制造过程链的自动化和可伸缩性：修理特征和功能块的应用

HOS T E D B Y可在www.sciencedirect.com网站上查阅计算设计与工程学报3（2016）53www.elsevier.com/locate/jcde使用修理特征和功能块的Gunter Spöckern，Thorsten Schreiner，Tobias Huwer，Kristian Arntz弗劳恩霍夫生产技术研究所IPT，CAx技术部，Steinbachstrasse 17，52074 Aachen，Germany接收日期：2015年4月7日;接收日期：2015年6月11日;接受日期：2015年6月22日2015年7月2日在线发布摘要当前的产品定制和具有个别缺陷的高价值零件的维修趋势要求所涉及的制造过程链的自动化和高度的可伸缩性。为了确定相应的要求，本文通过区分水平和垂直过程链，概述了制造过程链。已建立的建模和编程过程与CAx系统和现有的方法。此外，制造过程链的不同类型的可能的适应被示出并被认为是级联的控制回路。在此之后，它是讨论的维修过程链的关键要求为了克服这些缺陷，本文引入了包含几何特征思想的修复特征，并基于测量输入数据定义了分析辅助几何。这满足了通常由直接在易于产生伪影的三角化表面形式的重建几何形状上工作所引起的挑战。嵌入到功能块中，这允许将用于制造过程链的传统方法应用于自适应修复过程链。&2015年CAD/CAM工程师协会。由Elsevier制作和主持。All rights reserved.这是一个在CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：CAx;柔性过程链;自适应;功能块;制造;透平机械;维修1. 介绍随着大规模定制和网络物理系统等当前趋势的发展，制造过程的灵活性正在成为当今经济环境的一个关键目标。这些趋势和新型近净成形生产技术的兴起对制造工艺链提出了新的要求。在制造过程链中引入灵活性会导致更高的复杂性，因为生产步骤通常取决于基于测量数据或过程参数等信息的动态决策。因此，复杂性管理的工具将必须到位，以支持用户建模和执行过程链。一个突出的例子是航空航天领域的维护、修理和大修部门n通讯作者。电子邮件地址：gunter. ipt.fraunhofer.de（G. Spöcker）。同行评审由CAD/CAM工程师协会负责。能源行业。由于使用昂贵的超级合金，维修工艺是生产新零件的一种具有成本效益的替代方案，并在可能的情况下实施。维护的需要是机械和热负荷以及腐蚀这三个因素叠加的结果。此外，在旋转涡轮机部件处会出现单独的损坏模式和变形[1使用中的修复工艺链包括几个步骤，如铣削、激光熔覆或磨削。每个过程都必须单独适应维修案例，结果定义了下一步的输入。复杂的依赖关系是这种方法的结果，必须掌握。在过去，几家公司已经开发了不同的策略，以满足这种修复过程链的需要。通常的做法是人工识别损伤并相应地调整计算机辅助设计（CAD）。这些调整可以包括（i）用于均衡零件变形的变换，（ii）添加辅助几何形状（例如平面）以允许计算机辅助的调整的规划，以及（iii）增加辅助几何形状以允许计算机辅助的调整。http://dx.doi.org/10.1016/j.jcde.2015.06.0122288-4300/2015 CAD/CAM工程师协会。&由Elsevier制作和主持。All rights reserved.这是一个在CC BY-NC- ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。54G. Spöcker等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）53制造（CAM）。另一种实现自适应修复过程链的常用方法是为每种零件和损坏类型开发定制的软件系统。显然，这两种方法都需要大量的手工准备，因此在成本方面远非最佳。为了克服这种情况，需要一种方法，它可以捕获所需的修复过程的知识，并能够支持自动执行的修复过程。