摘　要：对用于半智能化夹具设计的工程数据库进行了探讨，提出了工程数据库的体系结构、数据结构和实现方法。该工程数据库基于特征层次对夹具元件进行描述，能较好地支持夹具元件智能化选择和自动化装配。
关键词：半智能化夹具设计；工程数据库；特征
分类号：TP392：TG75　文献标识码：B
文章编号：1001-2265(2000)　02-0014-03

Study on engineering database for semi-intelligent fixture design

Bai Hemin　Jin Tianguo　Nie Yinghua　Liu Wenjian

Abstract：This paper discusses an Engineering database for semi-intelligent fixture design.The system structure,the data description,and developing method of the engineering database are given.The fixture element is described based on feature.The database can support the intelligent selection and automatic assembly of fixture elements.
Key word：semi-intelligent fixture design;engineering database;feature

1　引言

　　夹具设计工程数据库用于存储夹具元件的数据信息和图形、设计结果的有关信息及夹具设计过程中间结果的数据库，以满足夹具设计与装配管理、夹具元件管理和设计结果管理等，是夹具设计系统的一个重要组成部分。目前，智能化夹具设计技术已成为夹具设计研究领域珠主要研究方向，许多国家的专家和学者都对此进行了研究。对于夹具设计系统来说，夹具元件数据库及图形库是其重要的组成部分，尤其对于智能化夹具设计系统，元件数据库与图形库是实现夹具设计自动化的基础。到目前为止，所研制的夹具设计系统中，夹具元件数据库一般只包含针对元件整体的几何尺寸和功��信息，对夹具元件的描述不完备，在运行夹具设计过程时，需要不时地由人工输入数据，降低了系统智能化和自动化的程度。为此，我们研制了一个用于半智能化夹具设计系统的工程数据库。夹具设计工程数据库包括夹具元件数据库、夹具元件图形库和设计结果数据库三大部分，其结构如下图所示。

图 　夹具设计工程数据库结构

2　夹具元件数据库

　　夹具元件数据库是用来描述夹具元件的结构和功能信息的。由于夹具元件在夹具中的功能是由特征表面来实现的，在夹具设计过程中，除了元件的功能外，实现元件功能的特征表面的有关信息(如表面的类型、尺寸等)也是选件的重要依据。另外，在元件装配过程中，也主要以元件的特征表面作为操作对象，因此，在夹具元件数据库中，应包括其各个功能特征表面的有关信息。
　　按照在夹具中的作用，夹具元件分为夹具体(基础板)、定位件、支承件、导向件、夹紧件、紧固件等几大类，每一大类元件又根据形状和结构分为若干种。为了便于元件数据的管理与扩充，采用相同的数据格式对元件进行描述。由于每种元件有若干规格，且每一种元件的功能特征的数目不同，要采用一个表来描述所有元件是很困难的，且不便于元件数据的管理，因此，我们采用三个表，即一般信息表、规格尺寸表和特征信息表，来分别描述夹具元件的不同信息。
　　元件一般信息表描述夹具元件的从零件层次上描述夹具元件的信息，其数据结构为：
ElementClass｛　　／／元件信息类
　ElementID;　　　／／元件代号
　ElementName;　　／／元件名称
　ElementType;　　／／元件类别
　ElementLabel;　　／／标注方式
　ElementImage;　　／／元件示意图
　ElementModelPath;／／元件图目录
｝；
其中元件代号是参照机械工业部夹具元件编码方法为夹具元件编制的种类代码；元件类别是指元件所属大类；标注方式是指元件外形尺寸的标注方法，如L×B×H等；示意图是指元件的JPEG图象文件的名称及路径，为便于直观查询，为每一种元件生成了一个JPEG图象；元件图目录则指用三维实体造型方法建立的元件图形文件的名称及路径。
　　元件规格表描述夹具元件的规格尺寸，其数据结构为：
ElementSpecClass｛／／元件规格类
　ElementID;
　ElementSpecCode;／／规格代号
　ElementSpecDim;／／规格尺寸
｝；
其中规格代号是在元件种类代号的基础上增加两位序号而成，表示不同的尺寸规格；规格尺寸是指元件的标注尺寸，如100×80×75(长×宽×高)等。
　　元件特征信息表描述夹具元件的功能表面和装配表面的有关信息，其数据结构为：
ElementFeatClass｛／／特征信息类
　ElementID；
　FeatureID;　　　／／特征标识
　FeatureType;　　／／特征类型
　FeatureFunction;／／特征功能
　FeaturePosition;／／特征位置
｝；
其中特征标识是指元件图形建立过程中赋予元件特征表面的识别符号；特征类型是指特征表面的类型，如平面、圆柱面等；特征功能是指该特征表面在夹具中或元件装配时的作用，如定位、装配等；特征位置是指在元件上相同功能的特征较多时，各特征在夹具元件坐标系中的位置。应注意的是，在向数据库中输入元件特征表面信息时，要保证各个特征表面的数据同元件图形中所定义的相同。
　　由于每一种元件的代号是**的，故采用元件代号(ElementID)作为键将各表关联在一起，以便于数据的管理与查询。
　　夹具元件数据库管理系统采用Foxpro建立，系统可以方便地实现夹具元件数据的管理功能，对数据库内容进行增、删、查、改等操作。查询功能可以根据不同的查询条件对元件数据进行查询，既可单项条件查询，也可组合查询。

