【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 定的 Ri 進(jìn)行資源優(yōu)化配置；最后采取自下而上的策略，在{R1,R2，…,Ri,…,Rnp}中尋求最優(yōu)的工藝路線，從而實(shí)現(xiàn)零件整體工藝的優(yōu)化與企業(yè)制造資源的優(yōu)化配置。顯然，求解問(wèn)題的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)特定 Ri 的資源優(yōu)化配置，以下重點(diǎn)討論資源優(yōu)化配置。2）資源優(yōu)化配置模型①目標(biāo)函數(shù)資源優(yōu)化配置的目標(biāo)就是對(duì)特定的工藝路線Ri={Ri1，Ri2，…，Rij，…，Rin}，在各中尋找適宜的資源配置，使 Ri 整體達(dá)到資源優(yōu)化配置。如前所述，需要建立交貨期和成本的兩目標(biāo)優(yōu)化模型。設(shè)決策變量為，對(duì)于工藝單元 Rij，如果選擇第 k 個(gè)制造資源則為1，否則為0。優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)分為時(shí)間目標(biāo)函數(shù)和成本目標(biāo)函數(shù)。（a）時(shí)間目標(biāo)函數(shù)零件 p 的總時(shí)間包括零件的生產(chǎn)時(shí)間、零件生產(chǎn)過(guò)程中相鄰工序的運(yùn)輸時(shí)間和排隊(duì)等待時(shí)間3部分。對(duì)于零件 p 的工藝路線 Ri，其總時(shí)間為:式中，Tpi 為零件 p 工藝路線 Ri 的總時(shí)間， 為 Rij 在第 k 個(gè)制造單元上的生產(chǎn)時(shí)間，公為 Rij 在第 k 個(gè)制造單元上的排隊(duì)等待時(shí)間，為從 Rij 到 Ri(j+l )的運(yùn)輸時(shí)間。零件是產(chǎn)品的一部分，延期交貨將會(huì)影響到產(chǎn)品的裝配并最終影響產(chǎn)品的交貨期，而提前交貨又會(huì)增加庫(kù)存成本，因此時(shí)間目標(biāo)函數(shù)必須考慮延期交貨與提前交貨的懲罰量。據(jù)此，有必要將時(shí)間目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為使零件提前/拖期完工的懲罰最小，即時(shí)間目標(biāo)函數(shù)為:。式中，f1 為零件提前/拖期完工的懲罰量，Tp 為零件 p 的計(jì)劃交貨期，w1為零件提前完工的懲罰系數(shù)，w2 為零件拖期完工的懲罰系數(shù)。(b)成本目標(biāo)函數(shù)零件 p的總成本包括零件的生產(chǎn)成本和零件生產(chǎn)過(guò)程中相鄰工序的運(yùn)輸成本兩部分。對(duì)于零件p的工藝路線R。，其總成本為:、 n . 1 m 0..C， 一 習(xí) 習(xí)xc +習(xí)藝 }(j+ l)Ckj 。j二 1 k = 1 j = 1 k 二 1式中，味為零件p工藝路線R‘的總成本，‘怎為R =j在第k個(gè)制造單元上的生產(chǎn)成本，心為零件從R。到尺(j+l，的運(yùn)輸成本。成本目標(biāo)函數(shù)是要使總成本最小，即成本目標(biāo)函數(shù)為min心。 約束條件資源優(yōu)化配置存在決策變量約束、交貨期約束和成本約束。(1)決策變量約束式 E{ 0, 1},另端一1，即在某一工藝單元，只k= 1能從可選制造資源中選擇一個(gè)作為實(shí)際的加工資源。(2)交貨期約束幾 ( 7 ,71 1卿 .’為零件p允許的最晚交貨期。(3)總成本約束C,。 鑼 ,C p ‘為零件p允許的最高成本。由于該制造資源優(yōu)化模型是多目標(biāo)優(yōu)化，在求解時(shí)通常采用權(quán)重法，將多目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)，即mi nf = a X f , + a X C , 。式中，.f為零件p加工路線R‘的加權(quán)值，a和Q分別為零件提前/拖期完工懲罰量和成本的權(quán)重系數(shù)。該模 型 可 用遺傳算法進(jìn)行求解〔ss7，限于篇幅，求解過(guò)程從略。 智能化與工具化8．2．1 智能化CAPP所涉及的是典型的跨學(xué)科的復(fù)雜問(wèn)題，不僅業(yè)務(wù)內(nèi)容廣泛、性質(zhì)各異，而且許多決策大大依賴(lài)于專(zhuān)家個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)和技巧。