[发明专利]一种基于工艺流程的制造成本估算方法

权利要求书

1.一种基于工艺流程的制造成本估算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：融合可制造性驱动的制造特征识别；

定义制造特征为零件在同一装夹下满足制造属性的一组连续表面；

步骤1-1：利用表面加工刀具轴向工艺知识，计算三维CAD模型中各加工面的刀轴方向可行空间；

步骤1-2：基于加工面属性邻接图，将三维CAD模型预分割为多个加工区域，若是基本特征则直接输出；若是相交特征继续步骤1-3；

所述基本特征定义为：在一个加工区域图G＝(V,E)中，若边集E中的所有边均为非凸边，则该加工区域图对应于零件中的加工区域表示一个基本特征；所述相交特征的定义为：对于加工区域图G＝(V,E)，若边集E中存在凸边或者凸切边，则该加工区域图对应于零件中的加工区域为相交特征；

步骤1-3：根据不同相交特征的类型分别计算出可行的刀具轴向集，并且在此基础上提取该加工区域的基面集合；

基面的定义如下：给定一个制造特征F，其刀轴方向为n_k，如果制造特征中存在平面f_i与n_k垂直，则称平面f_i为制造特征F的基面；

步骤1-4：对于每个加工区域，以基面为种子面，采用融合制造语义的加工面聚类算法获得各个加工区域子图；

加工区域子图的定义如下：对于图G＝(V,E)，其中V表示零件的面，E表示边，如果满足：

1)对于V中任意的两个顶点v_i与v_j，存在一条连接顶点v_i与v_j的路径，并且该路径中的每条边都是非凸边；

2)存在刀具轴向n_k，满足：n_k·n_i(p)≥0，其中n_i(p)为加工面f_i在点p处的法矢，加工面f_i与v_i相对应；

3)至多只有一个平面f_j与刀具轴向n_k之间的夹角θ满足:θ(n_j,n_k)δ(δ为给定阈值)，则称图G为加工区域子图；

步骤1-5：以加工区域子图为特征痕迹，对加工区域子图进行优化合并，并作特征解释，完成制造特征识别；

步骤2：基于工艺模板的工艺流程快速生成；

步骤2-1：构建工艺模板库；

基于零件结构进行加工过程分析，提取加工过程中的加工方案对应的工艺模板及规则，包括典型工艺对象表示的加工工艺信息、规则方式表示的工艺决策知识；所述工艺模板是指加工过程中的工艺对象及其关联的加工方案，包括特征模板及零件工艺路线模板；

将典型工艺模板规则直接嵌入到典型工艺对象及其子对象中，建立典型工艺规则、典型工序规则和典型工步规则库；

典型工艺规则约束工艺基本信息的取值和工艺路线，典型工序规则约束工序内容与工步顺序安排，典型工步规则约束详细设计包括工步内容与加工元的生成和加工策略选择；

采用产生式规则约束零件特征的加工方法，实现制造特征与典型特征工艺模板的关联，构建融合规则的典型特征工艺模板；由融合规则的典型特征工艺模板形成工艺模板库；所述典型特征工艺模板是指能够覆盖多个制造特征加工的加工方案；

步骤2-2：工艺模板匹配；

获取零件制造特征所属产品、零件组、材料属性、典型属性信息之后，依据获取信息基于规则匹配从工艺模板库中获取典型工艺模板；工艺模板匹配包括制造特征匹配和工艺路线匹配，其中制造特征匹配包括以下步骤：

步骤2-2-1：制造特征类型匹配；

如果两个制造特征的类型不同，则认为两特征的相似度为0；如果特征类型相同，则其相似度为1；

设两个待比较特征分别为T₁和T₂，类型的相似度用S_T表示，则用式(1)进行特征类型匹配：

步骤2-2-2：壁厚、深度、转角半径、最大/最小宽度匹配；

采用式(2)进行壁厚、深度、转角半径、最大/最小宽度匹配：

S_G＝0.2×S_TH+0.2×S_DE+0.2×S_FI+0.2×S_MAX+0.2×S_MIN (2)

其中S_G表示壁厚、深度、转角半径、最大/最小宽度值匹配的相似度，S_TH表示新零件制造特征属性中壁厚值是否落在特征工艺模板关联的特征信息的壁厚范围中，如果落入则S_TH为1，否则为0；S_DE表示新零件制造特征属性中深度值是否落在特征工艺模板关联的特征信息的深度范围中，如果落入则S_DE为1，否则为0；S_FI表示新零件制造特征属性中转角半径值是否落在特征工艺模板关联的特征信息的转角半径范围中，如果在给定范围内则S_FI为1，否则为0；S_MAX表示新零件制造特征属性中最大宽度值是否落在特征工艺模板关联的特征信息的最大宽度范围中，如果落入则S_MAX为1，否则为0；S_MIN表示新零件制造特征属性中最小宽度值是否落在特征工艺模板关联的特征信息的最小宽度范围中，如果落入则S_MIN为1，否则为0；

