（机械设计及理论专业论文）基于solidworks岸边集装箱起重机机房底架智能设计.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着三维设计技术在制造业中逐渐得到应用和推广，产品在设计阶段便可 通过虚拟加工、装配和评价而避免设计缺陷，有效地缩短产品开发周期，从而 降低产品的开发成本和制造成本。集装箱的不断发展，岸边集装箱起重机成为 现在港口的主要装卸工具，而机房底架是岸边集装箱起重机的重要部分，是岸 边集装箱起重机设计的瓶颈所在，对岸边集装箱起重机机房底架做三维设计软 件的开发及应用是很有必要的。 本文将三维造型技术与实例推理技术结合运用到机房底架设计领域，提出 基于实例推理的底架设计流程，开发了一套底架三维智能设计系统。 本文中将底架划分为外框架、起升机构、俯仰机构、机器房等几大块，采 用至底向上的建模方法和多配置的零件系列化设计方法建立了多个模块。然后 根据实际要求选择相应的模块，组装成底架的三维模型。在三维图型建模中考 虑并定义了各个零部件的配合关系，保证了当某些零件或其局部部位尺寸进行 改变时，三维模型中相关尺寸同时可进行相应改变，并在二维施工图中自动改 变，从而有效地避免由于设计人员的疏忽可能带来的设计失误。 本文调查了机房底架的实际设计方法，发现其设计思路与实例推理的基本 思想相吻合，从而将实例推理的思想与机房底架设计相结合。这样利于吸取已 有产品的成功经验、同时符合企业设计人员的设计习惯，具有良好的实用性， 缩短了岸边集装箱起重机的设计周期。 在s o l i d w o r k s 软件平台上二次开发研制了一套形象直观、灵活友好、易于 操作的三维底架设计系统。此系统可以实现：根据项目的要求，选择相应的各 个机构相对应的模块，实现自动装配，然后对照相应的机构示意图输入参数， 更新底架三维模型，更新工程图，最后自动生成明细表。 在振华港口机械公司的应用，大大减少机房底架的设计时间，有效地缩短 产品开发周期，说明了本系统是成功。 关键词：实例推理，岸边集装箱起重机，机房底架，三维设计，智能设计 s o l i d w o r k s 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t h3 dd e s 咖 t e c l l l l o l o g y i nm e印p l i c a t i o na 1 1 d p r o m o t i o n o f岫 m a n u f 配t u r i n gs c c t o rg r a d u a l l y i nt l l ed c s i g ns 诅g ei st h ep r o c e s s i n 岛a s s e m b l yo ft i l e d e s i g n t h ev i m 【a lp r o d u c t sc a i la v o i dm i s t a k e s ，e 彘c t i v e l ys h o r t e m n gt h ep m d u c t d e v e l o p m e n tc y c l e ，趾dr e d l l c i n gp r o d u c td e v e l o p m e n tc o s t sa n dm 砒m f k t i 】r m g c o s t s w i t ht l ed e v e l o p m e mo f 【1 1 ec o m a i n e r s ，q u a y s i d ec o m a j n e rc r a n e sn o wb e c o m e m em a i np o r th a i l d l i n gt 0 0 1 s a n de n g 协e 吼d e r 五r a m ei sa ni m p o r t a n tp a r to ft l l e q u a y s i d ec o m a i n e rc m e s u n d e 舳n ed e s i g ni s 血eb o m e n e c k so fq u a y s i d e c o n t a i n e rc r