（机械制造及其自动化专业论文）白车身生产线规划知识库推理搜索方法研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o 删幽ijjfiifjjjffiif|un|t|nifijfll liiffiifilli y 18 11 0 9 。5 保密- k 2 年 t o n g j iu n i v e r s i t yi nc o n f o r m i t yw i t ht h er e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g t h e q u e r ym e t h o d r e s e a r c ho n k n o w l e d g e - - b a s e ds y s t e m f o r c a r b o d y i n - w h i t ep r o d u c t l i n ep r o c e s s p l a n n i n g ( s u p p o r t e db yf o u n d a t i o no fs h a n g h a ia u t o m o t i v ei n d u s t r yc o r p o r a t i o n , g r a n tn o 0 5 0 4 ) s c h o o l d e p a r t m e n t ：s c h o o l o fm e c h a n i c a l e n g i n e e r i n g 一 一 d i s c i p l i n e ： m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g m a j o r ：m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n g a n da u t o m a t i o n c a n d i d a t e ：z h o n g q i n gq i a n s u p e r v i s o r ： a s s p r o f y a nl i j a n u a r y , 2 0 0 7 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年月 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在二年解密后适用 本授权书。 一卜、9 指导教师签名：力恤学位论文作者签名： 珈7 年f 月c d 日年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 年月日 摘要 摘要 白车身生产线工艺规划是决定汽车整车生产制造周期一个重要环节。当前， 工艺整体布局和设计仍然主要依靠人工凭经验设计，其设计思想、设计手段仍 停留在较为落后的水平。为解决这一技术瓶颈，可利用目前成熟的软件技术开 发“白车身生产线规划知识库管理系统 。基于这一系统，工艺规划人员可以在 数字化环境下便捷地对生产线进行规划设计，从而缩短工艺规划周期。为让工 艺规划人员有效地择取信息，系统需要集成推理搜索模块，此模块是提高系统 应用性能的关键要素之一。因此本文重点研究推理搜索方法和理论，并详细阐 述如何利用相关技术来建立推理搜索模块。 本论文的理论研究需要结合工艺规划实际。本论文首先进行推理搜索模块 的需求分析，研究了推理搜索的对象，包括标准零部件、制造资源、工艺信息 和焊点信息。其次，对推理搜索的方法进行分析。选择搜索机制时，比较了盲 目搜索法、启发式搜索法、归纳学习搜索法的优劣点，提出归纳学习搜索法作 为模块搜索机制的方案；选择推理机制时，选取正向推理方式和基于实例推理 方式进行分析，并着重研究了后者应用的可行性。根据确定的推理搜索方法， 提出具体技术方案。基于实例推理方式进行推理搜索模块开发，运用s q l s e r v e r 2 0 0 0 和v c + + n e t 平台及多项软件技术开发模块的后台数据库和前台界面， 并将后台与前台集成。最后结合白车身生产线规划的具体任务，对推理搜索模 块的各项功能进行了实验验证。 本论文研究意义在于将推理搜索方法与白车身生产线工艺规划过程结合起 来，提出了工艺规划知识库信息管理的新思路。通过建立软件应用程序，将部 分理论应用于实践，提高了系统发现知识、处理知识、保存知识以及运用知识 的能力，提高了工艺规划的效率。 最后论文对推理搜索方法的后续研究进行了展望，提出在数据存储量，查 询置信度以及智能化方面的改进工作。 