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1、计算机辅助工艺设计1第五讲第五讲工艺数据库与知识库工艺数据库与知识库计算机辅助工艺设计21.数据库基础知识数据库基础知识1)1)数数据据：是是一一种种物物理理符符号号序序列列，用用来来记记录录事事物的情况物的情况。数数据据用用类类型型和和值值来来表表示示。不不同同的的数数据据类类型型记记录录的的事事物物性性质质不一样。不一样。2)数数据据处处理理：是是对对数数据据进进行行收收集集、整整理理、存存储储、检检索索、统统计计、维维护护和和传传输输等等一一系系列列活活动的总称。动的总称。数数据据处处理理目目的的是是为为了了从从大大量量的的、繁繁杂杂的的、不不易易理理解解的的数数据据中中抽抽取取、获获得
2、得对对某某些些方方面面有有价价值值、有有意意义义的的数数据据，为为进进一一步的生产与社会活动提供决策的依据。步的生产与社会活动提供决策的依据。计算机辅助工艺设计33)信息：经过加工的数据。信息：经过加工的数据。所所有有的的信信息息都都是是数数据据，而而只只有有经经过过提提炼炼和和抽抽象象之之后后具具有有使使用用价价值值的的数数据据才才能能成成为为信信息息。经经过过加加工工所所得得到到的的信信息息仍仍然然以以数数据据的的形形式式出出现现，些些时时的的数数据据是是信信息息的的载载体体，是是人人们们认认识信息的一种媒介。识信息的一种媒介。计算机辅助工艺设计44)数数据据库库（DataBase）：是是
3、按按照照一一定定的的规规则则相相互互关关联联数数据据的的集集合合。它它是是用用来来反反映映各各类类实物的属性的数据。实物的属性的数据。5)数数据据库库管管理理系系统统(DBMSDataBaseManagementSystem)：是是能能够够用用来来建建立立数数据据库库，完完成成数数据据库库的的维维护护、管管理理等等操操作作，并能够帮助用户方便地使用数据库的软件。并能够帮助用户方便地使用数据库的软件。*计算机辅助工艺设计5数数据据库库系系统统是是由由计计算算机机软软、硬硬件件资资源源组组成成的的系系统统，它它实实现现了了有有组组织织地地、动动态态地地存存储储大大量量关关联联数数据据，方便多用户访
4、问。方便多用户访问。有有效效地地组组织织数数据据，即即对对数数据据进进行行合合理理设设计计，以以便便计计算算机存取；机存取；方便地将数据输入到计算机中；方便地将数据输入到计算机中；根据用户的要求将数据从计算机中抽取出来。根据用户的要求将数据从计算机中抽取出来。数数据据库库技技术术的的应应用用范范围围是是相相当当广广泛泛的的。如如：学学生生的的学学籍籍数数据据库库和和图图书书馆馆的的图图书书数数据据库库，这这其其中中都都包包含含了了一一些些相相关关的的数数据据信信息息，可可以以很很方方便便进进行行检检索和充分、有效地使用这些数据资源。索和充分、有效地使用这些数据资源。计算机辅助工艺设计66)数据
5、库的分类：数据库的分类：按按数数据据的的组组织织与与管管理理方方式式来来分分常常见见的的数数据据模模型型有有三三种种：关系模型、层次模型 和 网络模型，根根据据这这三三种种数数据据模模型型建建立立的的数数据据库库分分别别为为关关系系型型数数据据库库、层层次次型型数数据据库库和和网网络型数据库。络型数据库。*计算机辅助工艺设计7关关系系模模型型 是目前最为流行的一种数据模型，用二维表格结构表示实体集，关键码(关键字段)表示实体间的联系，所有的数据都是这张二维表中的元素。如：位于第二行第五列的是张斌的考试成绩。学号学号姓名姓名性别性别出生时期出生时期考试成绩考试成绩简历简历981201981201