这给工艺规划和制造带来了新的挑战。今天的CAx系统和方法无法满足这些需求。因此，本文介绍了维修特征，可以作为维修工艺链规划和编程的基础。此外，本文还展示了如何利用功能块来编程自适应修复过程链，以及如何使用功能块来设置自适应修复过程链。该方法引入了修复特征，将常用的工艺规划和编程方法与处理自适应修复工艺链的新要求相结合。此外，它有可能很容易被工业界采用，作为通过CAD/CAMCAM仍然可以集成到所提出的方法。2. 基本原理和最新技术制造业的灵活性一直是一个研究课题。在过去的90年里，人们从经济、组织和技术的角度来对待虽然不可能在这些概念之间做出明确的区分，但本文强调技术方面，并重点关注CAx软件系统在这方面的作用2.1. 制造过程链在试图总结以前的作品，并创建一个共同的术语，布朗等人。[4]引入了一个分类，定义了八种类型的制造灵活性：（i）机器灵活性，生产给定的一组零件类型所需的更改的容易性。(ii)工艺灵活性，即以多种方式生产给定的一组零件类型的能力，每种零件类型都可能使用不同的材料。(iii)产品灵活性，即非常经济和快速地转换生产一套新产品的能力。(iv)工艺路线灵活性，处理故障和继续生产给定零件类型的能力。（v）产量灵活性，即以不同产量营运灵活生产系统的能力(vi)扩展灵活性，以模块化的方式扩展系统的能力。(vii)操作灵活性，能够为每种零件类型交换几种操作的顺序。（viii）生产灵活性，灵活制造系统可以生产的零件类型的范围。正如Sethi[5]所指出的，CAx技术与CNC加工中心的结合是实现任何这些灵活性的先决条件，尤其是机器，操作和产品灵活性。塞西拒绝了计算机可扩展性作为一个独立的范畴，认为计算机技术是布朗所定义的所有范畴的基础。随着计算机和通信技术的进步及其在制造业分支中的广泛分布，越来越清楚的是，这些技术对制造业的灵活性具有重要影响。Kusiak[6]的分类考虑到了这一发展，并将计算机可扩展性视为一个独立的类别。本文讨论了在CAD/CAM领域中沿维修工艺链描述和建模可扩展性的方法。为了做到这一点，水平和垂直过程链之间的区别是[7]，见图。1.一、水平工艺链是生产工件所需成形板材零件加工中的典型水平工艺链包括切割、成形和连接[7]。另一个例子是通过增材激光熔覆和重塑轮廓对磨损的涡轮叶片进行修复制造工艺链[8，2，9]。与水平过程链相比，垂直过程链描述了从想法到产品的方式，并包含其他类型的过程[7]。通常情况下，需要一系列步骤来计划和执行单个制造过程，其中涉及人员，机床 ， 工具 ， 夹 具。 通 常 ， 垂直 工 艺 链涉 及 几 何建 模（CAD）、刀具路径规划（CAM）、后处理和制造工艺本身（例如，研磨，研磨）[10]。垂直过程链的灵活性可以有多种形式，所有这些形式都必须得到所使用的不同软件系统的支持。工件的几何形状可能会发生变化，使每个生产的零件都是独一无二的（产品灵活性）。例如，通过磨损获得当前几何形状的零件的修复工艺，通过铸造或锻造工艺生产的零件，因此具有不同的库存或独特的制造过程可以由另一种技术代替，例如通过激光切割进行冲压工艺灵活性还意味着在工件材料或机床改变后可能需要改变工艺策略。最后，机床可能会发生变化，例如通过改变固定件，刀架或轴设置（机床灵活性）。产品柔性对CAD系统提出了要求，工艺柔性对CAM系统提出了要求，机床柔性对CAM系统、后置处理器和数控机床控制器提出了要求。Fig. 1. 水平和垂直维修流程链。CADCAMPP激光熔覆CADCAMPPCADCAMPP铣削研磨水平流程链垂直流程链G. Spöcker等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）5355图二. 特征的抽象结构[13]。操作灵活性和路由灵活性是关键CAx流程链变得透明，可以减少不必要的工作量。这些都是涡轮叶片自适应修复的关键方面，因为相关的CAx过程链需要大量的输入，并且必须一致地处理输出。