本發(fā)明涉及機(jī)械零件制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于坐標(biāo)表示的典型工藝路線的提取方法。

背景技術(shù)：

制造類企業(yè)在產(chǎn)品的工藝設(shè)計過程中積累了大量的工藝數(shù)據(jù)，已成為企業(yè)的一種知識資源，如何挖掘這些知識并加以重復(fù)利用，是解決工藝知識重用和促進(jìn)工藝標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵問題之一。工藝路線提取是零件制造過程中典型的復(fù)雜問題，信息量大，范圍廣，又與具體的生產(chǎn)環(huán)境和個人經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)，是一項(xiàng)技術(shù)性和經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的工作。由于零件加工工序的多樣性、加工要求的個性化以及約束的復(fù)雜性，當(dāng)排序規(guī)模較大、符合工藝路線匹配的可行方案數(shù)量較多時，單純依靠經(jīng)驗(yàn)知識提取難以取得最優(yōu)或次優(yōu)的工藝路線方案，而且也不能運(yùn)用傳統(tǒng)的邏輯決策的方法來求解。

典型的工藝路線是企業(yè)為典型零件制定的較為普遍適用的工藝路線，所有與該典型零件相似的零件都可以借用此工藝路線對其進(jìn)行少量修改，即可應(yīng)用于新零件的工藝設(shè)計，以提高零件工藝設(shè)計的效率和質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有工藝路線優(yōu)化中的不足，提出一種基于坐標(biāo)表示方法的典型工藝路線提取方法，使其在滿足各種工藝約束和優(yōu)化目標(biāo)的條件下，得到最優(yōu)或者近似最優(yōu)的工藝路線。

為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明采取以下技術(shù)方案，所述的基于坐標(biāo)表示的典型工藝路線提取方法包括以下步驟：

步驟一、基于零件加工信息描述確定零件工藝路線的加工工序，所述工藝路線是零件所有加工工序信息的集合，表示為：l＝a1a2a3……an；

其中l(wèi)表示零件的工藝路線，a1～an表示組成該工藝路線的各工序，n表示工藝路線中工序的個數(shù)；

步驟二、對各工序分別進(jìn)行坐標(biāo)編碼，根據(jù)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)jb/t5992.1，采用大類、中類和小類三個層次的三位編碼分別作為該工序的x、y、z坐標(biāo)，令工序ai對應(yīng)三維坐標(biāo)中的點(diǎn)pi(xi，yi，zi)，各坐標(biāo)的計算方式為：

其中分別表示第k個工序ak的大類、中類和小類信息；

步驟三、依據(jù)零件加工工序的先后次序，連接各工序所對應(yīng)的三維坐標(biāo)中的點(diǎn)，得到相應(yīng)工藝路線的三維空間曲線，該曲線的幾何中心點(diǎn)坐標(biāo)為po(xo，yo，zo)；

步驟四、進(jìn)行工藝路線之間相異度的計算，包括計算工序間的距離、工藝路線間的距離及簇間距離；步驟五、繪制工藝路線的動態(tài)聚類圖：采用凝聚層次聚類法，依據(jù)步驟四

提供的各項(xiàng)距離值，首先把n條工藝路線分別劃分為n個不同的簇，在簇間距離基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要確定一個閾值α；再采用自底向上的策略，把距離小于或等于α的兩簇合并為一個新的簇，新的簇繼續(xù)和剩余的簇重復(fù)前述的聚類操作，直到最小距離系數(shù)大于α，即可停止聚類，得到實(shí)際所需的工藝路線聚類簇；

步驟六、典型工藝路線提?。簩τ诓襟E五得到的工藝路線聚類簇，分別求出聚類簇中的元素對該聚類簇中各工藝路線的相異度均值，相異度均值最小的那條工藝路線即為該聚類簇的典型工藝路線。

具體的，在步驟四工藝路線之間相異度的計算中，把進(jìn)行相異度計算的對象都作為向量，計算兩個向量間的歐式距離并將其作為兩個向量的相異度測度，如果兩個向量間的歐式距離越小，對應(yīng)的相異度越小，反之，相異度越大。

進(jìn)一步的，步驟四中，所述工序間的距離計算，用歐氏計算公式計算工序之間的距離，工序ai對應(yīng)三維直角坐標(biāo)pi(xi，yi，zi)與工序aj對應(yīng)的三維直角坐標(biāo)pj(xj，yj，zj)之間的距離用d(ai，aj)表示

所述工藝路線間的距離計算是對零件工藝路線所對應(yīng)的三維空間曲線，取該曲線的幾何中心po(xo，yo，zo)，其中n表示曲線的長度；點(diǎn)(xio,yio,zio)和點(diǎn)(xjo,yjo,zjo)分別表示工藝路線曲線li和lj的幾何中心坐標(biāo)，采用計算中心點(diǎn)間的歐式距離來表示兩條工藝路線間的距離，工藝路線間的距離即曲線li和lj之間的距離表示為

