【正文】 減速器輔助設(shè)計(jì)軟件項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案1 緒論工藝過(guò)程設(shè)計(jì)在機(jī)械制造過(guò)程中占據(jù)及其重要的一環(huán)，它是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)和車間產(chǎn)品制造的中間橋梁。傳統(tǒng)的工藝過(guò)程設(shè)計(jì)由人工編制，其設(shè)計(jì)質(zhì)量在很大程度上依賴工藝設(shè)計(jì)人員的水平，并且存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、設(shè)計(jì)難以做到最優(yōu)和標(biāo)準(zhǔn)等缺點(diǎn)。隨著制造業(yè)進(jìn)入信息化和知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，制造業(yè)呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)，過(guò)去追求的是產(chǎn)品的低成本高質(zhì)量，而現(xiàn)在多品種、小批量、短交貨期的要求越來(lái)越迫切。制造重點(diǎn)也由以前的成本和質(zhì)量并重向現(xiàn)在的質(zhì)量和時(shí)間并重轉(zhuǎn)變，因而，傳統(tǒng)的工藝過(guò)程設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前制造業(yè)發(fā)展的需要，而CAD/CAM的系統(tǒng)集成化、智能化成為大勢(shì)所趨，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)CAPP在其中起著不可替代的作用，所以被人們?nèi)找嬷匾暋APP的使用可以大大縮短工藝設(shè)計(jì)周期，有利于工藝設(shè)計(jì)的最優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化，是CIMS等先進(jìn)制造系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。因此，世界很多國(guó)家都在大力研究CAPP平技術(shù)，CAPP技術(shù)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)蓬勃發(fā)展起來(lái)[1]。 CAPP的發(fā)展歷程CAPP的研究開發(fā)始于20世紀(jì)60年代末，在CAPP發(fā)展史上具有里程碑意義的是設(shè)在美國(guó)的國(guó)際性組織CAMI于1976 年開發(fā)的CAPP系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)最早開發(fā)的CAPP系統(tǒng)是同濟(jì)大學(xué)的TOJICOP修訂式系統(tǒng)和西北工業(yè)大學(xué)的CAOS生成式系統(tǒng)，其完成的時(shí)間都在80年代初。經(jīng)過(guò)30多年的歷程，國(guó)內(nèi)外對(duì)CAPP技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了大量的探討與研究，無(wú)論在研究的深度上海事廣度上都不斷取得進(jìn)展[2]。CAPP的內(nèi)涵也在不斷的發(fā)展，從狹義的觀點(diǎn)看，CAPP是利用計(jì)算機(jī)完成工藝過(guò)程設(shè)計(jì)，輸出工藝規(guī)程，以及在工藝設(shè)計(jì)上代替工藝人員的勞動(dòng)。但是在集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、或先進(jìn)制造模式中，特別是在并行工程工作模式中，“PP”不再單純理解為“Proces Planning”，而應(yīng)增加“Production Planning”的涵義。這樣，就產(chǎn)生了CAPP的廣義概念：即CAPP的一方面向生產(chǎn)規(guī)劃最佳化及作業(yè)計(jì)劃調(diào)度最佳化發(fā)展，作為制造資源計(jì)劃MRPⅡ的一個(gè)重要組成部分；另一方面能夠與物流系統(tǒng)相聯(lián)系，生成NC加工控制指令，以控制物質(zhì)流或加工過(guò)程。向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展是現(xiàn)代CAPP發(fā)展的必然趨勢(shì)。 工藝數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)作為信息技術(shù)的一個(gè)重要支撐部分，是人們有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、共享和處理的工具。數(shù)據(jù)庫(kù)是為滿足某一部門中多個(gè)用戶的多種應(yīng)用的需要，按照一定的數(shù)據(jù)模型在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中組織、存儲(chǔ)和使用的相互聯(lián)系的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是管理大量、持久、可靠、共享的數(shù)據(jù)的工具。