（机械制造及其自动化专业论文）镀膜设备智能设计基础信息库的研究与开发.pdf

摘要 镀膜设备智能设计基础信息库的研究与开发 机械制造及其自动化专业 研究生：颜景宝指导教师：罗 阳 摘要 为进一步适应当前信息化和c a d 技术的发展要求，提高产品设计效率和 设计质量，缩短产品开发周期，解决企业不能快速响应市场需求等问题，本文 研究了设计周期较长的镀膜设备的智能设计问题。为了支持镀膜设备智能c a d 系统，以便为智能设计过程提供良好的底层基础信息平台，文中对设计过程必 需的基础信息库进行了重点研究。 论文在理论和实践中主要研究工作包括： ( 1 ) 确定了镀膜设备智能设计信息库总体方案。对智能设计思想进行分析， 确定了智能设计的流程，并重点研究镀膜设备智能设计信息库的功能模型。在 功能模型中，信息库管理模块架构在p d m 上，通过p d m 接口对信息库进行管 理，而标准件库的绘图模块，直接访问标准件数据库中的数据，c a d 智能设计 模块也直接调用知识库中的知识及其它数据库中的数据。 ( 2 ) 构建了标准件库的总体结构及各种访问模块的功能模型。将标准件库 分为数据层、业务逻辑处理层和客户层( 浏览器层) 三个层次结构，这样保证 了更改某个层次而不会对其它层次产生影响，在此基础上细划了标准件库的各 访问模块功能，对其中的参数化绘图这一重点模块，设计了运行流程图。 ( 3 ) 设计了标准件数据库。基于装配特征进行了标准件的分类和标准件工 程数据信息的分析，在概念设计阶段设计了标准件实体的e r 模型，并针对这 一模型，进行标准件数据库的逻辑设计与物理设计。 四川大学硕h 学位论文 ( 4 ) 对标准件库进行了开发与实现。研究了标准件库开发和参数化绘图的 基础，并运用参数化绘图和面向对象技术开发标准件库的原型。 ( 5 ) 设计了镀膜设备智能设计知识库的结构模型。按照知识库结构设计的 目标，设计了知识库的分层、分块的结构模型，并按照镀膜设备智能设计知识 类型及表示要求，运用面向对象知识表示方法，对镀膜设备的相关设计知识进 行了表示，并对知识管理与知识获取进行了研究。 ( 6 ) 确定了中小企业实施p d m 软件的选型方案。在论述企业实旅p d m 必要 性，p d m 的发展历程和技术标准，企业实施和选择p d m 应坚持的原则等内容的 基础上，对比研究分析了国内外p d m 软件的概况。文中针对国投南光企业的需 求，提出了两种不同配置的p d m 方案。 关键词：企业信息化c a d 标准件库知识库p d m i l a b s t r a c t r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t o nf u n d a m e n t a l i n f o r m a t i o nb a s ef o ri n t e l l i g e n td e s i g no ft h e c o a t i n ge q u i p m e n t s p e c i a l t y m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n ga n di t sa u t o m a t i o n p o s t g r a d u a t ey a hj i n g b a os u p e r v i s o rl u o t a n g a b s t r a c t i n t e l l i g e n td e s i g nf o rc o a t i n ge q u i p m e n t si sp r o p o s e di nt h i sa r t i c l et om e e tt h e r a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , p r o m o t i o no fp r o d u c td e s i g n e f f i c i e n c ya n dq u a l i t y , s h o r t a g eo ft i m ec y c l eo fn e wp r o d u c td e v e l o p m e n t ，a n d r e q u i r e di m m e d i a t er e a c t i o nt ot h em a r k e t t h i sp a p e rf o c u s e so nt h ec o n s t r u c t i o no f k n o w l e d g el i b r a r y , w h i c hi su s e dt os u p p o r tt h ec a ds y s t e ma st h eb a s i so f i n t e l l i g e n td e s i g n m a i nw o r ko ft h i sp a p e rf o c u s e so i lt h ef o l l o w e dm u l t i - f o l d s ： ( 1 ) t h et o t a ls c h e m ef o