CN109891337A

CN109891337A - 用于提供用于制造零件中的特征的加工方法的过程和系统

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Publication number: CN109891337A
Application number: CN201680090499.7A
Authority: CN
Inventors: 亚耶尔·阿里查; 汤姆·范特埃尔韦; 马吉德·阿梅尔
Original assignee: Siemens Product Lifecycle Management Software Inc
Current assignee: Siemens Industry Software Inc
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2019-06-14
Anticipated expiration: 2036-11-04
Also published as: EP3535628A4; EP3535628A1; WO2018083512A1; US20190310608A1; CN109891337B; US10921779B2

Abstract

用于通过接收特征集的数据来提供用于制造零件中的特征的加工方法的系统和过程，每个特征数据描述待制造的特征并且包括特征的类型和特征的属性集。给每种加工方法分配排名值集，用于对可适用于同一特征属性范围的加工方法进行排序。接收待制造的附加特征的数据，其中，附加特征的类型是所述给定类型并且附加特征的属性集是特定属性集。基于其分配的要与附加特征相关联的排名值，提供所选择的方法中的至少一种加工方法作为用于制造附加特征的加工方法。

Description

用于提供用于制造零件中的特征的加工方法的过程和系统

技术领域

本公开内容一般地涉及管理关于产品、生产方法和生产执行以及其他项目的数据的计算机辅助设计(“CAM”)、可视化和制造系统、(“CAM”)系统、产品生命周期管理(“PLM”)系统、产品数据管理(“PDM”)系统以及类似系统(统称为“产品数据管理”系统或PDM系统)。更具体地，本公开内容涉及用于制造计划和制造验证的虚拟工具以及制造机器控制器工具。

背景技术

在工业制造领域中，为了加工具有一个或更多个特征的零件，需要定义详细的加工方法。如本文使用的，术语“零件”表示待加工的制造零件，以及术语“特征”表示零件中待制造的形状。零件的特征的示例包括但不限于孔、n阶梯孔(具有n个直径的孔)、螺纹孔、槽以及进行特定表面处理的其他类型的腔和形状。

加工方法由使用某些工具进行的一系列加工操作也称为加工循环来定义。在工业自动化领域中，加工方法可以在CAM程序内或机器控制器的程序内被定义。在此，出于说明目的，在下面讨论CAM环境的典型场景。本领域技术人员将理解，类似的考虑适用于机器控制器领域。

尽管对于类似的工业情况，例如类似的零件或零件内的类似特征，由CAM工程师定义类似的加工方法，特别是如果她/他在同一公司内工作，但是实际上在大多数工业场景中，遗憾的是仍然太少重复使用先前的CAM程序。

为了重复使用CAM程序，需要生成与零件特征相关联的加工方法的数据库。这样的加工方法数据库包括加工方法的详细定义、每种加工方法对特征形状和大小的适用性、以及用于给定情况的多种可行的加工方法的优先级排名。用于创建和维护这样的加工数据库的已知技术是耗时的任务并且需要昂贵的熟练的CAM工程师，使得大多数小型/中型作业车间不能承担使这样的加工方法数据库系统实现。

因此，期望改进的技术。

发明内容

各种公开的实施方式包括用于提供用于制造零件中的特征的加工方法的过程和相应的系统以及计算机可读介质。零件是待制造的具有特征集的对象。每个特征通过至少一种加工方法来制造。过程包括接收特征集的数据，每个特征数据描述待制造的特征并且包括特征的类型和特征的属性集。该过程包括接收加工方法集的数据，每种加工方法数据描述用于制造相关联的特征的加工方法。该过程包括分析与给定类型的特征相关联的加工方法，以便定义所述加工方法可适用于的特征属性范围集。该过程包括给加工方法中的每一种分配排名值集，用于对可适用于同一特征属性范围的加工方法进行排序。该过程包括接收待制造的附加特征的数据，其中，附加特征的类型是给定类型并且附加特征的属性集是特定属性集。该过程包括选择可适用于与特定属性集匹配的特征属性范围的加工方法集。该过程包括基于其分配的要与所述附加特征相关联的排名值提供选择的方法集中的至少一种加工方法作为用于制造附加特征的加工方法。