今天的主要应用领域是使用特征技术以“棱柱设计特征”或“用户定义特征”的形式2.3. 处理适应性制造过程链灵活的水平制造工艺链的能力。操作灵活性可能意味着重新排序所需的制造步骤，添加，删除或替换制造步骤。它必须得到CAPP软件的支持。今天，在高度灵活的制造工厂中可以观察到路由灵活性，如果由于停机时间或高负载而需要，这些工厂允许产品动态地路由到替代机床或装配设备。如上所述，这些灵活性对CAx系统提出了很高的要求，以处理，组织和计划制造过程。本文介绍了一种新的方法来掌握由此产生的复杂性，并利用潜在的可扩展性在修复过程中，结合修复功能和功能块。2.2. 特征术语为了实现自适应加工过程，需要复杂的过程链，其中每个过程都包含自己的CAx过程链以生成所需的数据。一个有趣的方法，这一要求是特征建模技术。“由几何和语义部分组成的特征用于描述3D CAD模型中的工件要求和功能[13]。特征所需的基本结构如图2所示：它对应于某个形式元素（语法），具有技术意义（语义），并且存在语法和语义元素之间的关系[13]。几何和语义部分也是基于知识的，这对于例如自适应加工过程的规划和实现是必不可少的。在这种情况下，知识可以区分为显性和隐性形式。显性知识可以通过语言表达和交流，如文本文档和数据库。在这种形式下，它具有可写、可质疑、可解释、可移植的特性，并且可以通过逻辑推理来理解[14]。相比之下，隐性知识是基于个人的经验和能力，例如CAM计划员，并且通常没有完全传达。然而，隐性知识对于完成产品生命周期或CAx过程链中的活动是必不可少的[14]。特征技术是一种适合于数据、信息和知识传输和记录的工具已经有几种现有的方法来建模，编程和计划制造过程链。在工业中，商业CAx系统通常用于对制造过程链进行编程 [13] 。 这 种 CAx 系 统 的 一 个 例 子 是 Siemens PLMNX[15]。在这些系统中，参考CAD实体，并在操作中指定制造过程步骤的过程参数。这些又可以以线性或层次顺序链接在一起此外，在某些系统中，可以使用规则或脚本来允许刀具路径的灵活编程。编程自适应制造过程链的另一种可能性是开发和使用专门定制的软件。然而，由于设置成本高，这种方法只能经济地用于具有类似制造工艺链的大批量零件或产品系列在弗劳恩霍夫创新集群“TurPro“（节能涡轮增压器的集成生产技术）[9]中计算机辅助工艺设计（CAPP）涉及确定制造工艺的选择和顺序，并可能确定相应工艺参数的值，以根据规格制造所需产品。许多现有的方法是基于几何特征的存在[19，20]。它是可能的，使用CAPP处理适应性制造工艺链，通过执行它对当前的输入数据，分别。此外，已经提出了声明性方法，其想法是仅指定期望的结果而不是确切的序列和参数。这一类别中的一个突出例子是STEP-NC [21]。 它包含所有制造信息，通过描述加工实体，工作步骤，工作计划，工具，加工策略等。STEP-NC被证明能够通过反馈测量结果[23]实现CAx过程链的闭环适应，以及实现机器控制适应[24]。一种新兴的编程自适应制造过程的方法是基于功能块（IEC 61499）[25]。它最初是为分布式工业过程测量和控制系统设计的，但也适用于制造过程规划、调度和执行的集成[26]。基本功能块封装了内部算法、变量和执行控制图，如图3所示。后者定义了如何在当前内部状态下对特定事件做出反应的逻辑。在接收到输入事件和相应数据时，执行控制图语义要素描述其描述其（普通）形式技术含义关系特征56G. Spöcker等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）53事件输入变量事件输出变量执行控制图类型标识符算法内部变量输入变量输出变量图三. 基本功能块[16图五. 自适应作为级联控制回路。事件输入变量事件输出变量类型标识符输入变量输出变量见图4。 复合功能块[17，18]。在数据上运行一个或多个算法。反过来，它可以发送输出事件和数据以激活潜在连接的功能块。为了允许重现逻辑的建模以及与硬件的通信，IEC 61499还指定了其他类型的功能块。