繁琐的事情。该知识库系统采用了产生式规则表示方法, 由相互独立却同时相互联系的“规则库、事实库、元知识库”组成。规则库反映工艺选择的标准, 例如机床选择规则库;事实库表示具体零件的特征、刀具等已知的源知识, 如零件编码表;元知识库是控制规则应用、比较的事实性知识。同时系统所建立的知识库易于添加、修改和删除, 增加了系统的灵活性和适应性。在此针对轴类零件的加工建立了4个知识库, 分别为工艺知识选择规则库 (储存切削参数、精度等级及加工余量的选择规则) , 工序排序规则库 (储存工步排序的规则) , 加工设备选择库 (储存机床、夹具、刀具、量具等选择规则) , 特征知识库 (储存轴类零件的特征和与之相对应的典型加工工艺) 。

3.2 推理机制的实现

推理机是专家系统中实现知识推理的部件, 是基于知识的推理在计算机中的实现。推理机制运用的方法有正向推理、反向推理和双向推理3种[3], 在此应用的是正向推理。正向推理是按条件推结论的方向进行的推理方式, 它从一组事实出发, 使用一定的规则, 来证明目标事实的成立。正向推理一般分为3个阶段, 下面简要介绍本系统3个阶段的运行机理。

第一阶段:按照轴类零件的整体准则, 如功能要素的形状位置信息、加工工艺准则等从最高层面来确定优先级关系, 是第二、第三阶段的前提和基础。对于阶段一, 假如我们根据整体准则将轴类零件的特征编码排序, 然后大致按优先级数从上到下确定好了各特征要素的加工先后, 那么第一阶段的目标就已经完成。例如:若孔R1是粗基准, 端面R2是精基准, 根据加工的先粗后精, 那么R2的优先级数大于R1, 则也意味着先加工端面R2, 再加工孔R1, 从而完成了初步的加工排序。

第二阶段:在第一阶段的基础上再进一步排序。基于第一阶段的基本特征编码, 再对其中所有的特征编码进行扫描, 然后形成可用的加工方案, 并把所有的特征编码方案进行排列组合。再根据前面的知识库的四个子系统, 如机床、夹具、刀具、量具、切削参数、精度等级等内容选择相应可行的加工类型和加工参数, 从而形成特征编码的下级特征编码, 如果某一特征编码出现就只有一个工步或者不需要加工等情况, 那么就会导致该推理的结束。

第三阶段:对第二阶段产生的工序序列进行筛选和处理, 从而形成完整的工艺路线。筛选原则就是现实中的约束条件, 并且优先级数高的约束条件优于优先级数低的约束条件, 在此, 为了节约时间提高效率和增加准确性, 也要应用约束条件结合知识库规则, 如若一个特征或者工序序列不符合约束, 那么就停止该工艺的继续审核。在此阶段可能会形成一个或者多个可行方案, 需要结合现实情况进行最优化选择, 从而选择最优方案, 这就是工艺决策的核心功能。

4 工艺决策形成

特征编码间存在空间位置关系的尺寸、精度、公差以及特征加工优先顺序的限制。工艺决策形成首先需确定特征的优先加工顺序, 即特征排序, 本文将零件加工特征分为关联特征、独立特征, 关联特征的排序通过特征排序完成, 独立特征在工艺加工文件中的位置由工艺决策模块确定, 然后完成工步决策, 根据零件的加工要求, 对各工序中少数工步进行调整, 并安排去毛刺、检验等辅助工步等。经过工步决策后, 即得到完整的工艺路线[4]。

5 结语

轴类零件比较复杂, 重点在于分析CAPP系统所需的关键技术。我们基于特征的零件编码系统, 详细介绍了编码系统的设计过程, 及最终得到的编码规则;基于知识库的分析及零件工艺的推理机制, 根据零件信息检索出工序, 按工艺原则排序, 从而生成零件新工艺。

参考文献

[1]孟丽丽, 郝力文, 路春光, 等.基于Web Service和工作流技术的CAPP系统研究[J].现代制造工程, 2014 (8) :63-88.

