结合特征描述法和分类编码法，建立基于特征和编码的钣金工艺信息模型，并提出了基于的工艺规程表达，实现钣金工艺实例的多层次描述。同时根据R5模型的原理，对不同类的钣金零件，采用不同的相似性关系建立钣金工艺实例库。
引言
钣金工艺设计是指根据给定的最终成形零件的信息、可用的资源信息和工艺信息，设计从板料到制造零件过程中的加工方案，主要包括了确定工艺过程、工艺内容、工艺装备和工艺参数等内容，具有工艺过程复杂、控制严格，工装品种多、协调困难等特点。
上世纪80年代，工艺设计领域提出了智能化、自动化的工艺设计，并引入了专家系统、人工神经网络等技术，虽然这些技术可以在一定程度上改善工艺设计的智能化，但都有其致命的缺点：如专家系统所面临的工艺知识获取的瓶颈、系统性能的“窄台阶效应”问题人工神经网络所面临的样本选择、分析推理过程不透明、理解困难等问题。在1983年，.提出了基于实例推理(Case based Reasoning ,CBR)的概念，核心思想是相似问题有相似的解决方法，利用已存在的实例的解决方法去解决新的问题。将此种技术应用到钣金工艺设计系统中，可以克服专家系统知识获取的”瓶颈”，同时较人工神经网络更易实现，并且符合工艺设计人员的设计思维。目前，已有一些学者研究将CBR应用于钣金工艺设计中，但这些应用CBR的工艺设计系统往往存在如下问题：
(1) 实例表达模型过于单一，只是针对特定的零件类型开发，不能适应零件类型的变化和系统的升级需求。特别是在钣金工艺设计领域，由于钣金零件的形状复杂多样，成形方法各异，而目前对钣金工艺知识表示层次单一，缺乏柔性。本文针对此问题，提出一种基于XML的多层次工艺知识表达方式。
(2) 在这些理论研究中，大多都假设实例库已经存在，但实际的情况是实例库往往不存在。由于实例库是进行实例推理的基础与前提，因此建立合理的实例库是目前亟待解决的问题。本文将研究适合钣金工艺设计特点的实例库建立技术。
钣金工艺实例的表达
从CBR的应用角度来讲，一个实例应该包含“问题描述”和“解决方案”两部分，对于钣金工艺设计而言，本文利用钣金工艺信息模型表示钣金工艺实例的“问题描述”，同时通过基于XML的工艺规程表达描述实例的“解决方案”。
钣金工艺信息模型
钣金工艺信息模型，必须能对钣金工艺设计过程提供必要的信息支持，而信息包括零件的几何信息、材料信息、精度信息以及工艺设计过程所需要的管理信息等。目前常用的钣金零件信息描述方法有零件分类编码法、零件表面元素描述法、零件特征描述法等等。各种方法各有其优缺点，单独采用其中任意一种方法都不能有效的解决钣金零件信息描述问题，本文结合特征描述法和分类编码法，建立基于特征和编码的钣金工艺信息模型。
通过对各种类型的钣金零件进行分析与比较发现，不同类型的钣金零件所包含的管理特征和材料特征的信息基本相同，并且相对固定，因此对这一部分特征信息可以采用刚性较强的链式码表达，如图1所示。
图1 钣金工艺信息模型
对于钣金零件的几何形状特征而言，由于不同类型的钣金零件所包含的几何形状特征数量不等、含义不同，建立统一的模型表示较为困难。在钣金工艺设计中，钣金零件的几何形状特征在很大程度上决定了零件工艺的内容，因此本文根据钣金零件的工艺相似性及企业中工艺人员的设计习惯对钣金零件进行分类。nextpage
通过对某主机厂调研，发现厂内组织结构划分格局为：首先根据钣金材料品种板材、型材、管材分成几个技术组，然后在各组内根据工艺方法划分成几个工段。因此，本文首先根据钣金零件的材料品种将钣金件划分三大类，即板材类零件，型材类零件和管材类零件，然后对每一大类进行不同层次和不同级别的分类这样即符合企业内的组织结构，同时又有利于建立实例库和加快实例的检索。如图2、图3和图4所示。
图2 板材类零件分类图
图3 型材类零件分类图
图4 管材类零件分类图
基于XML的工艺规程表达