前述内容已经相当广泛地概述了本公开内容的特征和技术优点，使得本领域技术人员可以更好地理解随后的详细描述。在下文中将描述本公开内容的构成权利要求的主题的附加特征和优点。本领域技术人员将理解，他们可以容易地使用所公开的概念和具体实施方式作为修改或设计用于实现本公开内容的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还将认识到，这样的等同构造并未脱离本公开内容的最广泛形式的精神和范围。

在进行下面的具体实施方式之前，阐述贯穿本专利文件使用的某些单词或短语的定义会有利：术语“包含(include)”和“包括(comprise)”及其衍生词指没有限制的包括；术语“或”是包括性的，指和/或；短语“相关联”和“与其相关联”及其衍生词可以指包括、被包括在内、与其互连、包含、被包含在内、连接至或与其连接、耦接至或与其耦接、能够与其通信、与其合作、交错、并列、与其接近、绑定至或与其绑定、具有、具有其性质等；以及术语“控制器”指控制至少一个操作的任何装置、系统或其一部分，而无论这样的装置是以硬件、固件、软件还是以其中至少两者的某种组合来实现。应当注意，与任何特定控制器相关联的功能无论是本地还是远程可以是集中式的或分布式的。贯穿本专利文件提供了某些单词和短语的定义，并且本领域普通技术人员将理解，这样的定义即使不是在大多数实例中但仍在许多实例中适用于这样被定义的单词和短语的现有使用以及未来使用。虽然一些术语可以包括各种各样的实施方式，但是所附权利要求可以明确地将这些术语限制到具体实施方式。

附图说明

为了更完整地理解本公开内容及其优点，现在参考结合附图进行的以下描述，其中相同的附图标记指代相同的对象，并且在附图中：

图1示出了可以实现实施方式的数据处理系统的框图；

图2示出了待制造的具有多个特征的零件的示意图；

图3示出了根据公开的实施方式的用于提供用于制造零件中的特征的加工方法的方法的流程图。

具体实施方式

下面讨论的图1至图3以及本专利文件中用于描述本公开内容的原理的各种实施方式仅是示例性的，而不应以任何方式被解释成限制本公开内容的范围。本领域技术人员将理解，可以在任何适当布置的装置中实现本公开内容的原理。将参考示例性非限制性实施方式描述本申请的许多创新的教导。

先前技术不符合要求。

利用实施方式，为了CAM工程师和机器操作者的利益，可以自动生成用于制造给定类型的零件特征的加工方法。这样的加工方法可以是CAM程序的一部分或控制器程序的一部分。

实施方式使得能够自动地生成CAM程序，其被给予零件的3D模型表示诸如例如CAD表示及其历史CAM程序作为输入。

实施方式使得能够自动地推导出可行的加工方法的适用性规则和优先级排名，使得不需要用于定义应用规则的手动工作。

实施方式使得能够根据先前定义的加工方法的使用情况和/或选择进行学习，以便改进对提出用于制造特定类型和属性的特征的加工方法的建议。

实施方式使得能够考虑用户反馈以更新方法排名并改进加工方法建议。

实施方式允许以快速且自动的方式生成机器知识数据库。

实施方式基于大众使用情况和选择考虑排名。

实施方式降低成本并且不易出错。

图1示出了数据处理系统100的框图，在该数据处理系统100中实施方式可以例如被实现为PDM系统，该PDM系统特别地由软件或以其他方式配置以执行如本文描述的过程，以及特别地被实现为如本文描述的多个互连和通信系统中的每一个系统。示出的数据处理系统100可以包括连接至二级高速缓存/桥接器104的处理器102，二级高速缓存/桥接器104又连接至本地系统总线106。本地系统总线106可以是例如外围部件互连(PCI)架构总线。在示出的示例中，主存储器108和图形适配器110也连接至本地系统总线。图形适配器110可以连接至显示器111。

