王國勇 江西理工大學(xué)南昌校區(qū)

基于模糊綜合評(píng)判的CAPP系統(tǒng)工藝決策過程研究

王國勇 江西理工大學(xué)南昌校區(qū)

本文通過對(duì)CAPP系統(tǒng)工藝決策過程中的不確定性問題進(jìn)行分析，利用分層推理方法對(duì)工藝決策過程分解成多個(gè)子模塊進(jìn)行求解，應(yīng)用模糊綜合評(píng)判方法對(duì)工藝決策過程進(jìn)行優(yōu)化決策，并建立相應(yīng)的模糊評(píng)判模型，通過模糊綜合評(píng)判，實(shí)現(xiàn)了CAPP系統(tǒng)工藝決策工程的智能化。

CAPP；分層推理；模糊工藝決策

引言

工藝決策指生成零件的工藝路線或工藝過程，即如何生成零件的加工順序以及工序與工步的次序，是CAPP系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。作為CAPP主要任務(wù)之一，工藝決策過程受到產(chǎn)品或零件的類型、幾何形狀、加工要求、材料類型、毛坯形狀、熱處理要求、零件的加工方式(不論是普通機(jī)床加工還是數(shù)控機(jī)床加工等)、定位裝夾方式、工序集中與分散程度等諸多因素影響。其約束復(fù)雜、經(jīng)驗(yàn)性和個(gè)性強(qiáng)、隨機(jī)性大，而且許多決策都依賴于專家的經(jīng)驗(yàn)和技巧；同時(shí)制造業(yè)在生產(chǎn)環(huán)境方面的差別比較大，決策結(jié)果必須具有很強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性；CAPP依靠計(jì)算機(jī)，只能是有順序、有條理地按一定程序解決問題，因而工藝設(shè)計(jì)過程對(duì)工藝結(jié)果的修訂任務(wù)繁重，編排的工藝路線往往不一定是最佳方案?？傊に嚊Q策是工藝師邏輯決策和創(chuàng)造性思維綜合作用的過程，能否既考慮大量不確定的制約因素又在多種合理結(jié)論中做出最優(yōu)選擇，同時(shí)還具有一定的動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力，是工藝決策智能化的關(guān)鍵內(nèi)容，也是CAPP系統(tǒng)智能化的主要方面。隨著人們對(duì)不確定性理論的深入研究以及人工智能技術(shù)的發(fā)展，探索將不確定性研究理論用于產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)，利用人工智能技術(shù)的研究成果和應(yīng)用信息化手段來解決這些不確定性問題成為可能。

本文主要就影響工藝決策各個(gè)因素進(jìn)行分析，并據(jù)此建立了基于模糊評(píng)判的工藝決策過程理論模型，并對(duì)此理論模型進(jìn)行求解，從而在創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工藝決策過程的智能化。

1. 工藝決策中的不確定性問題分析

CAPP系統(tǒng)中工藝決策過程可以劃分為多種類型，即計(jì)算決策、邏輯決策、選擇決策和創(chuàng)造性決策。根據(jù)決策過程的不確定因素分如下幾個(gè)方面加以討論：

（1）制造資源的多樣性和動(dòng)態(tài)性約束

制造資源在機(jī)械加工生產(chǎn)中主要有機(jī)床、工裝、刀具和其他輔助生產(chǎn)材料。制造資源的多樣性是指機(jī)床有不同型號(hào)，工裝和刀具有不同種類，不同型號(hào)的機(jī)床需要不同類型的工裝和刀具等。

（2）零件特征的加工方法和加工順序的非唯一性

零件特征加工方法是非唯一的。零件的形狀特征類型不同，加工方法就不同；同一類型形狀特征，由于其尺寸、精度、粗糙度和材料不同，其加工方法也不同。一般每一特征所對(duì)應(yīng)的加工方法有多個(gè)，零件特征加工順序是非唯一的。零件特征加工順序不是任意排列組合，它涉及工藝設(shè)計(jì)人員的習(xí)慣、經(jīng)驗(yàn)以及零件特征之間的幾何約束關(guān)系。

（3）工藝設(shè)計(jì)原則多態(tài)性和復(fù)雜性

粗、精加工工序集中或分散，相似工序合并或分散等如何選定、程度如何等都是模糊的工藝設(shè)計(jì)原則。另外，數(shù)控加工或普通機(jī)床上加工原則也會(huì)有些不同。

零件特征類型、加工方法和制造資源之間的關(guān)系都是n:n的關(guān)系，即多對(duì)多的關(guān)系，一種特征對(duì)應(yīng)多種加工方法，一種加工方法可加工多種特征；一種加工方法可能對(duì)應(yīng)多種制造資源組合，一種制造資源組合可應(yīng)用于多種方法中，這些復(fù)雜因素和關(guān)系構(gòu)成工藝決策結(jié)果的不確定性[4]。