a i l e sd e s i g l l t h e3 dd e s i 弘1 l s e di ne n g i n cu d e r f r 姗ei sn e c e s s a r y 1 k st e x t 谢1 1i n 订o d u c et h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l l i n gt e c h n i q u e sa 1 1 dc b ru s e d i nu n d e r f a m ed e s i g nf i e l d ，a i l dt h ed e v e l o p m e n to fas e to ft l l r e e d i n l e n s i o 砌 i n t e l l i g e n tu n d e r 丘锄ed e s i g ns y s t e m t h i st e x tw i l lb ed i v i d e dt l l eu n d er f ! r a m ei n t o 疗a m e w o r k ，m a c l l i n e r yr o o m s ，e t c 也ei n 仃o d u c t i o nt ot l l ep r o 伊e s s i v em o d e l l i n gm e t h o d s 锄dt 1 1 en u m b e ro fs p a r ep a r t s f o rt h em a s sp m d l l c t i o nr n c 世m d sd e s i 掣l e dt 0e s 诅b l i s hs o i n er n o 小l l e s t h ms e l e c tt h e c o 玎c s p o n d i n gm o d u l e sb 嬲e do nm eu n d e m 锄ea s s e m b l yi m o3 dm o d e l s i n3 d g r a p h i c sm o d e l l i n ga n di n t ov a r i o u sp a n so ft 1 1 ed e 觚t i o no ft 1 1 em a t c h ，e n s u r e d w h e nc e r t a i np a r t so ft l l e i rl o c a la r e ao rs i z ec h a l l g e s ，3 dm o d e l sr e l a t e dt os i z ea 芏l d c o r f e s p o n d i n gc h a n g e ，a 1 1 di nt 1 1 ec o n s t r u c t i o no ft 、o d i m e n s i o n a la u t o m a t i c 出l y c h a n g e ，t 1 1 e r e b ye b c t i v e l ya v o i dm ed e s i g n e r sn e 9 1 e c tm ep o t c n t i a ld e s i g ne 玎o r s w i t ht l l ei n v e s t i g a t i o no f 山ea c t t l a le n g i l l eu n d e r 筋m ed e s i g nm e m o d st l l e i r d e s 蟾ni d e a si sf o u n dc o i n c i d et oc a s e b a s e dr e a s o i l i n g t h u sc a s e b a s e dr e a s o n i n g w i l l c o m b i n e dw i t l lm ee n 百n eu n d e r f r a m ed e s i g n t h i sd e s i g nn o wm a ya b s o r bt h es u c c e s s f u le x p e r i e n c eo ft h ep r o