基于bp算法的平面capp研究及matlab实现_产品创新数字化(plm)_capp_2836

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1、基于BP算法的平面CAPP研究及Matlab实现_产品创新数字化(PLM)_CAPP  0引言      目前，神经网络的研究受到了空前的关注，它是迄今为止功能最强、效率最高、最完善的信息处理系统，并已成为复杂系统的建模技术。在机械设计中神经网络也有着独特的应用，它是自学习设计技术的理论基础。CAPP系统通常采用基于规则和基于框架的知识表达方法，存在知识量大、知识表达效率低、推理效率低等缺陷。人工神经网络中的BP网络具有很强的学习和分类功能，其拓扑结构适合于处理表面加工方案的决策问题。      1神经网络的特

2、点和结构      人工神经网络是由人工神经元(简称神经元)互连组成的网络，它是从微观结构和功能上对人脑的抽象、简化，是模拟人类智能的一条重要途径，反映了人脑功能的若干基本特征，如并行信息处理、学习、联想、模式分类等。神经网络的特点主要有:以大规模模拟并行处理为主，具有很强的鲁棒性和容错性自学习能力，是一个大规模自适应非线性动力系统;具有集体运算的能力，这与本质上是线性系统的现代数字计算机迥然不同。      神经网络的结构形式主要有:模块型网络、前向网络、相互结合型网络、反馈网络、混合型网络、侧抑制网络。一般

3、应用较多的自学习设计方法有:多层前向神经网络(BP网络)、典型反馈网络(Hopfield网络)和基于概率学习的Boltzmann机模型。      2CAPP工艺决策方法      CAPP是指完成工艺过程设计、输出工艺规程。CAPP在CAD/CAM中间起到桥梁和纽带作用。CAPP必须能直接从CAD模块中获取零件的集合信息、材料信息、工艺信息等，以代替人机交互的零件信息输人;CAPP的输出则是CAM所需的各种信息。随着对先进生产模式的深入研究和推广，CAPP已经成为先进生产模式的主要技术基础之一。      3

4、BP网络的建立      3.1BP算法      前向多层网络是目前研究最多的网络形式之一，它包括输人层、隐含层以及输出层。BP{BackPorpagation)算法的实质是把一组样本输人输出问题转化为一个非线性优化问题，并通过梯度计算利用迭代运算求解权重问题的一种学习方法。BP算法的学习过程见图1。      BP网络误差反向传播学习算法的基本思想是:      (1)向网络提供训练的例子，包括输人单元的活性模式和输出单元的活性模式。   (2)确定网络的实际输出与期望输出之间的允许误差。   (3)改变网

5、络中所有连接权重，使网络的输出更接近于期望的输出，直到满足确定的允许误差。      3.2BP网络的训练原理      4实例应用-基于BP算法的零件平面加工工艺的制定      零件表面加工方法的选择是工艺规程设计的基础，它直接影响工艺路线的决策和加工设备的选择。选择表面加工方法时，必须考虑表面的特征类型、尺寸、精度、表面粗糙度和表面所属零件的结构形状、材料性能、热处理方法、毛坯种类、生产类型、车间设备以及各种加工方法所能达到的经济精度与表面粗糙度等因素。人们在长期的生产实践中，总结出了各种表面的常用加工方

6、案。本文建立了基于BP网络的零件平面加工的决策模型，并对网络的结构、参数处理、学习算法、学习样本等问题进行讨论。      4.1平面加工方案的BP网络设计      组成零件的表面类型较多，主要包括:平面加工、外圆加工、内圆加工、齿轮加工等。若采用同一网络处理，则网络规模大、结构复杂，学习和应用过程的时间都很长。因此，将网络设计成集成BP网络即:平面加工网络、外圆加工网络、内圆加工网络、齿轮加工网络等。对各个子网络分别设计样本，分别进行学习，获得相应的权值，得到不同的训练结果。网络工作时，总模块根据表面的类型

7、运行相应的子网络。      从而得到不同零件不同表面的加工方法。在零件的表面中，平面加工比较常用，下面着重对平面加工方案决策的BP网络进行讨论。首先要进行的是对资料的收集和整理，平面常用加工方案决策框图见表1。然后建立加工过程的方案。      M=f(CF,MA，H,P，L，IT，Ra)      式中M-表面加工方案;   CF-零件结构特征;   MA-零件材料种类;   H-热处理方法;   P-生产批量;   L-尺寸;   IT-精度等级;   Ra-表面粗糙度。      最后，根据平面常用加工

8、方案，建立平面加工方案决策BP网络模型，见图2.      BP网络有输人层、隐含层、输出层、输出处理模块组成。输人层有7个节点，输出层有11个节点，输人矢量X={x1，x2，x3，…，x7}分别对应着上述的CF,MA,H,P,L,IT,R.这7个特征信息，输出矢量Y={Y1+Y2+，…，Y11}，分别对应粗车、半精车、精车、粗铣或粗刨、精铣或精刨、粗磨、精磨、宽刃精刨、刮研、研磨、拉