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探索机械制造对称性的运用
探索机械制造对称性的运用 工艺方法、工艺过程、工艺设备对称性组成了工艺对称性，这三个部分如 果进一步划分。最先开始，需要引入制造特征的概念。所谓制造特征指的就是将 某一个组成部分或者某一个工艺过程进行直接操作的对象，这就包括了装配和加 工特征两点。如图2所示，在对整个工艺过程进行考察的时候，加工特征指的就 是阶梯轴，如果对其中某一个工序进行考察，比如铣键槽，那么键槽就是所对应 的加工特征。在对产品的工艺路线进行制定的时候，应该考虑到多个方面的影响 因素，根据制造特征，以及工厂的实际工作条件、效率、成本和质量等多个方面 的要求进行分析，然后制定出一个更为适合自身需要的工艺方法进行加工，比如 有铸造、焊接和冲压等，或者是将各种工艺方法进行组合得到一种组合型的工艺 方法。还需要根据工厂自身的条件以及产生的类型来设计工艺的过程，对于设备 的选用也要适当和适用。主要的工作重点应该选为在大范围中搜寻较为合适的工 艺方法、工艺设备、和工艺过程，与此同时，还要对各种工艺设备、工艺过程和 工艺方法进行研究，它们之间对于制造特征的可替换性也是一个研究的重点，对 于研究的工艺方法、工艺设备和工艺过程等都是本身都具有对称性，那就可以为 其在工艺上的优化提供一个新的方向和视角。
工艺方法对称性 工艺方法交换对称性如果可以从多种工艺方法中得到一种相同的制造特 征，那么这些工艺方法就可以对于这个制造特征就具有了一定程度的可替换性或 者可交换性，将其称之为工艺方法交换对称性。国际上主要将机械制造工艺方法 分成了铸造、压力加工、焊接、切削加工、热处理、装配等十个大类，对于每一 个大类又可以将其分成若干个中类和小类，这些在工艺方法之间都存在交换对称 性。针对不同的制造对象，这些工艺方法可以根据实际情况降低实际的交换程度， 这样就构成了其在实际应用中的技术关键。
工艺方法组合与分解对称性对于某一个制造特征来说，即可以通过一种方 法得到，也可以将多种工艺方法进行组合得到，针对制造特征而言，一种工艺方 法和多种工艺方法组合之间是存在对称性的，将其称之为工艺方法组合与分解对 称性。工艺方法组合与分解对称性可以分成串行、并行、串并行、串并行交叉等 多种组合分解类型。工艺方法时空对称性工艺方法时空对称性主要指的是其组元在时空之上 有的规律重复性，如果进行具体分析，那就可以分成时间、空间和时空组合对称 性。如果工艺方法与组元在时间变化的过程中也随着发生有规律的重复出现变化， 这样就称其具有时间对称性。工艺方法和组元在空间上发生有规律的重复时，将 其称之为空间对称性。工艺方法的时空组合对称性值得就是将以上的两种对称性 组合得到的，主要在加工和装配的流水线上有比较多的应用。
工艺过程对称性 工艺过程交换对称性如果可以通过不同种类的工艺过程得到相同的制造 特征，那么就可以说该制造特征具有工艺过程交换对称性，但是对于不同的情况 需要进行具体的分析，合理的选用。
工艺过程组合与分解对称性对于工艺方法的具体实现的过程，也就形成了 工艺过程，所以工艺方法组合与分解对称性在实际制造过程中的一个具体表现就 是工艺过程组合与分解对称性。工艺过程是由相关的工序组成的，那么对于工艺 过程的组合与分解就是指工序的减少与增加。对于大批和大量的生产就需要采用 工序分散的原则进行生产，而单件和小量的生产需要采用比较集中的工序。
工艺过程时空对称性所谓的工艺过程时空对称性，其实就是指工艺过程和 其组元在时空上具有规律的重复性，这就包括了工艺过程的时间、空间和时空组 合对称性三种，所以和工艺方法的分类相同也具有时间上的串行、并行、串并行 和空间上平移、镜射、旋转等区别，然而这些不同类别的对称性又在同一个工艺 过程中组合。
工艺设备对称性 交换对称性如果可以使用不同种类的工艺设备，但是得到一个相同的制造 特征，那就可以说在这些设备之间存在有交换对称性。工艺设备是一个比较广泛 的概念，在制造的整个过程中，可能需要很多工具，这些工具可能都会被看作工 艺设备。
组合与分解对称性如果对于同一个制造特征而言，既可以采取一种工艺设 备将其得到，同时还可以采用多种工艺设备组合得到，那么就可以针对该制造特 征说两者之间存在有工艺设备的组合与分解对称性，将其称之为工艺设备组合与 分解对称性。时空对称性设备具有的一个重要功能，那就是可以将物料之间进行转换， 所以工艺设备对称性主要的研究对象就是各种原料和半成品转化成产品的过程， 这就和作用几何、作用力、作用运动以及组元之间的对称性有着更为直接的关系， 这些对称性对于制造的成本、质量和效率等都有很大的影响。对于很多工艺设备 来说，它们很多都具有时空对称性。
应用展望 工艺对称性主要以工艺方法、过程和设备作为主要的研究对象，然而这三 种工艺的定义都是基于零件的制造特征，所以工艺对称性是一个涵盖零件、工艺 方法、工艺过程和工艺设备的多维多层次概念体系，可以将工艺设计中的很多要 素统一到一个工艺对称性的理论框架之下。与此同时，还可以以相关的研究成果 作为借鉴，这样可以更加有效的整合相关的工艺知识，还可以为工艺知识的计算 机辅助奠定更深的基础。基于对称性的施工设计求解算法研究，需要应用工艺对 称数据库以及知识库对相关施工设计进程提供帮助，从而进一步实现工艺的改进、 评价、匹配和寻解等。
总结 本文提出了工艺对称性的概念和相关分类体系，初步明确了工艺对称性的 相关研究内容、成果和相关应用。通过以对称性作为新的载体，构建工艺对称知 识库，这样可以帮助计算机辅助工艺设计提供一个新的思路。与此同时，提出了 工艺对称性，对于对称性的理论的拓展也是一大帮助，从而将对称性扩展到了施 工设计领域，对于功能、原理、工艺、结构之间的对称性结合和传递也是一个有 利的帮助，对于产品的生命周期在对称性方面的研究也是一个突破。
作者：王纪新 单位：中铝长城建设有限公司