rt h ei n f o r m a t i o nl i b r a r yo ft h ec o a t i n ge q u i p m e n t s i n t e l l i g e n td e s i g nw a sg i v e n ：t h ea n a l y s i so fc o n c e p t i o no fi n t e l l i g e n td e s i g n ，t h e p r o p o s a lo ff l o wp r o c e s so fi n t e l l i g e n td e s i g n ，a n dt h ef u n c t i o n m o d u l eo n i n f o r m a t i o nl i b r a r yo ft h ei n t e l l i g e n td e s i g n w i t h i nt h i sf u n c t i o nm o d u l e ，t h e i n f o r m a t i o nl i b r a r ym a n a g e m e n ts y s t e mm a n a g e st h ei n f o r m a t i o nl i b r a r yt h r o u g h p d m ，w h i l et h em o l df o rs t a l l d a l dp a r t sd r a w i n ga n dc a di n t e l l i g e n td e s i g nc a n v i s i ts t a n d a r dp a r t sl i b r a r yd i r e c t l y ( 2 ) t h et o t a ls t r u c t u r eo ft h es t a n d a r dp a r t sl i b r a r ya n df u n c t i o no fa l lk i n d so f m o d u l e sa l ep r o p o s e d t h es t a n d a r dp a r t sl i b r a r yi sd i v i d e di n t op a r t so ft h r e el e v e l s t og u a r a n t e et h es e p a r a t i o no fe v e r yp a r tf r o mt h eo t h e r s o nt h i sb a s i s ，d e t a i l e d f u n c t i o n so fe v e r ym o d u l eo fs t a n d a r dp a r t sl i b r a r ya r ed e t e r m i n e da n dt h ef l o w c h a r to fd e s i g np r o c e s s ，w h i c hp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ep a r a m e t r i cd e s i g n ，i s i l i 四川大学硕士学位论文 g l y e n ( 3 ) s t a n d a r dp a r t sl i b r a r yi sd e s i g n e d ：t h ec l a s s i f i c a t i o no fs t a n d a r dp a r t sa n d a n a l y s i so fs t a n d a r dp a r t si n f o r m a t i o na r eg i v e no nt h eb a s eo fa s s e m b l i n gf e m u m s a n dt h el o g i ca n dp h y s i c a ld e s i g nf o rs t a n d a r dp a r t sl i b r a r ya r ep r e s e n t e da c c o r d i n g t oe rm o d u l eo ft h es t a n d a r dp a r t sw h i c hi sp r o p o s e dd u r i n gt h ec o n c e p t d e s i g n ( 4 ) s t a n d a r dp a r t sl i b r a r yi sd e v e l o p e da n da c c o m p l i s h e d ：am s e a r c hs a m p l e ， w h i c hi sd e v e l o p e du s i n go r i e n t e d o b j e c ti d e a ，i sg i v e nt od e m o n s t r a t et h ep r o c e s s o fs t a n d a r dp a r t sd e v e l o p m e