CN106960088A - 面向工序更改的三维工序模型自动更新方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种面向工序更改的三维工序模型自动更新方法。该方法首先获得零件模型上的加工特征，在此基础上结合加工工艺信息构建加工元。基于特征的几何结构和工艺信息对加工元进行约束关系构建，建立加工元间的相互约束关系矩阵，通过矩阵的行变换和列变换将加工元分为互不影响的模块，工序更改有效性判断时，仅模块内的加工元互相影响，模块与模块之间的加工元互不影响。基于工序更改类型进行更改有效性判断，确保更改的合理性。更改完毕后，比较旧工艺树与新工艺树获得三维工序模型更新范围，对于需要更新的三维模型进行几何形状、尺寸信息及工艺信息的更新，无需更新的三维工序模型直接重用旧工艺的三维工序模型，从而实现整体工序模型的自动更新。

Description

面向工序更改的三维工序模型自动更新方法

技术领域

本发明涉及数字化制造技术领域，具体为一种工序模型自动更新方法，更具体地说是一种面向工序更改的三维工序模型传播及自动更新方法。

背景技术

随着计算机技术和数字化制造技术的不断发展，计算机辅助技术在企业中得到广泛应用。三维技术也逐渐由设计领域往制造领域延伸，企业也由单一的三维设计模式发展成为以三维模型为核心的设计制造模式，CAPP成为连接设计与制造的桥梁。但在整个工艺规划制定过程中需要大量的设计修改，如在飞机结构件的工艺规划中，加工条件的改变及其他一些不确定制造资源迫使我们对工艺模型进行修改，每一次更改后，工艺人员就要对相应的工序模型进行修改，效率低且工作量大。而且对于结构复杂的零件模型，局部的更改可能引起后续模型的错误，导致工序模型的传播及更新失败。目前CAPP系统对于工艺规划的微小更改的处理方法是针对工艺模型重新生成整个三维工序模型，这种方法不能对于未受影响的工序模型进行有效利用，效率低下。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种面向工序更改的三维工序模型自动更新方法。该方法首先获得零件模型上的加工特征，在此基础上结合加工工艺信息构建加工元。基于特征的几何结构和工艺信息对加工元进行约束关系构建，建立加工元间的相互约束关系矩阵，通过矩阵的行变换和列变换将加工元分为互不影响的模块，工序更改有效性判断时，仅模块内的加工元互相影响，模块与模块之间的加工元互不影响。基于工序更改类型进行更改有效性判断，确保更改的合理性。更改完毕后，比较旧工艺树与新工艺树获得三维工序模型更新范围，对于需要更新的三维模型进行几何形状、尺寸信息及工艺信息的更新，无需更新的三维工序模型直接重用旧工艺的三维工序模型，从而实现整体工序模型的自动更新。

本发明的技术方案为：

所述一种面向工序更改的三维工序模型自动更新方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：获得零件工艺模型上的所有加工特征，并结合加工工艺信息生成加工元；所述加工元指工序模型上具有语义的几何实体，描述零件工艺模型上材料切除的区域，包括形状特征、精度特征、基准以及加工该特征所需要的刀具和加工参数信息；

步骤2：依据加工元构建零件的工序模型；所述工序模型包括几何形状信息、尺寸标注和工艺信息；

几何形状信息指零件加工过程中的每步工序模型的形状信息：

其中WIP_k表示第k道工序加工完后的工序模型，WIP_k-1表示第k-1道工序模型，m_k表示第k道工序加工元总数，Me_k,i表示第k道工序的第i个加工元；

尺寸标注信息包括零件尺寸、公差、定位基准、粗糙度和技术要求；

工艺信息包括切削参数及工装信息；

步骤3：基于特征间的设计及制造关联关系构建加工元间的约束关系，构建n×n的相互约束关系矩阵A，相互约束关系矩阵A中第i行第j列元素a_ij表示Me_i与Me_j之间的相互约束关系，如果Me_i与Me_j存在约束关系则a_ij＝1，没有约束关系a_ij＝0；根据基于特征间的设计及制造关联关系建立约束关系的规则为：