6、姚志洵姚志洵女女81.10.1581.10.15598.0598.0973110973110张斌张斌男男80.12.3080.12.30550.5550.5981202981202王琪王琪男男80.05.1880.05.18590.0590.0982105982105谭红京谭红京男男80.11.3080.11.30573.5573.5关系型数据库管理系统有很多种：Sybase、FoxPro、Oracle、SQL server等。*计算机辅助工艺设计87)数据库的特点数据结构化，适于表示相互间的多种联系；数据结构化，适于表示相互间的多种联系；数据独立性，可以独立于程序；数据独立性，可以独立于程序
7、；数据共享、减少冗余，提高信息的利用率；数据共享、减少冗余，提高信息的利用率；*计算机辅助工艺设计92.知识库基础知识知识库基础知识1)知识库的定义：知识库的定义：知识库系统知识库系统（Knowledge Base System）将将AI技技术术引引进进到到传传统统数数据据库库中中，以以改改进进和和扩扩充充数数据据库库的的性性能能和和执执行行效效率率而而形形成成的的新新型数据库系统。型数据库系统。AI（ArtificialIntelligence）：AI是是60年年代代开开始始发发展展起起来来的的一一门门研研究究机机器器智智能能和和智智能能机器的新兴的高科技学科。机器的新兴的高科技学科。*计算
8、机辅助工艺设计102)人 工 智 能 -AI（ArtificialIntelligence）其研究目标是：）其研究目标是：近期目标让让计计算算机机来来模模拟拟人人类类的的各各种种高高级级思思维维活活动动。如如：推推理理、分分析、思考、决策、理解、规划、设计和学习等。析、思考、决策、理解、规划、设计和学习等。远期目标研研究究人人类类智智能能的的基基本本机机理理，探探索索如如何何用用各各种种自自动动机机和和智智能能机机去去模模拟拟人人的的某某些些思思维维和和智智能能行行为为，从从而而揭揭示示人人类类思思维维的的奥秘。奥秘。知识库：借助AI思想，即利用AI思想来研究数据库，从而从管理数据发展到管理知
9、识。*计算机辅助工艺设计113)知识库的特点知识库的特点性能：演绎（推理）能力的扩充演绎（推理）能力的扩充语义知识的引入语义知识的引入知识的获取知识的获取知识和数据的有效组织和管理。知识和数据的有效组织和管理。效率：数据库对用户查询的快速响应与查询优化。数据库对用户查询的快速响应与查询优化。计算机辅助工艺设计12从数据库专家的角度来看：JDUllman：一个知识库系统是具有如下两种特征的逻辑程序设计系统：有一个既作为查询语言又作为宿主语言的描述性语言；支持数据库系统的主要功能。DHWarren：一个知识库系统应该能够有效地处理中等规模的知识库的逻辑程序设计系统。由3000个谓词，3万条规则和3
10、00万个事实组成，总存储容量达30MB从AI专家的角度来看：利用人类所认识的各种知识进行推理、联想、学习和问题求解的智能计算机信息系统。计算机辅助工艺设计134)知识知知识识是是一一种种用用符符号号表表示示的的信信息息，是是知知识识库库系系统统操操纵纵和管理的对象。和管理的对象。首首先先，知知识识是是一一种种信信息息，其其次次，它它可可以以用用一一定定的的符符号号形形式式表表示示出出来来。其其中中信信息息是是知知识识的的内内涵涵与与实实体体，而而符符号号则则是是信信息的外延与形式。息的外延与形式。例：（例：（X2）=2X(数学知识数学知识)例：正方形的四条边长度相等例：正方形的四条边长度相等（