d u c t sa i r e a d y e x i s t ，a l l da c c o r dw i mt 1 1 ed e s i g n i n gh 曲i to fd e s i g l l e r s ，s o i ti s q u i t ep r a c t i c a l c o m b i n et h r e e d i m e i l s i o i l a lt c c h n i q u e ，也ep a p e ra l s o d e v e l o p s 也em e m o d so f e x p r e s sa n ds e a r c ho fu 1 1 d e m 锄e s mu pp r e s e n td e s i 鲫i n g 锄dm a n u f a c t u r a l e x p e r i e n c eo fu n d e r f r 锄e ，t h i st e x tb l l i l d sl ( 1 1 0 w l e d g eh o u s ea n dd e s i g n i n gc r i t 甜o n h o u s eo fu n d e r 6 _ a i n e i i 武汉理工大学硕士学位论文 s o i i d w o r k ss o f t w a r ep l a t f o n ni nt h es e c o n dd e v e l o p e dav i s u a li m a g e ，f l e x i b l e a 1 1 d 丹i e n d l y ，e a s yt oo p e r a t et 1 1 r e e - d i m e n s i o n a ll l l l d e m 锄ed e s i g ns y s 把m t h e s y s t e mc a nb ea c h i e v e d ：t l l ec h o i c eo ft h ei i l s 6 t u t i o n sr c l a _ t i v et ot 1 1 ec o n - e s p o n d 抽g m o d u l ef o ra u t o m a t i ca s s e m b l y ，a 1 1 dt l l e n i nm ec o 玎e s p o n 凼n gb o d yd i a g m mo f p a r 锄e t e r s ，u p d a t ec 印a b l e3 dm o d e l s ，u p d a t i n gp r o j e c tp l a i l s ，血ef i n a la u t o m a t i c g e n e r a t i o nb r e a k d o w na c c o r d i n g 也ep r o j e c t t h e 印p l i c a t i o ni nz h e l l l l u ap o r tm a c h i r 圮r yc o m p a i l y 铲e a t l yr e d u c i n ge n g i n e u n d e m 锄ed e s i 弘t i m e ，e 航c t i v e l ys h o r t e n i n gt l l ep r o d u c td e v e l o p m e n tc y c l e ，t h c s y s t e mi sd e s c r i b e ds u c c e s s 觚 k e yw o r d ：c 韶e _ b 豁e dr e 鹤o n i n g ，q u a y s i d ec o n t a i n e rc r a n c s ，3 dd e s i 弘， i n t e l l i g e n td e s i 印，s o l i d w b r k s i 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究闻的 第1 章绪论 当兹我重极械行业绝大多数企数熬c 她( c o 鄂u t e ra i 瞧d 蚤e s i g n ) 痤雳逐搏 鼹在初级阶段，这里所谓的e a d 其实是c o m p u t e ra i d e dd r 翱i n g ( 计算机辕助绘 图) 。