然而，它们都共享事件和数据接口机制。例如，存在包含和隐藏其他功能块的电路的复合功能块。它们通过将输入事件和数据重定向到子功能块来组成它们的功能，见图。 四、3. 适应性制造过程链本文的目标是展示如何自适应的修复过程和修复应用程序 的 过 程 链 可 以 处 理 编 程 。 因 此 ， 它 示 出 了 哪 些inquiences影响修复过程链，以及它们如何可以在现有的方法内处理。Tutsch将垂直制造过程链描述为一系列质量控制回路[27]。每个控制回路负责根据所需的结果质量调整过程链的一个制造过程。这种方法侧重于检测产品的问题特性。调查结果存储在公司范围内的数据库中，可用于未来的产品设计和手册工艺参数的优化。然而，作为一系列质量控制循环的这种观点没有考虑调整过程链本身，例如通过改变CAM操作。因此，本文提出了一种新的纵向自适应过程链的观点。它们可以被认为是一个级联的控制回路，如图所示。 五、在这样的控制回路中，外部回路计算内部回路的设定点（在这种情况下为内环对反馈的反应时间小于外环。例如，CAD模型中的更改需要最多的工程工作，因为存在诸如为测量找到正确的参考和设计辅助几何结构等挑战。在图5中，每个箭头表示闭环控制，因此是可伸缩性的潜在来源。内环中的适配需要非常快地应用，因此需要在机床控制器上运行，例如，进给速度下降时的激光功率适配。因此，本文区分在线和在线适应。在线自适应在机床控制器上运行，而在线自适应在工艺相关组件之外处理，例如通过CAx系统。在线自适应如今已经在使用[8]，并且可以比在线自适应更轻松地应用，因为它们的底层依赖性仅限于流程执行期间生成的输入相比之下，自动化适配通常手动应用[27]或通过具有有限修复案例的非常专业的软件应用[11]。处理先前提到的自适应制造过程链的现有方法不能够完全实现自适应修复过程链（除了定制软件方法之外，定制软件方法由于其专用特性和高实现成本而通常不适用原因是（i）通用CAx系统不支持每一种工艺技术，并且在与第三方应用程序一起工作时受到限制。特别是，生成过程的支持是不常见的，而那些在修复过程中发挥关键作用。(ii)像STEP-NC这样的声明式方法可能能够表达关于自适应修复过程链的所有所需信息，但也限于该功能。执行管理仍然需要由另一个组件完成，例如。机器控制。这就需要一个更高的实例来控制整个自适应修复过程链。（iii）功能块方法很有前途，但几何自适应机床专用策略自适应设置自适应CADCAM维护零技术在线自适应技术改造过程特定策略自适应过程机床G. Spöcker等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）5357到目前为止仅用于实现机器控制或用于执行CAPP任务。(iv)CAPP本身只处理工艺规划和工艺参数的确定。它也不涉及执行控制。CAPP需要以特征为出发点.因此，本文介绍了修复功能，允许现有的方法在域中的自适应修复过程链的应用，通过提供所需的CAD数据的基础上的标称模型和测量数据。为了实现基于测量输入选择和拟合修复特征的控制回路，本文提出使用功能块。功能块还用于处理整个自适应制造过程链的实施，因为可能需要执行多个循环。维修过程中生产信息的选择和使用在很大程度上取决于工人的经验[28，29]因此，需要一种方法来支持基于经验的工作，同时可以标准化。后者是具有自适应制造过程链的重要关键方面[30]，将在下一节中详细介绍。在传统的CAM规划过程中，3D CAD模型（标称模型）用作关键输入数据。然而，在维修应用中，零件的实际几何形状可能不再对应于在某些公差内的标称模型。例如，涡轮机叶片在操作期间的变形可由热干扰引起因此，CAD模型本身对于修复过程的刀具路径生成的适用性有限。然而，使用未更改的CAD模型作为CAM的基础，结果将是未定义的材料去除，这反过来又会导致无法使用的工件。为了克服这个问题，一种常用的方法是测量真实工件的几何形状，并以STL格式创建三角形3D零件[31]。