[2]苏惠阳.基于WEB的机械零件CAPP系统[D].福州:福建农林大学, 2013.

[3]张彩芳.CAPP系统关键技术研究[J].数字技术与应用, 2012 (8) :93.

[4]陈龙, 和建伟.轴类零件工艺路线决策方法[J].机械工程师, 2010 (3) :113-115.

归纳推理与类比推理的比较篇2

合情推理是数学的基本思维过程，也是人们学习和生活中经常使用的思维方式。在解决问题的过程中，合情推理具有猜侧和发表结论，探索和提供思路的作用。有利于创新意识的培养。在学习中要把推理方法形成自己的解决问题的意识，使得问题的解决有章有法，得心应手。合情推理包括归纳推理和类比推理。

一、归纳推理和类比推理的联系

归纳推理与类比推理都是根据已有的事实，经过观察、分析、比较、联想，再进行归纳、类比，然后提出猜想的推理。由这两种推理得到的结论都不一定正确，其正确性有待进一步证明。

二、归纳推理和类比推理的区别

（一）归纳推理

1.归纳推理定义：由某类事物的部分对象具有某些特征，推出该类事物的全部对象都具有这些特征的推理，或者由个别事实概括出一般结论的推理，称为归纳推理（简称归纳）。简言之，归纳推理是由部分到整体、由个别到一般的推理。

说明：归纳推理的思维过程大致如下：

2.归纳推理的特点：

（1）归纳推理的前提是几个已知的特殊现象，归纳所得的结论是尚属未知的一般现象，该结论超越了前提所包容的范围。

（2）由归纳推理得到的结论具有猜测的性质，结论是否真实，还需经过逻辑证明和实践检验。因此，它不能作为数学证明的工具。

（3）归纳推理是一种具有创造性的推理.通过归纳推理得到的猜想，可以作为进一步研究的起点，帮助人们发现问题和提出问题。

归纳推理是从个别事实中概括出一般原理的一种推理模型，归纳推理包括不完全归纳法和完全归纳法。

3.归纳推理的一般步骤：

①通过观察个别情况发现某些相同本质;

②从已知的相同性质中推出一个明确表达的一般性命题。

说明：归纳推理基于观察和实验，像“瑞雪兆丰年”等农谚一样，是人们根据长期的实践经验进行归纳的结果.物理学中的波义耳—马略特定律、化学中的门捷列夫元素周期表、天文学中开普勒行星运动定律等，也都是在实验和观察的基础上，通过归纳发现的。

（二）类比推理（以下简称类比）1.类比推理定义：由两类对象具有某些类似特征和其中一类对象的某些已知特征，推出另一类对象也具有这些特征的推理称为类比推理（简称类比）。简言之，类比推理是由特殊到特殊的推理。

2. 类比推理的一般步骤：

①找出两类事物之间的相似性或一致性;

②用一类事物的性质去推测另一类事物的性质，得出一个明确的命题（猜想）。

3.说明：类比推理的思维过程大致如下图所示：

类比推理是在两类不同的事物之间进行对比，找出若干相同或相似点之后，推测在其他方面也可以存在相同或相似之处的一种推理模式。类比推理不象归纳推理那样局限于同类事物，同时，类比推理比归纳推理更富于想像，因而也就更具有创造性。人类在科学研究中建立的不少假说和教学中许多重要的定理，公式都是通过类比提出来的，工程技术中许多创造和发明也是在类比推理的启迪下而获得的。因此，类比推理已成为人类发现发明的重要工具。

三、典例剖析

例1.观察下列等式：

12=1

12-22=-3

12-22+32=6

12-22+32=-10

照此规律，第n个等式可为____.

本例是利用归纳推理解决问题的，作为归纳推理的“集散地”，以数列为背景是常见的命题形式，通过数列呈现的规律来确定数列的某一项，具有一定的难度，且具有时代性。考察观察、归纳、推理能力。

【答案】

由归纳推理所得到的结论不一定正确，但它所具有的特殊到一般的性质对数学的发展有着十分重要的作用，应用时首先分析清楚题目的条件，合理归纳.

