制造工艺资源建模技术及其在夹具设计支持系统中的应用

论文摘要

制造工艺资源是产品设计制造过程中重要的企业资源信息，是制造业信息化技术系统的重要组成部分之一。面对用户需求个性化、多样化以及快速多变的市场竞争，实现对制造工艺资源的集成、共享与优化利用，是提高企业快速反应能力的一个关键环节。但由于制造工艺资源本身的多样性、复杂性、经验性、不确定性等特点，如何将分散在各个企业中的制造工艺资源进行有效地归纳和整理、形式化、数字化并以显示方式保存下来，是企业资源信息系统数字化研究的前沿问题之一。本论文在国家“十五”科技攻关项目（No.2001BA201A09）和四川省应用基础项目（编号：01CYO51-29）项目资助下，在分析面向协同工艺设计的制造工艺资源需求的基础上，针对现有制造资源建模存在的问题，重点研究了面向协同工艺设计的制造资源建模方法、集成共享技术、资源表示和优化配置方法以及基于资源共享平台的夹具设计支持系统应用技术。论文的主要研究成果和特色如下：（1）应用面向对象建模原理，以制造工艺资源的结构、能力和状态为对象，通过分析制造工艺资源对象的基本结构、对象提取方法和对象抽象原则，构建了一种由产品数据库、设备资源库、工装资源库、工艺知识库和工艺设计数据资源库五个部分组成的制造工艺资源库，并对资源库的表达模式、描述方法、层次化管理与存储方法进行了分析论述。根据制造工艺资源共享平台功能需求，提出了协同工艺设计中制造工艺资源共享的关键技术包括制造工艺资源的数据转换、检索机制、数据交换标准和接口技术。（2）为了表达制造工艺资源特征层次结构、分类结构及资源对象关系，采用面向对象技术、特征建模技术、特征映射技术和模糊理论的设计思想策略构建了制造工艺资源特征模型，应用于零件结构特征与加工特征、加工特征与特征的加工方法、特征的加工方法与制造工艺资源之间的特征映射。研究用工序特征描述工艺设计过程所对应的资源特征的集合，并以形式化定义，提出从制造工艺资源数据库中检索工序资源特征，以特征参数的相似性计算来检索与工序匹配的资源特征的检索算法。并将该方法应用于工艺设计中制造工艺资源特征与工序特征的匹配。（3）为了对资源共享过程相关的概念、对象、活动及其之间的相互关系进行可以共同理解的、一致的、系统化的描述，研究了资源共享模式的建模理论、方法和体系结构，建立了由资源组织、资源检索、资源应用和资源维护四个部分组成的制造工艺资源共享模型。通过对制造工艺资源匹配总体流程分析，定义资源属性、资源能力、资源关系和工艺元任务语义模型、并以形式化表示，设计工艺元任务与资源的匹配、资源与任务输入匹配和资源与任务输出匹配算法。（4）针对工艺设计中制造工艺资源选择决策问题，构建了制造工艺资源评价模型与指标体系结构，提出了一种用模糊语言给出每个指标没有决定权重评价值的多方案决策问题的综合评价方法。该方法首先求出每对方案关于每个指标的模糊偏好关系，然后通过对决者的冲突偏好确定综合权重来解决该问题。同时重点研究了一种基于模糊数语言的隶属度函数求解算法，提出了基于偏序关系的多方案排序决策方法。（5）并采用BOOCH方法建立了与夹具设计相关的制造资源信息模型和工艺资源信息模型，使其为夹具设计制造过程中所有要求活动提供足够的信息支持，设计了以夹具计算库、装夹知识库、夹具图形库构成的夹具资源系统。提出了有向工艺特征关系图的概念，定义了有向工艺特征关系图同构，以零件结构特征和有向工艺特征关系图来构建夹具实例库。给出了零件工艺特征属性相似度计算方法和基于有向工艺特征关系图的夹具实例检索算法。（6）构建由参数化夹具元件、夹具组件和夹具实例构成的夹具图形库，采用基于知识的表示与推理技术，研究装夹设计中定位夹紧知识的设计方法，制造工艺资源建模原理和夹具设计技术，开发由制造工艺资源管理、夹具资源管理、图形库管理、装夹设计管理和设计计算构成的基于资源共享平台的夹具设计支持系统，用实验验证本文所提出的体系结构、关键技术和实施方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文研究的背景与意义