虽然测量数据适用于描述磨损区域和调整刀具路径（例如，重新轮廓加工），但它并不适合首先生成刀具路径。正如弗劳恩霍夫生产技术研究所（IPT）[9，32]的研究项目TurPro和AdaM中的调查所示，这是因为数据质量不足，特别是在磨损区域，不连续的表面导致振荡的表面法线和丢失重要的几何信息，如边缘位置。这些原因导致不准确或有缺陷的刀具路径。因此，需要一种方法，该方法可以利用测量数据来适应加工表面，同时为CAM规划提供适当的CAD数据质量4. 使用功能块如前所示，现有的方法不太适合处理修复过程链，因为测量的数据没有直接考虑在内，不能用作CAM过程规划的基础。因此，本章结合功能块介绍修复功能，使用现有的方法进行修复过程链，同时通过测量引入自适应。4.1. 修复功能从一般的角度来看，修复功能是为自适应修复案例定义的应用程序功能。它们总是由形状特征和语义特征组成，由涡轮叶片等零件组的维修过程链指定语义组件的特殊方面是，除了例如用于不同生产技术的工艺参数和工具信息，还包括自适应修复工艺链的模型。这使得用户能够在工艺规划期间检查所选择或定义的修复特征与所使用的工艺链的兼容性。如果一个条件未满足，则需要改变输入参数或需要选择维修过程链的另一模型。此外，语义特征可以以非常灵活的方式进行扩展，从而用于不同的修复过程链。修复特征的另一个特征是形状特征元件的不同用途根据E2218[19]的定义，形状特征用于简化CAD模型的设计过程相比之下，修复特征的形状特征将用于几何定义修复情况。因此，修复特征的几何形状标记了在特征的语义部分中定义的修复过程链所基于的表面或体积。因此，形状特征元件不会永久地成为CAD模型的一部分。它可以被视为一个装配部件，通过维修过程链修改现有的几何形状Shah描述了制造特征，以将装配过程与相关几何元素（如孔、槽和凹穴）的集合联系起来[12]。但是，与制造特征不同，修复特征是指虚拟零件区域。这些区域包含相应的损伤（或其特定方面），但不一定与标称CAD模型的任何几何方面相关。此外，制造特征不包含关于完整工艺链的任何信息，而仅包含单个制造工艺的定义信息基于测量输入和标称CAD模型选择修复特征允许以标准化的方式对磨损零件上的损坏进行分类这反过来又允许应用标准化的维修场景，这对于必须认证制造过程链的行业至关重要。此外，修复特征通过仅将其简单几何元素调整到受损部件来提供类似CAD的几何结构。该步骤涉及根据测量数据（例如点云）定位、测量和调整因此，修复特征使得常规CAM编程能够应用于包含抖动和测量误差的计量数据。与制造特征一样，修复特征基于特征技术的思想，特征技术允许可扩展的基于经验的制造，例如通过形状组件，过程描述，技术方法[29]。此外，与现有制造特征相比，修复特征应提供以下内容：（i）几何形状58G. Spöcker等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）53ð Þ ðÞ见图6。 使用刀具路径修复特征。灵活性，修复功能必须灵活。这样，其位置、尺寸和参数可以根据受损区域进行调整。(ii)分类，通过定义合适的修复特征的位置、尺寸和参数，可以确定损坏的严重程度。在此基础上，可以确定该部件是可修复的还是报废的，例如，在损坏太大并且重要结构的完整性可能受到影响的情况下。(iii)辅助几何，通过考虑测量方法、制造技术和CAM技术，为维修工艺链的规划提供合适的形状几何。(iv)Meta信息，修复功能必须向修复过程链提供扩展的元信息。这可能包括所需的制造工艺技术、限制或标称CAD数据中未包含的其他信息。例如，定义相邻表面之间的最小和最大角度，以确保可制造性。开发修复特征的起点是分析同一零件族的多个磨损零件通过这种方式，可以确定和分类损伤模式，这反过来又导致简化了表示模式的几何形状对于每个损坏类别及其简化的几何形状，预期的维修过程链被建模为CAx过程链。这一步可以自动完成或部分由CAPP支持，例如：自适应过程规划[33]。然而，在任何情况下，重要的是确定修复特征的Meta信息，如所需的制造工艺、工艺参数和对可修复性的限制。