n ta n d p a r a m e m cd r a w i n g ( 5 ) t h es t l u c t u r em o d u l eo ft h ek n o w l e d g el i b r a r yo ft h ec o a t i n ge q u i p m e m s i n t e l l i g e n td e s i g ni sd e s i g n e d ：a c c o r d i n gt ot h et a r g e to ft h ek n o w l e d g el i b r a r y d e s i g n ，t h i sp a p e rs u g g e s t st h ed i v i d i n go fl a y e r so fk n o w l e d g el i b r a r y , e x p r e s s e st h e r e l a t e dk n o w l e d g eo ft h ec o a t i n ge q u i p m e n tu s i n gt h eo r i e n t e d o b j e c ti d e a s ，a n d d i r e c t ss o m er e s e a r c ha b o u tt h ek n o w l e d g em a n a g e m e n ta n da c q u i r e m e n t ( 6 ) t h es c h e m eo fp d ms o f t w a r ei sc h o s e na i m i n gt os m a l la n dm e d i u m - s i z e d e n t e r p r i s e s ：b a s e do nn e c e s s i t yo fe n t e r p r i s e si m p l e m e n t i n gp d m ，d e v e l o p m e n ta n d t e c h n o l o g ys t a n d a r do fp d m ，t h ep r i n c i p l eo fa c t u a l i z i n ga n dc h o o s i n gp d m ，a n d c o m p a r i s o nb e t w e e nt h ef o r e i g np d m a n dt h en a t i v ep d m ，t w os c h e m e so fs p e c i f i c p d ms o f t w a r ei sc o n f i g u r e dt ob eu s e di nn a n g u a n g f a c t o r y k e yw o r d s ：e n t e r p r i s ei n f o r m a d z a t i o n ，c a d ，s t a n d a r dp a r tb a s e ， k n o w l e d g eb a s e ，p d m i v 第章绪论 第一章绪论 1 1 论文研究工作的相关背景 1 。1 1 制造业信息化的发展 l 、制造业信息化的发展进程。计算机和通信技术的迅猛发展极大地拓展 了制造业的广度和深度，产生了一批新的制造理念和制造技术，使制造业正发 生着质的飞跃【1 3 1 。纵观制造业信息化进程，主要有以下几个阶段。 ( 1 ) 功能自动化阶段。7 0 年代电子技术和计算机技术的发展为生产领域的 自动控制提供了可能，使得以计算机为辅助工具的制造自动化技术成为可行， 由此出现了计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ，c a d ) 、计算机辅助制造 ( c o m p u t e r a i d e d m a n u f a c t u r i n g ，c a m ) 、计算机辅助工艺规划( c o m p u t e r a i d e d p r o c e s s i n gp l a n ，c a p p ) 、物料需求计划( m a t e r i a lr e q u i r e r n e n t sp l a n n i n g ，m r p ) 等自动化系统。但它们基本上属于单项功能的自动化，主要是以对个人的活动 提供计算机辅助手段【1 】。 ( 2 ) 信息集成阶段。8 0 年代针对设计、加工和管理中存在的自动化孤岛问 题，致力于解决各个制造业分系统之间信息的共享和交换，形成了一系列以接 口方式和数据库系统为主要方式的信息集成系统，如c a d i c a p p i c a m 集成系 统以及c a d 或c a p p 与m r p i i ( m a n u f a c t u r i n g r e s o u r c e sp l a n n i n g ) 的接口开 发以及8 0 年代后期在我国大力研究的c i m s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m s ) 技术 j 。 ( 3 ) 过程优化阶段。9 0 年代信息和通信技术在知识经济发展过程中处于中 心地位，企业意识到除了信息集成外，还需要对生产过程进行优化，协同多个 相关的应用以实现更高层次的系统功能目标。如用企业经营过程重构的思想， 调整企业过程，通过简化与集成达到过程的整体优化。相应地，出现了产品数 据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p d m ) 、工作流管理等对团队在整个业务流 程中的支持技术。 ( 4 ) 敏捷化阶段。1 9 9 5 年后，以i n t e r n e t 为代表的国际互联网，正以极快 的速度在发展。i n t e r n e t 在改变信息传递方式的同时也改变着企业组织管理方 四川大学硕士学位论文 式，使以满足全球化市场用户要求为核心的快速响应制造活动成为可能，企业 不能再局限于内部的集成，而必须考虑与外部环境的集成，更强调知识的获取 与共享。因此，敏捷制造、虚拟制造等新的制造模式应运而生【。 2 、我国制造企业信息化的发展方向。其主要发展方向有以下三个方面： ( 1 ) 系统开发是制造企业信息化的必由之路。企业信息化是整个企业的系 统，不是企业某一个部门的局部系统，在企业信息化过程中必需以企业全局、 整体为核一t l , ，进行系统开发，整合企业现有资源和将来必需增加的资源使其 互相配合、协调，达到总体最优化的目标，只有这样才能解决企业信息化中的 “孤岛”，解决企业信息化的集成，取得应有的经济技术效果。 ( 2 ) 信息技术要与现代制造先进适用技术相结合。信息技术代表现代科学 技术的结晶之一，但是它代替不了各行各业经过长期研究、开发利用的各项专 业技术。现代制造技术发展有很长的历史，不但积累了丰富的经验，而且还在 不断地发展。要使信息技术在制造业中发挥创新性、渗透性、带动性、倍增性 的作用，必需把信息技术和先进适用制造技术结合起来，这样才能发挥信息技 术的作用一j 。 ( 3 ) 制造企业信息化要以优化信息流为重点。制造业的信息流是跌市场需 求与产品设计、工艺设计开始的，而生产计划、采购计划、加工计划及资金分 配等等所产生的数据流，都是按产品设计与工艺设计的信息进行的 8 】。因此， 要想使企业的物料流、资金流、人力流等合理优化利用，发挥最大的效益，首 先必须优化信息源的信息流，只有信息流的优化，才能使物料流、资金流、人 力流达到优化。 1 1 2c a d 技术的发展与应用 c a d 作为制造业信息化的源头，是解决制造业信息化的切入点和突破口， 是解决我国制造业信息化发展所必需的单元技术。 l 、c a d 技术的发展趋势。c a d 技术的核心和基础是计算机图形处理技术， 因此，c a d 技术的发展跟计算机图形学的发展密切相关，并伴随计算机及其外 围设备的发展而发展【7 】。2 0 世纪6 0 年代是c a d 发展起步时期，7 0 年代，进入 广泛使用时期，8 0 年代，进入突飞猛进时期，9 0 年代，c a d 技术的发展更趋 第一章绪论 成熟，将开放性、标准化、集成化和智能化作为其发展特色。随着计算机软硬 件以及人工智能、网络和计算机模拟等技术的不断发展，未来c a d 技术的发 展将趋向集成化、智能化、标准化、网络化、并行工程和虚拟设计【l0 1 。 2 、我国c a d 技术的应用现状。据文献【4 9 1 介绍，中国机械工业联合会对1 6 6 家机械制造企业调查统计结果表明，我国机械制造业重点骨干企业的7 0 已应 用c a d 技术，九五期间5 0 家示范企业的c a d 应用普及率已达9 3 ，主导产 品的出图率达9 8 。但c a d 应用的深度仍有很大的局限性，相当一部分企业 还停留在出图上，三维c a d 、c a d 智能与参数化设计等应用很少，被调查的 1 6 6 个企业中进行结构优化计算的只占1 6 ，进行仿真设计的只占6 ，大部分 企业未建成具有系列的、通用的零部件图形库和数据库以及快速检索功能的 c a d 系统内部集成工作平台，也没有形成与企业中其它计算机应用系统数据共 享、集成运行的环境。 1 1 3 论文研究问题的提出 基于上述技术背景，以及企业进一步适应当前信息化和c a d 技术的发展 要求，为了充分发挥信息化和c a d 技术的潜能，提高产品设计效率和设计质 量，缩短产品开发周期，本文针对目前存在的镀膜设备设计效率相对较低、设 计周期相对较长，不能适应快速响应市场需求等实际问题，在传统设计方法中 引入人工智能的思想，利用k b e ( k n o w l e d g e b a s e de n g i n e e r i n g ) 技术，由计 算机根据输入的初始条件对设计过程进行分析、控制、判断和优化，最终得出 理想的设计结果。镀膜设备智能设计主要运用此智能设计思想，重点解决镀膜 设备开发中的两个关键，即概念设计和参数化结构设计两个部分。 为支持这一镀膜设备智能c a d 系统，本文主要研究开发其中的信息库部 分，为智能设计提供底层的基础信息支持，主要内容包括基于网络的镀膜设备 标准件库、镀膜设备智能设计知识库以及中小企业实施p d m 软件项目的选型 研究，并将前两部分集成到所选择的p d m 中，构建一个智能设计基础信息库， 为镀膜设备智能设计提供个良好的基础信息平台。 