步骤2-2-3：孔径匹配；

对于孔特征类型，根据孔径大小对特征工艺模板关联的特征信息的孔径范围与新零件制造特征属性中孔径值进行匹配，用S_DI表示新零件制造特征属性中最小宽度值是否落在特征工艺模板关联的特征信息的最小宽度范围中，如果落入则S_DI为1，否则为0；

步骤2-2-4：尺寸公差、形位公差、粗糙度匹配；

尺寸公差、形位公差、粗糙度的相似性比较取决于尺寸公差、形位公差、粗糙度的等级，如式(3)所示：

其中S_A表示尺寸公差、形位公差、粗糙度匹配的相似度；S_DIM表示新零件制造特征属性中尺寸公差是否落在特征工艺模板关联的特征信息的尺寸公差范围中，如果落入则S_DIM为1，否则为0；S_FP表示新零件制造特征属性中形位公差是否落在特征工艺模板关联的特征信息的形位公差范围中，如果落入则S_FP为1，否则为0；S_RO表示新零件制造特征属性中粗糙度是否落在特征工艺模板关联的特征信息的粗糙度范围中，如果落入则S_RO为1，否则为0；

步骤2-2-5：新零件制造特征与特征工艺模板关联的特征信息的相似度被定义为壁厚、深度、转角半径、最大/最小宽度、孔径、尺寸公差、形位公差、粗糙度相似度的加权和，用δ表示，用式(4)计算：

取相似度最大的特征模板作为待制制造特征的特征工艺模板；

步骤2-2-6：如果δ0.5则认为特征匹配，循环遍历所有新零件制造特征和关联特征，输出匹配到的关联特征对的数量m和每一对的特征相似度加权和δ；

步骤2-2-7：新零件制造特征与典型工艺模板中关联特征匹配对数有多个，用S_TM表示新零件与宏观工艺模板之间的相似度，如式(5)：

步骤2-2-8：最后通过计算新零件制造特征与所有典型工艺模板中关联特征的S_TM值，将S_TM值最高的典型工艺模板进行工艺路线匹配，作为与新零件匹配到的工艺路线模板；

步骤2-3：根据匹配好的典型工艺模板，从系统知识库中读取工艺信息，进行典型结构的工序决策；将工艺模板中的工序内容复制到新的工艺信息中；对于加工工序，筛选机床信息进入工步决策；

工步决策中，筛选匹配的结构特征，创建针对特征的加工元对象，构建能够涵盖加工全过程的典型结构模型，完成典型结构模型的工艺级、工序级和工步级自动决策；对自动决策的工艺信息进行导航式修订，编辑工序、工步、工装信息，实现零件典型结构工艺流程的自动生成；

步骤3：基于工艺流程构建制造成本分析模型；

通过分析不同工艺要素对制造成本的影响特点，开发零件典型结构的制造成本知识库；分析加工工艺与制造成本之间的关联关系，构建以工艺流程为基础的制造成本知识库；结合加工工艺流程，实现零件的制造成本估算，步骤如下：

步骤3-1：分析并总结零件制造过程中工艺要素与工时/成本之间的关联关系，包括加工参数与工时、加工几何与工时、制造资源与成本，并进行量化表示，从而构建成本知识库；

步骤3-2：分析制造特征对加工工艺的影响规律，通过典型工艺规则及工艺模板嵌入的方式，构建制造特征与加工工艺之间的关联函数f₁，在此基础上，综合成本知识库中工艺要素与成本的量化关联表示f₂，建立制造成本分析数学模型；其中，成本的技术指标包括机床成本、刀具成本、机床变换成本、刀具更换成本、装夹成本、加工成本；

步骤3-3：根据工艺流程中所含的工艺信息，采用所构建的制造成本模型对工艺流程中每个工序的制造成本进行逐一估算，进一步综合整个工艺流程来对零件整体的制造成本估算，从而形成加工工艺-制造成本相统一的估算路线。

2.根据权利要求1所述的一种通过1553B接口远程升级挂架接口单元的方法，其特征在于，所述非凸边包括凸切边、凹边、凹切边和语义边。