為了實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)之間的信息集成和數(shù)據(jù)共享，人們提出了“特征”這一符合人類思維方式的高層次產(chǎn)品建模語(yǔ)言，通過(guò)它來(lái)統(tǒng)一各系統(tǒng)間產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)。特征是零件局部形狀和屬性的信息集合。一方面它能方便地描述零件的幾何形狀;另一方面，它能為加工、分析及其他工程應(yīng)用提供必要和充分的信息。特征是完整描述產(chǎn)品信息的方法，也是系統(tǒng)的靈活性和產(chǎn)品間數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)途徑。特征技術(shù)已經(jīng)成為了新一代智能化、集成化產(chǎn)品建模系統(tǒng)的核心技術(shù)。

特征分類與編碼

　　特征歸納分類及編碼是信息流傳遞的基礎(chǔ)。根據(jù)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)，可以將其分成梁、框、肋、壁板和接頭等零件類型。根據(jù)特征的結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系可以歸納為以下八種基本特征：總體特征、槽、孔、輪廓、筋、工藝凸臺(tái)、中心軌跡、凸臺(tái)等。

　　為了能具體確定零件特征，采用成組編碼的理念，將特征進(jìn)行編碼。將一些關(guān)鍵字附在其編碼之后，作為該特征的標(biāo)識(shí)(ID)，這個(gè)標(biāo)識(shí)成為該特征在零件整個(gè)制造生命周期中的唯一標(biāo)識(shí)，此ID與零件特征的制造信息是1：1的關(guān)系。通過(guò)該標(biāo)識(shí)可以獲取該特征的詳細(xì)加工信息。將上述特征的具體屬性輔以相應(yīng)的編碼，是特征識(shí)別以及編制NC程序的基礎(chǔ)。如編號(hào)為22100000的槽代表一個(gè)附著元素為凸臺(tái)，與輪廓相鄰的曲底直壁開(kāi)口槽。

復(fù)雜特征自動(dòng)識(shí)別技術(shù)

　　飛機(jī)結(jié)構(gòu)件包含眾多形狀復(fù)雜的孔、槽和加強(qiáng)筋。其特征識(shí)別主要具有以下難點(diǎn)：零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、富含曲面、相交特征、邊特征。

　　特征識(shí)別是從零件的設(shè)計(jì)模型中抽取具有特定工程意義的幾何形狀信息。對(duì)于加工特征，必須包括零件加工過(guò)程中與該加工工序相關(guān)的加工信息集合，能夠支持加工工藝的規(guī)劃和數(shù)控加工刀位軌跡的生成。如孔加工特征包括孔的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息以及孔直徑、圓心、中心軸方向、加工深度以及零件材料特性等特征參數(shù)。因此首先要突破復(fù)雜加工特征的特征識(shí)別技術(shù)，建立一種規(guī)范、穩(wěn)定和優(yōu)化的加工特征識(shí)別算法，通過(guò)優(yōu)化識(shí)別算法，增強(qiáng)加工特征識(shí)別算法的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

　　基于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工特征復(fù)雜，包含了自由形狀曲面、相交特征和碎面等特征。這些特征被稱為復(fù)雜拓補(bǔ)不固定特征，無(wú)法用現(xiàn)有特征表示方法來(lái)描述。為此提出了基于全息屬性面邊圖的特征識(shí)別方法，很好地解決了復(fù)雜拓補(bǔ)不固定特征表示問(wèn)題。

　　采用基于全息屬性面邊圖的加工特征識(shí)別算法，以種子面為痕跡，以擴(kuò)展算法為特征修補(bǔ)策略，將經(jīng)典的痕跡法應(yīng)用到飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的加工特征識(shí)別上，很好地解決了相交特征和邊特征的識(shí)別問(wèn)題;同時(shí)通過(guò)虛擬分面和碎面抑制處理飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中的自由曲面和碎面問(wèn)題，通過(guò)特征組合實(shí)現(xiàn)復(fù)合識(shí)別，通過(guò)相關(guān)特征參數(shù)提取算法實(shí)現(xiàn)下游應(yīng)用域參數(shù)的精確提取。

