机械加工设备的快速分组检索方法

摘要

发明涉及一种机械加工设备的快速分组检索方法，属于加工制造领域。该方法提出把加工特征从类型、尺寸以及加工精度等三个维度作为制造设备的加工特征向量来描述设备，然后根据制造设备的特征向量描述，改进了已有设备分组的扩展模糊C-均值算法，构建了基于加工特征向量的设备分组算法，根据最优设备分组结果能够快速检索相应的制造设备。制造设备快速分组及检索是可制造性评价、工艺规划和生产计划制定等的重要环节。针对目前设备快速分组及检索算法效率低下的现状，提出了基于设备加工特征向量的分组方法来提高算法的效率。

主权项

1.机械加工设备快速分组检索方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一、分类；在充分考虑加工特征的工艺约束信息和系统地分析加工特征形状和工程语义信息的基础上，针对箱体类零件可归纳出如下的加工特征归类原则：1)从加工制造的观点而不是从描述零件结构的角度来描述加工特征；2)应考虑特征的层次结构关系；3)按照特征的加工工艺属性，明确特征之间边界的定义；4)依据可制造性评价、CAPP以及生产计划对特征的需求确定特征的尺寸、精度等参数；根据加工特征的归类原则，箱体类零件的加工特征归类为：面、柱锥、槽、孔；面包括：通平面、台阶面、曲面；槽包括：一般槽、外切削环槽、槽系；孔包括：一般孔、孔系、螺纹孔；步骤二、描述；根据步骤一的分类以及加工特征的特征类型、零件尺寸、加工特征精度要求等方面内容，制造设备的特征向量在数学上可描述为：e_i＝(e_i,1,e_i,2,……,e_i,10,b_i,t_i)i＝1,2,……,n其中：n表示设备的总个数；e_i,k表示第i个设备加工第k个特征的特征能力数值；例如车床适合加工柱锥特征，则e_i,k=1；车床可以加工一般孔特征，但是不太适合，则e_i,k=0.5；车床不可以加工通平面特征，则e_i,k=0；通过加工特征的归类以及对构成设备加工能力的特征描述向量的分析，网络化制造环境下，多加工设备的特征描述向量，可用矩阵表示为：其中，加工特征类型的符合表示与设备特征描述向量的对应关系如表1所示；表1 加工特征与设备特征描述向量的对应关系表Tab.1 Correspondence table of manufacturing feature and equipment feature matrix步骤三、模糊分组1、初始化令初始分组组数m=1；随机选取一个设备作为初始分组中心；2、计算分组的综合评价指标R计算分组组数m条件下聚类综合评价指标R，R表示平均设备偏离度λ与加工特征重复指数r的倒数之和；$R=\lambda +\frac{1}{r}$其中，平均设备偏离度λ表示各组设备平均偏离度的平均值：$\lambda =\frac{1}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\lambda }_j$λ_j是制造设备M_i对分组中心G_j（G_j表示第j分组的分组中心）的平均偏离度；r是该分组的加工特征重复指数，用加工特征的隶属度来表示：$r=\frac{1}{m}\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}\frac{1}{n_j}\underset{i=1}{\overset{n_j}{\Sigma }}{\left(g_{\mathrm{ij}}\right)}^2$n_j表示组j中包含的制造设备的数量，加工特征k对组j的隶属度g_kj表示每个组中的制造设备特征描述向量的加权和与所有具有该加工特征的组中设备特征描述向量的加权和的比值；$g_{\mathrm{kj}}=\frac{r_{\mathrm{kj}}}{\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{r}_{\mathrm{kj}}}$r_kj表示第j组中具有加工特征k的制造设备的设备特征描述向量的加权和；3、确定最优分组组数范围根据步骤三2能够得出最优分组组数的范围：其中表示m=1时，设备对分组中心的偏离度；4、更新分组组数m更新m=m+1，若如果分组组数m=2，在欧氏空间上选两个欧氏距离最远的设备特征描述向量作为第一、二个聚类中心G₁和G₂；如果分组组数m>2：记前m-1个初始分组中心的集合为{G₁,…,G_m-1}；依次计算各个设备特征描述向量{M_i|i＝1,2,…,n}（其中n表示设备的总数）与{G₁,…,G_m-1}之间的距离D_i,s，其中{D_i,s＝‖M_i-G_i,k‖|s＝1,…,m-1}并选出设备M_i到前m-1个初始分组中心的最小距离min(D_i,1,…,D_i,m-1)；在所有设备到前m-1个初始分组中心的最小值中选出最大距离，则相应的设备特征描述向量取为第m个分组中心G_m；即若min(D_i,1,…,D_i,m-1)＝max{min{D_1,1,…,D_1,m-1},…,min{D_n,1,…,D_n,m-1}}，则G_m＝M_i；然后重复步骤三2计算分组组数m对应的综合评价指标R；更新m=m+1，若则选择最小的聚类综合评价指标分组作为最优的分组，最优分组结果由三部分组成：最优分组组数、每组包含的制造设备以及每个加工特征所属每组的隶属度；步骤四、检索根据加工特征的特征类型、零件尺寸、加工特征精度要求检索可加工该特征的制造设备；首先选择加工特征在步骤三得到的最优分组结果中所属隶属度最大的组作为该特征检索的设备组，将选择的检索设备组作为该特征检索制造资源的搜索范围；然后在搜索范围内找出能够满足加工特征的特征类型、零件尺寸、加工特征精度要求的设备；最后提取满足要求的设备的基本信息。