诸如局域网(LAN)/广域网/无线(例如WiFi)适配器112的其他外围设备也可以连接至本地系统总线106。扩展总线接口114将本地系统总线106连接至输入/输出(I/O)总线116。I/O总线116连接至键盘/鼠标适配器118、磁盘控制器120以及I/O适配器122。磁盘控制器120可以连接至存储装置126，存储装置126可以是任何适当的机器可用或机器可读存储介质，包括但不限于：非易失性硬编码型介质例如只读存储器(ROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁带存储器；以及用户可记录型介质例如软盘、硬盘驱动器和光盘只读存储器(CD-ROM)或数字多功能盘(DVD)、以及其他已知的光、电或磁存储装置。

在示出的示例中，音频适配器124也连接至I/O总线116，扬声器(未示出)可以连接至音频适配器124用于播放声音。键盘/鼠标适配器118提供用于指示设备(未示出)诸如鼠标、跟踪球、跟踪指示器、触摸屏等的连接。

本领域普通技术人员将理解，图1中示出的硬件可以针对特定实现而变化。例如，除了示出的硬件之外或者代替示出的硬件，也可以使用其他外围设备诸如光盘驱动器等。示出的示例仅出于说明的目的而被提供，并不意在暗示对于本公开内容的架构限制。

根据本公开内容的实施方式的数据处理系统可以包括采用图形用户界面的操作系统。该操作系统允许在图形用户界面中同时呈现多个显示窗口，其中每个显示窗口提供到不同应用或到同一应用的不同实例的接口。可以由用户通过指示设备操纵图形用户界面中的光标。可以改变光标的位置和/或可以生成诸如点击鼠标按钮的事件以启动期望的响应。

如果适当地修改，则可以使用各种商业操作系统中之一，诸如位于华盛顿雷蒙德的微软公司的产品Microsoft Windows^TM版本。根据所描述的本公开内容来修改或创建操作系统。

LAN/WAN/无线适配器112可以连接至网络130(并非数据处理系统100的一部分)，网络130可以是如本领域技术人员已知的包括因特网的任何公共或专用数据处理系统网络或这些网络的组合。数据处理系统100可以通过网络130与服务器系统140通信，服务器系统140也不是数据处理系统100的一部分，而是可以被实现为例如单独的数据处理系统100。

处理器102、存储器108和在处理器102上运行的仿真程序中的一个或更多个经由本地系统总线106、适配器112、网络130、服务器140、接口114、I/O总线116、磁盘控制器120、存储装置126等中的一个或更多个接收输入。如本文使用的，接收可以包括从存储装置126检索、从另一装置或过程接收、经由与用户的交互接收、或以其他方式接收。

图2示出了待制造的具有多个特征的制造零件的示意图。零件201是具有不同直径的孔202、203、204和两个槽205、206作为特征的对象，其中，槽205是部分矩形类型的槽，而槽206是矩形类型的槽。零件孔是具有单一直径的1阶梯类型的孔。如本文使用的，特征的术语“类型”表示特征的类别(例如，形状和材料)。如本文使用的，特征的术语“属性”或“特性”可互换地表示特征的尺寸(例如，直径)和特征的表面处理(例如，有螺纹的)。

示例实施方式。

示例实施方式在下面被描述，还通过表1至表4被示出。

待制造的零件的历史三维(3D)模型(例如CAD)文件及其相应的加工CAM程序文件作为输入被提供给数据处理系统。CAD文件包括具有一个或更多个特征的零件的3D模型描述。CAM程序文件包括用于制造具有其特征的零件的加工方法集的描述。

该示例的历史CAD文件及其相应的CAM程序先前由CAM工程师定义。表1包括具有零件的3D表示并具有在制造设施中可使用的相应加工方法的n个示例历史文件。

<u>CAD+CAM教导示例</u>
	示例_1.prt
示例_2.prt
	……
示例_n.prt

表1

根据表1的文件的数据，如下生成识别的特征与其相应的提取的加工方法之间的关联：

-对CAD文件运行特征识别以识别零件中存在的特征；

-对于每个识别的特征，找到由CAM工程师应用用于制造这样的识别的特征的加工方法；

-对于每个识别的特征，关联其相应的加工方法。

特征的描述和加工方法的描述存储在数据库中。特征描述包括但不限于特征类型和特征特性/属性。加工方法描述包括但不限于加工操作序列(例如类型、性质、......)、工具(例如类型、大小、......)。