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是具有數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是有關(guān)硬件、軟件、數(shù)據(jù)和人員組合起來(lái)的為用戶提供信息服務(wù)的系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)化的信息系統(tǒng)，由稱作DBMS（DataBase Management System，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）的通用軟件包管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是由4個(gè)主要部分組成，它們是數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（軟件）、計(jì)算機(jī)硬件和數(shù)據(jù)庫(kù)管理員。數(shù)據(jù)庫(kù)的具體實(shí)現(xiàn)上，網(wǎng)絡(luò)版選用的是SQLServer，單機(jī)版選用的是ACCESS，通過(guò)ODBC（Open Database Connectivity，開放數(shù)據(jù)庫(kù)互連）實(shí)現(xiàn)與工藝設(shè)計(jì)環(huán)境的連接[3] [4]。PDM、ERP、MIS等管理系統(tǒng)在不進(jìn)入CAPP系統(tǒng)的前提下可直接訪問(wèn)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。構(gòu)建擁有豐富的工藝知識(shí)、設(shè)備工裝、刀夾量具、切削參數(shù)、典型工藝（包括典型工序、工步等）以及規(guī)范化的工藝術(shù)語(yǔ)等的知識(shí)庫(kù)以便用戶打開并引用知識(shí)，同時(shí)考慮知識(shí)庫(kù)中應(yīng)能存入實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中比較成功的工序、工步、設(shè)備工裝等數(shù)據(jù)知識(shí)以實(shí)現(xiàn)工藝知識(shí)庫(kù)在使用過(guò)程中的動(dòng)態(tài)擴(kuò)充，從而使知識(shí)庫(kù)具有適用于不同零件的柔性是建立CAPP系統(tǒng)工藝知識(shí)庫(kù)的目標(biāo)[5]。 CAPP系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)隨著國(guó)家信息化政策的制定和落實(shí)以及現(xiàn)代制造技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)CAPP系統(tǒng)提出了更高的要求。在此形勢(shì)下，CAPP系統(tǒng)的發(fā)展具有以下特點(diǎn)。 工具化和工程化各企業(yè)的工藝環(huán)境、管理模式千差萬(wàn)別，CAPP系統(tǒng)要適應(yīng)各企業(yè)的具體情況。提高其通用性，就要加強(qiáng)CAPP系統(tǒng)的工具化和工程化。開發(fā)CAPP系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將CAPP系統(tǒng)分解為多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的工具進(jìn)行開發(fā)。如開發(fā)零件信息描述工具、工藝決策工具、工藝文檔輸出工具、知識(shí)和數(shù)據(jù)的輸人工具以及用戶界面構(gòu)造工具等。由用戶或者開發(fā)軟件的公司根據(jù)企業(yè)具體情況輸入數(shù)據(jù)和知識(shí)，形成面向制造和管理環(huán)境的CAPP系統(tǒng)。用戶還可以進(jìn)行二次開發(fā)[6]。在工程化方面，既不能不考慮企業(yè)原有的環(huán)境和模式，也不能完全盲目服從。要根據(jù)對(duì)國(guó)家、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)制造技術(shù)的分析，結(jié)合各類用戶的根本需求，引導(dǎo)用戶的工藝設(shè)計(jì)進(jìn)程。促進(jìn)工藝設(shè)計(jì)規(guī)范化，從而規(guī)范CAPP系統(tǒng)的實(shí)施過(guò)程。在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化工藝基礎(chǔ)上開發(fā)出適應(yīng)一般企業(yè)工藝規(guī)程的CAPP系統(tǒng)。使大部分企業(yè)使用的CAPP系統(tǒng)成為具有個(gè)性特征的主體相似的工程化產(chǎn)品。 集成化和網(wǎng)絡(luò)化CAPP是CAD、CAM問(wèn)的橋梁，是CAD、PDM和ERP的重要產(chǎn)品信息來(lái)源，同時(shí)也需要由CAD提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的特征信息。