11、完全知识）（完全知识）例：明天可能下雨例：明天可能下雨（不完全知识）（不完全知识）知识与数据是有区别的，但它们又是相互联系和相互补充的。数据用于表示特定实例（事实）的信息，知识则表示一般概念（抽象）的信息。例如：例（数据）：王先生的年龄是45岁。例（知识）：35岁至50岁之间的人是中年人。计算机辅助工艺设计145)知识库是知识的集合，包括：知识库是知识的集合，包括：概概念念事事实实规规则则知知识识库库应应包包括括概概念念、事事实实与与规规则则三三部部分分，缺缺一一不不可可。由由于于概概念念一一般般包包含含在在事事实实内内，因因此此，实实际上知识库中应包括事实与规则两个部分。际上知识库中应包括事
12、实与规则两个部分。计算机辅助工艺设计153.工艺数据库与知识库工艺数据库与知识库工工艺艺数数据据是是指指CAPP系系统统在在工工艺艺设设计计过过程程中中所使用的和产生的数据；所使用的和产生的数据；工工艺艺知知识识是是指指支支持持CAPP系系统统工工艺艺决决策策所所需需的规则。的规则。CAPP系系统统进进行行工工艺艺设设计计时时，一一方方面面要要利利用用系系统统中中存存储储的的工工艺艺数数据据与与知知识识等等信信息息进进行行工工艺艺决决策策，另另一一方方面面还还要要生生成成零零件件的的工工艺艺过过程程文文件件、NC程程序序、刀刀具具清清单单、工工序序图图等等信信息息。即即CAPP系系统统的的工工
13、作作过过程程实实际际上上是是工工艺艺数数据与知识的访问、调用、处理和生成新数据的过程。据与知识的访问、调用、处理和生成新数据的过程。*计算机辅助工艺设计16为为了了满满足足CAPP系系统统的的需需求求，必必须须建建立立工工艺艺数数据据库库与与知知识识库库来来对对数数据据和和知知识识进进行行管管理理和维护。和维护。工工艺艺数数据据库库与与知知识识库库是是CAPP系系统统的的重重要要支支持系统持系统。*计算机辅助工艺设计17工艺知识库工艺知识库CAPP智智能能化化的的基基础础是是建建立立丰丰富富的的工工艺艺知知识识库库，包括以下知识：包括以下知识：1.制制造造资资源源知知识识：有有关关机机床床设设
14、备备、工工艺艺装装备备、材材料料等等多方面的知识。多方面的知识。2.制制造造对对象象知知识识：有有关关产产品品、零零件件、毛毛坯坯等等方方面面的的知知识。识。3.制制造造工工艺艺知知识识：有有关关工工艺艺方方法法、典典型型工工艺艺、加加工工参参数及各类相关的工程数及各类相关的工程/工艺标准规范等方面的知识。工艺标准规范等方面的知识。4.工工艺艺决决策策知知识识：有有关关工工艺艺决决策策方方法法与与过过程程等等方方面面的的知识。知识。*计算机辅助工艺设计18*计算机辅助工艺设计194.工艺数据与知识的种类和特点工艺数据与知识的种类和特点1)工艺数据与知识的种类工艺数据与知识的种类工艺数据分为静态
15、和动态两类。工艺数据分为静态和动态两类。静静态态工工艺艺数数据据主主要要是是指指工工艺艺设设计计手手册册上上已已经经标标准准化化和和规规范范了了的的工工艺艺数数据据，以以及及标标准准工工艺艺规规程程等等。静静态态工工艺艺数数据据一一般般由由加加工工材材料料数数据据、加加工工数数据据、机机床床数数据据、刀刀具具数数据据、量量夹夹具具数数据据、标标准准工工艺艺规规程程数数据据、成成组组分分类类特特征征数数据据以以及及已已输输入入计计算算机机的的零零件件信信息息和和对对应应的的最最终终工工艺艺规规程程等等组组成成。且且常常采采用用表表格格、线线图图、公公式式、图图形形及格式化文本表示。及格式化文本表