2.工藝決策模型的建立

工藝決策過程是一個(gè)多層次、多任務(wù)的復(fù)雜推理過程，本文采用分級(jí)推理的方法[2]，將整個(gè)工藝決策過程分解成多個(gè)子模塊進(jìn)行求解，工藝規(guī)程的整體生成一般可以分為以下幾個(gè)模塊：特征種類評(píng)判模塊、定位裝夾方式選擇模塊、加工方法選擇模塊、工序集中分散判斷模塊、加工方法判斷模塊、工步排序決策模塊（如圖1所示）。工藝決策推理過程為：系統(tǒng)調(diào)用零件CAD圖，采用特征抽取技術(shù)，將零件按主、輔特征信息存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中；確定定位裝夾方案；然后運(yùn)用知識(shí)推理技術(shù)，通過對(duì)零件特征優(yōu)先順序的推理得到零件特征關(guān)系層次圖；確定工藝集中與分散程度；以零件表面關(guān)系層次圖和設(shè)備知識(shí)庫為條件，匯總得出多種可選加工方案；對(duì)通過模糊綜合評(píng)判得出最優(yōu)工藝規(guī)程。系統(tǒng)的模糊綜合評(píng)判工藝決策模塊是工藝決策的中樞系統(tǒng)，包含著各種不同的推理策略和算法，應(yīng)用分級(jí)推理策略控制著工藝決策的推理進(jìn)程和子任務(wù)的工作方式，同時(shí)合理管理著推理所用的知識(shí)和數(shù)據(jù)；定位方案、工序集中與分散程度、工藝方案等推理決策通過模糊綜合評(píng)判判決影響因素和決策結(jié)果[3]。

3.模糊決策控制模型的建立[5]

由于工藝決策問題復(fù)雜，需考慮的因素眾多且難以進(jìn)行定量計(jì)算與分析，故考慮采用模糊數(shù)學(xué)中的模糊綜合評(píng)判進(jìn)行定量分析、專家打分進(jìn)行定性推理相結(jié)合來解決這一問題。綜合評(píng)判是人類一種重要的智力活動(dòng)。它對(duì)某一事物根據(jù)多種因素(或多個(gè)評(píng)判者)分別給出的評(píng)判結(jié)果歸納出一個(gè)綜合各因素的評(píng)判結(jié)果。應(yīng)用綜合模糊評(píng)判法的主要步驟如下。

1.建立評(píng)判矩陣

設(shè)U和V是兩個(gè)有限論域 U={u1,u2,u3,u4,u5}，V={v1,v2,v3,v4}

其中，U={u1,u2,u3,u4,u5}為評(píng)判因素集，u1工藝成本子因素集，u2生產(chǎn)效率子因素集，u3代表成品合格率子因素集,u4代表工藝路線子因素集，u5代表配套技術(shù)水平子因素集；設(shè)V={v1,v2,v3,v4}為可選工藝決策方案集。（備擇集是評(píng)判者對(duì)評(píng)判對(duì)象可能做出的各種評(píng)判結(jié)果所組成的集合。對(duì)文中的u1、u2、u3可以分別用{好,較好,一般,較差,差}、{優(yōu),良好,中,一般,差}等指標(biāo)來進(jìn)行評(píng)價(jià)。本文將u1、u2、u3的評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)一為一個(gè)備擇集 V={優(yōu),良,中,合格,差}={v1,v2,v3,v4,v5} 。）

工藝決策時(shí)，某評(píng)判因素對(duì)工藝方案的影響判斷可用定義在V上的隸屬函數(shù)來表示，即{ei1/v1,ei2/v2,…eim/vm}，0≤eij≤1.

構(gòu)造評(píng)判矩陣如下：

2.建立權(quán)重集

工藝規(guī)程在制定時(shí)，某評(píng)判因素對(duì)工藝規(guī)程確定的影響判斷用定義在A上的權(quán)重函數(shù)來表示，即A={a1,a2,a3,a4,a5}，且各權(quán)重應(yīng)滿足歸一性和非負(fù)性條件即，。本文采用加權(quán)統(tǒng)計(jì)法來確定各影響因素的權(quán)重，根據(jù)專家和有經(jīng)驗(yàn)的工藝人員的選擇確定最合適的權(quán)重分配，然后用加權(quán)統(tǒng)計(jì)法求出權(quán)重A。

3. 綜合評(píng)判過程

對(duì)方案進(jìn)行綜合評(píng)判，結(jié)果可用定義在V上的模糊集Y={y1,y2,y3,…ym}來表示，且Y=AE，若yk=max(yi),則表示第k中工藝決策方案為綜合評(píng)判結(jié)果。

4.結(jié)束語

CAPP系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的決策過程，本文將分級(jí)推理方法和模糊綜合評(píng)判推理相結(jié)合，將工藝決策過程分解成多個(gè)子模塊求解，通過模糊綜合評(píng)判，優(yōu)選出各層次子模塊的工藝決策信息，實(shí)現(xiàn)一定程度上的CAPP工藝決策的智能化。

[1] 程光耀，孫厚芳，等.基于黑板推理與分層規(guī)劃的模糊工藝決策模型.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù).2003

[2] 蔡改貧，王國勇.分級(jí)推理方法在工藝流程創(chuàng)成中的應(yīng)用.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2008.5

[3] 邵新宇，蔡力鋼.現(xiàn)代CAPP技術(shù)與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004

[4] 黃敬華，李璋，張國軍.CAPP中工藝決策不確定性問題研究.機(jī)械制造.2004.8

[5] 蔡改貧，等.機(jī)械加工工藝的模糊評(píng)判.現(xiàn)代制造工程.2003.2

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.080