表2

表2示出了在具有直径作为属性的类型AA的特征与用于特征的加工方法之间找到的关联。表2示意性地表示存储在加工知识数据库中的关于具有某些属性的给定类型的识别的特征及其相应的相关联的加工方法的信息。加工方法通常包括对特征进行加工所需的操作序列、加工参数(例如，速度和馈送、步距和其他参数)、分配的工具及其特性。

分析由表2表示的加工知识数据库的信息，以便根据识别的特征的属性找到列出的加工方法的应用规则。这样的分析可以优选地通过机器学习技术来执行。机器学习技术的一个示例是聚类。表2的加工方法被聚类使得存在高的集群内相似度和低的集群间相似度。例如，基于每个特征类型及其特性的方法的列表，可以通过计算特征属性诸如例如尺寸与相应的相关联的加工方法之间的相关性来将方法分组成集群。

从加工方法集群中，根据特征属性推导出应用规则，例如，集群Cx包括其应用规则适用于具有小于或等于10mm的直径作为属性范围的类型AA的特征的加工方法，集群Cy是关于其应用规则适用于具有大于10mm的直径作为属性范围的类型AA的特征的加工方法。一个集群的所有加工方法可以可互换地用于对集群的每个特征进行加工。

集群中的每种加工方法分配有用于优先选择集群内的加工方法的排名值。用于分配排名值的标准可以例如基于较高的排名值被分配给被更多使用的加工方法的历史使用。

表3

表3示出了从特征属性的加工方法分析产生的两个集群Cx、Cy及其相应的相关联的加工方法，其中，在最后一列中分配了根据使用情况的排名值。

当CAM工程师加载制造零件的没有与其相关联的相应CAM程序的新的CAD文件时，基于加工知识数据库的加工方法及其排名，为他/她提供针对类型AA的每个识别的特征的建议。向用户提供根据分配的排名值而进行排序的可适用于输入的属性范围的有效加工方法的选择。

向用户呈现可行的加工方法的集群中的排名最高的加工方法的选择集m。例如，对于类型AA且直径6mm的特征，向用户提供集群Clx的两种排名最高的方法的选择，其是加工方法“方法1+工具A”和加工方法“方法3+工具C”，其中，第一加工方法具有最高的排名值。用户可以接受所提供的系统选择或者可以被给出更改系统选择的选项。例如，假设用户从集群中选择具有较低排名的加工方法，例如加工方法“方法3+工具C”。系统通过相应地更新分配的排名值来捕获这样的不同的用户选择使得考虑用户选择标准，例如其在所得到的表4中示出，其中，加工方法“方法3+工具C”得到排名值4。

表4

有利地，提供给用户的加工方法诸如例如CAM程序的建议可以基于用户使用频率、用户选择和/或用户反馈来改进。在其他实施方式中，多个用户可以贡献他们的加工知识使得加工知识库可以不断地增长并且通过社区和大众使用情况而得到更新。

图3示出了根据公开的实施方式的用于提供用于制造零件中的特征的加工方法的过程的流程图300。这样的过程可以例如由上述图1的系统100执行，但是在下文过程中的“系统”可以是被配置成执行所描述的过程的任何装置。

零件是待制造的具有特征集的对象。每个特征通过至少一种加工方法来制造。

在动作305处，接收特征集的数据作为输入。每个特征数据描述待制造的特征。特征的描述包括特征类型和特征属性集。在其他实施方式中，通过识别零件中的特征来从零件的数据中提取特征的数据。在本领域中，存在用于提供零件及其特征的3D描述的几种数据格式；数据格式的示例是CAD格式或其他3D格式例如初始图形交换规范(IGES)和STEP格式。特征和零件数据可以是数据库中、资源库中或云中的文件或数据的形式。

