專利名稱：基于相似性理論的工藝規(guī)劃方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種工藝規(guī)劃領域的方法，特別是一種基于相似性理論的工藝規(guī) 劃方法。
背景技術：
可重組制造系統(tǒng)是由客戶需求和制造環(huán)境驅動，具有動態(tài)重組能力，并能夠通過 調整系統(tǒng)配置來快速響應外界變化的制造系統(tǒng)，其最大的特點是能夠根據外界的變化進行 自身重組。制造系統(tǒng)的重組涉及到系統(tǒng)層和設備層兩個層次，系統(tǒng)層主要解決如何根據生 產任務優(yōu)化配置制造資源，并保證物料流、信息流在各子系統(tǒng)之間無縫流動，從而實現根據 生產任務定制制造系統(tǒng)的生產功能和生產能力，這是通過更改系統(tǒng)的構形來實現的。因此， 系統(tǒng)層主要涉及以下一些問題系統(tǒng)級工藝規(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)化等一系列問題。制造系統(tǒng)的重組是產品及其工藝變化驅動的，可重組制造系統(tǒng)的規(guī)劃建立在工藝 規(guī)劃基礎之上。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)境和特定的產品對象，并不適合資源及加工對象都是動態(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態(tài)響應性，其能夠根據 產品和企業(yè)制造資源的動態(tài)變化生成優(yōu)化的工藝方案，而且能及時處理車間突發(fā)事件，并 做出相應的工藝調整。經對現有技術的文獻檢索發(fā)現，對于可重組制造環(huán)境下的工藝規(guī)劃，A. Azab等提 出工藝規(guī)劃和可重構機床集成設計的方法，通過零件特征與機床模塊的映射實現工藝規(guī)劃 中工序的組合。B. Lee等應用定量可制造性評估方法提出一種在給定生產計劃條件下的 可重組制造工件族設計方法。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)設計框架。倪中華等在分析可 重組制造系統(tǒng)的特點及制造系統(tǒng)對工藝規(guī)劃新的要求的基礎上，提出了一種滿足可重組制 造系統(tǒng)的工藝規(guī)劃體系結構和功能模型，并建立了適用于機床制造業(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行探討和研究，缺乏 實用性。而在面向可重組制造系統(tǒng)的工藝規(guī)劃過程中，一個重要的合理化要求就是能重復 使用成熟的工藝方案，以盡可能小的修改代價、盡快地設計出需要的工藝，從而降低設計費 用和生產周期。零件的結構實例與加工方法之間、相似結構與相似工藝之間所存在的對應 性是工藝方案可重用的基礎。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態(tài) 工藝規(guī)劃方法，并根據加工過程中工藝過程的狀態(tài)信息，通過重用相應的工藝知識，實現工 藝過程的重組。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現有工藝規(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，以滿足可重組制造環(huán)境下多品種、變批量，以及高產品質量和敏捷性的要求。同 時使企業(yè)在零件工藝規(guī)劃時能重復使用已經設計過的現成工藝，降低設計費用和生產周 期。本發(fā)明是通過以下的技術方案實現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特征加工工序的相關信息所形成的實體用工藝元表 示，生成工藝規(guī)劃的最基本模塊和過程特征。iii)建立一個基于特征的實例索引結構，通過零件特征多叉樹的相似性判定生成 相似工藝信息，進行工藝相似性判定。iv)應用凝聚的層次聚類法進行工序組合，生成工序族。ν)對工序族內的所有工藝元進行優(yōu)先關系排序，保證工序族內的所有工藝元均能 在機床上進行加工。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構，從 制造的角度來講，用單特征描述零件是合理的。但這種方法過分強調特征的獨立性，忽視了 特征之間的關聯(lián)和組合關系，造成工藝規(guī)劃結果的不準確。通過在單特征描述的基礎上加入特征組合描述來完善零件特征信息模型。特征 組合就是按照工藝規(guī)劃對特征的要求，將描述零件的單特征中彼此相關的特征組合起來描 述，并且闡明這種關聯(lián)的性質。所述過程特征的生成方法，是指把以特征為核心的有關特征加工工序的相關信 息所形成的實體，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 之間的關聯(lián)類別；MPu表示對特征&進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，是組成工藝過程 的最基本模塊。一個特征的全部工藝元構成該特征的加工元，并表示為Pei = {pen, pei2,…，pej加工過程是一個零件特征組態(tài)不斷改變的過程，由于在加工過程中，每個特征都 處于一種加工狀態(tài)，因此每道工序的狀態(tài)信息由多個特征工藝元來標定，將這些特征工藝 元的集合稱為過程特征。具體表達形式為Pt = {peljt,pe2jt,…，pen,t}過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過程特征所組成，每一個過程特征都包含相應的工藝元和加工信息。建立基于特征的實例索引結構，是指將與相似系數有關的零件類型、加工方式、特 征的類型、材料類型、熱處理方法、毛坯類型以及形狀特征的精度等級、粗糙度和形位公差 等因素分為零件級、形狀級和特征級，建立一個基于特征的樹型實例索引結構。該結構可抽 象為多叉樹結構，樹中的結點代表一個對象，多叉樹直觀表示了對象間的相互關系，這種層次關系就表示了對象間的相似性。 工藝相似性計算，是指采用自底向上的策略，先計算局部的相似性，再計算全局的 相似性，逐層向上進行，最后求得零件實例總的相似性評價。每一層的求和均采用Tversky 方法，即