1)、如果特征F_i与特征F_j之间存在设计基准约束，并且F_i的特征面为F_j的基准面，则F_i先于F_j加工，a_ij＝1；

2)、如果F_i的某一面为F_j的刀具可达面，则F_i先于F_j加工，a_ij＝1；

3)、如果F_i的加工使得F_j不可接近，则F_j先于F_i加工，a_ji＝1；

4)、如果F_i为主特征，F_j为依附于F_i的辅特征，则F_i先于F_j加工，a_ij＝1；

5)、对于同一特征的加工优先级按照粗加工-半精加工-精加工顺序加工；

步骤4：对相互约束关系矩阵A进行行和列变换将加工元分为互不影响的模块，得到聚类矩阵M；模块划分方法为：

步骤4.1：求相互约束关系矩阵A的可达矩阵P；

步骤4.2：初始化聚类矩阵M＝A；

步骤4.3：对于可达矩阵P，如果P的列向量p_r≠0，则查找非零元素p_s,r，如果s≠r，将s顺序存储为S，并令p_r＝0；

步骤4.4：考察列向量p_s，如果存在非零元素p_t,s，且对任意s，t≠s，则将t添加至S，并令p_s＝0；

步骤4.5：对聚类矩阵M的列向量进行重新排序，将m_r、m_s调整至序列尾部；

步骤4.6：对聚类矩阵M的行向量进行重新排序，将调整至序列尾部；

步骤4.7：如果P中存在列向量p_r≠0，则返回步骤4.3，否则循环结束；

步骤5：在进行工序更改前，基于工序包含的加工元约束关系进行更改的有效性判断：

步骤5.1：获取当前更改工序的加工元集合，选取其中任一加工元，基于加工元间约束关系，遍历求得与此加工元有关系的先加工集合Pre_list和后加工集合Beh_list；

步骤5.2：获得Pre_list中加工元序号最大值a和Beh_list中加工元序号最小值b，则此加工元的可调整范围为(a,b)；

步骤5.3：获得本工序中所有加工元的可调整范围，合并得到此工序的可调整范围；

步骤5.4：在进行工序更改时，判断工序的调整范围是否在允许范围内，若是，则是有效的更改；

步骤6：工序更改完毕后，比较旧工艺与新工艺中工序的不同，判断更改类型，寻找发生变化的工序及影响范围，对需更新的工序模型进行自动更新：

步骤6.1：获得旧工艺工序列表(y₁,y₂,…,y_n)，建立与之对应的扩展工序列表(y'₁,y'₂,…,y'_n)，使得y'₁＝y₁，y'_k＝y_k∨y'_k-1，其中y_i＝{(F_i，1，value₁)，(F_i，2，value₂),…,(F_i，k，value_k)}表示第i道工序所包含的特征及加工余量的集合；

步骤6.2：获得新工艺工序列表(z₁，z₂，…，z_n)及其扩展工序列表(z'₁,z'₂,…,z'_n)；

步骤6.3：遍历新工艺扩展工序列表中的每道工序z'_i，如果旧工艺扩展工序中存在y'_k，使得z'_i＝y'_k，则可以进行模型重用，若z_i＝y_k，则新工艺第i道工序模型可以直接重用旧工艺第k道工序模型；若z_i≠y_k，则需要进行尺寸及工艺标注后重用模型。

有益效果

针对工艺规划更改频繁，工序模型更新难的问题，相比于传统的工序模型生成方法，本发明具有以下明显优点：

1)基于零件加工特征结合加工工艺信息生成加工元，充分考虑三维尺寸标注及工艺信息对工序模型的影响，体现了实际制造中模型的生成过程。

2)对加工元进行约束关系建立及聚类分析，便于分析工序更改的有效性，根据工艺实际更改情况确定三维工序模型的更新范围，充分利用旧工艺中的工序模型，效率高，自动实现整个工艺工序模型的更新。

3)在工艺更改时，工序的插入和删除采用自动和人工交互相结合的方式进行，可充分确保更改的正确性和灵活性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明面向工序更改的工序模型自动更新方法的总体流程。

图2为获得整个工艺三维工序模型更新范围的算法流程图。

图3为实例零件模型，包括型腔特征F₁、F₂、F₄，开槽特征F₃，孔F₅、F₆，凸台特征F₇，平面特征F₈。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如背景技术中所述，目前实际工艺规划中对工艺需要频繁的修改，而与之对应的三维工序模型更新则依靠人工，造成效率低、出错率高、工作量大等问题，为此，本发明提出一种面向工序更改的三维工序模型自动更新方法。该方法首先获得零件模型上的加工特征，在此基础上结合加工工艺信息构建加工元。基于特征的几何结构和工艺信息对加工元进行约束关系构建，建立加工元间的相互约束关系矩阵，通过矩阵的行变换和列变换将加工元分为互不影响的模块，工序更改有效性判断时，仅模块内的加工元互相影响，模块与模块之间的加工元互不影响。基于工序更改类型进行更改有效性判断，确保更改的合理性。更改完毕后，比较旧工艺树与新工艺树获得三维工序模型更新范围，对于需要更新的三维模型进行几何形状、尺寸信息及工艺信息的更新，无需更新的三维工序模型直接重用旧工艺的三维工序模型，从而实现整体工序模型的自动更新。