例2.求一个质数，当它分别加上10和14时仍为质数.

【分析】我们可以采用归纳推理，先由具体的数计算开始，再归纳猜想一般性的结论.

【解析】用归纳法进行试验：

2+10=12，2+14=16，质数2不合要求;

3+10=13， 3+14=17，质数3不合要求;

5十10=15，5+14=19，质数5不合要求;

7+10=17， 7+14=21，质数7不合要求.

……

归纳上述结论，可以猜想，3是符合要求的质数.

联想发散：归纳推理是通过对一些个别、特殊情况的观察与分析，导出一般结论的推理方法，利用归纳猜想，可以探索数学规律，探究解题途径。但是结论的正确性还有待于逻辑上的证明。本题中由于质数的变化无规律，不能用解析式把它表示出来，因此若能证明除了3之外的所有自然数分别加上10和14不能都是质数，也就证明了除3以外的所有质数加上10和14不能都是质数.事实上，自然数可分为三类3n ， 3n+1，3n+2（n足正整数）;∵（3n+1）十14=3（n十5）是合数;（3n十2）+10=3（n+4）是合数;

∴3n+1和3n+ 2这两类自然数中的质数都不符合要求，而3n这类自然数中，只有当n=1时，3n才能是质数，其余都是合数，因此符合条件的质数只有3.

例3.如图，过四面体V-ABC的底面上任一点O分别作OA1∥VA，OB1∥VB，OC1∥VC，A1，B1，C1分别是所作直线与侧面交点。求证：为定值.

【分析】考虑平面上的类似命题：“过△ABC（底）边 AB上任一点O分别作OA1∥AC，OB1∥BC，分别交BC、AC于A1、B1，求证为定值”.这一命题利用相似三角形性质很容易推出其为定值1.另外，过A、O分别作BC垂线，过B、O分别作AC垂线，则用面积法也不难证明定值为1.于是类比到空间围形，也可用两种方法证明其定值为1.

【证明】如图，设平面OA1 VA∩BC=M，平面OB1 VB∩AC=N，平面OC1 VC∩AB=L，則有△MOA1∽△MAV，△NOB1∽△NBV，△LOC1 ∽△ LCV.得

在底面△ABC中，由于AM、BN、CL交于一点O，用面积法易证得：

通俗地说，合情推理是指“合乎情理”的推理。数学研究中，得到一个新结论之前，合情推理常常能帮助我们猜测和发现结论;证明一个数学结论之前，合情推理常常能为我们提供证明的思路和方向。

工艺推理篇3

柔性工艺是设计、工艺以及车间调度集成的重要影响因素。从设计与工艺集成角度来看, 由于零件特征加工方法、工序顺序以及工序资源选择具有多样性, 因此零件工艺本身具有多样性; 当零件结构变更修改时, 柔性工艺的存在可提高工艺规划的效率。从车间调度角度来看, 可选工艺可提高调度柔性与优化效果, 为快速响应不确定性事件提供调整柔性。近年来, 人们采用专家系统、神经网络、Agent、Petri网、模糊逻辑、启发式算法等对柔性工艺的生成、表达与分析等进行了大量研究[1], 但柔性工艺路线的生成是一个非常复杂、具有很强经验性的决策过程, 相关约束具有组合多样性特点, 一些约束还具有不确定性和模糊性, 因此完全依赖于知识、模糊逻辑、神经网络等来自动生成柔性工艺路线还存在较大挑战。多色集 ( polychromatic sets, PS) 理论的“围道”及“围道矩阵”能很好地描述柔性工艺路线生成过程中的属性、性质和相关关系与约束, 相应的数量逻辑运算机制能解析出对应的关系, 为此, 本文提出基于多色集来分步生成柔性工艺路线网络。