16、示。动动态态工工艺艺数数据据则则主主要要指指在在工工艺艺规规划划过过程程中中产产生生的的相相关关信信息息，如如中中间间过过程程数数据据、零零件件图图形形数数据据、工工序序图图形形数数据、工件工艺规程、据、工件工艺规程、NC代码等。代码等。计算机辅助工艺设计20工工艺艺知知识识主主要要分分为为选选择择性性规规则则和和决决策策性性规规则两大类。则两大类。选选择择性性规规则则主主要要有有加加工工方方法法选选择择规规责责、基基准准选选择择规规则则、设设备备与与工工艺艺选选择择规规则则、切切削削用用量量选选择择规规则则、余余量量选选择择规则、毛坯选择规则等等。规则、毛坯选择规则等等。决决策策性性规规则则
17、主主要要有有加加工工方方法法排排序序规规则则（包包括括工工序序排排序序和和工工步步排排序序规规则则）、实实例例或或样样件件筛筛选选（推推理理）规规则则、工工艺艺规规程程修修正正规规则则、工工序序图图生生成成规规则则、工工序序尺尺寸寸标标注注规则等。规则等。计算机辅助工艺设计212)工艺数据与知识的特点工艺数据与知识的特点数数据据类类型型复复杂杂：工工艺艺数数据据与与知知识识涉涉及及到到关关系系数数据据库库中中所所没没有有的的变变长长数数据据、非非结结构构化化数数据据、具具有有复复杂杂关关联联关关系的数据、过程数据以及图形数据等。系的数据、过程数据以及图形数据等。动动态态的的数数据据模模式式：动
18、动态态工工艺艺数数据据是是在在工工艺艺设设计计过过程程中中由各个问题求解行为所产生的中间及最终设计结果。由各个问题求解行为所产生的中间及最终设计结果。计算机辅助工艺设计22数数据据结结构构复复杂杂：工工艺艺数数据据的的复复杂杂数数据据类类型型及及动动态态数数据据模模式式的的特特点点，又又导导致致了了其其数数据据结结构构的的复复杂杂及及实实现现上上的的困困难难。虽虽然然局局部部工工艺艺数数据据可可采采用用常常用用的的线线性性表表、树树结结构构、链链表表结结构构等等来来实实现现，但但全全局局工工艺艺数数据据涉涉及及到到复复杂杂的的树树状状、网网状状和和图图状的结构。状的结构。计算机辅助工艺设计23
19、3)工艺数据与知识的获取与表达工艺数据与知识的获取与表达工艺数据与知识的获取：工艺数据与知识的获取：工艺数据和知识的表达规范化和标准化工艺数据和知识的表达规范化和标准化数据与知识的内存表达规范化数据与知识的内存表达规范化数数据据与与知知识识的的内内存存表表达达的的文文本本表表达达格格式式（供供用用户户收收集和整理数据与知识时用）标准化集和整理数据与知识时用）标准化数据与知识的获取界面规范化数据与知识的获取界面规范化工艺数据与知识的获取方式规范化与方便化工艺数据与知识的获取方式规范化与方便化第第一一步步是是收收集集、整整理理、归归纳纳、总总结结和和分分类类，并并用用系系统提供的标准文本格式记录下
20、来统提供的标准文本格式记录下来第二步就是输入、维护和管理第二步就是输入、维护和管理计算机辅助工艺设计24图4-1 CAPP系统工艺数据与知识的获取过程计算机辅助工艺设计25工艺数据与知识的表达工艺数据与知识的表达工工艺艺数数据据与与知知识识的的表表达达是是通通过过数数据据结结构构来来实实现现的的，用用于于表表达达工工艺艺数数据据与与知知识识的的数数据据结结构构有有串串、表表、栈栈、树树、图图以以及及框框架架结结构构（类类似似于于树树）、网网络络结结构构（类类似似于于图图）等。等。在在工工艺艺设设计计过过程程中中，系系统统根根据据当当前前零零件件信信息息，在在推推理理机机的的控控制制策策略略下下
21、，按按一一定定顺顺序序执执行行各各个个子子任任务务，对对应应于于各各个个子子任任务务的的有有关关函函数数被被执执行行，有有关关知知识识被被一一次次调调入或被清除出内存。入或被清除出内存。各各个个子子任任务务的的推推理理、设设计计或或计计算算结结果果被被一一次次记记录录下下来来，存存入入工工艺艺规规程程数数据据结结构构，直直到到各各个个子子任任务务全全部部完完成成为为止，工艺规程才告形成。止，工艺规程才告形成。计算机辅助工艺设计26工艺知识库的建立工艺知识库的建立工工艺艺知知识识库库是是一一个个完完整整的的规规则则集集，它它可可以以划划分分为为若若干干个个规规则则子子集集。根根据据需需要要每每个