在动作310处，接收加工方法集的数据作为输入。每种加工方法数据描述用于制造与加工方法相关联的特征的加工方法。在其他实施方式中，从描述用于制造具有其特征的零件的加工方法集的数据中提取相关联的加工方法集的数据。该提取通过识别制造零件中的识别的特征的加工方法并通过进行相应的关联来完成。在一些实施方式中，通过计算至少一种加工方法的制造结果并将其与零件的特征相关，例如通过计算工具路径操作或者通过通过计算从零件中减去的材料来识别特征，来完成加工方法与特征的关联。在本领域中，存在若干加工方法数据格式和文件；文件的示例是CAM程序文件。

在动作315处，执行与给定类型的特征相关联的加工方法的分析，使得加工方法可适用于的特征属性范围集被定义。在一些实施方式中，分析通过机器学习技术来执行。机器学习技术的示例包括但不限于聚类、神经网络、支持向量机(SVM)等。

在动作320处，根据预定的排名标准对给定类型的加工方法和可适用于同一特征属性范围的加工方法进行排名。排名标准的示例包括但不限于历史使用情况、用户选择、大众排名、专家排名、总加工时间、能量消耗、制造精度水平等。

在动作325处，接收待制造的附加特征的特征数据作为输入，其中，附加特征还没有与其相关联的加工方法。附加特征的类型是给定类型并且附加特征的属性集是特定属性集。

在动作330处，选择用于给定类型的特征并且可适用于与特定属性集匹配的特征属性范围的加工方法集。

在动作335处，基于其分配的要与附加特征相关联的排名值提供选择的方法中的至少一种加工方法用于附加特征的制造。

当然，本领域技术人员将认识到，除非由操作序列明确指出或要求，否则上述过程中的某些步骤可以被省略、同时地执行或顺序地执行或者以不同的顺序执行。

本领域技术人员将认识到，为了简单和清楚起见，本文中并未示出或描述适于与本公开内容一起使用的所有数据处理系统的全部结构和操作。而是，仅示出和描述了本公开内容特有的或者理解本公开内容所必需的数据处理系统的结构和操作。数据处理系统100的构造和操作的其余部分可以符合本领域已知的各种当前实现和实践中的任何实现和实践。

重要的是要注意，虽然本公开内容包括在全功能系统的背景下的描述，但是本领域技术人员将理解，本公开内容的机制的至少部分能够以以各种形式中的任一形式包含在机器可用、计算机可用或计算机可读介质内的指令的形式来分布，并且无论实际上实施分布所使用的指令或信号承载介质或存储介质的特定类型如何，本公开内容都同等地适用。机器可用/可读介质或计算机可用/可读介质的示例包括：非易失性硬编码型介质诸如只读存储器(ROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)；以及用户可记录型介质诸如软盘、硬盘驱动器和光盘只读存储器(CD-ROM)或数字多功能盘(DVD)。

尽管已经详细描述了本公开内容的示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开内容的最广义形式的精神和范围的情况下，可以对本文公开的内容进行各种变化、替换、变型和改进。

本申请中的描述都不应被解读为暗示任何特定元件、步骤或功能是必须包括在权利要求范围中的必要要素：专利保护的主题的范围仅由授权的权利要求来限定。

Claims

1.一种用于通过数据处理系统提供用于制造零件中的特征的加工方法的过程，其中，所述零件是待制造的具有特征集的对象，每个特征通过至少一种加工方法来制造；所述过程包括以下步骤：