现有集合论中任意元素之间仅是名字不同, 各元素的属性、性质及关联关系在形式上没有表示出来。多色集是Pavlov教授在现有集合论基础上, 通过引入“颜色” ( 个人颜色、统一颜色, 亦称为“围道”) 、“着色” ( 个人着色、统一着色) 和相应的“围道矩阵”对集合整体和它的组成元素的性质、属性以及相关关联关系与约束进行统一描述, 并针对围道和围道矢量建立相应的析合取运算机制, 从而创立的一种新的信息处理工具。多色集理论已在制造过程数据建模[2]、装配工艺规划[3]、过程建模[4]、产品概念设计[5]、工作流建模[6]等领域得到了广泛应用。

1 基于多色集的工艺路线网络生成

工序可选柔性、工序顺序无关柔性以及制造资源柔性是柔性工艺路线形成的主要方式。其中, 工序柔性是指一个或一组工序可被具有相同加工能力的另一个或一组工序替换; 工序顺序无关柔性是指相互之间没有先后顺序约束的一组工序; 制造资源柔性是指针对同一个工序有相互替换的制造资源进行加工。本文采用常用的AND/OR网络图来描述包含上述三种柔性的柔性工艺路线[7]。

1. 1 基于多色集的柔性工艺生成流程

柔性工艺路线网络构建一般包括三个主要步骤: 零件特征信息获取; 基于特征、几何及工艺约束构建工序关系网络; 确定各工序资源, 形成完整的柔性工艺路线网络。在此, 假设零件特征信息在CAD中已获取并与工艺系统进行了数据集成。在此基础上开展柔性工艺规划主要需要考虑如下七类约束[8]: ①基准先行; ②先主后次; ③先面后孔; ④在一个工位中, 具有相同方向的特征组织在一起进行加工; ⑤可采用同一刀具进行加工的不同特征聚类在一起进行加工; ⑥特征加工方法链中固有加工顺序约束; ⑦先粗后精和加工阶段划分约束。在此将约束① ~ ③划分为特征间优先级约束关系, 将约束④、⑤划分为工艺聚类约束, 将约束⑥、⑦划分为工艺活动约束。这些约束制约着柔性工艺网络生成的不同阶段, 本文基于多色集相应围道矩阵对这些约束进行形式化表达, 并采用分步推理机制生成相应关系网络。基于多色集的柔性工艺路线网络生成流程如图1 所示。因工序集中、分散原则具有较大主观性、经验性, 所以, “基于子网络构建工序关系网络”由工艺人员来完成。下面对图1 中主要步骤 ( 实线框部分) 进行详细论述。

1. 2特征约束关系矩阵构建与特征关系网络生成

特征间加工顺序关系的确定是一个复杂的过程。一方面, 受特征加工精度及几何拓扑关系影响, 特征间加工顺序在不同阶段具有较大差异, 且特征间关系组合复杂度高; 另一方面, 相应规则约束具有一定的模糊性、不确定性, 在一定情况下还可能发生冲突 ( 比如, 以孔为基准进行加工时, 按照“基准先行”会破坏“先面后孔”约束规则) , 而且针对不同生产类型, 采用普通加工方式还是数控加工, 对特征加工顺序安排具有较大的影响。为此, 对于特征集F = { f1, …, fj, …, fn} 间的约束① ~ ③, 基于多色集, 分阶段 ( 粗加工、半精加工和精加工阶段) 构建如下围道矩阵[F × F]进行描述:

该矩阵将特征间先后加工顺序和可替换加工顺序关系置于统一布尔矩阵中。式 ( 1) 中, cij= 1 表示特征fi在加工时直接优先于fj, 如果cij= cji= 1, 则表示特征fi与fj在加工时可交换顺序。在构建该围道矩阵时, 工艺人员可根据零件结构特点、车间机床资源目录等情况灵活地确定特征间的约束关系。

基于式 ( 1) , 设计逻辑操作算法来生成各阶段的特征优先级关系网络图, 具体步骤如下:

( 1) 初始化 ‖cij‖, i = 1, 特征节点出度集TFO= { tfO1, …, tfOj, …, tfOn} = { 0, …, 0, …, 0} 和各特征节点入度集TFI= { tfI1, …, tfIj, …, tfIn} ={ 0, …, 0, …, 0} 。其中, 一个节点的出度表示在网络图中从该节点引出的连接线数, 物理意义是该特征节点直接后继特征的个数; 入度表示进入该特征节点的连接线数, 物理意义是直接优先于该节点的特征个数。