因此，必須在并行工程思想指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)CAD／CAPP／CAM的全面集成，充分發(fā)揮CAPP系統(tǒng)在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的信息中樞和功能協(xié)調(diào)作用，從而實(shí)現(xiàn)CAPP與CAD的雙向信息交換與傳送；實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度系統(tǒng)的有效集成；建立與質(zhì)量控制系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系。CAPP與CAD的雙向信息交換與傳送體現(xiàn)在CAPP與CAD并行。CAD為CAPP提供工藝設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)：CAPP為CAD產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供工藝性反饋，對(duì)設(shè)計(jì)方案和結(jié)果進(jìn)行可制造性分析和評(píng)價(jià)。以便盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，確保設(shè)計(jì)的合理性。目前的主要方法是建立可制造性綜合評(píng)價(jià)功能模塊或子系統(tǒng)，根據(jù)零件信息、制造資源信息，在一定工藝原則指導(dǎo)下建立評(píng)價(jià)目標(biāo)函數(shù)，對(duì)零件的結(jié)構(gòu)工藝性和加工工藝性進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。網(wǎng)絡(luò)化是系統(tǒng)集成應(yīng)用的必要條件。CAPP對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)各種角色、工種的并行工藝設(shè)計(jì)，對(duì)外與CAD實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換，與CAQ、CAM、PDM等的集成應(yīng)用都需要網(wǎng)絡(luò)化作為技術(shù)支撐，才能實(shí)現(xiàn)真正的信息化和自動(dòng)化。企業(yè)的工藝數(shù)據(jù)集中到工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，其他應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中存取數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的支持下，工藝數(shù)據(jù)的安全性和一致性得到保證，各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和傳輸接口也得到統(tǒng)一，使企業(yè)能夠敏捷地響應(yīng)市場(chǎng)的需求，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 知識(shí)化合智能化隨著復(fù)合智能系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊推理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，CAPP系統(tǒng)不會(huì)停留在以解決事務(wù)性、管理性工作為主的階段?；谥R(shí)的CAPP系統(tǒng)除了作為工藝設(shè)計(jì)的輔助工具[7]，還有將工藝專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)積累起來(lái)并加以充分利用的任務(wù)?，F(xiàn)代CAPP[8]系統(tǒng)向著知識(shí)化和智能化方向發(fā)展。國(guó)內(nèi)外商品化軟件中已推出CAPP專家系統(tǒng)外殼 由用戶定義各種決策規(guī)則、工藝數(shù)據(jù)和計(jì)算公式，具有較大的智能化特征[9]。當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境改變時(shí)，專家系統(tǒng)只要輸入新的知識(shí)就能適應(yīng)；系統(tǒng)還能隨時(shí)向用戶提供運(yùn)行的過(guò)程和理由，并向用戶作出各種解釋，便于工藝人員作出干預(yù)和選擇，以制定出優(yōu)化的工藝過(guò)程；專家系統(tǒng)還可以不斷補(bǔ)充和更新知識(shí)，從而隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)條件的改進(jìn)而不斷提高工藝設(shè)計(jì)的水平。現(xiàn)代CAPP系統(tǒng)在知識(shí)化的基礎(chǔ)上，從實(shí)際出發(fā)，為工藝人員提供多個(gè)備選工藝方案，并能夠根據(jù)操作者的工作記錄進(jìn)行各種層次的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)，具有一定的智能性[10]。 