高温球阀加工是中小批量生产，常常应用普通机床加工。近些年，数控车削等设备普及，阀门制造业也越来越多采用数控设备。另外，高温球阀设计过程中，使用了CAXA电子图版进行全面CAD设计，采用自动生成工艺技术-CAPP成为必然。我们根据某阀门公司要求开发了高温球阀计算机辅助工艺设计系统（简称MGQF-LAPP系统）。

    1 系统开发目标

    系统开发的主要目标是让有经验的工艺人员从重复烦琐的劳动中解放出来，去从事改进工艺提高生产效率的工作。使不大熟悉工艺的人员能应用本系统生成优化的高质量的工艺规程。为了更好地实现以上主要目标，特对系统设计确定了以下具体目标：

    （1）实用性：实用性是指系统应针对用户实际需求进行设计（包括零件对象、实际制造环境以及用户的各种具体要求等），并*终使系统不仅满足用户当前的要求，而且还要使系统能适应用户制造环境的变化，即还要为用户今后使用本系统考虑。
    （2）适应性：是指CAPP系统适应环境变化的能力。众所周知，随着企业的技术进步，企业制造设备会更新，各种加工数据会改变，为此一个生命力较强的CAPP系统应能适应这种变化。为了提高系统的适应性，设计时应尽可能地提高系统的开放性。例如系统的所有数据序文件用户都可以修改，并且各表面的加工顺序及每一类型表面的加工链等决策规则，用户也可以根据实际情况变化加以变更。
    （3）通用性：CAPP系统一般属较专用的系统，所以CAPP的通用性是指它的功能模块设计的通用程度如何。由标准模块、通用模块和专用模块组成。本课题完成后可继续研发面向各类阀门的通用系统。
    （4）可扩展性：CAPP系统的可扩展性是指系统今后进一步完善时扩充的方便性。系统可以通过接口文件与智能化模块相连接，也可通过接口文件与CAD相连接，向CAD/CAPP/NC集成扩展。

    2 系统功能设计

    系统功能的设计是按系统功能需求分析中所确定的具体目标，并结合用户的各项具体要求从总体上确定设计任务。为了使系统能完成预定的任务，需要开发几个功能模块以及各功能模块之间的链结关系，并根据系统运行中数据信息输入、处理及输出情况绘出数据流向图。确定了系统总框图之后，就可以进行系统的详细设计。

    2.1 数据处理

    任何一个软件系统的基本功能都是自动快速处理数据信息，画数据流向图可以清楚地表明数据信息在系统中的输入输出以及处理过程，为系统进一步详细设计提供清楚的依据。图1所示为工序生成数据流向图。

    2.2 功能设计

    （1）总控模块实际上是系统的各层菜单及其运行控制程序、用户按菜单及提示菜单引导系统运行，操作较方便，是目前各种软件都采用的方法。
    （2）阀体工艺生成模块。用来作为主界面，直接显示阀体零件和DN值（即阀门DN值），以此确定系列，同时有自己工艺流程等。
    （3）各零件工艺生成模块。在主界面下，设置子菜单生成各零件主要尺寸，打开各子菜单，生成零件相应系列零件加工工艺过程等。
    （4）常规工艺生成模块是一个检索式系统，通过交互方式编辑修改复合工艺来生成具体零件的工艺规程。
    （5）工序图绘制模块是用AutoCAD或CaxaEB绘图软件进行复制链接形成的，可通过拼图方法来绘制工序图。
    （6）输出模块用于输出符合用户要求的工艺规程。系统总体框图如图2所示。

    3 系统详细设计

    3.1 系列尺寸联系树

    根据对高温球阀加工分析和相似性原理，其DN值一经确定，各零件主要尺寸相应确定，如阀体孔径、阀芯球体直径、阀杆直径等。DN值反映了加工主要特征，结合加工实际，确定阀体孔径DN值为主特征。其它零件主要尺寸与DN联系用尺寸联系树表示，图3为阀门零件系列尺寸联系树。①为根节点（阀体孔DN值） ②③等为枝节点（其它零件主尺寸），后面A、B为叶节点。首先，确定阀体孔径DN，再确定其它零件主尺寸②，然后，确定工艺各项内容A、B、C，或再确定其它零件主尺寸③，然后，确定工艺各项内容的D、E。依次类推。