( 2) 如果i > n, 转 ( 4) ; 否则获取‖cij‖中第i行中cij= 1 的列所对应的特征编号, 将其作为fi的后续特征集SFi= { fh, …, fl, …, fm} 。如果SFi= Φ, 则i ← i + 1, 返回 ( 2) ; 否则转 ( 3) 。

( 3) 从SFi中选择第一个特征fu及其后续特征集合SFu, 如果fi∈ SFu, 则fi与fu顺序无关, 采用无向连接线连接; 否则, 以有向箭头连接fi与fu, 更新fi的后续特征集SFi= SFi { fu} , 并置‖cij‖ 中的ciu= cui= 0, tfIu= tfIu+ 1, tfOi= tfOi+1。如果SFi= Φ, i ← i + 1, 返回 ( 2) , 否则转 ( 3) 。

( 4) 对于出度大于1 的特征fk, 新增AND节点作为fk的直接后续节点, 并将原来以有向箭头连接的fk的所有后续节点作为AND节点的后续节点。对于具有多个相同后续特征的特征只保留一个AND节点。对于没有出度的特征集新增JOIN节点, 并从多个无出度的特征引出有向箭头指向JOIN节点。对于具有多个入度、一个出度的特征, 在其之前构建JOIN节点, 将原来的多个入度所对应的有向箭头指向JOIN节点, 而出度所对应的有向箭头直接从JOIN节点引出指向其原有的后续特征。

基于特征自相关围道矩阵及上述算法可分别构建粗加工、半精加工、精加工三个阶段的特征关系网络图 ( 用PGk表示, k =1, 2, 3) 。在各阶段的网络图中, AND用于连接加工顺序无关的各特征节点, 并与JOIN配对出现。

1. 3 特征聚类体与矩阵构建以及特征关系网络修正

特征聚类是为满足加工精度、定位要求, 降低装夹与搬运时间而设定的约束。对于工艺聚类约束④、⑤, 将特征集合F中的粗加工、半精加工以及精加工阶段的特征聚类定义为统一颜色Cj ( F) ( j = 1, 2, 3, 分别表示粗加工、半精加工、精加工阶段) ; 同时定义统一颜色Cj的体为F ( Cj) ( j= 1, 2, 3) 。其中, 当集合F中的一个或几个元素fi∈ F同时存在时, 统一颜色Cj才存在, 那么这些元素组成的集合被称为统一颜色Cj的第k个体, 记为

所有的体记为

构建特征集合F与统一着色的体F ( C) 之间的体与围道矩阵[F × F ( C) ]如下式所示:

不同加工阶段, 聚类约束关系的确定由工艺人员根据制造知识、经验以及车间具体制造需求来实现。在式 ( 4) 中, 如果fi∈ Fk ( Cj) ( j = 1, 2, 3) , 则ckij= 1, 否则ckij= 0。其中, 第i行布尔矢量中ckij= 1 的列表示特征fi是聚类特征Cj的第k个体的元素, 即元素fi的存在是聚类特征Cj的第k个体Fk ( Cj) 存在的必要条件。其中聚类特征Cj的第k个体Fk ( Cj) 对应的列布尔矢量中ckij= 1 的成分确定了特征元素fi的组成, 即它们的同时存在保证了聚类特征Cj的存在, 作为聚类特征Cj存在的充分条件。

基于式 ( 2) 、式 ( 3) , 利用多色集逻辑积 ( ∧) 与逻辑和 ( ∨) 操作[9]构建如下公式来解析三个阶段的特征聚类关系:

基于特征聚类体与矩阵中的特征聚类结果, 将特征关系网络图中形成聚类特征的特征集以一个新的聚类特征取代, 从而形成各加工阶段修正后特征关系网络图 ( 用PG'k ( i = 1, 2, 3) 表示) 。

