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集成设计与制造中的的智能综合系统摘要智能综合系统IHS已在集成设计和生产中的产品设计,概念设计,细节设计,流程计划,成本预算及数控生产等各个阶段得到广泛应用。它将RBS(RULEBASESYSTEM),ANNSARTIFICIAL,GAGENETICALGORITHM,HMHYPERMEDIA和CAD/CAE/CAM软件包集成于一个操作环境中。设计与制造的技术将被RBS,ANN保留,而其它功能如数字分析,工程制图,数据运算等将又GA,HM和CAD/CAE/CAM实现。RBS作为整个过程的协调者,控制着整个过程。作为此方法的应用,用于机械动力传动系统的智能综合系统已发展起来。关键词人工智能,综合系统,CAD/CAE/CAM,机械传动,设计,生产1.引言由于包含了多而复杂的阶段,产品的设计与生产过程变得冗长而费时。为了降低成本及缩短上市时间,使用先进的电脑技术将整个过程综合起来就变得十分必要。在这项研究中,智能综合系统发展成为综合设计与生产各阶段的方法。通过把RBS,ANNS,GA,HM和CAD/CAE/CAM软件包集成于一个操作环境中就能实现。无论是设计和生产的集成还是人工智能的运用都吸引着研究者的目光,但是,在设计与生产的整个过程中的复杂多样的人工智能技术的综合运用还未在文献中发现。因此,智能综合系统是一个新的研究。每个独立的人工智能系统都有优缺点。智能综合系统综合了它们的优点,屏弃了它们的缺点,从而给人工智能的集成运用提供了强有力的工具。如今,许多CAD/CAE/CAM软件包都被运用于工业生产中,但大多数情况下,它们都是独立的。作为此方法的重要特征,它将上述软件包集成在一个操作环境中。这对于工业者来说无疑是有效的方法,特别是中小型公司。在以下章节中,会首先对此方法作一个简要的介绍,在主要结构,软件技术关系,设计生产活动,及集成过程等方面会有一个概述。然后,会有智能综合系统的主要特征的阐述,包括RBS,ANN,GA,HM和CAD/CAE/CAM的综合。此方法已应用于机械动力传动系统的设计与生产。主要特征将与运用一起阐述。2.概述智能综合系统中的软件技术及它们间的关系如FIG1所示。把多种元素综合于一个环境中的方法通过CONTROL实现。设计与制造的技术将被RBS,ANN保留,而其它任务如数字分析,工程制图,数据运算等将用CAD/CAE/CAM软件包实现。GA,HM用来处理设计及给用户接触和数据转换提供有效方法。RBS作为整个过程的协调者,控制着整个过程。使用智能综合系统时,以下动作将贯穿于设计与生产的整个过程。●概念设计产品设计的成型,概念的收集与评估。●细节设计分析,次装配及元件设计,装配,工程制图,修改设计。●生产过程计划,成本预算及数控生产。集成过程见FIG2,它展示了RBS如何控制整个过程以及每个阶段软件的运用。应用于机械动力传动系统的智能综合系统将完成如下任务A产品设计成型有12个要点,如输入输出轴的定位,生产成本等等。B概念设计通过以下顺序在原形上建立概念●传动级数一,二或三级。●输入输出轴的定位平行,相交或正交。●每个传动级的元件七种,包括齿轮,带和链。C细节设计智能综合系统能处理变速箱,带传动及两者结合的细节设计,包括齿轮强度分析,载荷的选择,轴的设计,箱体设计,带及滑轮的选择,优化设计,元件及装配图和元件参量设计。D生产智能综合系统能完成如下工作成本分析,主要元件生产进程计划及传动轴生产的数控编程。FIG1SOFTWAREINTERGRATIONFIG2THEINTERGRATEDPROCESS3.系统控制如图2所示,首先形成PDS,然后智能综合系统会创建符合元件特征的一切概念并选择最佳概念进行细节设计。在细节设计阶段,将会涉及到两种次系统带传动及变速箱,从而形成动力传动系统。同时,元件设计方面的问题,如齿轮,传动轴和载荷等也将被解决。