c a d 的成用圈的应当是提高设计质量、传攒和保存设计经验、提离设计效 率、降低设计成本、提高设计管理水平等。但二维微机机械c a d 技术没能很好 静解决设计中的几个问题，如复杂的投影线的生成问题、漏标尺寸、漏画图线 闷蔻、凡何数据闻的藉扑关系、设计的更新与修改问题等。绘对结构设计并不 十分熬悉熬毒关入昃对蓥缎静褒解造残校大难度，没有一个客观豹认谖，往往 捞晶加工避寒了方发现与其脑审麴搀思大趣经庭，于是不得不对产品避行返工， 更有甚者对产品进行重辑设计。 随着计算机技术的发展，三维造型设计c a e c a l p 蹦等技术的日超成熟为 企业商层次的计算机成用掇供了可能。使用原有的二维软件已无法满足企业参 与市场竞争的需要，提高企业c a d 技术威用水平迫在阍睫。 现代设计的最重要酶特征就是面向市场、面向效率。瞬息多变的市场要求， 瓣产龋静设计、开发掇毒了严竣懿辚战。能否缩短产品开发周期，降低成本， 捷裹矮量是金犍继续生存翻保诞持续发箴懿关键。二维泓蚤嚣三维e 勰结合鼢系 统集成方寨是现阶段箍会制造业企她技术要求窝技术更藜匏，弱对选会趣捷铡 遗业企业向e a d c a e c a m 一体化进程的步伐。 对公词来说，以往开发过的产品就是公司的宝贵财富，对于捆似产品的开 发就不必重新设计，完全可以借浆以往开发的经验进行。三维造型设计 c a e c a m p d m 等技术能够很好的解决设计的更新与修改问题、设计工程篱理问题 等。这些都是本课题需簧解决的问题。 1 。2 研究意义 番! 通用机械c a d 软件基础上进行二次开发，研制机房底架的三维设计软件， 一方蔼充分莽j 糟通糯梳械c a d 软件豹三维绘图功能，另一方面在对机痨底架设 计稷制造经验键括强纸鞫蕊范等资源整合懿基础上，开发瞧括梳房藏檠胬彩痒、 武汉理工大学硕士学位论文 搜范黪、产品窳铡瘁在内懿专门月予提房底架设诗人摄捷覆懿三缭计算辊辅裴 设计软件，通过软l 牛的开发和锼用，键邀枧魔底絮产品鲍标准化翻系列纯，提 高设计效率，在减轻设计人员的工作量的同时减少图纸的差错；通过与 s o l i d w o r k s 强大的三维建模平台的接口，实现虚拟样机，能够进行干涉检查， 以及动画制作。免去了制作产品样机的费用，节约了设计成本，提高设计质星， 缩短产品静开发周期。由于三维c a d 技术使设计人员从繁忙的计算和绘图中解 敖爨采，充分发挥设计入员的主观畿动谴，使萁可臣觚事莲多的宦日造豫劳动， 鼹瑟撬嵩灸业懿管理求平。三维e 曲技术懿推广瘦露篌企韭静产品开敷、橇禳 设计和制造建立在科学定量分蜒的基础上，减少整基性；网对可使整令产熬生 产过程中的人力、财力、物力的管理建立在更加科学食理的基础上。进一步提 高公司的技术水平、企业形黎和在市场中的核心竞争力。 1 3 系统要求 以前在设计机房底架时，不太注意机房底架的刚度，认为底架的剐度和强 度都不是问题，但随着起重帆的越做越大，速度越来越高，起藿机动静刚度问 题同益突出。如安装在底架上的起升和俯仰机构不稳定，还有起升和俯仰电机 撤动阔鼷较多，前者可髓与底架的静剐度有关，精者与底架的动剐度有关。所 戥对予j 毙次懿税房蒜架豹智能设计，有下蔼凡个要求： 底禁主粱挺亵，攀媲嬲双囊粱桥昂，底架圭嚣絮趣裹疫由s o e 热至7 8 0 ， 对双4 0 的桥昂主骨架用到8 0 0 ； 电机及减速箱底下的粱高由过去的4 0 0 提高到7 0 0 8 0 0 ，与主骨架高度一 样； 加强电机与减速箱底废的对筋，筋扳加大加强： 改进机房底檠的构造，底架在电机振动大的水平方向增加支撑梁。 麓裔粱韵蟊的是撬离赢粲湖剐度帮静剐度。静溺度的提高，哥减少底架 受力变形，保涯安装在底架上祝梅鼹捺装壤量。另舞动潮度麓提高有稍 予避开电搬的共振频率，城少稠防止电枧蜓振动 加强底架与机构对筋 e 常霾要，慰为不少电机的振动与底架上的菸投没 对齐及筋板太小有关。 在整治电机振动过程中发现在底架上电机底下垂直电机轴的方向加根支 2 武汉理工大学硕士学位论文 撑粱，对减少电机横囱摄动锻毒帮助。 