另一方面，制造業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的差別也非常顯著，要求CAPP系統(tǒng)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性。依靠傳統(tǒng)的過(guò)程性軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，如利用判定表或判定樹(shù)進(jìn)行工藝決策軟件的設(shè)計(jì)等，以遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工程實(shí)際對(duì)CAPP的需求。而專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)以及其它人工智能技術(shù)在獲取、表達(dá)和處理各種知識(shí)的靈活性和有效性方面給CAPP的發(fā)展帶來(lái)了生機(jī)。目前人工智能技術(shù)已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各種類(lèi)型地CAPP系統(tǒng)之中，還有將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、遺傳算法、模糊理論、黑板推理與實(shí)例推理等方法用于CAPP系統(tǒng)地開(kāi)發(fā)中。8．2．2 工具化通用性問(wèn)題是CAPP面臨地最主要難點(diǎn)之一，也是制約CAPP實(shí)用化與商品化地一個(gè)重要因素。為此，有人提出了CAPP專(zhuān)家系統(tǒng)建造工具（CAPP Expert System Building Tools）的思路，以應(yīng)付生產(chǎn)實(shí)際中變化多端的問(wèn)題，力求使CAPP系統(tǒng)也能像CAD系統(tǒng)那樣具有通用性。工具化思想主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）工藝設(shè)計(jì)的共性與個(gè)性分開(kāi)處理。這個(gè)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是，如何使CAPP系統(tǒng)各工藝設(shè)計(jì)模塊（如推理機(jī)等）與系統(tǒng)所需的工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)（或規(guī)則）完全獨(dú)立，只有解決了這一點(diǎn)，才能使CAPP系統(tǒng)具有通用性。工藝設(shè)計(jì)的共性主要包括：推理控制策略和一些公共算法以通用的、標(biāo)準(zhǔn)化的工藝數(shù)據(jù)與工藝決策知識(shí)；個(gè)性主要包括：與特定加工環(huán)境相關(guān)的工藝數(shù)據(jù)及工藝決策知識(shí)等。前者由系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者完成，即開(kāi)發(fā)者將推理控制策略和一些公用的算法固定于源程序之中，并建立公用工藝數(shù)據(jù)庫(kù)與知識(shí)庫(kù)；后者由用戶根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行擴(kuò)充或修改。這事實(shí)上是一個(gè)用戶二次開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的過(guò)程，從而使系統(tǒng)成為解決特定問(wèn)題的平臺(tái)。（2）工藝決策方式多樣化。系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)是通過(guò)推理機(jī)實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)用實(shí)踐證明，單一的推理策略不能滿足用戶的需求。所以系統(tǒng)應(yīng)能給用戶提供多種工藝設(shè)計(jì)方法，一般的工具化CAPP系統(tǒng)應(yīng)能進(jìn)行基于標(biāo)準(zhǔn)工藝過(guò)程的派生式工藝過(guò)程設(shè)計(jì)，基于邏輯推理算法進(jìn)行決策的生成式工藝過(guò)程設(shè)計(jì)以及基于智能思維決策的智能式工藝過(guò)程設(shè)計(jì)，還能夠進(jìn)行人機(jī)交互設(shè)計(jì)和從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索已有的工藝過(guò)程。（3）具有功能強(qiáng)大、使用方便和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)與知識(shí)庫(kù)管理平臺(tái)。