智能工藝決策

　　工藝過(guò)程規(guī)劃是將產(chǎn)品幾何特性和制造工藝特性等數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為各種加工和生產(chǎn)管理所需要的信息。CAPP專家系統(tǒng)上的推理決策過(guò)程是基于集成工藝資源庫(kù)和制造資源庫(kù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。為保證工藝設(shè)計(jì)達(dá)到全局最優(yōu)化，需要進(jìn)行綜合分析，動(dòng)態(tài)優(yōu)化，交叉設(shè)計(jì)。

　　CAPP要建立特征知識(shí)庫(kù)、工藝知識(shí)庫(kù)和切削參數(shù)庫(kù)以及制造資源庫(kù)等推理專家系統(tǒng)所需的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。專家系統(tǒng)獲取包括機(jī)床、刀具、夾具和切削參數(shù)等信息，同時(shí)獲取來(lái)自CAD的特征信息，通過(guò)這些信息和典型工藝自動(dòng)決策生成工藝規(guī)程。

　　復(fù)雜飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的工藝設(shè)計(jì)技巧性強(qiáng)，工藝編制質(zhì)量有賴于工藝員個(gè)體的經(jīng)驗(yàn)，但某些典型零件及特征的加工工藝方法已相對(duì)成熟穩(wěn)定，可以總結(jié)為典型工藝。因此采用“人工經(jīng)驗(yàn)+典型工藝”方式來(lái)獲得工藝知識(shí)，首先由經(jīng)驗(yàn)豐富的工藝人員總結(jié)歸納現(xiàn)有工藝知識(shí)，同時(shí)為了規(guī)范工藝設(shè)計(jì)過(guò)程，有效利用經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，采用邏輯上方法的概念。所謂方法是工藝決策知識(shí)的組成單元，是具有相同決策功能的規(guī)則的集合。每個(gè)方法包含多條完成某一決策任務(wù)的產(chǎn)生式規(guī)則。產(chǎn)生式規(guī)則是具有完整語(yǔ)義的工藝決策指令，是一個(gè)具有明確意義的信息實(shí)體。每一個(gè)產(chǎn)生式規(guī)則由規(guī)則元按一定的格式組成(IF_THEN_ELSE)，從而成為一個(gè)有特殊語(yǔ)義的邏輯命令。由方法、產(chǎn)生式規(guī)則以及規(guī)則元構(gòu)成工藝決策知識(shí)體系。

　　在制定產(chǎn)生式規(guī)則的基礎(chǔ)上，由工藝員在已有經(jīng)驗(yàn)和工藝知識(shí)基礎(chǔ)上對(duì)典型工藝模板進(jìn)行總結(jié)定制，增強(qiáng)工藝知識(shí)，并對(duì)典型工藝模板中每個(gè)工步對(duì)象加以分析，為每個(gè)工步對(duì)象創(chuàng)建選擇方法、排序方法、賦值方法。并為典型工藝中每個(gè)工步對(duì)象加入加工特征的信息參數(shù)，由系統(tǒng)解析這些參數(shù)入庫(kù)，為決策提供依據(jù)。

　　選擇特征方法中，依據(jù)已經(jīng)形成的條件規(guī)則元，篩選該工步加工特征;特征排序方法根據(jù)命令規(guī)則元對(duì)不同的特征按空間最短距離排序;賦值方法為每種特征賦予不同的加工模式，同時(shí)從工藝資源庫(kù)中獲得相應(yīng)的參數(shù)。工藝決策過(guò)程中將每個(gè)特征實(shí)例化，生成對(duì)象，以加工元形式納入工藝規(guī)程。

　　在工序和工步的安排中采用了Dijkstra算法，對(duì)槽、孔以及筋等加工特征進(jìn)行排序，使其總體加工順序確定，局部范圍進(jìn)行優(yōu)化。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行有效排序，有效地解決了后續(xù)CAM系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的走刀雜亂無(wú)章、毫無(wú)規(guī)律的問(wèn)題。

特征編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　按照模塊化開(kāi)發(fā)的思路，基于特征的大型航空結(jié)構(gòu)件快速編程系統(tǒng)分為5個(gè)大的模塊：工件預(yù)處理模塊、特征識(shí)別模塊、工藝決策模塊、刀軌生成模塊、Vericut仿真模塊。