22、个规规则子集还可以划分成若干个规则组。则子集还可以划分成若干个规则组。计算机辅助工艺设计27工艺知识库的规则集，一般可包含以下几个部分：工艺知识库的规则集，一般可包含以下几个部分：1加工方法的选择加工方法的选择CAPP系系统统一一般般都都采采用用逆逆向向编编程程原原理理，首首先先确确定定能能达达到到质质量量要要求求的的各各个个加加工工表表面面的的最最终终加加工工方方法法。然然后后再再确确定其它的准备加工工序。定其它的准备加工工序。2工艺路线的确定工艺路线的确定工工艺艺路路线线的的制制定定一一般般都都是是以以划划分分加加工工阶阶段段为为依依据据，并并遵循先基准后其它、先粗后精等原则。遵循先基准后
23、其它、先粗后精等原则。3毛坯的选择毛坯的选择毛毛坯坯选选择择主主要要根根据据加加工工零零件件的的材材料料、尺尺寸寸、技技术术条条件件和和现现有有加加工工条条件件等等。首首先先要要确确定定毛毛坯坯的的类类型型和和毛毛坯坯加加工的方法。工的方法。计算机辅助工艺设计28特征元素的规则实例IF(加工表面为外圆柱面或外圆锥面加工表面为外圆柱面或外圆锥面)(工件材料为碳钢或合金钢工件材料为碳钢或合金钢)(表面要求淬火、表面要求淬火、HRC38)(表面粗糙度表面粗糙度Rz1.6)(加工精度加工精度IT6)THEN(推荐采用磨削加工方法推荐采用磨削加工方法)(要求预加工表面精度要求预加工表面精度IT9，粗糙度
24、，粗糙度6.3)*计算机辅助工艺设计29IF(加工表面为孔加工表面为孔)(直径公差直径公差0.007)(表面粗糙度表面粗糙度Rz：1.6m)(直线度直线度0.005)(圆度圆度0.007)(位置度位置度0.002)(平行度平行度0.012)(长径比长径比10)THEN(推荐采用镗削工序推荐采用镗削工序)(切削余量切削余量0.005)*计算机辅助工艺设计30IF(加工表面为沉头孔加工表面为沉头孔)(孔径为孔径为12)(沉头孔直径为沉头孔直径为18，高度，高度10)THEN(先钻孔先钻孔12)(后锪沉头孔后锪沉头孔18，高度，高度10)(要要求求预预加加工工表表面面的的上上下下偏偏差差为为，表表面
25、面粗粗糙糙度度为为1.25)*计算机辅助工艺设计31工艺路线产生式规则实例IF(加工表面为平面，面积较大加工表面为平面，面积较大)(要求较高的平面度和表面粗糙度要求较高的平面度和表面粗糙度)(与其它表面之间有尺寸关系与其它表面之间有尺寸关系)THEN(采用端铣刀精铣，且经粗铣一、二次采用端铣刀精铣，且经粗铣一、二次)IF(加工表面为平面和平面上的孔加工表面为平面和平面上的孔)(平面和孔的精度要求一般平面和孔的精度要求一般)(平面和孔有一定垂直度要求平面和孔有一定垂直度要求)THEN(先加工平面，以平面为基准再加工孔先加工平面，以平面为基准再加工孔)*计算机辅助工艺设计32IF(加工表面为一阶梯
26、孔加工表面为一阶梯孔)(且两边大、中间小且两边大、中间小)THEN(建建议议从从两两边边加加工工为为保保证证位位置置精精度度要要求求，在在最最终终精精加工之前须经一到二次粗加工加工之前须经一到二次粗加工)IF(加工表面为单向阶梯孔，孔深不大加工表面为单向阶梯孔，孔深不大)THEN(可以从一面加工，加工前须经一次粗加工可以从一面加工，加工前须经一次粗加工)IF(加工表面为具有同轴度要求的两孔加工表面为具有同轴度要求的两孔)THEN(建议将它们安排在同一工序中加工建议将它们安排在同一工序中加工)IF(加工表面为圆柱面或圆锥面加工表面为圆柱面或圆锥面)(并有倒角、退刀槽、螺纹等特征元素的加工并有倒角