本发明具体包括以下步骤：

步骤1：获得零件工艺模型上的所有加工特征，并结合加工工艺信息生成加工元；所述加工元指工序模型上具有语义的几何实体，描述零件工艺模型上材料切除的区域，包括形状特征、精度特征、基准以及加工该特征所需要的刀具和加工参数信息。

步骤2：依据加工元构建零件的工序模型；所述工序模型包括几何形状信息、尺寸标注和工艺信息；

几何形状信息指零件加工过程中的每步工序模型的形状信息：

其中WIP_k表示第k道工序加工完后的工序模型，WIP_k-1表示第k-1道工序模型，m_k表示第k道工序加工元总数，Me_k,i表示第k道工序的第i个加工元；

尺寸标注信息包括零件尺寸、公差、定位基准、粗糙度和技术要求；

工艺信息包括切削参数及工装信息。

在图1中我们可以看到，本发明中工艺包含工序、工步及加工元，加工工艺信息及制造资源信息分布在相应的工序及工步下。从制造角度考虑，零件加工可以认为是一系列加工活动逐步对毛坯模型进行切削加工后形成的，因此后置工序模型几何上可以看作从前置工序模型布尔减去本道工序中的加工元形成的，对模型进行尺寸标注及加工工艺信息标注即可得到完整工序模型。

步骤3：基于特征间的设计及制造关联关系构建加工元间的约束关系，构建n×n的相互约束关系矩阵A，相互约束关系矩阵A中第i行第j列元素a_ij表示Me_i与Me_j之间的相互约束关系，如果Me_i与Me_j存在约束关系则a_ij＝1，没有约束关系a_ij＝0。

加工元间的关联关系描述了制造特征间的交互作用，本发明中将关联关系分为两类：设计关联关系和制造关联关系。设计关联关系指的是继承于零件设计要求的一些工艺约束；制造关联关系指的是由加工技术要求的一些特定约束。

基于特征间的设计及制造关联关系进行加工元间约束关系的构建，本发明采用如下规则：

1)、基准依赖性：如果特征F_i与特征F_j之间存在设计基准约束，并且F_i的特征面为F_j的基准面，则F_i先于F_j加工，a_ij＝1；

2)、可达性：如果F_i的某一面为F_j的刀具可达面，则F_i先于F_j加工，a_ij＝1；

3)、可接近性：如果F_i的加工使得F_j不可接近，则F_j先于F_i加工，a_ji＝1；

4)、主辅性：如果F_i为主特征，F_j为依附于F_i的辅特征，则F_i先于F_j加工，a_ij＝1；

5)、加工精度：对于同一特征的加工优先级按照粗加工-半精加工-精加工顺序加工。

对于不同特征构建的加工元按照规则1～4建立约束关系，对于同一特征构建的加工元按照规则5建立约束关系。

例如图3中型腔特征F₁，按照加工工艺要求如粗加工、半精加工、精加工可以生成加工元体Me₁、Me₂、Me₃，然后对加工元体按照规则进行关联关系构建。不同特征构建的加工元体按照特征的约束进行关系构建，同一特征构建的加工元体按照加工精度进行约束构建。图3中，特征F₁的底面为特征F₂的刀具可达面，根据规则2可知F₁先于F₂加工，则特征F₁生成的加工元体Me₁在工艺树中顺序先于特征F₂生成的加工元体Me₄，即a₁₄＝1。凸台特征F₇为依附于平面F₈的辅特征根据规则4可知F₈先于F₇加工。

步骤4：对相互约束关系矩阵A进行行和列变换将加工元分为互不影响的模块，得到聚类矩阵M，这样当进行工序更改时，更改有效性判断仅考虑模块内的加工元的影响；模块划分方法为：

步骤4.1：求相互约束关系矩阵A的可达矩阵P：初始可达矩阵P＝A，对于所有的i，如果p_i,k＝1，则对j＝1,2,…,n，有p_i,j＝p_i,j∨p_k,j，k＝1,2,…,n；