柔性化和規(guī)范化CAPP系統(tǒng)是用來(lái)輔助工藝設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工作的[11]。不宜取代工藝設(shè)計(jì)人員而追求完全自動(dòng)化。在方式上實(shí)行人機(jī)協(xié)作．關(guān)鍵決策由工藝人員作出。決策和判斷一個(gè)復(fù)雜繁瑣的問(wèn)題，對(duì)具備足夠的工藝知識(shí)和判斷能力的工藝人員來(lái)說(shuō)并不困難，但對(duì)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)卻可能難以勝任[12]；同時(shí)，知識(shí)庫(kù)及其使用法則需要逐步建立、驗(yàn)證和完善，是一個(gè)漸進(jìn)式的過(guò)程?，F(xiàn)代CAPP系統(tǒng)必須體現(xiàn)柔性化，即以交互式設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，以工藝知識(shí)庫(kù)為核心，以工藝知識(shí)庫(kù)管理和工藝卡片格式編輯器為應(yīng)用支持工具，面向產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)與管理的柔性化[13]。 工藝數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在CAPP中的作用CAPP應(yīng)具備以下特點(diǎn)：產(chǎn)品零件的數(shù)據(jù)信息應(yīng)能利用，并建立零件信息的數(shù)據(jù)庫(kù)；工藝人員的工藝經(jīng)驗(yàn)、工藝知識(shí)能夠得到充分的利用和共享[14]；制造資源、工藝參數(shù)等以適當(dāng)?shù)慕M織形式加以管理；能夠充分利用標(biāo)準(zhǔn)（典型）工藝，能集中安全進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)，及時(shí)地、動(dòng)態(tài)地提供最新的工藝設(shè)計(jì)結(jié)果。由此可見(jiàn)，CAPP 工作的實(shí)質(zhì)是對(duì)數(shù)據(jù)的一系列操作過(guò)程，數(shù)據(jù)的集成管理極為重要。通用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理方式有程序方式、文件方式、數(shù)據(jù)庫(kù)方式。程序方式將數(shù)據(jù)嵌入程序，數(shù)據(jù)和程序不獨(dú)立，有很大的依賴關(guān)系。這種方式只適合簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)操作，當(dāng)涉及到復(fù)雜數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系操作時(shí)，程序編制工作變得復(fù)雜，且數(shù)據(jù)分散在程序中，不能被其他應(yīng)用程序直接利用。文件方式可以將程序與數(shù)據(jù)分離，可以被多個(gè)程序調(diào)用，但是，文件是相同性質(zhì)的數(shù)據(jù)的集合，其結(jié)構(gòu)的定義是固化的，程序與數(shù)據(jù)文件還有一定的依賴關(guān)系，而且多個(gè)數(shù)據(jù)文件的訪問(wèn)就要有多個(gè)接口，數(shù)據(jù)文件的操作不能實(shí)時(shí)反應(yīng)給其他應(yīng)用程序，不具備集成共享功能[15]。 本課題研究的問(wèn)題和采用的手段 本課題研究的問(wèn)題本課題通過(guò)以普通微機(jī)為硬件背景，在掌握Visual Basic語(yǔ)言開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)針對(duì)于減速器的工藝過(guò)程的一個(gè)軟件。這個(gè)軟件帶有工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中所需要的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)，并帶有一定的工藝搜索工具，在工藝過(guò)程中提供部分搜索和決策功能。 本課題研究的手段第一步首先要建立一定的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，工藝數(shù)據(jù)庫(kù)要包括材料數(shù)據(jù)庫(kù)、尺寸公差數(shù)據(jù)庫(kù)、刀具數(shù)據(jù)庫(kù)、機(jī)床數(shù)據(jù)庫(kù)、孔/軸的基本偏差數(shù)據(jù)庫(kù)、形狀公差數(shù)據(jù)庫(kù)、位置公差數(shù)據(jù)庫(kù)等。然后使用Visual Basic設(shè)計(jì)軟件的界面，界面包括尺寸公差查詢、形狀公差查詢、位置公差查詢、機(jī)床查詢、材料的查詢、刀具的查詢等。設(shè)計(jì)完成界面之后，繼續(xù)使用Visual Basic進(jìn)行編程，使軟件界面上的各個(gè)按鍵和建立的數(shù)據(jù)庫(kù)能夠連接起來(lái)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)使用編寫的程序進(jìn)行查詢的功能。