    3.2 工艺流程生成原理

    （1）正向推理技术：它是由原始数据出发，按一定的策略运用知识库中专家的知识，推断出结论的方法。这种推理方式，由于是由数据到结论的策略，所以也称“数据驱动策略”。在CAPP中，正向推理是指由毛坯推向成品零件，即由毛坯如何一步一步通过加工，*后变成零件。①能根据数据库中的数据，运用知识库相关知识选择刀具、切削用量、加工方法；②能将运用知识库中的知识进行推理后得到的结论存入数据库，并将用过的知识记录下来（以备解释之用）；③能判断何时结束推理；④必要时向用户提问。

    （2）反向推理技术：它是先提出结论（假设），然后去寻找支持这个结论的证据，这种由结论至数据的策略，称为“目标驱动策略”。在CAPP中，则是由成品零件通过逐步给各零件表面及中间表面叠加精加工、半精加工及粗加工余量的方法，*后变成毛坯的推理过程。①能提出假设，并能运用知识库中的知识判断假设的真假；②若真，记录下用什么知识（以备解释之用）；③若假，系统应能重新提出新的假设，再进判断；④能判断何时结束推理；⑤必要时能向用户询问情况。

    在创成式和专家系统的工艺过程设计中，常常是采用反向推理方法。例如，依据零件表面的精度、表面粗糙度和外形，可以确定它的*终加工（如磨削、精车等），这就可以定出*后一道工序的有关数据（如加工余量、公差等），然后，再推断出前一道工序可能是半精车，并确定该工序的有关数据，依次类推下去，直到毛坯，从而选出毛坯材料的有关数据（尺寸、公差等），通常，工艺设计人员设计工艺时，就是按此过程进行的。

    系统设计中，主加工工艺过程和工序生成采用正向推理技术，而为适应阀门加工技术进步，所设计的决策完善工艺功能模块采用反向推理技术。这样，既保证工艺过程实用性，又能兼顾不同加工环境的需要。

    3.3 高温球阀零件加工

    成组技术（GT）是机械制造过程中一种的科学的生产和组织管理方法，旨在识别和开发机械制造过程各环节诸种信息间的相似性，采取适当组织形式和技术，实现工作的合理化、科学化，使多品种、中小批量单件生产的企业获得较好的经济和社会效益。

    高温球阀产品零件不同系列具有同名零件相似性：阀体、阀杆、锁紧套、压盖和阀芯等五大类零件不同系列，其结构基本相同或相似。各批零件加工时，进行特征识别，自动生成加工工艺，极大方便了加工和管理。

    3.4 系统结构图

    （1） CAPP的基本原理：将经过标准化或优化的工艺，或编制工艺的逻辑思想（长期以来工艺师们积累的知识和经验），通过CAPP系统存入计算机，在计算机生成工艺时，CAPP软件首先读取有关零件的信息，然后识别并检索一个零件族的标准工艺和有关工序，经过编辑修改（派生式），或按工艺决策逻辑进行推理（创成式）自动生成具体零件的工艺：假如计算机读取的零件信息中部分内容超出了计算机能识别和处理的范围，即找不到对应的零件族，或不能用预先确定的逻辑生成工艺时，则计算机将无能为力，只能报警或求助于工艺人员来帮助。因此，由以上分析可知：计算机只能按CAPP软件规定的方式生成工艺过程，而不能创造新的工艺方法、新的工艺参数。一旦新的工艺方法、新的工艺参数出现，就必须修改CAPP中的某些部分，使之适应新的加工对象和加工制造环境。

    （2）系统工艺决策方法：①修订法（Variant Approach）-派生法，相似性原理-零件族，标准工艺规程具体零件根据具体特征加以修订；②生成式方法（GenerativeApproach）-创成式，将设计工艺过程的推理和决策方法转换成计算机可处理的决策逻辑、算法，在使用时，由计算机程序采用内部决策逻辑和算法，依据制造资源信息，自动生成零件的工艺规程。

    MGQF-CAPP系统利用派生式的典型工艺思想，增加了系统的针对性，保证了生成的工艺规程切实可用。建立在决策规则基础上的工艺知识库用产生式规则的知识表达方法表达其决策逻辑，使系统具有较高的创成水平。MGQF-CAPP系统结构图如图4所示。

    4 结束语

    此系统应用简单，只需在PC机上安装VB软件和本系统软件即可实现，零件图（或工序图）以AutoCAD、CaxaCAD等实现。因而，高温球阀生产企业几乎不需进行大改造，极小成本即可实现工艺计算机化，综合技术经济指标位居国内行列。在天津科特阀门厂应用两年，取得经济效益200余万元。

    该课题已通过天津市科委组织专家鉴定，达到国内水平。

原创作者：浙江金锋自动化仪表有限公司