关键词：白车身，工艺规划，推理搜索，基于实例推理 a b s t r a c t a b s t r a c t b 州( c a r - b o d yi nw h i t e ) p r o d u c tl i n ep r o c e s sp l a n n i n gi sr ni m p o r t a n tp a r to f w h i c hd e t e r m i n e st h ea s s e m b l yv e h i c l em a n u f a c t u r i n gp e r i o d c u r r e n t l y , p r o c e s s l a y o u ta n dp l a n n i n gs t i l ld e p e n do nt h ea m o u n to fe x p e r i e n c et h a tp e o p l eo b t a i n 1 1 1 e p l a n n i n gc o n c e p t sa n dm e t h o d sa r ec o m p a r a t i v e l yb e h i n dt h et i m e s t or e m o v et h e b o t t l e n e c k , t h ew e l l d e v e l o p e ds o f t w a r et e c h n o l o g yc a l lb eu s e dt od e v e l o pt h ek b s ( k n o w l e d g e - b a s e ds y s t e m ) f o rb 研p r o d u c tl i n ep r o c e s sp l a n n i n g b a s e do nt h i s s y s t e m ，t h ep l a n n i n g c a nb ep r o m p t l yc a r r i e do u tb yp l a n n e ri nt h e d i 醇2 l l e n v i r o m e n t ，t h u ss h o r t e n i n gt h ep e r i o do ft h a t t om a k ep l a n n e ra v a i l a b l yc h o o s et h e i n f o r m a t i o n , i ti sn e c e s s a r yf o rt h es y s t e mt ob ei n t e g r a t e dw i mt h eq u e r yw i z a r d w h i c hi so n eo ft h ek e yf a c t o ri m p r o v i n gt h es y s t e mp e r f o r m a n c e t h e r e f o r e ，t h i s a r t i c l es t r e s s e st h er e s e a r c ho nq u e r ym e t h o d sa n dt h e o r i e s ，a n dd e f i n e sh o wt ou s e t h er e l e v a n tt e c h n o l o g yt od e v e l o pt h eq u e r yw i z a r di nd e t a i l 1 1 1 et h e o r e t i c a lr e s e a r c ho ft h i sa r t i c l es h o u l dt a k et h ea c t u a lc o n d i t i o no f p r o c e s s p l a n n i n gi n t oc o n s i d e r a t i o n f i r s t l y , t h eq u e r yw i z a r dd e m a n da n dd a t aa i m e dt oq u e r y s u c h 舔s t a n d a r dc o m p o n e n t s 、m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e s 、p r o c e s si n f o r m a t i o na n d w e l d i n gp o i n ti n f o r m a t i o nh a v eb e e na n a l y z e d s e c o n d l y , q u e r ym e t h o d sh a v eb e e n r e s e a r c h e d w h e ns e l e c t i n gt h es e a r c hm o d e ，t h ea d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g eo fb l i n d s e a r c h 、h e u r i s t i cs e a r c ha