为了成功支持所有预期场景，可能需要迭代地改进简化的几何形状。这确保了修复特征几何形状独立于CAM计划员的工艺知识和经验图6示出了修复特征的示例。它定义了一组曲面，基于这些曲面可以生成刀具路径。此外，Meta信息，如允许的最小和最大角度以及表面之间的填充半径，都附加到它上。这些在图中由角度1351和半径R2表示。这个特性将在下一章的案例研究中得到更详细的解释和使用当然，修复特征的定义可能需要在所涉及的制造工艺以及零件的特性然而，定义修复功能将简化修复过程的应用，甚至可以通过管理功能库中的修复功能来实现完全自动化。拥有这种自组织的制造过程链可以实现当前的趋势，例如德国政府的高科技战略，工业4.0 [34]。这是指连接到互联网或其他网络（网络物理系统）的设备可以相互通信，以实现更高程度的制造自动化的想法[34，35]。4.2. 自适应修复流程链在介绍了修复功能本身之后，仍然不清楚如何使用它们来编程自适应修复过程链。显然，在这方面有两个关键问题需要回答：（i）哪种方法允许自适应修复过程链的建模这种方法的数据可以存储在修复功能中，从而满足上一节中描述的要求。(ii)如何根据维修案例自动选择并调整维修特征？回答这个问题的解决方案，结合（i）的方法，将允许在几个步骤中基于测量数据自动修复零件：首先，需要分析测量数据，并基于结果，选择修复特征，如前一节所定义随后，根据损伤调整剩余的修复特征，并验证是否违反约束。未通过所有检查的修复特征不考虑进一步处理。 在下一步骤中，利用部件的标称模型、测量数据和经调整的修复特征的所选参数来参数化修复特征中涉及的建模的自适应修复过程链。在最后的预制造步骤中，可以模拟编程的修复过程链并检查任何错误。最后，可以在待修复的部件上执行所选择的建模的修复过程链图7中显示了将起始物料转变为成品的水平制造工艺链的示例，该示例基于Groover对制造工艺的定义[36]。为此，它应用操作序列A;C;D或B;D。这是一个现实的用例，因为通常有多个替代方案来制造一个部件[37，38]。通常，制造过程i的结果r可以表示为过程参数pj的数量j和其先前的制造过程ri-1的结果的函数[39]：ri <$mp1;由于修理工艺链是用于修理具有或多或少未定义的原材料形式的零件的制造工艺链，因此这种观点在修理领域同样有效。基于这一中间结论，建议使用功能块作为本节开头提到的两项任务的解决方案。这一命题有多种原因：（一）如图所示。 7、修复工艺链的概念非常类似于功能块电路。在这种类比中，每个制造过程都可以用一个功能块来表示，因为每个功能块都将输入转换为相应的输出。此外，过程参数等于内部变量，或者可以通过数据从一个功能块传递到下一个功能块。(ii)IEC 61499允许通过复合功能块在层次级别中建模。这个概念不仅使人们能够重用模型的某些部分。它也可以被看作是一个水平过程链中的每个制造过程的等价物，需要一个垂直的过程链来完成CAM和PP等任务，如第2所定义的。（iii）功能块提供了一种标准化的方式，G. Spöcker等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）5359生产工艺C起始材料生产工艺B制造处理制造工艺D成品见图7。 一个水平的过程链，基于[36]。图9.第九条。TurPro[9]中用于叶尖维修的维修流程链包装代理处理器后预处理器代理核心软件工具应用图8.第八条。将外部软件工具封装在功能块中[40]。如前所述对分布式系统进行建模和编程。(iv)因此，它们与当今处理自适应修复过程链的方式很好地匹配，其中每个制造步骤都涉及潜在的不同和专门的软件系统。每个软件系统可以按照图8[40]所示的方式由功能块封装。(v)功能块的有效电路，作为特定领域建模的一种形式，可以直接执行。然而，需要一个运行时，它充当模型提供的过程链的解释器[41]。（vi）IEC 61499在短时间启动后易于学习和直观。