　　編程工藝員根據(jù)航空結(jié)構(gòu)件加工的要求，在CATIA平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的用戶界面上對(duì)零件進(jìn)行總體特征信息描述，以供特征識(shí)別、工藝決策和刀軌生成使用;工藝員需對(duì)零件進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，對(duì)零件三維模型進(jìn)行規(guī)范，以便實(shí)現(xiàn)特征自動(dòng)識(shí)別。

　　在歸納總結(jié)大型航空結(jié)構(gòu)件典型加工特征的基礎(chǔ)上，采用基于全息屬性面邊圖的特征識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)典型加工特征的自動(dòng)識(shí)別，同時(shí)，部分特征通過(guò)人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)交互識(shí)別。識(shí)別完成后，輸出零件的加工特征列表及其相應(yīng)的幾何對(duì)象和屬性參數(shù)，供工藝決策和刀軌生成使用。

　　特征識(shí)別模塊提取出的零件特征列表以XML(eXtensible Markup Language)格式作為數(shù)據(jù)傳遞標(biāo)準(zhǔn)，傳給CAPP系統(tǒng)，供其自動(dòng)工藝決策使用;CAPP工藝決策模塊實(shí)現(xiàn)基于特征和知識(shí)的自動(dòng)工藝決策。

　　刀軌生成模塊根據(jù)特征識(shí)別提供的結(jié)構(gòu)件幾何特征對(duì)象以及CAPP系統(tǒng)提供的工藝規(guī)程和工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)各加工特征刀軌的自動(dòng)生成。部分特征的程序編制在人機(jī)交互下完成，所有特征加工完畢，輸出刀位文件。

　　生成的刀位文件傳送至Vericut環(huán)境下進(jìn)行仿真，在集成刀具庫(kù)、機(jī)床庫(kù)、工裝庫(kù)等工藝資源庫(kù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行碰撞、過(guò)切等檢測(cè)，判斷刀位文件是否滿足加工要求。如滿足，則程序編制結(jié)束;否則，根據(jù)仿真反饋的信息，對(duì)CAPP或CAM部分進(jìn)行相應(yīng)的修正。

基于特征的快速編程平臺(tái)

　　為將特征識(shí)別技術(shù)與特征編程技術(shù)更好的工程化，中航工業(yè)成飛特提出建立了一個(gè)集數(shù)字化數(shù)控工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控編程為一體的大型航空結(jié)構(gòu)件數(shù)字化制造整體解決方案。這是一個(gè)面向復(fù)雜航空結(jié)構(gòu)件的基于特征和知識(shí)的CAD/CAPP/CAM/PDM/MES集成化工程化系統(tǒng)。系統(tǒng)采用開(kāi)放式的體系結(jié)構(gòu)，以及面向?qū)ο蟆⒐こ讨R(shí)處理等技術(shù)，基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，是根據(jù)大型航空結(jié)構(gòu)件的數(shù)控編程特點(diǎn)建立的協(xié)同工作與集成應(yīng)用平臺(tái)，系統(tǒng)與CATIA V5、UG等CAM軟件集成應(yīng)用。

　　通過(guò)構(gòu)建基于特征的大型航空結(jié)構(gòu)件快速編程平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控零件全生命周期數(shù)據(jù)的信息集成和工藝編程流程的過(guò)程管理，有效地導(dǎo)通結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)、工藝、制造數(shù)據(jù)流，同時(shí)由于采用了協(xié)同工作平臺(tái)，根本改變了航空結(jié)構(gòu)件工藝準(zhǔn)備(工藝設(shè)計(jì)、編程)的工作方式和流程，確保了工藝信息的合法性和正確性。系統(tǒng)平臺(tái)的推廣應(yīng)用必將提高復(fù)雜航空結(jié)構(gòu)件數(shù)控編程效率一倍以上，同時(shí)提高程序質(zhì)量。

　　隨著企業(yè)信息化建設(shè)的深入發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)一步朝著數(shù)字化、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。數(shù)控車間的工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控編程、制造一體化是必然的發(fā)展方向。通過(guò)基于特征的快速編程平臺(tái)的研究與開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了在異構(gòu)環(huán)境下的數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)了工藝技術(shù)數(shù)字化、信息集成化、過(guò)程敏捷化，為企業(yè)大型數(shù)控機(jī)加件的數(shù)控編程提供了一種高效高質(zhì)量的方法與手段。