1 2 论文相关技术的研究现状与研究意义 3 四川大学颂士学位论文 1 2 1 研究现状 l 、基于网络的标准件库研究现状。目前，国内的机械行业大部分企业都 采用了c a d 应用软件，实现了由手工制图向计算机建模的转变。但是大多数 c a d 软件本身并不包含标准件库，即使少数带有库，其提供的标准件种类和数 量也很有限不能满足设计人员的需要。为此，国内一些单位和部门利用各种 c a d 提供的二次开发接口，开发了一些符合我国国标、部标和行业标准的标准 件库。但是总体来看，目前已开发的备类标准件库，仍有许多不足之处，主要 有以下几个方面h 2 】： ( 1 ) 单机版。目前的部分标准件库不支持网络结构，无网络共享功能，使 用者要在自己的电脑上安装。这样信息资源不能共享和重用，设计效率不高， 不适合团队协作开发和共同维护，影响标准件库功能的发挥。 ( 2 ) 包含的标准件信息不完整。有的标准件库只有标准件生成时所需的几 何特征参数，而对于尺寸偏差、材料、粗糙度等非几何信息包含很少，这种标 准件库不能同时为制造人员使用。有的只对标准件进行开发，但却忽略了一些 常用的标准部件。 ( 3 ) 扩充功能差。部分标准件库提供的库扩充工具功能差，有的甚至不提 供扩充工具。大部分系统要求用户按照既定的标准件分类方式，在原来的基础 上进行扩充，用户无法按照自己的需要对库中的标准件重新分类组织。 2 、智能设计知识库的研究现状。自1 9 7 6 年电气工程师j l a t o m b e 首先提 出人工智能在机械工程中的应用以来，经过多年的研究，智能设计得到了一定 的发展。目前，国外己开始建立半无人化设计，即只要输入设计参数，便能提 供相应满意方案供选择。具有代表性的有英国r e s c u 使用一个实时专家系统， 使研究开发人员减少一半。另外，d c b r o w n 分析了常规设计知识表示的层次 结构和问题的求解策略，设计了专家系统工具d s p l ；美国普度大学d s m o t z 研究开发了压缩弹簧智能设计系统f 1 7 j 。总的来看，他们所做的研究工作主要包 括以下几个方面【18 】：一是智能方案设计的研究，在设计全过程智能化中突破了 智能方案设计这一难点。二是知识获取和处理技术的研究，研究了基于分布和 并行思想的结构体系和机器学习模式。其重点在非归纳及非单调推理技术的深 化。三是面向c a d 设计理论的研究，研究了概念设计和虚拟现实，并行工程 4 第一章绪论 和产品生命周期设计法等内容。 相对国外智能设计研究，国内相对较晚。目前，国内对基于设计的k b e 技术的研究刚刚起步，许多院校和科研院所投入到k b e 研究中。上海交通大学 模具c a d 国家研究中心和海尔、福特等公司合作，开发了模具设计k b e 系统， 取得了一定的进展。娄臻亮1 5 1 等人基于对注塑模设计过程的分析，将k b e 技术 应用于模架设计中，给出了模架设计k b e 系统的数据流图和基本框架，由于该 系统结合了模架设计的领域知识，在实际应用中有效地提高了设计效率。王约 庚1 6 1 等人提出了基于p d m 平台的、集成k b e 和c 3 p ( c a d 、c a m 、c a p p 、 p d m ) 的产品设计系统框架，并研究了各系统问的集成方法，该框架采用开放 式的设计环境，支持产品全生命周期。总的来说，尽管k b e 技术的研究取得了 很大进展，但是综合研究尚处于起步阶段，仍然存在着许多难题，其关键问题 是如何找出种有效的领域知识表示方法和完善的知识库结构，进而开发出合 理的智能化领域知识库系统开发环境，提高领域知识库的搜索效率和可移植性。 而且由于机械工程领域的许多知识，是在生产实践中逐步积累起来的，具有多 样性、离散性和经验性的特点，传统的知识表示方法存在着知识量大以及表达 效率低等缺陷。目前，k b e 技术的应用大多停留在一些简单的产品零件设计上。 以避免重复设计。另外，经验知识的获取还没有形成有效的途径，导致经验知 识无法充分利用，这也形成了k b e 在机械设计中的应用瓶颈。 从国内外研究来看，早期的基于知识的c a d 系统，其知识通常就存于程 序源代码之中，是不可分离的。随着人工智能技术的不断发展，知识库与推理 机逐渐分离出来，最终形成了独立的知识库系统。由于产品设计的复杂性以及 领域知识的特殊性，很难建立一个包罗万象的知识库系统，只能针对各个领域 的不同产品的设计特点，建立各自独立的领域知识库系统，系统之间存在着很 大的差异，造成原本可以共享的知识，特别是设计原理性知识必须被重复编码， 造成资源的浪费。 1 2 2 研究意义 1 、基于网络的标准件库的研究意义。根据上述标准件库的研究现状，现 有标准件库还存在着这样或那样的问题。带来了许多不便，在一定程度上妨碍 四川大学硕士学位论史 和制约了设计效率、设计质量和设计周期的缩短，这与激烈的制造业竞争形势 很不适应。因此，开发一个数据全面、便于维护查询、网络共享、交互性强、 可移植性好、符合国标和行业标准的标准件库显得尤为必要和迫切。为此，本 文根据机械行业的特点，研究开发的标准件库，具有网络资源共享的特性，能 够通过网络和浏览器，实现标准件的快速动态检索和查询，既有设计时所需的 几何尺寸，也有制造时所需的非几何尺寸，极大地方便了设计人员和制造人员 对标准件的查询应用，也为实现网络化设计打下了良好的基础。