27、、退刀槽、螺纹等特征元素的加工)THEN(建建议议加加工工顺顺序序为为：先先加加工工圆圆柱柱面面或或圆圆锥锥面面，然然后后加加工倒角和退刀槽螺纹工倒角和退刀槽螺纹)*计算机辅助工艺设计33IF外圆柱面；外圆柱面；材料：材料：45钢；钢；热处理：淬火；热处理：淬火；最高精度等级：最高精度等级：6，最低精度等级：，最低精度等级：8；最高粗糙度，最低粗糙度；最高粗糙度，最低粗糙度；普通机床加工；普通机床加工；THEN粗车，半精车，淬火，粗磨，精磨粗车，半精车，淬火，粗磨，精磨*计算机辅助工艺设计34毛坯选择实例IF(工件材料为碳钢或合金钢工件材料为碳钢或合金钢)(工件形状为回转体，最大长径比为工件形
28、状为回转体，最大长径比为7)(零件最大长度为零件最大长度为200)THEN(建议采用棒料，毛坯为单个加工）建议采用棒料，毛坯为单个加工）*计算机辅助工艺设计35图4-2 工艺决策知识框架结构的一个应用表达示例 计算机辅助工艺设计364)工艺数据库与知识库的设计工艺数据库与知识库的设计一般途径一般途径：按按照照数数据据库库设设计计的的一一般般方方法法与与步步骤骤，开开发发满满足足工工艺艺数数据据与与知知识识特特点点的的适适用用于于CAPP系系统统要要求求的的工工程程数数据据库库是是解决问题最根本的途径。解决问题最根本的途径。根根据据CAPP的的应应用用特特点点，用用高高级级语语言言开开发发实实用
29、用型型的的层层次次式式数数据据库库。方方法法简简单单易易行行，比比较较适适合合于于CAPP系系统统对对数数据据和和知知识识的的管管理理需需求求，但但是是不不便便于于用用户户自自行行扩扩充充和和定定义数据类型，数据管理界面也不统一。义数据类型，数据管理界面也不统一。在在现现有有商商品品化化数数据据库库的的基基础础上上二二次次开开发发工工艺艺数数据据库库与与知识库知识库。*计算机辅助工艺设计37功能需求功能需求支持对复杂数据类型的定义支持对复杂数据类型的定义支持对动态数据模式的操作支持对动态数据模式的操作支持复杂数据模型的定义、描述与操作支持复杂数据模型的定义、描述与操作支持版本控制机制支持版本控
30、制机制支持工程事务处理和恢复功能支持工程事务处理和恢复功能支持分布式支持环境下的数据操作支持分布式支持环境下的数据操作计算机辅助工艺设计38数据模型数据模型工工艺艺数数据据与与知知识识的的数数据据模模型型是是实实现现工工艺艺数数据据库库与知识库系统的核心。与知识库系统的核心。工艺数据库与知识库的基本数据模型有四类：工艺数据库与知识库的基本数据模型有四类：层次模型：树状层次模型：树状网状模型：多对多网状模型：多对多关系模型：数据以关系或表的形式组织关系模型：数据以关系或表的形式组织面面向向对对象象的的模模型型：对对象象对对象象标标识识、属属性性方方法法、封装消息传递、类型、类层次继承等封装消息传
31、递、类型、类层次继承等计算机辅助工艺设计39构造工艺数据库与知识库的一般步骤构造工艺数据库与知识库的一般步骤工工艺艺数数据据库库与与知知识识库库的的设设计计遵遵循循软软件件设设计计的的一一般般原则，即原则，即“自顶而下，逐步求精自顶而下，逐步求精”的原则。的原则。一般分成四个阶段来完成：一般分成四个阶段来完成：分析工艺设计用户的需求；分析工艺设计用户的需求；进行概念结构设计；进行概念结构设计；进行逻辑结构设计；进行逻辑结构设计；进行物理结构设计。进行物理结构设计。其其与与设设计计一一般般数数据据库库的的步步骤骤相相同同，只只是是要要充充分分考考虑工艺数据库与知识库的特殊需求即可。虑工艺数据库与知识库的特殊需求即可。