權利要求
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特征加工工序的相關信息所形成的實體用工藝元表示，生 成工藝規(guī)劃的最基本模塊和過程特征；iii)建立一個基于特征的實例索引結構，通過零件特征多叉樹的相似性判定生成相似 工藝信息，進行工藝相似性判定；iv)應用凝聚的層次聚類法進行工序組合，生成工序族；ν)對工序族內的所有工藝元進行優(yōu)先關系排序，保證工序族內的所有工藝元均能在機 床上進行加工。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述特征組合是按照工藝規(guī)劃對特征的 要求，將描述零件的單特征中彼此相關的特征組合起來描述，并且闡明這種關聯(lián)的性質。
3.根據權利要求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特 征加工工序的相關信息所形成的實體，是零件工藝規(guī)劃的基本單元，是組成工藝過程的最 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 的關聯(lián)類別；MPij表示對特征&進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所達到的加工精度。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述過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，具體表達形式為Pt = {pei.f pe2,t'…，pen,j °
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述建立基于特征的實例索引結構，是指 將與相似系數有關的零件類型、加工方式、特征的類型、材料類型、熱處理方法、毛坯類型以 及形狀特征的精度等級、粗糙度和形位公差等因素分為零件級、形狀級和特征級，建立一個 基于特征的樹型實例索引結構，該結構可抽象為多叉樹結構，樹中的結點代表一個對象，多 叉樹直觀表示了對象間的相互關系，這種層次關系就表示了對象間的相似性。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于所述相似系數是指用于衡量新零件與實 例零件形似程度的一個參數，其不但與零件類型、加工方式、特征類型等因素有關，還與零 件的材料類型、熱處理方法、毛坯類型以及形狀特征的精度等級、粗糙度和形位公差等因素 有關。
7.根據權利要求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，先計算局部的相似性，再計算全局的相似性，逐層向上進行，最后求得零件總的相 似性評價；其中，每一層的求和均采用Tversky方法，即其中，待比較二個結點共有η個屬性值，Wi為第i個屬性的權重系數，Fi為第i個屬性 的相似度函數。
8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于所述工藝相似性判定包括(a)計算特征的相似度采用特征的屬性來計算特征的相似度，當對兩個特征進行比較時，采用多叉樹結點相 似性計算法來進行計算；(b)計算形狀的相似度根據特征的相似度來計算零件形狀的相似度，計算方法是多叉樹結點相似性計算方 法；其中計算兩個零件的形狀相似性，是逐個比較兩個零件的特征，包括三種情況①兩個 特征是相同的；②兩個特征是匹配的；③兩個特征是不匹配的；(c)計算零件的相似度獲得零件形狀相似度后，結合零件級的材料類型、熱處理方法、毛坯類型、生產類型等 屬性，按Tversky方法計算零件的相似度。
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述應用凝聚的層次聚類法的工序組合， 其具體包括(a)數據標準化設論域PE = (pei; pe2,…，pev)為所有工藝元集合，其中，ν表示特征工藝元總數，每 個工藝元Pei用5個屬性來表示，即所屬方位面、形位公差、關聯(lián)類別、加工方法以及精度等 級，得到工藝元的原始數據矩陣PE
10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述工藝元的排序，包括(a)若特征之間有基準關系，則將作為基準的工藝元放在前，與此特征有基準關系的工 藝元放在后；(b)若特征之間有互為基準關系，則按照特征先后作為基準的順序安排工藝元順序；(c)若特征之間有定位關系，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系，則由特征產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)若特征之間有同類特征關聯(lián)關系，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特征加工工序的相關信息所形成的實體用工藝元表示，生成工藝規(guī)劃的最基本模塊和過程特征；iii)建立一個基于特征的實例索引結構，通過零件特征多叉樹的相似性判定生成相似工藝信息，進行工藝相似性判定；iv)應用凝聚的層次聚類法進行工序組合，生成工序族；v)對工序族內的所有工藝元進行優(yōu)先關系排序，保證工序族內的所有工藝元均能在機床上進行加工。
文檔編號G06F19/00GK102081706SQ20111004728
公開日2011年6月1日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權日2011年2月28日
發(fā)明者李愛平, 段建國, 謝楠, 黃立輝 申請人:同濟大學