本系统能够在 a u t o c a d 2 0 0 4 环境下，运用其方便的菜单功能，通过良好的交互界面，快速准 确地获得绘图所需的特征参数，通过绘图模块生成尺寸标注全面的标准件图形， 显著减少失误率，真正体现了计算机辅助设计高效、准确、省时、省力等特点， 为企业产品快速占领市场提供良好的基础，因此，具有重要的工程意义和实用 价值。 2 、智能设计知识库的研究意义。科学技术急剧地改变着现代制造业的产 品结构和生产过程，制造业竞争的焦点也发生了历史性的转移，使新产品的快 速开发成为企业的命脉。但在产品创新构思阶段，更多、更重要的是非数据计 算的通过想象、推理和判断来解决的创新活动，现有c a d 软件不能支持概念 设计阶段的创新活动，更不可能支持创新设计【 】。因此，建立一个能支持产品 创新设计的知识库，通过有效、合理的推理机制，进行智能化c a d 设计，将 有助于快速高效地进行产品创新设计，缩短新产品开发周期。针对目前基于设 计的知识库存在的一些问题，本文设计了分层分块的知识库结构，同时运用面 向对象的知识表示方法，将传统的知识表示方法架设在此方法之中形成了一 个结构合理、表示灵活的知识库，能方便知识的表达以及设计推理时的知识搜 索和利用。 3 、中小企业p d m 软件选型的研究意义。由于p d m 在企业信息化中具有 基础性地位和桥梁作用，而且目前大部分p d m 也比较成熟，功能e l 趋全面， 具有更强的数据集成与管理的功能，能够根据不同的企业进行不同的定制，使 p d m 逐步走入实用化，因此部分企业开始计划实施p d m 项目。然而，目前全 球范围商品化的p d m 软件有不下百种，国内的也有几十种，因此如何选择适 合自己企业实际和特点的p d m 软件，就成为企业实施p d m 的重要前提和实施 6 第一章锋i 论 的重要步骤。企业忙于生产和销售，无暇顾及，而且目前中立第三方咨询还不 成熟，国内只有e w o r k s 等少数几家咨询机构比较规范，这样很容易造成企业 与p d m 软件商之间信息的严重不对称。因此，开展中小企业p d m 软件选型研 究，可以弥补企业在信息化理解和信息化利用上的不对称，包括信息化人才方 面的不足。同时，选择一个合适的p d m 软件，能为镀膜设备智能设计提供一 个项目管理工具，为智能设计信息库提供一个理想的数据管理平台。 1 3 课题来源与主要研究工作 1 3 1 课题的来源 本文研究课题的主要内容，来源于四川大学与国投南光有限公司合作研究 项目“镀膜设备收放卷机构设计开发”( 四川大学科技合同( 横) 字第0 3 h 2 6 6 号) ，本文重点针对镀膜设备机械结构的智能设计，探索中小企业设计过程信息 化建设中底层信息的管理与共享问题，开发镀膜设备设计知识库、标准件库等 基础信息库。 1 3 2 主要研究工作 本文主要着眼于p d m 架构下制造企业信息化的底层信息库及其共享，从 基于网络的镀膜设备标准件库的开发、镀膜设备智能设计知识库的开发和中小 企业实施p d m 项目的选型三个方面展开研究。具体研究工作包括： l 、镀膜设备智能设计基础信息库总体方案设计。文中分析智能设计系统的 设计流程，构建基于p d m 产品设计的集成框架和信息库系统的功能模型，从 而架构制造企业设计信息化的基础信息平台。 2 、标准件库的研究与开发。镀膜设备上的标准件包括国家标准、企业标准 和国外标准零部件。文中在分析镀膜设备智能设计过程对标准件库的基本需求 的基础上，设计标准件库管理系统的总体结构、各模块的功能和标准件数据库， 并对在企业网络环境中实现标准零部件信息管理的关键技术进行研究。 3 、建立智能设计的k b e 知识库。对镀膜设备智能设计知识库的基础理论、 知识表示方法进行研究，提出知识库的设计目标和知识库的结构模型，运用面 四川大学硕上学位论文 向对象的知识表示方法进行建库实例开发，并对知识管理和知识获取进行研究 和探讨。 4 、中小企业p d m 项目选型与配置方案的研究。首先分析中小企业实施 p d m 的必要性，然后根据p d m 的发展历程和技术标准，提出中小企业选择p d m 系统的原则。文中在对比国内外主要p d m 产品的基础上，确定符合镀膜设备 智能设计过程信息化需求的选型方案，为企业p d m 软件选型提供了参考与依 据。 1 4 本章小结 本章首先介绍了论文的研究背景，基于所述的技术背景提出了所要研究的 问题，然后对论文相关技术的研究现状和研究意义进行了重点分析，最后简要 介绍了本课题的来源与主要研究工作。 第二章镀曦设备智能设计信息库的总体方集设计 第二章镀膜设备智能设计基础信息库的总体方案设计 面对激烈的市场竞争，制造企业技术发展、产品创新的能力与效率成为参 与市场竞争的重要砝码，因此，缩短产品设计周期，提高产品设计和加工质量， 成为各个企业关注的焦点。特别是镀膜设备的开发周期相对较长，其产品设计 周期般为半年到一年，即使是选型设计也需要三个月到半年的时间。为了缩 短镀膜设备的开发周期，要重点解决镀膜设备开发中的两个关键，即概念设计 和参数化结构设计两个部分。