【文章內(nèi)容簡介】 定的 Ri 進行資源優(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，求解問題的關鍵是實現(xiàn)特定 Ri 的資源優(yōu)化配置，以下重點討論資源優(yōu)化配置。2）資源優(yōu)化配置模型①目標函數(shù)資源優(yōu)化配置的目標就是對特定的工藝路線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優(yōu)化模型。設決策變量為，對于工藝單元 Rij，如果選擇第 k 個制造資源則為1，否則為0。優(yōu)化的目標函數(shù)分為時間目標函數(shù)和成本目標函數(shù)。（a）時間目標函數(shù)零件 p 的總時間包括零件的生產(chǎn)時間、零件生產(chǎn)過程中相鄰工序的運輸時間和排隊等待時間3部分。對于零件 p 的工藝路線 Ri，其總時間為:式中，Tpi 為零件 p 工藝路線 Ri 的總時間， 為 Rij 在第 k 個制造單元上的生產(chǎn)時間，公為 Rij 在第 k 個制造單元上的排隊等待時間，為從 Rij 到 Ri(j+l )的運輸時間。零件是產(chǎn)品的一部分，延期交貨將會影響到產(chǎn)品的裝配并最終影響產(chǎn)品的交貨期，而提前交貨又會增加庫存成本，因此時間目標函數(shù)必須考慮延期交貨與提前交貨的懲罰量。據(jù)此，有必要將時間目標函數(shù)轉化為使零件提前/拖期完工的懲罰最小，即時間目標函數(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)過程中相鄰工序的運輸成本兩部分。對于零件p的工藝路線R。，其總成本為:、 n . 1 m 0..C， 一 習 習xc +習藝 }(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個制造單元上的生產(chǎn)成本，心為零件從R。到尺(j+l，的運輸成本。成本目標函數(shù)是要使總成本最小，即成本目標函數(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作為實際的加工資源。(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)化模型是多目標優(yōu)化，在求解時通常采用權重法，將多目標轉化為單目標，即mi nf = a X f , + a X C , 。式中，.f為零件p加工路線R‘的加權值，a和Q分別為零件提前/拖期完工懲罰量和成本的權重系數(shù)。該模 型 可 用遺傳算法進行求解〔ss7，限于篇幅，求解過程從略。 智能化與工具化8．2．1 智能化CAPP所涉及的是典型的跨學科的復雜問題，不僅業(yè)務內(nèi)容廣泛、性質(zhì)各異，而且許多決策大大依賴于專家個人的經(jīng)驗、技術和技巧。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)具有很強的適應性和靈活性。依靠傳統(tǒng)的過程性軟件設計技術，如利用判定表或判定樹進行工藝決策軟件的設計等，以遠遠不能滿足工程實際對CAPP的需求。而專家系統(tǒng)技術以及其它人工智能技術在獲取、表達和處理各種知識的靈活性和有效性方面給CAPP的發(fā)展帶來了生機。目前人工智能技術已越來越廣泛地應用于各種類型地CAPP系統(tǒng)之中，還有將人工神經(jīng)網(wǎng)絡理論、遺傳算法、模糊理論、黑板推理與實例推理等方法用于CAPP系統(tǒng)地開發(fā)中。8．2．2 工具化通用性問題是CAPP面臨地最主要難點之一，也是制約CAPP實用化與商品化地一個重要因素。為此，有人提出了CAPP專家系統(tǒng)建造工具（CAPP Expert System Building Tools）的思路，以應付生產(chǎn)實際中變化多端的問題，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)在以下幾個方面：（1）工藝設計的共性與個性分開處理。這個問題的實質(zhì)是，如何使CAPP系統(tǒng)各工藝設計模塊（如推理機等）與系統(tǒng)所需的工藝數(shù)據(jù)與知識（或規(guī)則）完全獨立，只有解決了這一點，才能使CAPP系統(tǒng)具有通用性。工藝設計的共性主要包括：推理控制策略和一些公共算法以通用的、標準化的工藝數(shù)據(jù)與工藝決策知識；個性主要包括：與特定加工環(huán)境相關的工藝數(shù)據(jù)及工藝決策知識等。