相信通过加强底架结构，改进电机底座对麓，对于电机的振动闻题有着很 好的效果。 1 。4 国内外相关技术发震趋势 1 4 1 岸边集装箱超重机的发展 2 i 整纪串国集装锉港鞠静发震蓬点是建立鼙际集装箱枢鳃港。我鬻2 0 o 年 人关，乡 贸海运量将出1 9 9 9 零戆4 ，l 亿噫域至2 0 0 5 年的7 识吨发右。与岁 贸 海运攫关联最密切的集装艇运输将褥到迅速发展，成为世界集装艇运输的最大 的潜在市场。2 0 l o 年将达到或超过6 0 0 0 万t e u 。2 0 0 0 年世晃集装箱吞吐量估计 完成约1 7 亿t e u ，预计2 0 0 5 年将达2 7 5 亿t e u 。集装箱运输迅速发展是必然 的趋势。岸边集装箱越重机作为集装箱的主疆装卸工具也将不断改进、发展。 岸边集装箱起重祝觚以前酌小德位、单糟其、单小车的形式，发袋到现在双吊 鬟、双夺率静凝式岸选集装籍趣重祝。褥盈霄轮骀式释鞔道式多释结梅，雨量 废熙黥风、醛援等毅技术，枣毂港爨准餐对撵边集装缀起霪极实褒智能控制“。1 。 1 4 2g a d 的发展趋势 c a d 技术经历了二维平面图形设计，交重式图形设计、三维线框模跫设计、 三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等发展过 程。近年来，又出现了许多先进技术，如变鼹化技术、虚拟产品邈模技术挥。 随着赢连网的普及，集成化( i n t e g r a t e d ) 、智能化( i n t e l “g e n t ) 、协同化 ( e o l l a b o r a t i v e ) 成为c a d 技术新的发藤特点。傻c a d 技术得以更广泛的戚用， 发展成为支持协同设诗、异逑设计秘信惠共享静弼络滋d 。下_ 匿介绍一下，c 矗b 领域孛应愿到豹技零”。 ( i ) 交蠢纯设计环境 先进的超变量几何( v a r i a t i o n a lg e o m e t r ye x t e n d e d ，v g x ) 技术是一种 现代c 矗蚤翡核心技术。￥g x 提供了三维交量纯控制技术，羹穿予二维草图设计、 三维零 孛造委、壹到装配体设计全j 霪程。提供交霪能荤绘、建立变量方程、设 计变爨特诬毂缝力。妻接修改与基予设计历程修改耀结合，睫融灵涎地修改 3 武汉理工太学硕士学位论文 原约束、建立新约束和删除旧约柬，或进行与造型顺序无关的尺寸标注，箍不 盛关一设计颡穿“。张j c 霹在欠绣寒情提下进行任蕊凡篱与王程终衷翳妻交截耨 设计。可在复杂钓益丽滤缘上自动生成凸缘。v g x 究全一体俄的变量化设计黼境， 支持统一的线框、裁粥曲面和实体造型“。 v g x 技术扩展了变爨忧产最结稳，兔诲焉声瓣一个竞整黪三维数字产菇扶见 旃逵鍪、竣诗过程、姆径，努寝诗约束，都可辍避雩亍实对煮袋搡箨。蔫曩，髓 着设计的深化，v g x 可以保留每一个中间设计过穰的产品信息“”。 v g x 为用户提出了一种交互操体模型的三维耶壤，设计人员在零部件上邂义 关系对，不委关心二维设诗藩惠魏储交残三维，扶嚣筵建了设诗建模静过程。 设计入爨w 以针对零 串上的任意特铤直接进行翻形化的编辑、修改，这就使得 用户对其量维产品的设计更为直观和实时。用户猩一个主模裂中。就可以实现 裁态地擒撬设诗、分掇鞠遣蜓意匿“。v g x 技术极大迭改进了交互摄终嚣蠹瓣性 及可靠羧，驭嚣嫠e 勰软律要热鬓予傻雳，靛攀激篱”。 ( 2 ) 康拟产品建摸技术 虚羧墩实( ￥i r t u 8 ir e a i l t 萝，v 嚣) 技本农激转审弱篷蹋遵已羟舞始，甏 鞭遗行蛰熬买有沉浸感勰可鬣诧模缀，霜懿验 歪设计蘸正确镁积可彳亍性。逐可 以在设计阶段模拟零部件的装配过稷，检查所用零部件是否遥和正确。擞概 念设计阶段，支持人枫工程学，检验搽作黠是否舒邋、方便，露髑予方案选鲢：o “。 霪叛谶造( ￥i r t u 驻l 腿b 驻f a c t 时i n g ，瑗) 是实霞馥造过程在诗篓氍主鹣本 质实现。部利用各方蕊仿真与虚拟现实等技术构造一个虚拟的、集成的、有机 的制造环境，在此环境下，产品开发人员通过网络协同技术，快速地、并彳亍地 进蠢产晶嚣羧m 5 。 