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基于案例推理的组合夹具CAD系统技术研究.pdf

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基于案例推理的组合夹具CAD系统技术研究.pdf

文章编号10032079420050220058202基于案例推理的组合夹具CAD系统技术研究王雍钧承德石油高等专科学校,河北承德067000摘要在分析了专家系统技术在组合夹具CAD系统中的应用情况和夹具设计相似性的基础上,将基于案例的推理CBR技术应用于组合夹具设计中,建立了适用于同类或系列产品设计方案自动生成的组合夹具CAD系统。重点介绍了组合夹具设计方案案例的表示及设计案例的检索算法。关键词组合夹具CBRCAD专家系统中图号TH482文献标识码A1专家系统技术在组合夹具CAD系统中的应用专家系统作为人工智能的三大研究方向之一,其技术已经在组合夹具CAD系统中获得了应用。组合夹具设计专家系统把夹具设计专家的知识和经验继承下来,设计人员可借助计算机的推理过程在较短的时间内完成组合夹具的设计过程。但由于组合夹具的组装过程随机因素较多,很难建立实用的知识库和推理机制,专家系统技术主要应用在组合夹具元件的选择上,而元件的组装过程多数情况下采用人机交互的形式,因此,实际上是半智能化的。组装过程中,要确定设计方案,同时要进行组装相关数据计算和尺寸修改等,这些都会一定程度上影响组合夹具的设计效率。考虑到夹具设计的相似性,如果能将以往成功的设计案例存储起来,建立案例库和基于案例的推理机制,对于同类或系列化产品的组合夹具设计,就可以直接借鉴案例获得设计方案或相近方案,从而提高设计的效率。基于上述考虑,与某制造企业合作开发了组合夹具CAD系统的子系统基于案例推理的组合夹具CAD系统,该系统的结构如图1所示。2基于案例推理方法生成组合夹具设计方案的关键技术一般的工程设计可分为新颖性设计和变异性设计2类,通过修改已知设计方案而得到一个和原设计相似且不变形的变异性设计占整个工程设计的70以上,这就为基于案例的设计方法CBD在工程中的应用提供了可行性。CBD是以专家系统技术中基于案例的推理CBR为基础的。CBR推理机制就是直接利用与所给出问题相似的过去的成功案例或失败案例来推理出问题的解。工程上的设计系统,可以积累很多成功的设计案例,如果能将这些历史案例保存下来,并在当前的设计中借鉴这些案例,无疑会提高设计的效率,但将设计案例抽象表示成基于产生式的规则知识,进行基于规则的推理是很困难的,有的情况根本无法实现,而直接将这些案例以环境和模式组合体的形式存于案例知识库中作为推理的基础,然后基于案例采用类比的方法求解问题,可以获得较高的推理效率。图1基于案例推理的组合夹具CAD系统结构Fig11StructureofcombinedfixtureCADsystembasedoncase211组合夹具设计方案案例知识的表示组合夹具设计方案案例的表示是决定组合夹具CBD成败的首要因素。组合夹具设计中涉及大量的信息决定组合夹具设计方案案例的表示要具有层次性。组合夹具设计方案案例按其内容可以分成2部分被加工工件的特征信息描述和组合夹具设计方案。工件的特征信息包括工件种类、生产批量、设计特征和制造特征。设计特征是构成工件的离散形体,该离散形体可以实现工件的某一功能要求。设计特征是构建工件特征的基本单元,它是用于体现设计意图,并构成工件形状的抽象几何体,可以看作是抽象形状特征与设计约束的组合。制造特征来源于设计特征,但在设计域中和在制造域中对特征的85煤矿机械2005年第2期描述要求不一样,不能直接将设计特征用于描述制造域中的问题求解。制造特征是一组反映工艺约束条件,具有确切加工形状的特征信息集合。其中,工艺约束指制造特征携带的有关工件的性能、材料、加工精度及工艺方法等方面的工程信息加工形状的特征信息指表面粗糙度等要求和确切几何形状及其组成面间的约束关系。组合夹具设计方案主要描述所包含的夹具元件信息。夹具元件信息包括元件代码、定位特征和夹紧特征。在元件代码中通过一定的编码方式反映元件的类别基础件、支撑件、定位件、导向件、压紧件、紧固件等、品种和尺寸系列等信息,同时,元件代码也是访问元件属性库、元件图形库和装配关系库的接口。定位特征包括定位面的表面特征、定位面在定位模式中的作用、定位点的特征等内容夹紧特征包括夹紧面的表面特征、夹紧面在夹紧模式中的作用、夹紧力的大小和方向等问题。