前者由系統(tǒng)開發(fā)者完成，即開發(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)庫與知識庫；后者由用戶根據(jù)實際需要進行擴充或修改。這事實上是一個用戶二次開發(fā)系統(tǒng)的過程，從而使系統(tǒng)成為解決特定問題的平臺。（2）工藝決策方式多樣化。系統(tǒng)的工藝設計是通過推理機實現(xiàn)的。應用實踐證明，單一的推理策略不能滿足用戶的需求。所以系統(tǒng)應能給用戶提供多種工藝設計方法，一般的工具化CAPP系統(tǒng)應能進行基于標準工藝過程的派生式工藝過程設計，基于邏輯推理算法進行決策的生成式工藝過程設計以及基于智能思維決策的智能式工藝過程設計，還能夠進行人機交互設計和從數(shù)據(jù)庫中檢索已有的工藝過程。（3）具有功能強大、使用方便和統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)與知識庫管理平臺。主要包括：①具有友好統(tǒng)一的人機工作界面；②具有功能強大與便利的數(shù)據(jù)與知識庫管理系統(tǒng)。以便于用戶對各種工藝數(shù)據(jù)與知識的獲取、表達、管理與維護等。（4）個性化輸出。系統(tǒng)除了可以按標準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 專家系統(tǒng)開發(fā)工具CAPP專家系統(tǒng)不同于一般的診斷型專家系統(tǒng)，是一個復雜的設計型專家系統(tǒng)。它要求除具有一般專家系統(tǒng)所具備的知識獲取、推理策略外，還需具有解決在工藝設計及決策中特殊知識的獲取和描述，如零件信息（幾何拓撲信息、工藝信息、檢測信息、表面質(zhì)量信息等）的獲取和表示、加工資源信息（設備及工具、人員及技術水平等）的獲取和表示，以及圖形、NC加工指令、加工過程仿真的表示與生成。如果不借助專用生成工具，要想建立一個實用的工藝過程設計專家系統(tǒng)是需要花費大量的人力、物力及需較長的開發(fā)周期。隨著專家系統(tǒng)在機械制造生產(chǎn)過程中的廣泛應用，CAPP專家系統(tǒng)的需求日益加大。為了縮短專家系統(tǒng)開發(fā)周期，國內(nèi)外研制了多種類型的專家系統(tǒng)開發(fā)工具，從不同的層次、不同角度解決專家系統(tǒng)中的共性問題，如知識表達方法、知識獲取、知識檢驗、知識求解和推理解釋等，使開發(fā)者把主要精力集中在知識選取和整理方面，建立相應的知識庫，較少地考慮甚至不考慮專家系統(tǒng)中地其它問題。8．2．3．1 專家系統(tǒng)開發(fā)工具的類型從功能方面來分，目前地專家系統(tǒng)開發(fā)工具可分為三類，即骨架型、通用型和輔助型工具系統(tǒng)。（1）骨架型工具這類工具是從被實踐證明了有實用價值地專家系統(tǒng)中，抽出了實際領域的知識背景并保留了系統(tǒng)中推理機的結構而形成的一類工具。這類工具由于知識描述的方式以及推理機制和控制策略均保留不變，實時應變能力差。因為針對性太強、適應性差，故推廣應用受到較大的局限性，如MYCIN、EXPERT和PC等就屬于這類工具。（2）通用型工具這一類工具是根據(jù)專家系統(tǒng)的不同應用領域和人工智能活動的特性研制出來的、適用開發(fā)多種類型專家系統(tǒng)的開發(fā)工具。、PCEST、Prolog、OPS5等屬于這類工具，它實際上可以認為是個語言環(huán)境。其缺點是領域專家不易使用，也不易掌握其程序設計技巧。使用這類開發(fā)工具研制實用化、商品化的專家系統(tǒng)時，特別是針對某個具體的應用領域時，需要知識工程師和領域專家密切配合、要做大量的二次開發(fā)工作。（3）輔助型工具它是介于前面兩類工具之間的工具，它是根據(jù)專家系統(tǒng)基本結構中的知識庫、推理機和人機界面這三部分的邏輯功能而設計的工具系統(tǒng)。如ADVISE、AGE和RULEMASTER等就屬于這類工具。8．2．3．2 CAPP專家系統(tǒng)開發(fā)工具的組成一般來說，典型的工藝過程設計專家系統(tǒng)開發(fā)工具應該包括以下幾個方面的內(nèi)容：１）知識庫開發(fā)和管理工具；２）零件信息獲取工具；３）推理機；４）解釋部分；５）工藝文件（過程卡、工序卡、工序圖、工步卡）生成工具；６）工藝數(shù)據(jù)庫管理工具；７）數(shù)控加工程序編制工具；８）加工過程仿真工具。這些工具作為構成工藝過程設計專家系統(tǒng)構件庫中的一個構件可以獨立地完成其邏輯功能，但作為一個整體，它們之間又是有關聯(lián)的，因而統(tǒng)一的信息模型是極重要的，它們在統(tǒng)一和協(xié)調(diào)后才能成為一個整體的開發(fā)平臺或開發(fā)環(huán)境。