式中d(li,lj)表示li和lj之間的距離。所述簇間距離的計算，采用式(3)給出的平均距離法

計算簇間距離：

式中davg(cp,cq)表示簇cp,cq之間的距離，np，nq分別表示簇cp,cq中工藝路線的數(shù)量。

具體的，步驟六中聚類簇的相異度均值計算公式為：

式中m為聚類簇的編號；f為所選元素編號；t為聚類簇m中的元素編號；sm(f)為所選元素f對聚類簇m的相異度均值；d(li,lj)為工藝路線曲線li和lj之間的距離；n為聚類簇m所具有的全部元素的數(shù)量；即若滿足sm(f)＝minhεmsm(h)，h為聚類簇m的元素，則工藝路線f即為聚類簇m所對應(yīng)的典型工藝路線。

本發(fā)明的有益效果如下：基于坐標(biāo)表示的典型工藝路線提取方法，利用數(shù)學(xué)工具對零件工藝路線設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值刻畫，提高了相似性度量的準(zhǔn)確性。將凝聚的層次聚類方法引入工藝路線聚類劃分中，實(shí)現(xiàn)了聚類的智能化，有效的解決了從眾多工藝數(shù)據(jù)中提取典型工藝路線難的問題。通過對聚類簇中典型工藝路線的提取,可以從工藝數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)以往工藝路線設(shè)計的經(jīng)驗(yàn),有助于提高全局優(yōu)化效率，提高零件制造工藝的繼承性和重用性，促進(jìn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于坐標(biāo)表示的典型工藝路線提取方法流程圖。

圖2是工藝路線聚類分析的動態(tài)聚類圖。具體實(shí)施方式

以下結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容和附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明是一種基于坐

標(biāo)表示的典型工藝路線提取方法，如圖1所示，包括以下步驟：步驟一、基于零件加

工信息確定零件工藝路線的加工工序，零件工藝路線是零件所有加工工序信息的集合，表示為：l＝a1a2a3……an。

其中l(wèi)表示零件的加工工藝路線，a1～an分別表示組成該工藝路線的各工序，n表示該工藝路線中包含工序的個數(shù)。

步驟二、對工藝路線中各工序進(jìn)行三維直角坐標(biāo)編碼，參考機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)jb/t5992.1，采用零件加工工序的大類、中類和小類信息分別作為該工序的x、y和z坐標(biāo)(如表1)。

表1工序三維坐標(biāo)編碼

令工序ai對應(yīng)三維坐標(biāo)中的點(diǎn)pi(xi，yi，zi)，其各坐標(biāo)的計算方式如下：

其中分別表示第k個工序ak的大類、中類和小類信息；

步驟三、依據(jù)加工工序的先后次序連接各工序?qū)?yīng)三維坐標(biāo)中的一系列的點(diǎn)，得到相應(yīng)工藝路線的三維空間曲線，其幾何中心點(diǎn)坐標(biāo)po(xo，yo，zo)的計算方式為：

其中xi、yi、zi分別表示工藝路線中第i個工序所對應(yīng)三維空間坐標(biāo)的x、y和z坐標(biāo)，n表示工藝路線中包含工序的個數(shù)。步驟四、工藝路線之間相異度的計算，包括工序間的

距離計算、工藝路線間的距離計

算及聚類簇間距離計算；

(4.1)工序間的距離計算用歐氏計算公式計算工序之間的距離，工序ai對應(yīng)三維直角坐標(biāo)pi(xi，yi，zi)與工序

aj對應(yīng)于三維直角坐標(biāo)pj(xj，yj，zj)之間的距離用d(ai，aj)表示

(4.2)工藝路線間的距離計算對零件工藝路線的空間表示得到三維空間曲線，取它的幾何中心po(xo，yo，zo)，其

中n表示工藝路線的長度。點(diǎn)(xio,yio,zio)和點(diǎn)(xjo,yjo,zjo)分別表示工藝路線li和lj幾何中心坐標(biāo)，采用計算中心點(diǎn)間的歐式距離來表示兩條工藝路線間的距離，工藝路線li和lj之間的距離(相異度)表示為

式中d(li,lj)表示工藝路線li和lj之間的距離。

(4.3)簇間距離的計算簇的凝聚要遵循一定的距離(相異度)準(zhǔn)則。常見的度量方法有最小距離(單鏈接方法)、

最大距離(完全鏈接方法)、平均距離(平均鏈接方法)和均質(zhì)的距離(質(zhì)心方法)。采用不同的距離準(zhǔn)則可以得到不同的層次聚類方法，單鏈聚類法就是簇的凝聚中遵循簇間最小距離準(zhǔn)則的層次聚類方法。簇間最小距離準(zhǔn)則通過簇間距離最小的一對數(shù)據(jù)點(diǎn)代表簇間的距離，使簇內(nèi)工藝路線數(shù)過多，相似度較低，聚類效果不理想；采用最大距離準(zhǔn)則，簇內(nèi)工藝路線相似度較高,但工藝路線數(shù)較少，簇數(shù)較多，聚類效果也不理想。這里采用式(3)給出的平均距離法計算簇間距離：