1. 4特征加工方法关系矩阵构建与工艺子网络生成

特征加工方案的多样性是工序可选柔性产生的主要方式。修正后的特征关系网络图确定了特征 ( 聚类特征) 的加工顺序与柔性。在此基础上, 需建立特征 ( 聚类特征) 与加工方法间的关系及相应推理机制。将粗车、半精车、精车等加工方法抽象为多色集基本元素集合A = { a1, …, ai, …, am} , 构建特征集F与加工方法之间关系的围道矩阵如下所示:

并采用顺序安排加工方法链中各加工方法来满足约束 ⑥、⑦ 的要求。该矩阵的第i行布尔矢量表示加工方法元素ai的个人着色F ( ai) , cij= 1 的列为第i行对应的加工方法能满足的特征集合, 而第j列中所有cij= 1 的元素集合表示要完成的第j个统一颜色所对应的特征元素工艺要求所需的加工方法集。在构建该布尔矩阵时, 也将其分成粗加工、半精加工和精加工三个阶段。对于同一阶段中需采用相互关联的多个加工方法才能完成一个特征加工的情况, 在矩阵中添加关联颜色或体与矩阵[A × A ( F) ]进行约束。

对于PG'k ( k = 1, 2, 3) 的每个特征, 采用逻辑和式分阶段获取各特征可选加工方法集; 对于聚合特征, 采用解析其可选加工方法集。其中omsFCu为聚类特征FCu可选方法集, omsfj为特征fj可选方法集, k∈{ 1, 2, 3} 为FCu和fj对应的加工阶段。在此基础上形成了以PGk' ( k =1, 2, 3) 为框架的工艺子网络, 当一个特征 ( 聚类特征) 具有多种加工方法时, 采用OR及其配对的JOIN虚拟节点进行描述, 从而形成各阶段工序活动关系。基于工序集中、分散原则, 工艺人员进行调整, 建立工序关系网络。

1. 5工序-资源关系矩阵构建

工序关系网络中没有确定工序资源及相应加工参数, 在此以车床、铣床和磨床等机床资源为多色集元素集M = { m1, …, mj, …, mq} , 以工序关系网络中各工序为M的统一着色A ( M) = { A1 ( M) , …, Aj ( M) , …, Ap ( M) } , 构建工序与资源关系围道矩阵:

采用 ( j = 1, 2, …, p) 解析各工序的可选机床资源集, 并直接设置各工序在不同机床上加工所需的加工时间, 形成完整的以AND / OR网络图表示的柔性工艺路线网络。

2 实例验证分析

下面以图2 所示齿轮轴为例, 对基于多色集的柔性工艺路线网络生成过程进行说明。该齿轮轴材料为45 钢, 毛坯为轧制圆棒料, A、B两端是装配基准, 具有较高的加工精度要求。通过对齿轮轴进行分析, 确定齿轮轴加工顺序为先粗加工、半精加工左右外圆, 然后精车加工齿轮左右端轴颈外圆、铣削键槽并加工齿面, 最后磨削加工左右端轴颈以保证形位精度。为简化说明, 在此省去热处理工序。

该齿轮轴具有11 个制造特征元素, 从左至右依次编号为f1~ f11。特征信息、特征可选加工方法链和可选机床如表1 所示, 相应生产制造车间包含的机床信息如表2 所示。基于特征及机床资源信息, 说明利用多色集分步构建柔性工艺路线网络的主要步骤。

( 1) 特征约束关系矩阵构建与特征关系网络图推理生成。基于工艺知识构建式 ( 1) 所示的关系矩阵, 建立粗加工、半精加工、精加工阶段特征关系约束矩阵, 粗加工阶段特征间关系的围道矩阵为

通过1. 2 节解析算法可以分别构建粗加工、半精加工、精加工阶段 ( 这里的精加工主要指磨削) 特征关系网络图PG1、PG2、PG3, 如图3 所示。图中引入的AND与JOIN用于描述特征加工顺序无关柔性。