现存的工艺规程通常存在一些问题，如不同CAPP的系统定义的工艺规程形式各异，缺乏规范化定义，信息交换困难，难以实现共享，而且工艺规程所蕴含的知识难以组合利用，工艺知识可复用性差。
另外工艺规程所包含的数据内容具有两个显著的特点，那就是松散的结构化和强烈的层次性，由于这两个特点，使得工艺规程的数据不适合采用关系数据库存储，但是，处理非结构化数据和嵌套数据却正是XML技术的强项。而且网络化是工艺设计的一个重要发展方向，采用XML技术表示工艺规程可以有效的解决网络数据交换问题。因此本文将提出采用XML表达工艺规程。
XML(Extensiable Markup Language)是一种置标语言，作为标准通用化置标语言(Standard Generalized Markup Language，SGML)的子集，XML充分吸收了SGML的优点，具有良好的可扩展性，同时又克服了SGML语法过于复杂的缺点，因而成为新一代网络语言标准。XML具有以下优点：
(1) 可扩展性：这是XML技术的最大优势，通过使用XML技术，用户可以在不同的应用领域中，定义适合该领域的标记集(置标语言)；
(2) 超越于格式之上：XML允许用户根据各种不同的规则来制定标记；
(3) 数据交换：XML的另一优势是作为数据交换的标准。目前存在着许多不同的操作系统，数据库系统，不同系统之间的数据交换相对比较困难，而XML则提供了一条有效的解决途径。nextpage
采用XML技术表示工艺规程，首先，确定工艺规程内容的模式定义(XML Schema Definition，XSD)；然后，根据XSD所定义的格式及内容要求，将工艺规程的内容进行置标表示，并按照一定的关系进行嵌套组合。XSD文件和XML文件之间的关系和类与实例之间的关系很类似，采用XSD定义一份工艺规程中所能包含的内容，一份XML文件则是一份具体的工艺规程，其内容必须符合的定义，即满足有效性要求。表1是采用XML Schema Definition对工艺规程的模型进行表示。表2是某一工艺规程的XML文档表示。其中工艺规程头信息主要包含零件的管理信息、材料信息和热处理等信息，工艺规程的核心内容是加工指令集，而加工指令集由一系列有序的加工指令单元组成。
表1 实例库建立符号对应关系表
工艺规程的XSD模式(部分)如下：
实例库建立
基于实例推理技术应用的前提是有实例库的支持，但目前所提出的CBR模型中，许多都没有对实例库的建立过程进行探讨，本文以R5模型为基础，研究建立钣金工艺实例库的过程与方法。nextpage
为了解决实例库的建立问题，Gavin Finnie等提出了R5模型，其模型原理如图5所示。与R4模型的区别在于将实例库建立中使用的重新分类(Repartition)技术也作为模型的一部分，为实例库的建立提供技术支持，其余四个步骤与R4模型相同。
图5 R5模型原理
实例库创建的本质是将现实问题Wp域映射到实例的问题描述P(过程I)；然后寻找P在现实解决方案域Ws中对应的解决方案(过程II)；然后再将Ws映射到实例的解决方案Q(过程III),在上述过程中建立起P和Q的对应关系,就可以完成实例库的创建(见图6)。
图6 实例库创建的本质
建立钣金工艺实例库所要处理的Wp、Ws、P、Q和S的含义如表1所示。在建立钣金工艺实例库时较关键的是确定采用何种相似关系S作用于Wp上，本文根据以上对钣金零件的分类基础上，对三大类零件采用不同的相似关系，分别建立相应的实例库，如表2所示。
表2 不同零件采用相似关系表
结束语
本文重点研究了钣金工艺实例的表达和实例库的建立。通过结合特征描述法和分类编码法，建立了基于特征和编码的钣金工艺信息模型，并提出了基于的钣金工艺规程表达方法，实现钣金工艺实例的多层次描述，并且为网络化工艺设计中工艺信息的交互与共享提供一种有效解决方式。同时本文根据R5模型的原理，在对钣金零件结构进行分析及分类的基础上，采用不同的相似性关系建立了钣金工艺实例库，为基于实例的钣金工艺设计系统的开发和应用奠定了基础。