2 CAPP工具計(jì)軟件界面的設(shè)計(jì)CAPP即Computer Aided Process Planning，是指借助于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷和推理等的功能來(lái)制定零件機(jī)械加工工藝過(guò)程。本軟件設(shè)計(jì)的是減速器輔助設(shè)計(jì)軟件的一部分，是有關(guān)于減速器工藝方面的設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)查詢工藝的功能。一般來(lái)講，對(duì)于一個(gè)減速器要涉及到的工藝有材料的查詢、刀具的查詢、機(jī)床的選擇、各種公差的查詢以及一些工藝流程的查詢等等。我設(shè)計(jì)的這個(gè)軟件的界面涉及到了尺寸公差、位置公差、形狀公差、配合公差、機(jī)床的查詢、材料的查詢、刀具的查詢等。 總體界面設(shè)計(jì)關(guān)于總體界面的設(shè)計(jì)，我的設(shè)計(jì)方案如圖1所示：圖1 CAPP工具界面 尺寸公差查詢界面的設(shè)計(jì)在總體界面里，我設(shè)計(jì)了一個(gè)尺寸公差查詢的一個(gè)按鈕，這個(gè)按鈕要實(shí)現(xiàn)尺寸公差查詢的功能，所以當(dāng)按下尺寸公差查詢這個(gè)按鈕時(shí)，會(huì)跳出來(lái)一個(gè)專門為尺寸公差查詢而設(shè)計(jì)的一個(gè)窗口，具體界面設(shè)計(jì)如圖2所示。圖2 尺寸公差查詢界面由于尺寸公差的查詢涉及到了軸和孔的查詢，所以在設(shè)計(jì)時(shí)選用了2個(gè)OptonButton（單選框），以便于選擇軸的尺寸公差查詢或是選擇孔的尺寸公差查詢。在選擇完軸或孔的查詢后，接下來(lái)要考慮的就是查詢這些尺寸公差所需要的一些基本的數(shù)據(jù)。基本的數(shù)據(jù)有基本尺寸、公差等級(jí)、基本偏差代號(hào)等。首先建一個(gè)基本數(shù)據(jù)的框架，用Frame來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)框架，然后再在這個(gè)框架里建一個(gè)Lable（標(biāo)簽）命名為L(zhǎng)blFundamentalDimension，將這個(gè)標(biāo)簽的Caption改為基本尺寸，建一個(gè)TextBox（文本框）命名為txtFundamentalDimension，這個(gè)文本框用來(lái)輸入基本尺寸的數(shù)據(jù)，然后再新建一個(gè)Lable（標(biāo)簽）命名為L(zhǎng)blToleranceGrade，Caption改為公差等級(jí)，再在邊上新建一個(gè)ComboBox（組合框），是用來(lái)選擇公差等級(jí)的。這樣基本尺寸的框架已設(shè)計(jì)完成。接下來(lái)要設(shè)計(jì)查詢結(jié)果的框架，也是新建一個(gè)Frame，將Caption改為查詢結(jié)果，然后要在這個(gè)框架里新建5個(gè)Lable（標(biāo)簽）分別將標(biāo)簽的Caption改為尺寸公差、基本偏差代號(hào)、數(shù)值、上偏差、下偏差，分別將Lable（標(biāo)簽）的名稱改為lblDimensionalTolerance、lblFundamentalDeviationCode、lblFundamentalDeviationValue、lblUpperDeviation、lblLowerDeviation。然后還要新建4個(gè)TextBox（文本框）將每個(gè)文本框的名稱改為txtDimensionalTolerance、txtFundamentalDeviationValue、txtUpperDeviation、txtLowerDeviation。還要新建一個(gè)ComboBox（組合框），將名稱改為cboFundamentalDeviationCode。這樣查詢結(jié)果的框架就設(shè)計(jì)完成了。整個(gè)界面設(shè)計(jì)基本完成，除了這幾個(gè)框架的設(shè)計(jì)，還要設(shè)計(jì)3個(gè)CommandButton（命令按鈕），一個(gè)是查詢按鈕，一個(gè)是刷新按鈕，另外一個(gè)是返回按鈕。設(shè)置這3個(gè)命令按鈕的方法基本和前面幾個(gè)差不多，即將它們的名稱分別改為cmdSearch、cmdClear、cmdReturn，將它們的Caption分別改為搜索、刷新、返回。尺寸公差查詢的基本界面就是這樣設(shè)計(jì)完成了。 形狀公差查詢界面的設(shè)計(jì)在總體界面里，形狀公差查詢也有獨(dú)立的一個(gè)按鈕，這個(gè)按鈕要實(shí)現(xiàn)形狀公差查詢的功能，所以當(dāng)按下形狀公差查詢這個(gè)按鈕時(shí)，會(huì)跳出來(lái)一個(gè)專門為尺寸公差查詢而設(shè)計(jì)的一個(gè)窗口，具體界面設(shè)計(jì)如圖3所示。圖3 形狀公差查詢界面在形狀公差查詢窗體中，首先要考慮到的是關(guān)于形狀公差的內(nèi)容，形狀公差查詢的內(nèi)容主要有直線度的查詢、平面度的查詢、圓度的查詢、圓柱度的查詢。首先建立直線度查詢的一個(gè)框架，要設(shè)計(jì)直線度查詢的框架，首先新建一個(gè)Frame（框架），將框架名稱改為fraStraightness，將其中的Caption改為直線度，這樣直線度的框架就建立完成了。然后先再