细节设计完成后,智能综合系统将转入到生产阶段,届时会进行数控,进程计划和成本预算的工作。如果需要重新设计,无论何时智能集成系统都能实现。整个过程由系统控制器及二级控制器所控制。系统控制器通过与二级控制器的连接控制着整个过程,而二级控制器则控制着每个具体阶段的活动。系统控制器及二级控制器都属于RBS,它有两种标准控制标准和信息标准。控制标准包含着与设计过程相关的信息。这些标准使设计过程形成并控制它们的发展,同时形成推理过程及依据应用环境和设计过程激活信息标准。例IF信息标准包含数值和设计特征形式的信息并激活能压缩设计信息的方程。例IF4智能综合系统中的人工系统网络人工系统网络在综合过程中应用于两个阶段(1)在概念设计阶段有四个人工系统网络用于创建概念;(2)在细节设计阶段有四个人工系统网络用于在齿轮原始数据中获取设计特征。所有人工系统网络都是基于反向传播技术的快速多层感知器,也就是常说的反向传播网络。选择这种网络基于以下原因●固定的结构能在设计系统中建立一个标准结构,使修改和信息升级更为简单。●善于样品识别对于整个过程中相似的应用程序,可提高它们的成功率。4.1.概念设计的人工系统网络图3所示为一机械传动系统,从图上可知,通过将元件装配到指定的位置可形成一个概念。四个人工系统网络用于产生概念的过程三个用于选择元件,一个用于安排元件位置。4.1.1.元件网络三个网络用于合并层次。每个网络数据各不相同,其中有一或两个输出被设置为0。将它们设置为0可在维护标准网络结构的过程中有效的去除不需要的。4.1.2.排列网络排列网络在选择过程中将PDS,每个阶段的定位和数目合并。一系列的生产标准首先定义每个阶段的数目。然而,在生产标准条件下的参量给出超过一个的结论时会产生一定程度的不确定。网络结构会根据人工系统网络输入端的设计特征而定,只有当输出端改变时才会改变。如图4。顺序数据为网络准备好,而网络是使用拥有合适的计算,并在0与1之间评定结果的EXCEL程序。结果与PDS相匹配,形成与下表相似的顺序数据,它展示了网络的三个输入与四个输出。FIG3CONCEPTCONSTRUCTIONFIG4FULLYCONNECTEDNETWORKS4.2.用于确定齿轮初始尺寸的人工系统网络首先,动力,传动速度,齿轮斜率和中心距等信息将会在齿轮的细节设计阶段确定。随后,智能综合系统会进入齿轮尺寸阶段来确定包括模数,齿数,直径和螺旋角等几何参数。接下来,智能综合系统会运行与额定接触和弯曲强度有关的程序。在确定齿轮尺寸过程中,安全系数,精度及装载系数等都将被确定。这些系数都来自与用于手动设计的图表,而这些图表的原始数据往往是不可获得的,这就给装入计算机带来困难。然而,智能综合系统的应用解决了这些问题。在这种情况下,四个智能综合系统能直接使用从图表获得的数据,这就给将设计过程编入系统提供了合适的解决方案。5智能综合系统基础运算法则的应用现在我们已经可以看到诸如登山和NURTRONRAPHSON方法,但是由于研究涉及的面过于广阔,造成耗时巨大。一种研究方法的出现提供了合适的解决方法,它可以在不分析所有要点的情况下覆盖研究的内容。在智能综合系统中有两种运算法则一种用于人工系统网络结构的最佳化;一种用于寻找齿轮设计参数的最佳组合。由于篇幅所限,这里只讨论前者。由于标准和指导的缺乏,反向网络的设置是个困难的过程。基础运算法则正是用来解决这个问题。基于网络性能,基础运算法则用来寻找最佳布局,转换工作和调试过程,这些都是影响网络性能的重要因素。考虑到它们会综合起来影响性能和集中,这些因素的最佳化会同时进行。这使得最佳化过程更有效。与影响网络性能的因素相关的信息会被以二进制的形式编码。图5所示为一C型转换过程,第一个隐藏层有19个元素,第二层有9个,设置元素有5个。最佳化过程见
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