主要包括：①具有友好統(tǒng)一的人機(jī)工作界面；②具有功能強(qiáng)大與便利的數(shù)據(jù)與知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)。以便于用戶對(duì)各種工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)的獲取、表達(dá)、管理與維護(hù)等。（4）個(gè)性化輸出。系統(tǒng)除了可以按標(biāo)準(zhǔn)格式輸出各種工藝文件外，還可以輸出用戶自己定義的文件格式。8．2．3 CAPP 專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具CAPP專(zhuān)家系統(tǒng)不同于一般的診斷型專(zhuān)家系統(tǒng)，是一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)型專(zhuān)家系統(tǒng)。它要求除具有一般專(zhuān)家系統(tǒng)所具備的知識(shí)獲取、推理策略外，還需具有解決在工藝設(shè)計(jì)及決策中特殊知識(shí)的獲取和描述，如零件信息（幾何拓?fù)湫畔?、工藝信息、檢測(cè)信息、表面質(zhì)量信息等）的獲取和表示、加工資源信息（設(shè)備及工具、人員及技術(shù)水平等）的獲取和表示，以及圖形、NC加工指令、加工過(guò)程仿真的表示與生成。如果不借助專(zhuān)用生成工具，要想建立一個(gè)實(shí)用的工藝過(guò)程設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)是需要花費(fèi)大量的人力、物力及需較長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)周期。隨著專(zhuān)家系統(tǒng)在機(jī)械制造生產(chǎn)過(guò)程中的廣泛應(yīng)用，CAPP專(zhuān)家系統(tǒng)的需求日益加大。為了縮短專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期，國(guó)內(nèi)外研制了多種類(lèi)型的專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，從不同的層次、不同角度解決專(zhuān)家系統(tǒng)中的共性問(wèn)題，如知識(shí)表達(dá)方法、知識(shí)獲取、知識(shí)檢驗(yàn)、知識(shí)求解和推理解釋等，使開(kāi)發(fā)者把主要精力集中在知識(shí)選取和整理方面，建立相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)，較少地考慮甚至不考慮專(zhuān)家系統(tǒng)中地其它問(wèn)題。8．2．3．1 專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的類(lèi)型從功能方面來(lái)分，目前地專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具可分為三類(lèi)，即骨架型、通用型和輔助型工具系統(tǒng)。（1）骨架型工具這類(lèi)工具是從被實(shí)踐證明了有實(shí)用價(jià)值地專(zhuān)家系統(tǒng)中，抽出了實(shí)際領(lǐng)域的知識(shí)背景并保留了系統(tǒng)中推理機(jī)的結(jié)構(gòu)而形成的一類(lèi)工具。這類(lèi)工具由于知識(shí)描述的方式以及推理機(jī)制和控制策略均保留不變，實(shí)時(shí)應(yīng)變能力差。因?yàn)獒槍?duì)性太強(qiáng)、適應(yīng)性差，故推廣應(yīng)用受到較大的局限性，如MYCIN、EXPERT和PC等就屬于這類(lèi)工具。（2）通用型工具這一類(lèi)工具是根據(jù)專(zhuān)家系統(tǒng)的不同應(yīng)用領(lǐng)域和人工智能活動(dòng)的特性研制出來(lái)的、適用開(kāi)發(fā)多種類(lèi)型專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具。、PCEST、Prolog、OPS5等屬于這類(lèi)工具，它實(shí)際上可以認(rèn)為是個(gè)語(yǔ)言環(huán)境。其缺點(diǎn)是領(lǐng)域?qū)＜也灰资褂茫膊灰渍莆掌涑绦蛟O(shè)計(jì)技巧。