因此，开发镀膜设备智能c a d 系统显得十分必要， 为了支持这一镀膜设备智能c a d 系统，本文主要研究开发其中的信息库部分， 包括基于网络的镀膜设备标准件库、镀膜设备智能设计知识库以及南光国投企 业实施p d m 软件项目的选型研究。 2 1 镀膜设备智能设计的技术思想 智能设计是在传统设计过程的 基础上，引入专家系统的思想、方 法与工具，从而构成智能c a d ，即 利用k b e 技术，由计算机根据输入 的初始条件对设计过程进行分析、 控制、判断和优化，最终得出理想 的设计结果。镀膜设备智能设计主 要运用此智能设计思想，对镀膜设 备进行概念设计和结构设计，它的 流程如图2 1 所示，其设计范畴主要 包括以下三个方面： ( 1 ) 概念设计。从p d m 中提取 用户的要求，自动进行整机结构选 型和主要零部件结构形式的选择， 并根据选型结果提供的结构属性特征， 圈2 1 智能设计流程 确定各零部件的属性值，具体包括几何 9 四川大学硕士学位论文 尺寸信息、性能参数、材料、精度等。 ( 2 ) 参数化结构设计。根据概念设计得到的零部件结构类型和尺寸信息，运 用o b j e c t a r x 和参数化绘图技术，自动生成零部件的二维零件图和装配图。 ( 3 ) 人工修正图形。针对参数化结构设计自动生成的图形，设计人员根据设 计要求，对其中不合理的部分进行修改，最终得出满意的产品零件图和装配图。 2 2 镀膜设备智能设计系统的集成框架 基于以上的设计思想，本文提出了基于p d m 的产品设计信息集成框架，如 图2 2 所示。其中，p d m 是建立在网络和数据库基础上，将计算机在产品设计、 分析、制造、工艺规划等方面应用产生的信息集成在一起，对产品整个生命周 期中所包含的全部信息进行统一管理，这些信息主要包括：产品设计与分析数 据、产品图形数据、专家知识与推理规则及产品的加工数据等。p d m 系统作为 一个开放性的集成系统，它能提供开放的数据接口，实现与基础信息库、设计 信息库、镀膜设备智能c a d 系统、2 d ，3 dc a d 系统以及c a e c a m c a p p 等 单元的全面集成，构建一个产品协同开发的环境。p d m 自身不产生数据，仅是 管理构架在它之上的所有应用软件工具，为产品设计提供信息和设计平台，并 实现企业产品开发信息的集成和共享。 图2 2 基于p 嗽的产品开发信息集成框架 l o 第二章镀膜设备智能设计信息库的总体方案设计 2 3 镀膜设备智能设计基础信息库的功能模型 本文主要是对信息库进行研究与开发。基于上述智能设计流程和集成框架， 将需要开发的基于网络的镀膜设备智能设计标准件库与k b e 知识库集成到 p d m 系统中，将自行开发的信息库管理系统架构在p d m 之上，通过p d m 的综 合管理功能接口，对这两个库实施具体的管理与维护，这样便于数据的集中管 理与统一维护。而标准件库的绘图模块可以直接查询标准件数据库中的数据； c a d 智能设计模块也可以直接调用知识库中的知识以及其它数据库中的数据， 这样既使数据的查询和调用更简单、更方便，而又不会影响数据库和知识库的 统一管理。基础信息库的总体功能模型见图2 _ 3 。 c a dj 设计： 和 ： i 绘图： p d m 图2 3 基础信息库的功能模型 其中，c a d 参数化绘图模块主要通过查询标准件数据库中的数据，获得所 需的特征参数，根据特征参数值进行镀膜设备标准件参数化图形的绘制。智能 c a d 设计模块主要是根据输入的初始条件，通过推理机的推理机制对知识库、 标准件数据库和其它工程数据库进行实时访问，自动进行镀膜设备结构设计的 四川大学硕士学位论文 判断、优化和选择，得出符合初始条件和工程设计原理的图形结构，该部分由 另一合作者完成。知识库模块主要是对镀膜设备设计所需的实例类知识、工程 规范类知识和专家经验类知识进行面向对象的具体表示。标准件数据库模块主 要通过网络数据库存储镀膜设备的一些标准件数据信息，包括几何信息和非几 何信息，以便设计时查询和绘图时调用。知识库管理模块主要对知识库进行修 改、添加、删除和一致性检查等，以维护知识库中知识的一致性和完整性。标 准件信息管理模块主要对标准件库进行用户管理、数据管理以及库管理。标准 件库中的其它工程数据库模块和p d m 其它工程数据库管理模块由p d m 本身提 供。 2 4 本章小结 本章分析了镀膜设备智能设计的技术思想，确定了智能设计的流程，构建 了基于p d m 的产品开发信息集成框架和镀膜设备智能设计的基础信息库的功 能模型，并对信息库中的各模块进行了简要介绍。 第三章基于网络的镀膜设备标准件库的研究与开发 第三章基于网络的镀膜设备标准件库的研究与开发 在设计过程中要尽量考虑选用标准件、标准部件，包括外购件和通用件。 当标准件不能满足要求时，才考虑重新设计新零件。而且标准零部件数量多， 在设计过程中需要频繁查阅各种机械设计手册。所以，在产品设计中，标准件 和标准部件的设计绘图是一项重复性的费时费力的工作。而目前已有的各类标 准件库仍有许多不足之处，有的不支持网络结构，有的包含的标准件信息不完 整，有的扩充功能差。因此，开发一个基于网络、数据信息全面、可移植好、 便于灵活扩充和使用的标准件库就十分必要。 