n di n d u c t i v es e a r c hh a v eb e e nc o m p a r e db e f o r ed e t e r m i n i n g t h el a s to n ea st h er o u t e w h e ns e l e c t i n gt h er e a s o n i n gm o d e ，f o r w a r dr e a s o n i n ga n d c b r ( c a s e - b a s e dr e a s o n i n g ) h a v eb e e na n a l y z e db e f o r et h ef e a s i b i l i t yo ft h el a t t e r o n ei sc o n f i r m e d t h e nt h ed e t a i l e dt e c h n i c a lp l a ni ss e tf o r t ha c c o r d i n gt ot h es e a r c h a n dr e a s o n i n gm o d e b a s e do nc b r , t h eq u e r yw i z a r df o r e g r o u n da n db a c k g r o u n d a p p l i c a t i o na n dt h ei n t e g r a t i o n o ft h o s eo n e sh a v eb e e nd e v e l o p e d 诵ms q l s e r v e r 2 0 0 0a n dv c + + n e tp l a t f o r ma n ds e v e r a ls o f t w a r et e c h n i q u e s t h i r d l y , c o m b i n e dw i t ht h ep r a c t i c a la s s i g n m e n to fp l a n n i n g ，t h eq u e r yw i z a r df u n c t i o n so fa l l k i n d sh a v eb e e nt e s t e d t h es i g n i f i c a n c eo ft h i sa r t i c l ei st h ea c h i e v e m e n to fc o m b i n i n gt h eq u e r y n a b s t r a c t m e t h o d sw i t hb i wp r o d u c tl i n ep r o c e s sp l a n n i n g ，a n dt h en e wt h o u g h to fm a n a g i n g t h ep r o c e s sp l a n n i n gi n f o r m a t i o no fk b s w h e nd e v e l o p i n gt h ew i z a r d ，t h e o r i e sa le p a r t i a l l yp u ti n t op r a c t i c ea n dt h ea b i l i t yt of i n d ，d i s p o s e 、s t o r e ，u s ek n o w l e d g e i sw e l l e n h a n c e d , t h u si m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c yo fp r o c e s sp l a n n i n g t h ea r t i c l ef i n a l l ye x p e c t st h eq u e r ym e t h o d sr e s e a r c ho ft h el a t t e rp e r i o d , b r i n g i n gf o r w a r dt h ei m p r o v e m e n to fd a t es t o r a g e 、q u e r yc o n f i d e n c e l e v e l 、 i n t e l l e c t u a l i z a t i o na n ds oo n k e yw o r d s ：c a r - b o d y i nw h i t e ，p r o c e s sp l a n n i n g ，q u e r y , c a s e - b a s e dr e a s o n i n g n l 目录 目录 第1 章绪论1 1 1 概述1 1 2 研究的主要内容3 第2 章知识库推理搜索模块的分析5 2 1 知识库概述5 