步骤4.2：初始化聚类矩阵M＝A；

步骤4.3：对于可达矩阵P，如果P的列向量p_r≠0，则查找非零元素p_s,r，如果s≠r，将s顺序存储为S，并令p_r＝0；

步骤4.4：考察列向量p_s，如果存在非零元素p_t,s，且对任意s，t≠s，则将t添加至S，并令p_s＝0；

步骤4.5：对聚类矩阵M的列向量进行重新排序，将m_r、m_s调整至序列尾部；

步骤4.6：对聚类矩阵M的行向量进行重新排序，将调整至序列尾部；

步骤4.7：如果P中存在列向量p_r≠0，则返回步骤4.3，否则循环结束。

步骤5：在进行工序更改前，基于工序包含的加工元约束关系进行更改的有效性判断。对于复杂零件在进行本道工序更改时可能会对后置工序产生影响，这种更改可能会引起后置工序失效，在进行工序更改前，基于工序包含的加工元约束关系进行更改的有效性判断，确保更改的正确性。本发明通过加工元约束关系确保更改的有效性，将原工艺中工序包含的加工元按照加工顺序排列提出如下方法：

首先按照工艺树对工序中加工元进行顺序排列，选中想要更改的加工元，按照约束关系可以获得其在序列中可移动范围，在进行工序更改时，按照更改类型进行有效性判断。更改类型包括增加工序、删除工序、重新编辑工序和交换工序。增加工序时需要判断在序列中插入加工元是否满足约束关系，如果不满足则不是有效的更改，不符合实际加工工艺，如图3中，在序列中将F₂特征的加工元Me₄插入F₁特征的加工元Me₁之前不符合实际加工顺序。删除工序时需要判断在序列中删除加工元是否对后续产生影响引起后置模型的失效，序列中删除特征F₁会使特征F₂的加工发生错误。重新编辑工序则是对工序进行重新编辑，在编辑中涉及到增加和删除加工元采用相同规则进行有效性判断。交换工序需要判断两个工序移动范围是否都满足加工元的约束要求。具体步骤为：

步骤5.1：获取当前更改工序的加工元集合，选取其中任一加工元，基于加工元间约束关系，遍历求得与此加工元有关系的先加工集合Pre_list和后加工集合Beh_list；

步骤5.2：获得Pre_list中加工元序号最大值a和Beh_list中加工元序号最小值b，则此加工元的可调整范围为(a,b)；

步骤5.3：获得本工序中所有加工元的可调整范围，合并得到此工序的可调整范围；

步骤5.4：在进行工序更改时，判断工序的调整范围是否在允许范围内，若是，则是有效的更改。

步骤6：工序更改完毕后，比较旧工艺与新工艺中工序的不同，判断更改类型，寻找发生变化的工序及影响范围，对需更新的工序模型进行自动更新。对于新工艺中的某一工序，遍历旧工艺，如果匹配到工序列表和工序扩展列表相同的工序，则此工序可以直接重用旧工艺中的三维工序模型；如果工序扩展列表相同而工序列表不同，则直接重用旧工艺中的几何模型，然后进行尺寸及工艺信息标注。对于无法重用的模型，从其前置工序模型上布尔减去本道工序所包含的加工元，生成新的工序模型，然后进行尺寸及工艺信息标注；具体步骤为

步骤6.1：获得旧工艺工序列表(y₁,y₂,…,y_n)，建立与之对应的扩展工序列表(y'₁,y'₂,…,y'_n)，使得y'₁＝y₁，y'_k＝y_k∨y'_k-1，其中y_i＝{(F_i，1，value₁),(F_i，2，value₂),…,(F_i，k，value_k)}表示第i道工序所包含的特征及加工余量的集合；

步骤6.2：获得新工艺工序列表(z₁，z₂，…，z_n)及其扩展工序列表(z'₁,z'₂,…,z'_n)；

步骤6.3：遍历新工艺扩展工序列表中的每道工序z'_i，如果旧工艺扩展工序中存在y'_k，使得z'_i＝y'_k，则可以进行模型重用，若z_i＝y_k，则新工艺第i道工序模型可以直接重用旧工艺第k道工序模型；若z_i≠y_k，则需要进行尺寸及工艺标注后重用模型。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种面向工序更改的三维工序模型自动更新方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：获得零件工艺模型上的所有加工特征，并结合加工工艺信息生成加工元；所述加工元指工序模型上具有语义的几何实体，描述零件工艺模型上材料切除的区域，包括形状特征、精度特征、基准以及加工该特征所需要的刀具和加工参数信息；