（vii）由功能块编程的过程链有可能这可以通过利用在模型的某些点处等待的运行时环境或通过使用专门的功能块（例如，向用户显示对话框）来完成。功能块可以根据其内部变量和输入数据做出不同的反应。因此，它不仅能够调整到当前的要求，而且还可以通过发送相应的事件和数据来协调后续的功能块因此，通过使用功能块，可以将反馈回路和自适应性集成到修复过程链中。因此，通过使用先前引入的级联控制回路的方法，迭代到可接受的结果是可能的此外，文献中提出的用于处理在线和在线自适应制造过程的方法可以容易地集成，特别是那些本身基于功能块的方法。由于功能块允许直接封装任何逻辑，或者将几个步骤分别组合成所需的功能，选择最佳修复特征是可能的。这可以通过不同的方式完成，但重要的是要确保仅考虑为当前零件设计的此外，只有当它能够适应损伤，同时将每个参数保持在允许的范围内时，如果多个修复特征符合这些标准，则应选择在修复过程中将需要去除的材料保持在最低限度的修复特征此步骤可能需要有经验的工程师或开发人员来实现所需的逻辑。但是，一旦选择算法已经在基本功能块内或通过功能块网络实现，它就可以用于待修复的多个部件。在选择并拟合了一个修复特征的基础上，修复特征的可用Meta信息和可能现有的方法，如CAPP，修复工艺链可以确定。如上所述，通过将其表示在连接的功能块网络中，结果是可执行的，并且可以集成不同的CAx系统和机床。它甚至可以包含选择进一步修复功能并再次启动自适应修复过程链的功能块。5. 为例为了验证所提出的方法，使用修复功能结合功能块的执行控制，案例研究进行了弗劳恩霍夫IPT。该用例基于在用于燃气轮机叶片尖端修复的创新集群“TurPro“[11]和用于自适应修复过程的创新集群“AdaM“（用于能源生产和流动的资源效率的自适应生产）[32]中获得的经验在项目中，定义了涡轮机自适应制造工艺链的建模和编程要求，叶片修复基于测量数据。该修复过程链在图9中示出，并且包括用于几何数据采集的机器集成激光扫描、用于创建均匀表面以允许激光金属沉积用于材料堆积的刀片铣削以及通过自适应铣削的重新轮廓化。CAx流程链的实施基于Fraunhofer IPT在Fraunhofer创新集群内开发的名为“CAx框架“的软件平台机器集成激光扫描叶片铣削通过自适应铣削激光金属沉积60G. Spöcker等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）53NX（SiemensPLM）NX用户定义操作激光CAM模块包层CAD装配NX铣削操作激光熔覆操作（TurPrNX几何加载器部分CAx框架（Fraunhofer部修复功能损伤分析仪损坏信息铣削操作激光熔覆操作自适应维修流程链叶片测量点云测 量 机 床（车间）修复功能技术数据库（弗劳恩霍夫IPT）见图10。基于修复特征的修复过程链的示例部分。(a)损坏的涡轮叶片模型。(b)在损坏的前缘上安装了修复功能。（c）基于修复特征的刀具路径（d）模拟材料清除。图十一岁使用功能块建模的编程自适应修复过程链示例“图图10更详细地示出了直到叶片铣削步骤的修理过程链。第一个子图（a）描述了受损涡轮叶片的模型。该模型的前缘可以在特写中看到，重点是子图（b）中的磨损区域。根据测量数据和Meta信息拟合了上述修复特征。其倾斜表面之间的角度由基于规则的参数控制，这些参数考虑了铣削过程的约束，并确保了高质量激光表面熔覆结果的最佳起点子图（c）显示了基于修复特征计算的简化铣削刀具路径。该铣削过程的模拟结果[44，13]在最后一个子图（d）中可视化然后，该准备好的涡轮叶片将用于下一个修复工艺步骤，激光材料沉积[45，8]和重新造型（铣削）。用例的简化模型如图所示。 十一岁作为事件驱动功能块系统的启动机制，使用Siemens PLM NX中的用户定义操作：每当生成用户定义操作时，都会向连接的功能块发送初始事件。在该用例中，NX几何加载器功能块被触发，涡轮叶片数据从NXCAD组件加载[18]。下一个功能块将被激活，并通过使用测量步骤中的点云来分析涡轮叶片的磨损区域随后，关于磨损区域的信息被发送到下一个功能块，用于从技术数据库中选择适当的修复特征。