2 1 i 知识库和知识库系统的定义5 2 1 2 白车身生产线规划知识库系统发展现状6 2 2 推理搜索技术概述6 2 2 1 推理搜索技术的定义6 2 2 2白车身生产线规划知识库推理搜索技术的研究现状7 2 3 推理搜索模块的需求分析8 2 3 1 推理搜索对象分析8 2 3 2 生产线制造资源分析9 2 4 小结j 1 1 第3 章知识库推理搜索模块的技术方案1 2 3 1 技术方案的理论研究1 2 3 1 1 推理搜索数据表示方法1 2 3 1 2 搜索机制的选择1 8 3 1 3 推理机制的选择2 2 3 2 技术方案的具体提出2 5 3 3 小结2 7 第4 章知识库推理搜索模块的具体实现2 8 4 1 模块的功能和开发工具选择2 8 i v 目录 4 2 模块的软件结构设计2 9 4 2 1 人机交互模式3 0 4 2 2 各项命令3 0 4 3 程序的具体实现3 2 4 3 1 后台数据库建立3 2 4 3 2 前台应用程序的建立j 4 0 4 3 3 前台与后台的集成4 7 4 4 小结5 1 第5 章知识库推理搜索模块的功能及应用5 2 5 1 规划任务分析5 2 5 2 模块的功能演示5 2 5 2 1 查询命令5 3 5 2 2 定位命令5 5 5 2 3 修改命令5 6 5 2 4 比较命令5 7 5 3 小结5 9 第6 章结论与展望6 0 致谢6 2 参考文献6 3 附录a 白车身生产线规划知识库推理搜索模块程序源代码6 6 个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果8 0 v 第1 章绪论 1 1 概述 第1 章绪论 进入9 0 年代以来，推理搜索技术在人工智能领域得到迅速发展，对提高智 能系统的性能起到举足轻重的作用，知识库系统作为人工智能的一个重要分支， 得益于推理搜索技术的深入发展，开始应用于工业、农业、军事等国民经济的 每个部门，其涉及的领域包括了设计、规划、决策、诊断和控制等各个方面【1 】。 本论文所研究的推理搜索技术主要应用于白车身生产线规划知识库管理系 统。从应用角度分析，推理搜索是指按照某种策略从己知事实出发去搜索出相 关知识的过程，其中推理用的事实可分为两种情况，一种是与求解问题有关的 初始证据，另一种是推理过程中所得到的中间结论，知识库管理系统的推理过 程通过搜索引擎来完成。在建立搜索引擎的过程中主要应解决以下问题： 1 ) 数据表示方法的不统一造成推理搜索效率低下。 2 ) 采用不合理的推理搜索机制会降低结果的置信度。 3 ) 前台应用程序与后台数据库的集成问题。 4 ) 推理搜索模块的性能优化问题。 本论文主要结合白车身装焊生产线工艺流程进行研究。从目前汽车业的发 展形势看，汽车制造厂商为提高产品质量，缩短开发周期，正想方设法提高白 车身制造流程的自动化程度与工艺水平。 综观世界汽车工业沿革，可以看出，现代汽车是沿着“底盘”一“发动机” 一“车身”逐步发展完善过来的。这个发展过程不以人们的主观意志为转移， 而在很大程度上取决于当时的科学技术水平和物质生活条件【2 1 。由于汽车与人们 的日常生活息息相关，为了适应各种不同目的和用途乃至车辆的更新换代等， 车身技术的发展成为了一个关键因素。因此，车身工程是汽车工业中最年轻而 又发展最迅速的一个分支。 建国以来，我国工业从无到有、由4 , n 大，有了很大发展，但长期以来徘 徊在货车( 主要是中型) 的生产水平上，车身技术一直是我国汽车工业中的薄 弱环节。国外轿车工业发达，由于对轿车车身的要求很高，从而大大刺激了新 第1 章绪论 技术和新设备的发展，由此可以全面带动其它各种车型车身技术的开发【3 】。从这 个意义上来看，为了尽快振兴我国的汽车工业，必须结合国情量力而行地重视 轿车的发展，尤其要提高车身的研发和制造实力。 轿车车身( 如图1 1 所示) 是轿车的重要组成部分，是车型变化中的主体部 分，是整个轿车零部件的载体，其制造成本约占整车的4 0 6 0 。车身通常由 3 0 0 5 0 0 多个具有复杂空间曲面的薄板冲压零件，由5 5 7 5 个装配站在生产线 上大批量、快节奏地装焊而成，装夹定位点多达1 7 0 0 、 2 5 0 0 个，焊点多达4 0 0 0 5 0 0 0 个【4 】，因此中间环节众多，各种装配偏差源难以避免。车身制造质量的优 劣对整车质量起着决定性作用，而在白车身的生产制造准备过程中，在工艺和 装备的设计和制造直至投产的整个周期中，工艺和装备的设计和制造占有三分 之二的时间，成为汽车外形改型换代的主要制约因素之一。 图1 1 白车身结构 轿车车身是一个复杂的体系，其零部件不仅数量众多、结构复杂，而且结 构上存在着制约关系，技术要求非常高，这就给制订工艺的技术人员带来了巨 大的困难。而且不同的技术人员有不同的技术背景，其所制订的加工工艺就会 存在很大的随机性瞪】。 