3　夹具元件图形库

　　夹具元件图形库用来存储夹具元件的图形信息，供夹具设计系统调用安插到夹具装配图模型中。
　　夹具元件图形基于Pro/E环境建立，为三维实体模型。由于我国已为夹具元件(包括全部组合夹具元件和常用的专用夹具元件)制定了标准，夹具元件上的大部分结构特征，如键槽、T型槽、通孔、螺纹孔等，是相同或相似的。因此可利用Pro/E的UDF(用户自定义特征)功能和参数化功能将这些特征建成UDF库，在夹具元件建模时，直接调用UDF库中的特征并输入相应的尺寸来生成夹具元件模型。这样既可以保证各个夹具元件上相同功能特征的一致性，大大减少人为误差，又能简化元件图形库的建立过程。对于没有规定标准的夹具元件，如专用夹具的夹具体等，也根据其常用形状建立起参数化模型，并在具体结构设计时，尽量采用UDF库中的特征来构建其结构，以简化其设计过程。由于Foxpro函数无法直接打开用Pro/E建立的夹具元件图形文件，我们在建立元件模型的同时，为每一种夹具元件生成一个JPEG图象，以便于在查询元件数据时能得到直观的元件结构信息。

4　夹具设计结果数据库

　　夹具设计结果数据库用来存储夹具设计结果的有关信息。与夹具元件数据库类似，由于各个夹具中所包含的元件个数不同，难以用一个表来存储所有的信息，故将设计结果信息分类存于两个表(即夹具设计结果信息表、夹具元件清单表)中，以便于管理。
　　夹具设计结果信息表存储夹具设计的依据和夹具装配图信息，其数据结构为：
FixtureClass｛　　　／／夹具设计结果类
　PartName;　　　　／／工件名称
　PartID;　　　　　／／工件代号
　PartType;　　　　／／工件类型
　OutlineDim;　　　／／外型尺寸
　PartImage;　　　　／／工件示意图
　PartModelPath;　　／／工件图目录
　ProcessName;　　　／／工序名称
　ProcessObject;　　／／加工内容
　MachineTool;　　　／／加工机床
　LocatingScheme;　　／／定位方案
　LocaSurfDescrb;　／／定位面描述
　ClampingScheme;　／／夹紧方案
　LocaSurfDescrb;　／／夹紧面描述
　FixtureName;　　／／夹具名称
　FixtureID;　　　／／夹具代号
　FixtureType;　　／／夹具类型
　FixtureImage;　　／／装配示意图
　FixtureModelPath;　／／装配图目录
　FixtureManual;　　／／夹具说明书
｝；
其中，PartName～LocaSurfDescrb项为夹具设计的依据，从工件CAPP系统提取，或根据工件的工艺文件交互输入。
　　夹具元件清单表中包括夹具元件的名称、代号、规格和数量等信息，其数据结构为：
FixtureElemntClass｛　　／／元件清单类
　FixtureID;
　ElementID;
　ElementName;
　ElementLabel;
　ElementSpecCode;
　ElementSpecDim;
　ElementNum;　　　　　／／元件数量
　ElementImage;
　ElementModelPath;
｝;
其中，元件代号和元件数量由夹具设计系统从夹具装配图的BOM表中自动读取并写入表中，元件的其它信息由系统根据元件代号从夹具元件数据库中读取，以保证数据的惟一性。两个表采用夹具代号(FixtureID)为键进行并联。
　　夹具设计结果数据库管理系统采用Foxpro建立。为了保证设计结果的有效性和真实性，管理系统对夹具设计结果数据库的管理功能**于查询和删除。夹具设计结果的入库由夹具设计系统在夹具设计完成后，按照规定的程序自动完成。

5　对选件和装配智能化的支持方法

　　在半智能化夹具设计系统中，选件和装配的智能化一般采用专家系统来实现。
　　利用专家系统实现智能化选件有两种方法。一是完全基于知识库，这种方法注重知识表示的完善性，要求尽量将知识表示细化，达到通过规则描述就能指导出应该使用的元件以及所使用元件的规格。二是知识库与数据库并用，这种方法是通过在数据库中增加与知识库相关联的信息，简化规则描述的复杂性，利用知识库进行推理，得到满足要求的一组元件，然后再根据夹具设计要求和数据库中的信息找出*适当的夹具元件。
　　采用**种方法能通过一次规则的判断，直接定位到应选择的元件，系统流程较简洁，推理过程不需用户干预。其不足是：因为需要定位到单个元件，所以对每一规格都要产生一个规则，造成规则数量多；当添加或修改一规则时，要考虑到较多的方面才能准确地将一个元件规格与其他元件规格区别开来，增加了知识库扩充的难度；由于知识库与数据库没有关联关系，难以保证推理结果和数据库中元件数据的可用性。
　　采用**种方法则可避免上述缺点。由于已经在夹具元件数据库中定义了元件各功能特征的信息，并建立起知识库与元件数据库之间的联系，故知识库中的规则只需描述到功能级，简化了知识表示的难度，同时，因功能对应一组元件，减少了规则数量。当在夹具元件库中添加一个新元件时，只需为此元件描述相应功能就可使该元件被知识库检索到。删除元件信息或删除规则时也不会产生异常。因此，这种数据结构可以较好地支持智能化选件过程。
　　从图形角度来看，夹具的装配主要是各夹具元件的表面相互贴合。所以要支持自动化装配，必须对元件图形的特征表面信息进行描述。由于我们在夹具元件数据库已经描述了夹具元件各装配表面的标识、类型、位置及尺寸等信息，因此，夹具设计系统可以从夹具元件数据库中提取上述信息，通过接口输入利用Pro/E提供的开发工具研制的夹具装配控制模块，根据夹具装配规划结果，实现元件的自动装配。

6　结论

　　基于特征建立夹具元件图形库，采用新的数据结构构建夹具元件数据库，使得工程数据库能够给夹具设计过程提供一个信息比较完备的夹具元件模型，从而可以大大减小夹具设计过程中的人工干预，提高夹具设计过程的自动化程度。（完）