如前所述，这两个功能块可能需要根据特定零件和损坏类型进行定制。然而，一旦两个功能块都被定义为损坏，如磨损的前缘，它也可能用于从技术数据库中选择的自适应修复过程链被参数化，并向其发送事件以执行它。与事件相关联，提供所有所需的数据。在本用例中，铣削功能块支持NX铣削功能和激光熔覆功能G. Spöcker等人/Journal of Computational Design and Engineering 3（2016）5361块设计用于使用TurPro中创建的CAM模块。然后将结果传递到下一个功能块进行进一步处理。该工艺链能够成功地恢复原始轮廓，从而修复翼型。因此，该用例表明，可以通过使用所提出的修复特征和功能块来编程自适应修复过程链6. 结论修复功能与功能块相结合，允许建立适用于自适应修复过程链的建模和编程方法。这是因为拥有几何特征是许多CAx规划过程的既定起点。此外，修复特征的引入提供了一种生成高质量加工刀具路径的方法，因为它们不是基于测量表面而是基于标称CAD模型和分析辅助几何形状直接计算的。通过维护维修功能库，工人可以通过标准化的方式处理维修流程来节省手工工作。这种方法在需要遵守强制性质量要求的行业中特别有价值。只有在新的损坏类型或全新的部件需要维修的情况下，才有必要定义新的维修功能。利益冲突作者声明没有与本手稿相关的利益冲突。致谢作者要感谢北莱茵-威斯特伐利亚州政府和弗劳恩霍夫研究协会，该公司为创新集群“Turpro“和“AdaM“（合同号332-8.04.09.02.02/ 11-57448和PRO/0042）的工作提供了财政支持引用[1] [10]高J，陈X，Yilmaz O，Gindy N.通过几何重构的复杂航空航天部件的集成自适应修复解决方案。国际先进制造技术杂志2008; 36（11-12）1170-9.[2] 布雷默角Adaptive Bearbeitung für die Überholung von Umformwerk-zeugen und Turbinenkomponenten ， Spanish Fertigung ： Prozesse ，Innovationen ， Werkstoffe ， vol.4 ， Vulkan-Verlag GmbH ， Essen;2005; p.496[3] 沃纳A。飞机制造中的各种现象。Technikberichte，参见http://www.mtu.de/de/technologies/engineering_news/others/Werner_Verschleisphaenomene_im_Flugtriebwerksbau_de.pdf（2013年6月2日引用）。[4] Browne J，Dubois D，Rathmill K，Sethi SP，Stecke KE.分类灵活的制造系统。FMS杂志1984; 2（2）114-7。[5] Sethi AK，Sethi SP.制造业的灵活性：调查。国际柔性制造系统杂志1990;2（4）289-328。[6] 库夏克河柔性制造系统：结构化方法。国际生产研究杂志1985; 23（6）1057-73。[7] 张文辉，张文辉，张文辉.微成形技术现状及微拉深研究。 材料加工技术杂志2004; 151（1）70-9.[8] [10]杨文，杨文. 涡轮压气机翼型激光净成形制造和修复的自适应刀具路径沉积方法。国际先进制造技术杂志2010; 48（1-4）121-31。[9] TurPro ， CAx-Framework-Fraunhofer-InnovationsclusterTurPro ，http：www.turpro.de/de/projekt/cax[2013年4月28日引用]。[10] 吴 文 辉 ， 李 文 辉 ， 李 文 辉 . 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