• 1.2 制造业信息化关键技术与发展趋势
• 1.2.1 集成和协同技术
• 1.2.2 智能制造技术
• 1.2.3 网络化制造技术
• 1.2.4 数字化制造技术
• 1.2.5 绿色制造
• 1.2.6 制造业信息化发展趋势
• 1.3 基于资源共享平台的CAPP、CAFD技术研究概况
• 1.3.1 现代CAPP技术
• 1.3.2 计算机辅助夹具设计技术
• 1.4 制造资源建模与集成共享技术研究概况
• 1.4.1 制造资源建模研究概况
• 1.4.2 资源共享技术研究现状
• 1.4.3 现有资源建模问题
• 1.5 协同工艺设计对资源的需求分析
• 1.6 论文课题来源、技术路线及主要研究内容
• 1.6.1 论文课题来源
• 1.6.2 论文技术路线与主要研究内容
• 2 资源建模原理与集成共享关键技术
• 2.1 资源建模相关概念与制造工艺资源的分类
• 2.1.1 资源建模的相关概念
• 2.1.2 制造工艺资源的定义与分类
• 2.2 资源建模原理
• 2.2.1 资源建模方法
• 2.2.2 面向对象建模原理
• 2.2.3 基于面向对象的制造资源建模过程
• 2.2.4 制造工艺资源模型的层次化描述
• 2.2.5 制造工艺资源模型的视图结构
• 2.3 制造工艺资源模型的构建与描述方法
• 2.3.1 基于UML的制造资源建模方法
• 2.3.2 基于EXPRESS的制造资源描述方法
• 2.3.3 制造工艺资源模型的XML描述
• 2.4 面向协同工艺设计的制造资源共享平台的构建
• 2.4.1 制造工艺资源共享平台体系结构
• 2.4.2 平台应用层功能描述
• 2.4.3 制造工艺资源共享平台解决方案
• 2.5 面向协同工艺设计的资源集成共享技术
• 2.5.1 资源共享控制模式
• 2.5.2 基于核心资源库的集中分布式共享
• 2.5.3 基于XML的资源集成技术
• 2.5.4 资源数据交换技术
• 2.5.5 协同设计资源检索机制
• 2.5.6 数据交换标准和接口技术
• 2.6 本章小节
• 3 制造工艺资源建模技术及其协同工艺设计中的应用
• 3.1 面向对象的制造工艺资源建模方法
• 3.1.1 面向对象的制造工艺资源建模分析
• 3.1.2 对象模型的基本结构
• 3.1.3 制造工艺资源对象的抽取方法
• 3.2 制造工艺资源对象关系描述
• 3.2.1 资源对象的聚集与概括关系模型
• 3.2.2 制造工艺资源对象类关系描述
• 3.2.3 工艺设计与制造工艺资源关系模型
• 3.2.4 制造工艺资源与其它应用系统的关系
• 3.2.5 制造工艺资源能力描述
• 3.3 制造工艺资源库构建技术与数据描述
• 3.3.1 制造工艺资源库构建机制
• 3.3.2 制造工艺资源库体系结构
• 3.3.3 资源库模型的表达模式
• 3.3.4 资源库模型向数据库表的转换
• 3.3.5 工艺资源数据描述方法
• 3.4 资源分类编码结构与存储关系模型
• 3.4.1 工艺资源分类编码的应用要求
• 3.4.2 制造工艺资源分类编码体系结构
• 3.4.3 基于分类编码的制造工艺资源存储关系模型
• 3.5 面向协同工艺设计的资源管理实施技术与应用
• 3.5.1 协同工艺设计中制造工艺资源的应用模式
• 3.5.2 制造工艺资源管理系统实施技术
• 3.5.3 制造工艺资源数据库在协同工艺设计中的实现方法
• 3.5.4 资源管理系统应用实例
• 3.6 本章小结
• 4 制造工艺资源特征建模与映射技术研究
• 4.1 工艺设计过程的特征描述
• 4.1.1 工艺设计过程分析
• 4.1.2 工艺设计过程特征的描述
• 4.1.3 过程特征与制造工艺资源特征关系
• 4.2 基于特征的制造工艺资源建模
• 4.2.1 制造工艺资源特征模型的描述及表达
• 4.2.2 制造工艺资源系统功能模型
• 4.3 工艺设计中资源映射技术与决策方法
• 4.3.1 工艺设计中资源映射层次模型
• 4.3.2 工艺设计中的特征映射技术
• 4.3.3 特征映射的模糊决策方法