目前，白车身的工艺整体布局和设计仍然依靠人工凭经验设计，其设计思 想、设计手段仍停留在较为落后的水平，致使白车身生产线的规划设计不得不 花费大量外汇，依靠国外来设计规划，这与我国汽车工业的快速发展不相适应。 所有的规划过程如工艺规划、工时分析、工位布局、生产线行为分析、焊接管 2 第1 章绪论 理、工程图解、产品变型管理、工程成本分析等仍然以传统的方式进行。各工 艺人员，各自进行设计，再经过协调综合形成最后方案，工艺人员的工作处于 孤立分散的状态，特别是相关工艺信息的查询、传输，基本上以纸样、磁盘为 媒介，没有统一的数据平台，导致在制定加工工艺的过程中出现重复劳动的现 象【7 1 。 为了能制造出高质、高效和低成本车身，缩短白车身的生产制造准备时间， 使规划人员能够合理有效地对白车身进行规划，我们必然希望花费最少的人力 和物力来制订出白车身的拼焊工艺。现代计算机和软件技术的发展为我们解决 这项难题提供了有利的工具和手段，凭借这些工具，可以开发出关于白车身制 造工艺的知识库管理系统，利用这些知识库管理系统就可以在计算机上完成工 艺规划和设计工作，虽然前期投入了大量资金，但产生的经济效益是很明显的。 综合来看，它帮助企业解决了规划时遇到的难题，提高了白车身工艺规划的效 率和质量，并降低了总成本。 白车身生产线规划设计知识的运用主要包括规划设计知识的：推理、搜索、 管理及维护等内容。为了使白车身生产线规划知识库管理系统具有高效率求解 复杂问题的能力，除了使系统拥有大量的专门知识外，还需要使之具有较高的 择取和运用知识的能力。因此，研究和开发推理搜索模块具有十分重要的意义。 1 2 研究的主要内容 本课题基于上海汽车工业科技发展基金会项目一帕萨特轿车白车身工艺及 生产线规划设计知识管理系统研究与实现。 本课题主要研究的内容为白车身生产线规划知识库推理搜索方法，目的是 为规划设计人员提供一个可供检索和查询的平台，以提高规划效率，减少规划 成本。 第1 章主要介绍课题的背景和国内外研究现状。 第2 章主要分析知识库系统和推理搜索技术本身及其在白车身生产线工艺 规划中的应用。然后对推理搜索模块的需求进行分析，研究推理搜索的对象， 包括标准零部件、制造资源、工艺信息和焊点信息，并着重研究了制造资源和 制造资源属性的分类 第3 章主要分析推理搜索数据的表示方法，然后对推理搜索方法进行比较 第1 章绪论 和选择。基于选定后的推理搜索机制，提出了具体的技术方案。 第4 章主要研究与应用数据库技术和面向对象的编程语言建立后台数据库 和前台界面，并阐明集成后台数据库与前台界面的方法。最后则研究了几项优 化技术，包括存储过程和触发器技术。 第5 章主要分析规划任务，并结合帕萨特与途安等车型，对推理搜索模块 的各项功能进行了实验验证。 第6 章主要总结推理搜索模块的开发过程，并对推理搜索方法的后续研究 进行了展望。 4 第2 章知识库推理搜索模块的分析 第2 章知识库推理搜索模块的分析 本章首先介绍了知识库、知识库系统、推理搜索技术的定义以及应用情况， 然后研究了白车身生产线上的各种信息，并对生产线上的制造资源信息进行了 重点研究。 2 1 知识库概述 2 1 1 知识库和知识库系统的定义 知识库是合理组织的关于某一特定领域的陈述型知识和过程型知识的集合 【引。知识库和传统数据库的区别在于它不但包含了大量的简单事实，而且包含了 规则和过程性知识。 知识库系统是以知识库为核心的，包含人、硬件和软件的各种资源，用于 实现知识共享的系统。 图2 1 知识库系统体系结构图 知识库系统的体系结构如图2 1 所示。其中人机交互模块使用户可方便地 ( 包括自然语言) 查询知识库；知识获取模块用于接受、更新领域知识，并将 第2 章知识库推理搜索模块的分析 获取的知识表示成知识库的内部形式。在知识库系统中，人包括分布在不同地 点的直接用户、基于知识系统的开发者、领域专家和知识工程师等。硬件指的 是计算机系统，包括大容量存贮器和其他外围设备。软件包括系统软件( 如操 作系统) 以及针对知识库系统开发的应用软件，如人机界面模块、知识获取、 问题求解、知识库一致性维护模块和知识库管理系统应用程序【9 】【l0 】。 2 1 2 白车身生产线规划知识库系统发展现状 由于知识库系统是知识工程领域的基石，在它的基础上可以开发出各种类 型的专家系统、办公自动化系统、决策支持系统、规划系统等知识处理系统， 因此对知识库和知识库管理系统的研究与开发受到人们的高度重视。 国外的一些r r 公司以知识库系统的研究成果为基础，开发出的白车身工艺 规划设计软件已经较好地应用于各跨国汽车公司：如f o r d 、j a g u a r 、l o t u s 、s a a b 、 m i t s u b u s h i 、h o n d a 和m a z d a 等。 迄今为止，国内对制造业规划设计领域中的知识处理系统研究尚浅，取得 的研究成果相对较少。从各种期刊检索到的资料来看，研究主要偏向车身设计 领域，涉及白车身生产工艺的文章很少，主要由于白车身生产工艺规划设计是 一个复杂的、弱理论支持的过程，而且我国汽车工业在自主研发，生产规划方 面起步较晚，因此对白车身知识库系统的开发工作是很有意义和迫切需要的。 