3 1 镀膜设备标准零部件的分析 3 1 1 镀膜设备标准零部件的分类分析 标准件分类依据的种类很多，按制定标准的部门来分，有国际标准、国内 标准、部标、厂标；从专门的应用领域来分，有夹具标准件库、液压标准件库、 模具标准件库等。本文基于装配特征对镀膜设备中的标准件进行分类，因为产 品设计是一种以自顶向下为主、自底向上为辅的过程，即整个过程是基于装配 的，而且标准件的最终用途是将它和其它零件装配起来，形成一个大的装配实 体，实现一定的功能，因此标准件就应带上适当的装配信息，以利于后面的装 配、运动仿真等i 删。 基于上述情况，本文按功能装配进行划分。将镀膜设备中的常用标准件分 成紧固件、联接件、弹性变形件、传动件、密封件、其它标准件和标准部件七 大类，如表3 1 所示，也即建立七个数据库。为了调用方便，并将每一零件分成 若干小类，如表3 2 所示。 表3 1基于装配特征的标准件分类表 紧固件 螺钉、螺柱、螺栓、螺母、铆钉、销钉、垫圈、挡圈 联接件键 弹性变形件弹簧、弹性垫圈、弹性挡圈等 四川大学硕士学位论文 传动件齿轮、带、链 密封件 密封圈、机械密封、静密封 其它标准件轴承、轴、套、杆、盘等 标准部件液压装置、气动装置、锁紧装置、润滑与密封装置 表3 2 标准件类型细分表 螺栓六角头螺栓、六角头带孔螺栓、其它螺栓等 螺母六角头螺母、锁紧螺母、开槽螺母、其它螺母等 螺钉柱头螺钉、盘头螺钉、沉头螺钉、内六角头螺钉、紧定与 定位螺钉、木螺钉等 垫圈平垫圈、锁紧垫圈、止动垫圈、其它垫圈等 挡圈轴端挡圈、弹性挡圈 键平键、花键 弹簧有支撑面系列、无支撑面系列、其它弹簧 滚动轴承球轴承、滚子轴承、滚针轴承 齿轮圆柱齿轮、圆锥齿轮 3 1 2 镀膜设备标准零部件的数据信息分析 建立镀膜设备标准件库的主要目的是在进行装配工作需要标准件时，能够 直接提供标准件模型图及其所需要的信息。镀膜设备标准件的信息主要分为两 大类：几何信息与非几何信息。几何信息构成标准件几何形状的尺寸数据，由 于标准件的特点，这些尺寸数据是一组预先给定的系列值，每个系列代表了标 准件中的一个零件。非几何信息不参与标准件几何形状驱动，但它是附属于标 准件的一些属性，也有着很重要的用途。一是在工艺方面所需的数据，例如几 何形位公差、粗糙度等；二是在生成明细表时所需的信息，例如标准件号、名 称、规格、材料等；三是用户一般查询信息时需要浏览的内容；四是产品数据 管理需要的其它信息h ”。 1 4 第三章基于网络的镀膜设备标准件库的研究与开发 l 、几何信息。分析标准件手册，几何系列尺寸可以分为四种类型。一是 直接的几何驱动尺寸。这类尺寸可以直接从数据库中读出，并能从中选择个 系列值驱动绘图程序。二是间接的在一定范围内取任意几何驱动尺寸。它从数 据库中读出的数据是一个范围值，甚至是一个不等式，使用时只要保证数据值 在这个范围内即可。三是问接的在公共范围内取特定几何驱动尺寸。它从数据 库读出的某列数据是个范围值，而且该列的各范围值在一个公共的范围内， 使用时不能随便输入范围内的尺寸值，而是要选择具体的、特定的国标或部标 规定的系列尺寸值。四是间接的在不同范围内取特定几何驱动尺寸。它从数据 库读出的某列数据是一个范围值，而且该列的各范围值不在一个公共的范围内， 每个系列的取值范围不同，值的间隔也不同。 2 、非几何信息。它是装配环节不可缺少的部分，经过分析设计手册，其分 类大体有两类。一是公共信息。标准件是一组零件，因而具有公共信息。公共 信息是一个标准件所有系列所共同拥有的信息，任何系列在读取公共信息时， 内容保持不变，如材料、标准件号、热处理方法和表面处理方法等，例如 g b 5 7 8 2 - - 8 6 螺钉的公共信息，不管使用m 5 还是m 8 ，材料是4 5 号钢、热处理 为表面淬火的内容是一样的。公共信息可以满足明细表需要的部分信息。二是 系列属性信息。它不是公共信息所共有的，不同的系列有不同的内容。例如标 准件的规格、依附于某个尺寸的公差等。标准件的公差不是用户随便指定的， 它依附于选定的驱动尺寸系列值 4 z l 。 3 2 标准件库管理系统的总体结构与功能设计 3 2 1 标准件库管理系统的总体结构设计 本标准件库采用浏览器，服务器( b r o w s e r s e r v e r ，简称b s ) 模式与客户机 朋臣务器( c l i e n t s e l v e r ，简称c ，s ) 模式相结合的混合网络结构作为系统的网络 构架，标准件信息管理模块使用b s 模式，这样便于管理和查询；标准件参数 化绘图模块使用c s 模式，运用a u t o c a d 的菜单开发技术将绘图模块嵌入 a u t o c a d ，便于绘图时随时生成标准件图形。 本标准件库系统分为数据层、业务逻辑处理层和客户( 浏览器) 层三个层 四川大学硕士学位论文 次结构，各个层次之间相对独立，更改某个层次将不会对其它层次产生影响。 因此，可以只通过更改相关层次从而实现功能的改变。在对标准件库进行逻辑 分层的基础上，对系统功能进行进一步细致的划分，确定系统的总体结构，不 仅能体现系统的三个逻辑层次，还能体现各层次之间以及层次内部各部分之间 的相互关系。标准件库管理系统总体结构见图3 。1 所示。 r 蒜磊荐蓓i 蕃磊一1 一i 磊甬荔磊赫一1 用户层( b r o w s e r