使用這類(lèi)開(kāi)發(fā)工具研制實(shí)用化、商品化的專(zhuān)家系統(tǒng)時(shí)，特別是針對(duì)某個(gè)具體的應(yīng)用領(lǐng)域時(shí)，需要知識(shí)工程師和領(lǐng)域?qū)＜颐芮信浜?、要做大量的二次開(kāi)發(fā)工作。（3）輔助型工具它是介于前面兩類(lèi)工具之間的工具，它是根據(jù)專(zhuān)家系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)中的知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)和人機(jī)界面這三部分的邏輯功能而設(shè)計(jì)的工具系統(tǒng)。如ADVISE、AGE和RULEMASTER等就屬于這類(lèi)工具。8．2．3．2 CAPP專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的組成一般來(lái)說(shuō)，典型的工藝過(guò)程設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：１）知識(shí)庫(kù)開(kāi)發(fā)和管理工具；２）零件信息獲取工具；３）推理機(jī)；４）解釋部分；５）工藝文件（過(guò)程卡、工序卡、工序圖、工步卡）生成工具；６）工藝數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具；７）數(shù)控加工程序編制工具；８）加工過(guò)程仿真工具。這些工具作為構(gòu)成工藝過(guò)程設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)構(gòu)件庫(kù)中的一個(gè)構(gòu)件可以獨(dú)立地完成其邏輯功能，但作為一個(gè)整體，它們之間又是有關(guān)聯(lián)的，因而統(tǒng)一的信息模型是極重要的，它們?cè)诮y(tǒng)一和協(xié)調(diào)后才能成為一個(gè)整體的開(kāi)發(fā)平臺(tái)或開(kāi)發(fā)環(huán)境。（1）知識(shí)庫(kù)開(kāi)發(fā)和管理工具該工具的任務(wù)是幫助用戶選取知識(shí)、完成建立知識(shí)庫(kù)，對(duì)知識(shí)的靜態(tài)一致性和冗余度檢驗(yàn)，以及對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行管理。知識(shí)的獲取是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工作，是開(kāi)發(fā)專(zhuān)家系統(tǒng)的瓶頸。它的基本功能應(yīng)能提供適用于開(kāi)發(fā)和描述工藝（包括工序及工步）的決策知識(shí)、資源信息、零件描述信息、工藝參數(shù)優(yōu)化運(yùn)算和工藝設(shè)計(jì)規(guī)范數(shù)據(jù)、表格等功能模塊和表達(dá)方式，形成不同類(lèi)型和不同層次的知識(shí)庫(kù)。適用于工藝過(guò)程設(shè)計(jì)方面的知識(shí)表達(dá)方式有框架、產(chǎn)生式規(guī)則、過(guò)程、事實(shí)模型、模糊模型和數(shù)據(jù)庫(kù)等。（2）零件信息獲取工具零件信息的獲取和描述是工藝過(guò)程設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，必須既滿足在集成制造系統(tǒng)中，直接從CAD系統(tǒng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型中獲取信息，又能作為獨(dú)立模塊，對(duì)零件信息進(jìn)行描述，供工藝過(guò)程設(shè)計(jì)時(shí)使用。零件信息應(yīng)該包含幾何拓?fù)湫畔?、工藝及檢測(cè)信息（形面特征及其關(guān)聯(lián)信息、加工精度信息及形位公差信息、表面質(zhì)量）、管理信息等。為了能夠準(zhǔn)確快速而無(wú)誤地描述零件信息，以面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，根據(jù)零件的特征對(duì)零件進(jìn)行分類(lèi)，按類(lèi)別提供相應(yīng)源框架，在對(duì)零件描述時(shí)生成目標(biāo)框架，供各類(lèi)CAPP系統(tǒng)使用。根據(jù)實(shí)際情況，系統(tǒng)應(yīng)提供常用的回轉(zhuǎn)類(lèi)零件信息生成器、箱體類(lèi)零件信息生成器和叉桿類(lèi)類(lèi)零件信息生成器。這類(lèi)知識(shí)的表達(dá)選用框架模型較為適合。