步骤2：依据加工元构建零件的工序模型；所述工序模型包括几何形状信息、尺寸标注和工艺信息；

几何形状信息指零件加工过程中的每步工序模型的形状信息：

${\mathrm{WIP}}_k={\mathrm{WIP}}_{k-1}-\underset{i=1}{\overset{m_k}{\Σ}}{\mathrm{Me}}_{k,i}$

其中WIP_k表示第k道工序加工完后的工序模型，WIP_k-1表示第k-1道工序模型，m_k表示第k道工序加工元总数，Me_k,i表示第k道工序的第i个加工元；

尺寸标注信息包括零件尺寸、公差、定位基准、粗糙度和技术要求；

工艺信息包括切削参数及工装信息；

步骤3：基于特征间的设计及制造关联关系构建加工元间的约束关系，构建n×n的相互约束关系矩阵A，相互约束关系矩阵A中第i行第j列元素a_ij表示Me_i与Me_j之间的相互约束关系，如果Me_i与Me_j存在约束关系则a_ij＝1，没有约束关系a_ij＝0；根据基于特征间的设计及制造关联关系建立约束关系的规则为：

1)、如果特征F_i与特征F_j之间存在设计基准约束，并且F_i的特征面为F_j的基准面，则F_i先于F_j加工，a_ij＝1；

2)、如果F_i的某一面为F_j的刀具可达面，则F_i先于F_j加工，a_ij＝1；

3)、如果F_i的加工使得F_j不可接近，则F_j先于F_i加工，a_ji＝1；

4)、如果F_i为主特征，F_j为依附于F_i的辅特征，则F_i先于F_j加工，a_ij＝1；

5)、对于同一特征的加工优先级按照粗加工-半精加工-精加工顺序加工；

步骤4：对相互约束关系矩阵A进行行和列变换将加工元分为互不影响的模块，得到聚类矩阵M；模块划分方法为：

步骤4.1：求相互约束关系矩阵A的可达矩阵P；

步骤4.2：初始化聚类矩阵M＝A；

步骤4.3：对于可达矩阵P，如果P的列向量p_r≠0，则查找非零元素p_s,r，如果s≠r，将s顺序存储为S，并令p_r＝0；

步骤4.4：考察列向量p_s，如果存在非零元素p_t,s，且对任意s，t≠s，则将t添加至S，并令p_s＝0；

步骤4.5：对聚类矩阵M的列向量进行重新排序，将m_r、m_s调整至序列尾部；

步骤4.6：对聚类矩阵M的行向量进行重新排序，将调整至序列尾部；

步骤4.7：如果P中存在列向量p_r≠0，则返回步骤4.3，否则循环结束；

步骤5：在进行工序更改前，基于工序包含的加工元约束关系进行更改的有效性判断：

步骤5.1：获取当前更改工序的加工元集合，选取其中任一加工元，基于加工元间约束关系，遍历求得与此加工元有关系的先加工集合Pre_lis和后加工集合Beh_list；

步骤5.2：获得Pre_list中加工元序号最大值a和Beh_list中加工元序号最小值b，则此加工元的可调整范围为(a,b)；

步骤5.3：获得本工序中所有加工元的可调整范围，合并得到此工序的可调整范围；

步骤5.4：在进行工序更改时，判断工序的调整范围是否在允许范围内，若是，则是有效的更改；

步骤6：工序更改完毕后，比较旧工艺与新工艺中工序的不同，判断更改类型，寻找发生变化的工序及影响范围，对需更新的工序模型进行自动更新：

步骤6.1：获得旧工艺工序列表(y₁,y₂,…,y_n)，建立与之对应的扩展工序列表(y'₁,y'₂,…,y'_n)，使得y'₁＝y₁，y'_k＝y_k∨y'_k-1，其中y_i＝{(F_i，1,value₁),(F_i，2,value₂),…,(F_i，k,value_k)}表示第i道工序所包含的特征及加工余量的集合；

步骤6.2：获得新工艺工序列表(z₁,z₂,…,z_n)及其扩展工序列表(z'₁,z'₂,…,z'_n)；

步骤6.3：遍历新工艺扩展工序列表中的每道工序z_i'，如果旧工艺扩展工序中存在y'_k，使得z_i'＝y'_k，则可以进行模型重用，若z_i＝y_k，则新工艺第i道工序模型可以直接重用旧工艺第k道工序模型；若z_i≠y_k，则需要进行尺寸及工艺标注后重用模型。