式中davg(cp,cq)表示簇cp,cq之間的距離，np，nq分別表示簇cp,cq中工藝路線的數(shù)量。

數(shù)學(xué)中向量的比較方法很多，這里計算兩個向量間的歐式距離并將其作為兩個向量的相異度測度，兩個向量間的歐式距離越小對應(yīng)的相異度越小，反之，相異度越大。

步驟五、繪制工藝路線的動態(tài)聚類圖。動態(tài)聚類圖是采用凝聚的層次聚類法，首先把n條工藝路線分別劃分為n個不同的簇，在

式(3)得到的簇間距離基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要確定一個閾值α。采用自底向上的策略，把距離小于等于α的兩簇合并為一個新的簇，新的簇繼續(xù)和剩余的簇重復(fù)前述的聚類操作，直到最小距離系數(shù)大于α，即可停止聚類，得到實(shí)際所需的工藝路線聚類簇；

步驟六、典型工藝路線提取。對于步驟五得到的實(shí)際所需的聚類簇，分別求出聚類簇中的元素對該聚類簇中各工藝

路線的相異度均值，相異度均值最小的那條工藝路線即為該聚類簇的典型工藝路線。聚類簇的相異度均值計算公式為：

式中m為聚類簇的編號；f為所選元素編號；t為聚類簇m中的元素編號；sm(f)為所選元素f對聚類簇m的相異度均值；d(li,lj)為工藝路線曲線li和lj之間的距離；n為聚類簇m所具有的全部元素的數(shù)量；即若滿足sm(f)＝minhεmsm(h)，h為聚類簇m的元素，則工藝路線f即為聚類簇m所對應(yīng)的典型工藝路線。

以下以企業(yè)的加工工藝數(shù)據(jù)為例，說明本發(fā)明所述的基于坐標(biāo)表示的典型工藝路線提取的過程及效果。

在企業(yè)的工藝路線數(shù)據(jù)庫中，通過對數(shù)據(jù)去重并進(jìn)行簡單預(yù)處理后，隨機(jī)選取8條工藝路線，如表2所示，并采用工序坐標(biāo)編碼。工序坐標(biāo)編碼中,空位用坐標(biāo)(0，0，0)代替。編碼后得工藝路線如表3所示。假設(shè)最小相異度min{α}＝6.0。

表2工藝數(shù)據(jù)表

表3工藝路線坐標(biāo)編碼

根據(jù)步驟二和步驟三的方法計算出8條工藝路線的中心點(diǎn)坐標(biāo)，如表4所示。根據(jù)對象距離的計算方法式(2)和式(3)可得各工藝路線中心坐標(biāo)點(diǎn)之間的歐氏距離如表5。

表4各工藝路線的中心坐標(biāo)點(diǎn)工藝

表5各工藝路線的中心坐標(biāo)點(diǎn)間距

根據(jù)表5中提供的距離信息，首先把8條工藝數(shù)據(jù)分別劃分為8個不同的簇，根據(jù)式(4)計算簇間距離，把距離系數(shù)最小的簇合并為一個新的簇，新簇與剩余簇再次進(jìn)行前述的聚類操作，直到最小距離系數(shù)大于所給定的閾值。聚類過程如圖2所示，其中左側(cè)數(shù)據(jù)是每一步聚類時所計算的最小距離。由min{α}＝6.0可知，當(dāng)聚類操作進(jìn)行到第6步時，即可停止聚類，得到工藝路線聚類簇為：{1，2，3，4，5，7，8}。

對于上述聚類簇，根據(jù)相異度均值法得到該聚類簇中的元素對該聚類簇中各工藝路線的相異度均值s(1)＝3.15，s(2)＝5.06，s(3)＝3.14，s(4)＝4.46，s(5)＝5.76，s(7)＝4.75，s(8)＝3.71。相異度均值最小為工藝路線3，即該聚類簇的典型工藝路線為：下料-車削-車削-銑削-銑削-檢驗(yàn)-鍍鋅。實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，所有與該典型工藝路線相似的零件都可以借用此工藝路線對其進(jìn)行少量修改，即可應(yīng)用于新零件的工藝設(shè)計。

本發(fā)明在分析大量工藝規(guī)程的基礎(chǔ)上，提出了基于坐標(biāo)表示的典型工藝路線發(fā)現(xiàn)方法。在對零件工藝路線中各工序進(jìn)行坐標(biāo)表示的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步計算出各工藝路線幾何中心點(diǎn)之間的歐式距離，并以此作為衡量各工藝路線間的相異度的標(biāo)準(zhǔn)；應(yīng)用聚類分析方法將工藝路線聚類成簇；通過平均距離法計算工藝路線簇間的距離；最后采用相異度均值法從聚類簇中提取到典型工藝路線。典型的工藝路線是企業(yè)為典型零件制定的較為普遍適用的工藝路線，所有與該典型零件相似的零件都可以借用此工藝路線對其進(jìn)行少量修改，即可應(yīng)用于新零件的工藝設(shè)計，以提高零件工藝設(shè)計的效率和質(zhì)量。