• 4.4 基于制造工艺资源特征的检索方法
• 4.4.1 制造工艺资源特征的形式化描述
• 4.4.2 工序设计中资源的检索方法
• 4.4.3 制造工艺资源特征的检索算法
• 4.4.4 工艺设计中资源检索应用示例
• 4.5 本章小结
• 5 制造工艺资源共享模式与匹配算法
• 5.1 制造工艺资源共享模式
• 5.1.1 制造工艺资源共享对象模型
• 5.1.2 资源共享组织模型
• 5.1.3 制造工艺资源共享过程模型
• 5.2 基于共享平台的制造工艺资源匹配方法
• 5.2.1 制造工艺资源匹配方法分析
• 5.2.2 基于任务的资源匹配过程
• 5.3 基于语义与任务的制造工艺资源匹配算法
• 5.3.1 制造工艺资源语义模型
• 5.3.2 工艺元任务模型
• 5.3.3 基于任务的资源匹配算法
• 5.4 本章小结
• 6 制造工艺资源评价与选择的模糊决策方法
• 6.1 工艺设计中资源选择决策概述
• 6.1.1 工艺设计中资源的选择决策研究状况
• 6.1.2 制造工艺资源选择多样性的原因
• 6.2 制造工艺资源评价模型与指标体系
• 6.2.1 制造工艺资源评价的模型
• 6.2.2 制造工艺资源评价指标体系
• 6.3 基于偏好关系的多方案制造工艺资源评价与选择
• 6.3.1 基于偏好关系的制造工艺资源评价方法
• 6.3.2 构造综合偏好关系模型
• 6.3.3 算法应用
• 6.4 基于偏序关系的多方案制造工艺资源排序决策方法
• 6.4.1 基于偏序关系的决策模型
• 6.4.2 基于偏序关系的多方案制造工艺资源排序决策实例分析
• 6.5 本章小结
• 7 基于资源共享平台的夹具设计技术研究
• 7.1 夹具设计信息模型与资源库体系结构
• 7.1.1 夹具设计信息分析
• 7.1.2 面向夹具设计的信息模型
• 7.1.3 夹具资源库体系结构与关系模型
• 7.1.4 夹具设计支持系统信息集成技术
• 7.2 基于资源共享平台的夹具设计支持系统体系结构
• 7.2.1 夹具设计支持系统的体系结构
• 7.2.2 夹具设计支持系统功能模型
• 7.3 基于工艺特征的夹具设计技术
• 7.3.1 工艺特征模型的描述
• 7.3.2 零件有向工艺特征关系图表示
• 7.3.3 工艺特征实例库的组成及关系型数据库实现
• 7.4 基于有向工艺特征关系图的实例检索算法
• 7.4.1 工艺特征属性相似函数
• 7.4.2 零件有向工艺特征关系图的构建
• 7.4.3 基于有向工艺特征关系图匹配的实例检索算法
• 7.4.4 应用实例
• 7.5 本章小结
• 8 夹具设计支持系统开发技术与运行实例
• 8.1 参数化夹具图形库设计技术
• 8.1.1 参数化技术
• 8.1.2 参数化夹具图形库体系结构
• 8.1.3 夹具图形库对象类表示
• 8.1.4 参数化夹具元件数据库设计技术
• 8.2 基于知识的装夹设计技术
• 8.2.1 装夹设计信息描述
• 8.2.2 知识表示问题
• 8.2.3 定位知识表示
• 8.2.4 基于知识的装夹设计推理求解方法
• 8.2.5 基于框架的偏心夹紧推理知识表示
• 8.3 基于共享平台的夹具设计支持系统开发技术
• 8.3.1 服务器端应用程序的开发技术
• 8.3.2 用户端人机界面交互技术
• 8.3.3 夹具设计支持系统软件开发技术
• 8.3.4 基于MDT与AutoCAD的图形库开发技术
• 8.4 基于共享平台的夹具设计支持系统运行实例
• 8.4.1 制造工艺资源管理分系统
• 8.4.2 夹具资源管理分系统
• 8.4.3 装夹设计管理分系统
• 8.4.4 夹具计算分系统
• 8.4.5 图形库管理分系统
• 8.5 本章小结
• 9 结论与展望
• 9.1 全文总结与主要研究结论
• 9.2 主要创新点
• 9.3 工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 攻读博士学位期间参与的科研项目
• 攻读博士学位期间参编的著作
• 致谢