2 2 推理搜索技术概述 2 2 1 推理搜索技术的定义 建立知识库的重要目的之一是有效地运用知识求解复杂的问题。其中，最 常用的是知识的搜索技术和知识的推理方法。 在知识库建立后，问题求解的过程本质上即为知识的匹配和搜索过程。在 搜索过程中，知识库中的知识通常可看成具有层次关系的树状或网状结构，即 从某一结点出发的有向图。搜索就是从该结点出发对有向图的遍历，即沿着有 向弧按特定次序访问有向图中的每一个结点；搜索的目标是寻找某些满足一定 条件的结点的集合【l 】。 6 第2 章知识库推理搜索模块的分析 在人工智能领域，推理被定义从已知的事实中推导出新的事实的过程。在 关系理论中，推理是对一不完备的关系结构进行扩展以提高关系结构的完备性 的过程【1 1 1 。 2 2 2 白车身生产线规划知识库推理搜索技术的研究现状 白车身工艺规划设计知识内容丰富、形式多样，包括各种国家标准、设计 公理和规则等，但决定规划是否合理的尺度仍然受到人为的制约，目前仍然依 靠企业工程师长期积累的设计经验和技能。因此应用于白车身工艺规划知识库 的推理搜索技术主要偏向于对规划实例的重用研究上。 白车身工艺规划设计是一个复杂的、弱理论支持的过程，很多设计知识和 经验很难用规则表达，而基于实例推理( c a s e b a s e dr e a s o n i n g ，c b r ) 的核心思 想是人类经验的再利用，因此c b r 技术在工艺规划设计领域的研究、应用和发 展具有可行性，并且是一个极富希望和发展前途的研究和应用方向。当前有关 c b r 的研究主要集中于实例库的设计和维护、实例检索算法和实例调整三个方 面。 基于规则推理( m l c - b a s e ar e a s o n i n g ，r b r ) 是基于演绎的推理，而c b r 是 基于类比的推理，c b r 和r b r 的集成推理受到学者的关注和研究。当前的研究 以c b r 为主，r b r 用以进一步提高实例检索的准确性和实例调整的自动化水平。 目前应用较为广泛的商用软件，如t c c n o m a t i x 公司开发的e m p o w e r 软件， 在对白车身生产制造流程进行规划时，采用了实例检索方法。通过建立一个公 用的图形库，存储与企业生产资源和制造流程相关的所有信息。借助该解决方 案，企业可以建立起一个能对数据进行分类的完整结构，以便于对信息进行检 索f 1 3 】。e m p o w e r 软件还提供了各种工具，可以使参数搜索查询和数据检索在数 秒内就能完成，它提供的人机交互界面( 如图2 2 ) 友好、直观、容易操作。e m p o w e r 还集成了一个三维图形察看器来验证系统是否检索到正确的资源，比用文本搜 索省时省力。 d a s s a u l ts y s t e m s 公司开发的d e l m i a 数字化互动制造应用软件同样提供了 一系列搜索查询模块，用于开发、创建和实施与工艺规划和工艺细节验证解决 方案相关的资源、应用程序和加工程序。通过查询和搜索，可以使基于制造的 专业知识能被完整地提取出来，令最佳的产业经验得以重复利用。 7 第2 章知识库推理搜索模块的分析 从上述两款具有代表性的成型软件上可以看出，目前推理搜索技术已逐步 应用到规划设计领域，给工艺规划设计工作带来了便利，提高了软件的易用性。 但总体而言，推理搜索技术尚未得到完全开发，智能化水平较低，查询的参数 化和复杂度受到了很大的限制。因此有必要跟踪最新的知识处理技术的发展， 对推理搜索技术进行深入的研究，并结合具体的白车身生产线规划设计工作， 拓宽其应用前景，提高其经济效益。 图2 2e m p o w e r 软件搜索查询界面 2 3 推理搜索模块的需求分析 2 3 1 推理搜索对象分析 白车身生产线规划设计主要针对装焊生产线，因此推理搜索的对象主要是 白车身装焊生产线上的资源信息。执行装配焊接任务的最基本单元是工位，白 车身的装焊首先是在一些工位上将冲压成型的车身覆盖件装焊成组合件，然后 在后续工位上将这些组合件与其它冲压件或组合件装焊成新的组合件。经过多 级的焊接拼装操作，形成车身的各部件，如车门和底盘等，最后各个车身部件 第2 章知识库推理搜索模块的分析 再总拼成轿车的白车身【l5 1 。 从上述白车身生产过程中可以看出，白车身生产线上的信息主要包括标准 零部件信息、制造资源信息、工艺规划信息和焊点信息。 标准零部件信息是其余各类信息的基础，无论是制造资源信息或是焊点信 息都必须涉及到零部件，因此推理搜索模块首先要满足对标准零部件信息的查 询和重用。 制造资源信息主要与白车身的装焊信息相关，因为白车身的制造过程主要 是装焊过程，所以制造资源信息需要以各类夹具，工具等信息为基础，它是各 类信息中数据量最多的一类信息。 工艺规划信息是规划设计人员的经验总结，是已有的、成型的规划方案的 集成。对此类信息的查询既是推理搜索模块需要解决的关键问题，也是难点问 题。 