a)接收特征集的数据，每个特征数据描述待制造的特征并且包括所述特征的类型和所述特征的属性集；

b)接收加工方法集的数据，每种加工方法数据描述用于制造相关联的特征的加工方法；

c)分析与给定类型的特征相关联的加工方法，以便定义所述加工方法可适用于的特征属性范围集；

d)给所述加工方法中的每一种分配排名值集，用于对可适用于同一特征属性范围的加工方法进行排序；

e)接收待制造的附加特征的数据，其中，所述附加特征的类型是所述给定类型并且所述附加特征的属性集是特定属性集；

f)选择可适用于与所述特定属性集匹配的特征属性范围的加工方法集；

g)基于其分配的要与所述附加特征相关联的排名值提供所选择的方法集中的至少一种加工方法作为用于制造所述附加特征的加工方法。

2.根据权利要求1所述的过程，其中：

-在接收步骤a)中，通过识别零件中的特征来从所述零件的数据中提取所述特征数据；

-在接收步骤b)中，通过识别制造所识别的特征的相关联的加工方法来从描述用于制造所述零件和零件特征集的加工方法集的加工数据中提取加工方法数据集。

3.根据权利要求2所述的过程，其中，识别子步骤通过计算至少一种加工方法的制造结果来执行。

4.根据权利要求1所述的过程，其中，所述排名值基于从包括以下中的一个或更多个的组中选择的排名标准来分配：

-使用情况；

-用户选择；

-大众排名；

-专家排名；

-总加工时间；

-能量消耗；

-精度水平。

5.根据权利要求1所述的过程，其中，零件描述数据包括在CAD文件中以及/或者所述加工数据包括在CAM程序文件中。

6.根据权利要求1所述的过程，其中，分析步骤c)通过机器学习技术来执行。

7.一种用于通过数据处理系统提供用于制造零件中的特征的加工方法的过程，其中，所述零件是待制造的具有特征集的对象，每个特征通过至少一种加工方法来制造；所述过程包括以下步骤：

a)接收特征集的数据，每个特征数据描述待制造的特征并且包括所述特征的类型和所述特征的属性集；其中，所述特征数据通过识别零件中的特征来从所述零件的数据中提取；

b)接收加工方法集的数据，每种加工方法数据描述用于制造相关联的特征的加工方法；其中，加工方法数据集通过识别制造所述识别的特征的相关联的加工方法来从描述用于制造所述零件和零件特征集的加工方法集的加工数据中提取；

c)通过机器学习技术，分析与给定类型的特征相关联的加工方法，以便定义所述加工方法可适用于的特征属性范围集；

8.一种数据处理系统，包括：

处理器；以及

可访问存储器，所述数据处理系统特别地被配置成：

9.根据权利要求8所述的数据处理系统，其中：

-所接收的特征数据通过识别零件中的特征来从所述零件的数据中提取；

-所接收的加工方法数据集通过识别制造所识别的特征的相关联的加工方法来从描述用于制造所述零件和零件特征集的加工方法集的加工数据中提取。

10.根据权利要求8所述的数据处理系统，其中，所述排名值基于从包括以下中的一个或更多个的组中选择的排名标准来分配：

-使用情况；

-用户选择；

-大众排名；

-专家排名；

-总加工时间；

-能量消耗；

-精度水平。

11.根据权利要求8所述的数据处理系统，其中，零件描述数据包括在CAD文件中以及/或者所述加工数据包括在CAM程序文件中。

12.根据权利要求8所述的数据处理系统，其中，所述分析通过机器学习技术来执行。

13.一种编码有可执行指令的非暂态计算机可读介质，所述可执行指令在被执行时使一个或更多个数据处理系统：

f)选择可适用于与所述特定属性集匹配的特征属性的范围的加工方法集；

g)基于其分配的与所述附加特征相关联的排名值提供所选择的方法集中的至少一种加工方法作为用于制造所述附加特征的加工方法。

14.根据权利要求13所述的非暂态计算机可读介质，其中：

15.根据权利要求13所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述排名值基于从包括以下中的一个或更多个的组中选择的排名标准来分配：

-使用情况；

-用户选择；

-大众排名；

-专家排名；

-总加工时间；

-能量消耗；

-精度水平。

16.根据权利要求13所述的非暂态计算机可读介质，其中，零件描述数据包括在CAD文件中以及/或者所述加工数据包括在CAM程序文件中。

17.根据权利要求13所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述分析通过机器学习技术来执行。