下面以粗加工阶段PG1为例进行简要说明。基于式 ( 9) 排除f4和f7, 迭代1. 2节算法的第 ( 2) 、第 ( 3) 步可得SF1= { f2, f10, f11} , SF2= { f3} , SF3={ f5} , SF5= { f6} , SF6= Φ, SF8= Φ, SF10= { f9} , SF9= { f8} , SF11= { f1, f2, f10} ; TFO= { 3, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 3} , TFI= { 1, 2, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 2, 1} , 且f1与f11顺序无关。基于步骤 ( 4) 建立各节点之间顺序连接关系, 在f1和f11后分别建立AND节点, 因两者具有相同后续节点{ f2, f10} , 故保留一个AND节点。对无出度且未被排除的特征f6和f8构建JOIN节点, 连线形成网络图。

( 2) 特征聚类体与矩阵构建以及特征关系网络图修正。针对三个不同阶段分别构建其体元素, 并采用式 ( 5) 、式 ( 6) 进行求解, 可得三个不同阶段的特征聚类结果:

基于工艺聚类约束结果修订PGi ( i = 1, 2, 3) , 将PGi中形成的聚类特征的特征集以聚类特征取代, 并分别形成特征聚类后的关系网络图PG'1, PG'2, PG'3, 如图4 所示。

( 3) 特征加工方法关系矩阵构建与工艺路线网络图生成。基于表1 中加工方法选择结果, 以加工方法为元素构建加工方法多色集A = { a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8, a9} , 其中齿轮加工的粗加工、半精加工和精加工作为一道工序完成, 且放在主要特征面的半精加工后完成。特征与加工方法关系布尔矩阵如表3 所示。为满足特征加工方法链固有顺序以及先粗加工后精加工要求, 对同一特征对应的各工步按先粗加工后精加工顺序安排。表3 中相互关联的加工方法a7、a8、a9依次共同作用才能满足特征f3的加工精度要求, 在此用带下划线的黑体进行关联标注。

基于表3, 利用式和解析PG'1中各特征和特征聚类可选的加工方法集可得:FC1可选加工方法为{a1, a2}, FC2、FC3可选加工方法为a1。同理, 可得PG'2中各特征和特征聚类可选加工方法集分别为:FC4、f9可选加工方法为a3, f4为a6, f7为a4或a5。对于PG'3, FC4、f9可选加工方法为a7, f3为a8和a9。图5是基于PG'k (k=1, 2, 3) 和加工方法选择情况所构建的粗加工、半精加工、精加工三个阶段的工艺路线子网络图。同时, 工艺人员结合工序集中与分散等原则, 将FC2、FC3、FC4、f9进行相应组合构建图5c所示的组合工序关系子网络。图5中各节点采用加工方法与特征或特征聚类结合的方式表达, 如“a3f3”表示半精车特征f3;“a7FC4, a7f9”表示半精车聚类特征FC4和特征f9。

基于上述分析, 联合各子网络图, 加入辅助操作 ( 钻中心孔) , 构建图6 所示的基于AND/OR网络图表达的柔性工艺网络。各工序所选机床及相应加工时间通过建立的工序与资源关系矩阵来确定, 具体如表4 所示。利用 ( j = 1, 2, …, p) 可解析出不同工序可选机床资源, 如工序o10的可选机床资源为m5、m6。

o1:粗车FC1钻中心孔;o2:粗铣FC1钻中心孔;o3:粗车FC2;o4:粗车FC3;o5:半精车FC4;o6:半精车f9;o7:粗车FC2, 半精车FC4;o8:粗车FC3, 半精车f9;o9:粗车FC2, 粗车FC3;o10:半精车FC4, f9;o11:精车FC4, f9;o12:铣f3;o13:插f7;o14:滚齿f7;o15:粗磨、半精磨f3

3 结论

( 1) 基于多色集理论的柔性工艺路线网络推理生成方法为工艺规划人员构建特征与特征、特征与聚类特征、特征与加工方法、工序与资源之间复杂关系提供了形式化框架和统一逻辑推理求解方法。