焊点信息是工艺规划过程中的一类重要信息。在焊点规划前，需要明确焊 点的方位及相关信息。根据这些信息，合理配置生产设备和人力，从而确定生 产节拍和流程。 通过以上分析，可以将推理搜索的对象归纳为标准零部件信息、制造资源 信息、项目工艺规划信息和焊点信息。推理搜索模块的任务就是通过对这些信 息的有效推理和查询，来提高生产线规划设计的效率，从而达到减少规划成本 的目的。具体的推理搜索对象如图2 3 所示。 白车身生产线规划知识库推理搜索模块 l 标准零部件查询 制造资源查询项目工艺规划查询焊点查询 人夹 工 机辅 力具具器助 资 人设 源备 图2 3 推理搜索对象 9 第2 章知识库推理搜索模块的分析 2 3 2 生产线制造资源分析 由于白车身生产线上的制造资源信息量非常大，为了提高推理搜索模块的 可查找性，必须对白车身生产线上的制造资源进行整合，归类。考虑到左前门 是白车身拼焊七大部分之一，包含了白车身生产线制造过程的所有关键的拼焊 工艺信息，具有一定的代表性。因此以左前门作为具体的研究对象，来分析如 何对资源及资源属性进行分类。 ( 1 ) 资源分类 左前门生产线包括1 6 个工位，1 9 0 个焊点，零部件2 0 个左右，需1 6 套工 装夹具，以及手工悬挂点焊设备，固定点焊设备，涂胶设备等。将这些资源信 息进行整理，可分为人力资源、辅助设备、机器人设备、夹具和工具五类。相 关资源按照上述类型进行归档，比如盲铆支架可以归档为辅助设备，型号为 d n 3 2 6 5 s h 的悬挂焊机可以归档为工具。具体的分类如表2 1 所示。 表2 1 制造资源分类表 ( 2 ) 资源属性分类 由于白车身制造资源属性信息量大，数据种类多，每种属性信息对生产过 程来说都是重要和必需的。在推理搜索的过程中，这些属性信息是设置条件的 主要参数，因此有必要对制造资源属性进行分类。 首先要分析人们对于制造资源普遍比较关心的一些属性，这些属性是规划 设计人员进行选择和设计的主要参照依据。资源属性可以分为几大部分：一般 属性( g e n e r a l ) 、物理属性( p h y s i c a l ) 、成本属性( c o s t ) 、性能属性( p e r f o r m a n c e ) 1 0 第2 章知识库推理搜索模块的分析 以及操作属性( o p e r a t i o n ) 。而一般属性下又包含名称、型号、数量等相关信息， 物理属性下包含材料，重量等相关信息，对于不同的属性，要将相关的信息进 行合理的归类。 以某一夹具资源为例，首先分析其应用于生产过程中所产生的各项属性信 息。可将名称、编号、数量、供应商、备注等信息归为一般属性；将材料、重 量、3 d 模型等信息归为物理属性：将材料成本、生产设计时间、生产制造时间、 生产安装时间、控制设计时间、控制调试时间和控制安装时间等信息归为成本 属性：将生产能力、最大生产量、可用数量等信息归为性能属性；将工人对资 源的操作事项归为操作属性。具体资源属性分类如表2 2 所示。 表2 2 资源属性分类表 夹其( 资源名称) 一般属性物理属性成本属性性能属性 操作属性 ( g e n 盯- 1 ) c e h y , ic - 1 )正o s t ) y l r f o r m 蛆c i p e r a t io n ) 名编数供各 材 重 3 d材 生生 生控控控 生最可工人对 称 日直 应注 料 亘 模 料 产产产制制制产大 用资源的 数操作事 亏里 j 制安设 调安能 产 项 商型成 设 本计造装计 试装力 时时时时时时 亘 里 间间间间间间 2 4 小结 ， 本章首先概述了知识库及知识库系统的定义，明确了推理搜索模块基于的 平台。然后阐明了推理搜索技术的定义及其研究现状，为下文c b r 技术的具体 研究作了铺垫。最后分析了推理搜索模块的需求，重点研究了生产线上的制造 资源信息。 第3 章知识库推理搜索模块的技术方案 第3 章知识库推理搜索模块的技术方案 本章将在第2 章的基础上对推理搜索模块的技术方案进行理论研究，并具 体提出了适合于白车身生产线工艺规划实际的技术方案。 3 1 技术方案的理论研究 本节主要结合白车身生产线上的工艺信息，研究与分析推理搜索数据的表 示方法，选择可应用于后续模块开发的搜索机制和推理机制。 3 1 1 推理搜索数据表示方法 推理搜索的对象可以归纳为标准零部件信息、制造资源信息、项目工艺规 划信息和焊点信息。而制造资源信息又包含各种资源的属性信息。只有将上述 信息标准化，将信息所包含的数据采用一致的表达方式，才能够提高推理搜索 的效率。 推理搜索数据的表示其实就是一种知识的表示，它是指通过确定知识符号 化的一种描述法则，以便把这种描述方便地、有效地变成计算机能处理的某种 数据结构【1 6 】。常用的知识表示形式有一阶谓词逻辑表示、产生式规则、语义网 络表示、框架表示以及面向对象表示等。 