（3）設(shè)備及工具、夾具、量具庫(kù)管理工具應(yīng)提供各類(lèi)設(shè)備和工具、夾具、量具的數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理系統(tǒng)。其功能包括：庫(kù)內(nèi)容的增、刪、修改和檢索，方便有效地修改各類(lèi)設(shè)備和工具、夾具、量具及其參數(shù)。對(duì)不同的具體企業(yè)，用戶使用該工具可方便地建立起本單位的設(shè)備庫(kù)、工具庫(kù)、夾具庫(kù)和量具庫(kù)，以便工藝決策和生產(chǎn)調(diào)度時(shí)使用。（4）推理機(jī)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)是經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)、非確定性的決策過(guò)程，其中包括毛坯類(lèi)型及其尺寸、加工方法的選擇、工序和工步?jīng)Q策及工藝路線的生成等等。為了有效地進(jìn)行決策，其推理機(jī)應(yīng)以更靈活地控制策略和多種推理方式相結(jié)合的形式進(jìn)行推理。它具有：1）以元知識(shí)為核心的控制策略，使得控制策略非常靈活。2）模糊推理控制策略。3）正向推理控制策略。4）反向推理控制策略。5）雙向推理（混合推理）控制策略。（5）解釋部分對(duì)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)各階段行為的決策作出明確的解釋?zhuān)杂脩粢子诮邮艿男问秸f(shuō)明必要的推理過(guò)程，回答產(chǎn)生結(jié)論的理由，并能幫助用戶查找系統(tǒng)產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)論的原因，幫助用戶建立系統(tǒng)、調(diào)試系統(tǒng)，而且可以對(duì)缺乏領(lǐng)域知識(shí)的用戶起到傳授知識(shí)的作用。（6） 工藝文件（工序卡、工序圖、工步卡）生成工具經(jīng)過(guò)推理機(jī)求解后產(chǎn)生出來(lái)的工藝設(shè)計(jì)信息，作為中間結(jié)果存在系統(tǒng)中，以便用戶形成特定格式要求的工藝過(guò)程卡、工序卡、工序圖和工步卡。該工具提供的功能有：1）識(shí)別推理機(jī)產(chǎn)生的中間結(jié)果信息。2）提供工藝卡表格設(shè)計(jì)功能，自動(dòng)或交互式生成標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)工藝文件格式，并將推理得到的結(jié)論添如表中，產(chǎn)生適用于本單位的工藝文件。3）提供工序圖生成模塊，按不同類(lèi)型的零件，用相應(yīng)的方式表示和生成工序圖。4）工藝文件輸出模塊。它具有各種工藝文件的打印功能及工序圖的繪制功能。（7） 數(shù)控加工程序編制模塊隨著數(shù)控加工設(shè)備的廣泛應(yīng)用，數(shù)控程序的編制也越來(lái)越受到重視，特別是在集成制造系統(tǒng)中，數(shù)控程序的自動(dòng)編制是不可缺少的部分，其功能有：1）根據(jù)工步?jīng)Q策能自動(dòng)生成NC加工程序。2）NC加工程序必須適應(yīng)于常用的NC系統(tǒng)，對(duì)于某些機(jī)床的特殊要求，必須提供較方便的接口，以便擴(kuò)充后適應(yīng)其需要。3）為加工過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真提供必要的數(shù)據(jù)。4）對(duì)自動(dòng)生成的NC加工程序進(jìn)行語(yǔ)義、語(yǔ)法檢查，并對(duì)其加工過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，以檢驗(yàn)該程序的正確性。（8） 加工過(guò)程仿真模塊加工過(guò)程仿真是一項(xiàng)十分重要的工作，通過(guò)仿真，可以檢查零件的加工過(guò)程中可能存在的不合理現(xiàn)象和可能出現(xiàn)的干涉和碰撞現(xiàn)象，并用圖形方式結(jié)合工藝參數(shù)顯示，形象直觀地仿真零件的加工過(guò)程。8．2．3．3 CAPP 專(zhuān)家系統(tǒng)的生成策略基本出發(fā)點(diǎn)是根據(jù)機(jī)械加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和領(lǐng)域?qū)＜业囊?，提供面向生成?shí)用專(zhuān)家系統(tǒng)的“構(gòu)件庫(kù)”，由用戶根據(jù)本企業(yè)的生產(chǎn)條件和資源，選