系统根据定位特征和夹紧特征,利用装配关系库对夹具元件进行装配组合,形成组合夹具。组合夹具设计方案案例的表示如图2所示。组合夹具设计方案案例工件特征描述工件种类轴类、箱体类、转盘类、支架类等生产批量大批、中批、小批设计特征工件形状特征、形状约束特征制造特征凸特征、凹特征组合夹具设计方案夹具元件1元件代码、夹紧特征、定位特征夹具元件2夹具元件n图2组合夹具设计方案案例表示Fig12Expressionofcombinedfixturedesigncase212组合夹具设计案例的检索算法案例的检索与匹配是基于案例推理的重要环节,它关系到向设计系统提供怎样的案例以供应用或改进,因而在一定程度上决定了设计质量。在CBR系统中,常用的主要有3种检索方法最邻近策略、归纳推理策略和知识引导策略。在组合夹具设计系统中采用知识引导策略和最相邻近策略相结合的检索策略。知识引导程序控制检索次序,按被加工工件特征的重要程度进行检索,先检索对于夹具设计最重要的特征因素。案例检索的目的是获得与当前被加工工件所需的组合夹具设计方案最接近的设计案例。在诸多设计案例的选择中,采用比较相似度的方法,相似度最大的案例提供给设计系统,系统根据案例生成夹具,如果用户满意即可应用,否则,修改之后应用。213案例库的管理和维护案例库是系统进行组合夹具设计的主要依据。案例库的基本管理功能包括案例的显示、编辑、修改和添加等。为了防止案例库越来越大,导致降低案例库管理效率和案例推理系统的效率,需对案例库进行合理的维护。主要的维护工作为根据案例之间的相似度确定是否保留该案例为每个案例设置一个变量,记录该案例的使用情况对反复出现问题的案例进行修正。3结语基于案例推理的组合夹具CAD系统,通过检索利用相似设计方案能显著提高组合夹具的设计效率和质量。同时,系统案例库对企业以往成功设计案例的完整收集,使企业宝贵的设计经验保留下来。在后继的开发中,如果系统能根据工件图形对工件的特征自动识别提取,将会使设计效率进一步提高。参考文献1王琪,廖文和,黄翔,等1基于事例的夹具设计关键技术研究J1南京航空航天大学学报,2003,355485488.2唐耀红,王凤岐,郭伟1夹具设计中的特征映射及其应用J1组合机床及自动化加工技术,2004,72527.3孙晓斌,杨海成,李原1基于特征的夹具设计方法研究J1机械科学与技术,2000,19349449514OzturkF,KayaN,AlankusOB,etal1MachiningfeaturesandalgorithmsforsetupplanningandfixturedesignJ1ComputerIntegratedManufactur2ingSystem,1996,942072161作者简介王雍钧1966,吉林四平人,硕士,讲师,承德石油高等专科学校机械工程系,主要研究方向智能工程及计算机辅助制造.Tel03142157511,Emailwyj1966sohu1com1收稿日期2004210228TheStudyofTechnologyoftheCombinedFixtureCADSystemonCaseBasedReasioningWANGYongjunChengdePetroleumCollege,Chengde067000,ChinaAbstractThearticleanalyzestheapplicationofExpertSystemtechnologyinCombinedFixtureCADSystemandthecom2parabilityofCombinedFixturedesign1Basedonwhatabove,appliesthetechnologyofCasebasedReasoningCBRinthedesignofCombineFixture,andbuildstheCombinedFixtureCADsystemoncasebasedreasoningforthekindredproductandserialproduct1Atlast,stressestheexpressionofCombineFixturedesignprojectandthesearchesarithmeticofdesignprojects1KeywordscombinedfixtureCBRCADexpertsystem952005年第2期基于案例推理的组合夹具CAD系统技术研究王雍钧

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