白车身生产线规划设计隶属的工程问题是扩散型的，其中包括了大量常识 性和经验性知识，其规划设计可分为生产线布局、工位布局、焊点管理等相对 独立的子问题：子问题又可进一步分解出更细小的问题，如焊点的查询、焊点 的分配、焊点的修改等。最终将整个白车身生产线规划设计分解成一些公式性、 规则性的知识。产生式规则是一种适合表示因果关系的表示模式，它有语义上 表示“i f ( 条件) t h e n ( 结论) ”的因果关系，运用产生式规则可以表示一系列 设计中可能分解出来的最小设计元素【1 7 1 。但是，单一的产生式规则表示存在着 不足，这种方法不能明确地表达规则之间的层次关系。因为这些规则在概念上、 功能上的层次深浅是不一样的，而知识的框架表示则层次化、模块化地表示了 客观事物所有的属性所处的状态，以及与其他事物的关系。 3 1 1 1 面向对象的知识表示 第3 章知识库推理搜索模块的技术方案 面向对象的知识表示是在吸收、借鉴软件工程领域近年来新概念和新方法 的基础上发展起来的一种知识表示方法。面向对象的方法学认为事物是由各种 对象组成的，复杂的对象可由相对比较简单的对象以某种方法组成。甚至整个 世界也可从一些最原始的对象开始，经过层层组合而成。 在进行生产线规划设计时，虽然所需规划的自车身车型大小、自动化水平 等条件还未明确，使得工位、工序布置时，难以确定相应的夹具、工具、辅助 设备等信息，然而工艺规划人员经过长期的经验总结，已形成了大量的工位、 工序规划信息，针对不同的车型，工位、工序上的资源有相应的规则划分，一 旦获得白车身车型大小，自动化水平等规划先决条件后，就可以以生产线为对 象，根据需要进行大致规划【1 8 】【1 9 】。通过获得车身部件的信息，再进行夹具，工 具等制造资源的具体配置和调整，从而完成整体生产线规划。 3 1 1 2 基于框架的知识表示 基于框架的知识表示可以看作是面向对象知识表示的一种。框架是包含一 组相互联系数据的结构。它们通常是比较大的知识块，并且按照需要，详细地 描述了特定的对象、事件、状态或位置等。随着面向对象技术的发展，基于框 架的知识表示从中吸取了许多重要的特性，进一步提高了知识表示能力。因此， 基于框架的知识表示的实质就是面向对象技术在知识表示中的具体应用。 名称：手工悬挂焊枪 型号：7 8 - 5 9 d5 4 所属工序：手工补焊 资溏属性 一 r 7 8 、预计 ：工具 数量tl 图3 1 资源属性框架示例 车身资源属性可以用框架来定义，它由一组命名的槽组成，每一槽可以用 一个值或一个指向其他框架的指针“填充”。当一个框架的槽被“填充”时，它的 框架就被例示，如图3 1 所示，白车身资源属性已经被例示成框架。 第3 章知识库推理搜索模块的技术方案 框架与框架之间可以用各种方式( 关系) 进行连接，白车身整体的制造工艺可 以由框架结构( 如图3 2 所示) 表示出来。 基于框架的知识表示中较为重要的一步是知识的匹配，系统在框架结构中 找到与实体已知属性最相符的框架，在匹配过程中，框架之间的关系是指导正 确匹配的重要线索。 同样，自车身工艺规划过程也是通过匹配的方法进行工位、工序的重新规 划设计，通过推理搜索找到与需求相类似的工位、工序规划布局，进行制造资 源的重新配置。在进行白车身制造工艺知识表示的过程中，很重要的一点是要 明确相类似工位、工序之间的关系，即匹配度问题，只有当匹配度达到一定值， 才认为推理搜索的结果是正确的，或者近似正确。否则，搜索结果就缺少参考 价值【2 0 】。 轿车自车身制造工艺 相似 帕萨特b 5 白车身制造工艺_ 呻帕萨特b 6 白车身制造工艺 左前门工位h 右前门工位 左前 工位 上料工序点焊工序上料工序点焊工序上料工序点焊工序上料工序点焊工序 塑塑! ：= 乏塑型， 图3 2 自车身制造工艺框架结构图 3 1 1 3 基于实例的知识表示 ( 1 ) 白车身生产线规划实例组成描述 人们在解决各类问题时，常常会想起曾经解决过的类似问题，并从中得到 启示。实践证明，这是一种十分有效的思维方法。认知心理学的研究结果也证 实了这一现象。基于实例的推理叫b r 就是在模拟人类的这一智能行为的基 础上发展起来的问题求解方法。 实例的知识表示是c b r 的基础，可以将实例组成描述成一个三元组形式【2 2 】： c a s e = i ，o ，g ) 1 4 第3 章知识库推理搜索模块的技术方案 其中： i 是描述待求解问题的初始状态即开始条件； o 是该问题的求解方案，是允许在不同状态之间转换的一系列操作的集合 ( 初始状态就是i ) ； g 是问题求解后必须满足的目标状态，即执行o 的结果。 这表明，实例是对工程问题求解过程的抽象和问题解的描述，包含问题求 解模式和问题解。为了通过推理搜索而重用实例，实例的组成部分中还需要包 括相应的索引信息。因此，针对白车身规划设计的要求，可以将实例的组成内 容用一个四元组的形式表达： c a s e = i ，o ，g ，i n d e x 规划设计实例的索引i n d e x 是将i 、g 和o 中能够体现规划设计特点的关键 信息组织在一起形成的。并用