( 2) 基于该方法生成的柔性工艺路线网络能较完整地反映各零件的工艺柔性。

( 3) 该方法充分结合了工艺人员利用知识及其在模糊决策过程中的灵活性优势和计算机在确定性推理方面的优势来生成柔性工艺路线, 为柔性工艺路线生成提供了一种可选机制。

但还需从下面几个方面进一步开展研究:

( 1) 本文只考虑了基准先行、先主后次、先面后孔等七类约束, 需扩展研究考虑不同约束及企业环境因素的影响。

( 2) 本研究对工序的刀夹资源以及相应加工的参数选择考虑较少, 开展基于多色集构建工序与刀夹资源、机床与刀夹资源以及刀夹资源与相关加工参数关联的研究是下一步的重要任务。

( 3) 需进一步研究基于多色集的柔性工艺路线变更及相应配置机制, 以满足零件修改对工艺变更需求以及车间静动态调度对柔性工艺配置需求。

参考文献

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工艺推理篇4

在市教研室组织的教学研讨中,来自某中学的李老师执教了一节公开课,课题是《合情推理之归纳推理》.课后老师们对这节课作了中肯的点评,对大家有启发和收获.为此,笔者进行了整理与分析,与同仁分享.

2. 教学过程实录

2.1 提出问题,创设情境

教师:如果某人精神不振;体温>37.5℃;鼻流清涕;有时咳嗽;……同学们,你们想到了什么?学生:甲流!

教师:请问这种猜想合理否?

学生:当然合理,医院就是以此判断这类病人是否需要特殊处理的!

教师:我国地质学家李四光发现中国松辽地区和中亚西亚的地质结构类似,而中亚西亚有丰富的石油,由此,他推断松辽平原也蕴藏着丰富的石油.请问李四光的这种猜想合理否?学生:合理.

教师:那假如最后在松辽平原没有发现石油,能否就说明李四光的这种猜想不合理?

(学生大多数的观点依然是“合理”,教师对学生的回答表示了肯定.接着又提出第三个问题.)

教师:三角形的内角和是180°×(3-2),四边形的内角和是180°×(4-2),五边形的内角和是180°×(5-2),……,请问以此你能得出n边形的内角和是多少?

学生:180°×(n-2).

(教师总结以上的推理猜想就是“合情推理”,并板书.)

2.2 通过实例,归纳概念

(课件展示):哥德巴赫猜想:观察6=3+3,8=5+3,10=5+5,12=5+7,14=7+7,16=13+3,18=11+7,20=13+7,…,50=13+37,…,100=3+97,猜想:任一偶数(不小于6)可以表示成两个素数之和.1742年写信给欧拉,欧拉及以后的数学家无人能解,成为数学史上举世闻名的猜想.1973年,我国数学家陈景润,证明了充分大的偶数可表示为一个素数与至多两个素数乘积之和,数学上把它称为“1+2”.

教师:由某类事物的部分对象具有某些特征,推出该类事物的全部对象都具有这些特征的推理,或者由个别事实概括出一般结论的推理,称为归纳推理.

简言之,(板书)归纳推理是由部分到整体、由个别到一般的推理.(在学生熟悉理解归纳推理的概念后,又以两个练习加以巩固.)

教师:由铜、铁、铝、金、银能导电,能归纳出什么结论?

学生:所有的金属都能导电.

教师:由直角三角形、等腰三角形、等边三角形内角和180度,能归纳出什么结论?学生:所有三角形的内角和都是180度.

2.3 讲解例题,提升能力

教师:数列{an}前四项分别是什么?

教师:你能归纳这个数列的通项公式吗?学生:

(教师对上述例题的处理过程加以点评,对学生的回答加以鼓励表扬,并指出以这种方式得出结论尽管不一定正确,但在科学发现的过程中是必不可少的方法.)

2.4 问题探讨,激发兴趣

(课件展示)游戏:河内塔(Tower of hanoi)

传说在古老的印度有一座神庙,神庙中有三根针和套在一根针上的64个圆环.古印度的天神指示他的僧侣们按下列规则,把圆环从一根针上全部移到另一根针上,第三根针起“过渡”的作用.