（1）知識庫開發(fā)和管理工具該工具的任務是幫助用戶選取知識、完成建立知識庫，對知識的靜態(tài)一致性和冗余度檢驗，以及對知識庫進行管理。知識的獲取是一項極其復雜的工作，是開發(fā)專家系統(tǒng)的瓶頸。它的基本功能應能提供適用于開發(fā)和描述工藝（包括工序及工步）的決策知識、資源信息、零件描述信息、工藝參數(shù)優(yōu)化運算和工藝設計規(guī)范數(shù)據(jù)、表格等功能模塊和表達方式，形成不同類型和不同層次的知識庫。適用于工藝過程設計方面的知識表達方式有框架、產(chǎn)生式規(guī)則、過程、事實模型、模糊模型和數(shù)據(jù)庫等。（2）零件信息獲取工具零件信息的獲取和描述是工藝過程設計專家系統(tǒng)中很重要的一個環(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，又能作為獨立模塊，對零件信息進行描述，供工藝過程設計時使用。零件信息應該包含幾何拓撲信息、工藝及檢測信息（形面特征及其關聯(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。為了能夠準確快速而無誤地描述零件信息，以面向對象的技術，根據(jù)零件的特征對零件進行分類，按類別提供相應源框架，在對零件描述時生成目標框架，供各類CAPP系統(tǒng)使用。根據(jù)實際情況，系統(tǒng)應提供常用的回轉類零件信息生成器、箱體類零件信息生成器和叉桿類類零件信息生成器。這類知識的表達選用框架模型較為適合。（3）設備及工具、夾具、量具庫管理工具應提供各類設備和工具、夾具、量具的數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)。其功能包括：庫內(nèi)容的增、刪、修改和檢索，方便有效地修改各類設備和工具、夾具、量具及其參數(shù)。對不同的具體企業(yè)，用戶使用該工具可方便地建立起本單位的設備庫、工具庫、夾具庫和量具庫，以便工藝決策和生產(chǎn)調(diào)度時使用。（4）推理機工藝過程設計是經(jīng)驗性很強、非確定性的決策過程，其中包括毛坯類型及其尺寸、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。為了有效地進行決策，其推理機應以更靈活地控制策略和多種推理方式相結合的形式進行推理。它具有：1）以元知識為核心的控制策略，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）解釋部分對工藝過程設計各階段行為的決策作出明確的解釋，以用戶易于接受的形式說明必要的推理過程，回答產(chǎn)生結論的理由，并能幫助用戶查找系統(tǒng)產(chǎn)生錯誤結論的原因，幫助用戶建立系統(tǒng)、調(diào)試系統(tǒng)，而且可以對缺乏領域知識的用戶起到傳授知識的作用。（6） 工藝文件（工序卡、工序圖、工步卡）生成工具經(jīng)過推理機求解后產(chǎn)生出來的工藝設計信息，作為中間結果存在系統(tǒng)中，以便用戶形成特定格式要求的工藝過程卡、工序卡、工序圖和工步卡。該工具提供的功能有：1）識別推理機產(chǎn)生的中間結果信息。2）提供工藝卡表格設計功能，自動或交互式生成標準或非標準工藝文件格式，并將推理得到的結論添如表中，產(chǎn)生適用于本單位的工藝文件。3）提供工序圖生成模塊，按不同類型的零件，用相應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)控加工設備的廣泛應用，數(shù)控程序的編制也越來越受到重視，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策能自動生成NC加工程序。2）NC加工程序必須適應于常用的NC系統(tǒng)，對于某些機床的特殊要求，必須提供較方便的接口，以便擴充后適應其需要。3）為加工過程動態(tài)仿真提供必要的數(shù)據(jù)。4）對自動生成的NC加工程序進行語義、語法檢查，并對其加工過程進行動態(tài)仿真，以檢驗該程序的正確性。（8） 加工過程仿真模塊加工過程仿真是一項十分重要的工作，通過仿真，可以檢查零件的加工過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，并用圖形方式結合工藝參數(shù)顯示，形象直觀地仿真零件的加工過程。8．2．3．3 CAPP 專家系統(tǒng)的生成策略基本出發(fā)點是根據(jù)機械加工工藝過程設計的特點和領域專家的要求，提供面向生成實用專家系統(tǒng)的“構件庫”，由用戶根據(jù)本企業(yè)的生產(chǎn)條件和資源，選