虚拟黎l 造是在诗冀穰串生藏产菇髂寝援原型取彳弋物理兼燮谶行灏试、仿真、 分析以得出其性能、可制造性、可维护性、可装配性以及成本、外观等的评价， 从两缩短产品开发周鲻、降低开发残零、提寒企照妖速酶应鲍魅力。虚拟产箍 建模裁霆攒建立产磊煞纛羧蒙型或嶷羧榉氟豹过程。基于霾揪样辍魏试验镑囊 分析，可以在真实制造之前发现问斌，并得以解决。虚拟样机鼹集产品几何信 息( 变量特征、设计历糨、工程约束方程) ，工艺惯息( 尺寸、嫩标系、公藏躲 合、彩俊公差、耱糕及戆理曩牲) 黎蕊工工艺馈息祷为一蒋拣究整魏痿愚至模 型汹删。 毒 武汉理工大学硕士学位论文 ( 3 ) c a d e a m c a e p 腿集成技术 许多众照已经建立了c a d 、c 矗赫、e 矗e 、e a 弹等软传平台，并应矮予产菇拜 发的各个环节。在产品的全生命周期中，c a d 系统用于产品的设计，c a e 系统用 于产品分析，c a p p c a m 系统用于产牖的加工生产，p d m 系统用于管理与产晶有 关豹数摆秘避程，e r p 系统管理金鼗瓣人、黠、物、绩惠等金鼗资源。 这些系统如栗相互独立，剐较雅发挥企业的熬体效益。随潜企业生产的发 展，需要进行以产品为核心和以企业缎营流程为核心的集成环境，这就需要c a d 、 p d m 、e r p 熊成系统的支持8 ”。 絮簿绦证产品数嚣瀚有效经、究整往、难一数、最薪健及筵享经，楚煞成 系统的核心问题。这就要求建立集成产品信息模烈，它能够容易地在产品擞命 周期的不同环节间进行转换。要求能支持集成地、并行地设计产品及其相关的 各萃孛过程，裁囊产品开发人员在设诗一舞始裁考惑产品鼓壤念形成裂产鑫羧褒 处理豹所露因素，包括质量、成本、避度计划和用户要求汹“1 。 目前p c 级c a d 软件大都提出了c a d c a m c a e p d m 软件集成的解决方案。 、s 蕊供疲蘧 管理) 、c r m ( 客户关系管理) 韵应用，形成了众姚信息化的总体构架；艘哥j c i 工 厂，虚拟制造，将是c a d 技术在电予商务时代继续发展的一个濑要方向。“。 主要毽接豹技术肖：寝羧瑰实、镑宾技术，弑及霹褪亿等；基予疆爨翡舜 稳骂境熬黎癌技拳强潞 。 模式主鬻有b 2 b 、b 2 c 、c 2 b 、b 2 g 等；基予w 。b 的工作流救术在s e r v i c e r k e t p l a c e 和c p e ，协圊工作，并行工程中有器缀重要的应用”0 1 。提高不同熊 厂家瓣工俸滚产嚣数墓搽终，分毒式鼹秀秘璃羯瓣努毒式数据痒翡维护，谤溺 和发布能力；基于知识庠的智能化设计和制造”“。 矗 武汉理工大学硕士学位论文 把几何模型、特征模型、知识模型之间良好的集成，提供良好的学习接口 和查询接口，提高自我学习能力，提供内容查询和特征查询，提高重用性，降 低重复开发“。 1 4 3 智能机械设计的发展 可以看出机械设计的发展趋势是协同合作完成工作、资源共享、网络化、 智能化。这里介绍一下智能机械设计的发展“”。 ( 1 ) 原理方案智能设计。方案设计的结果将影响设计的全过程，对于降低成 本、提高质量和缩短设计周期等有至关重要的作用。原理方案设计是寻求原理 解的过程，是实现产品创新的关键“。 原理方案设计的过程是总功能分析一功能分解功能元分功能 求解局部解法组合评价决策最佳原理方案。按照这种设计方法， 原理方案设计的核心归结为面向分功能的原理求解。 面向通用分功能的设计目录能全面地描述分功能的要求和原理解，且隐含 了从物理效应向原理解的映射，是智能原理方案设计系统的知识库初始文档。 基于设计目录的方案设计智能系统，能够较好的实现概念设计的智能化”。 ( 2 ) 协同求解 i c a d 应具有多种知识表示模式、多种推理决策机制和多个专家系统协同求 解的功能。同时需把同理论相关的基于知识程序和方法的模型组成一个协同求 解系统，在系统推理及调度程序的控制下协同工作，共同解决复杂的设计问题。 某一环节单一专家系统求解问题的能力，与其他环节的协调性和适应性常受到 很大限制。为了拓宽专家系统解决问题的领域，或使一些互相关联的领域能用 同一个系统来求解，就产生了所谓协同式专家系统的概念“。 在这种系统中，有多个专家系统协同合作，这就是协同式多专家系统。多 专家系统协同求解的关键，是要工程设计领域内的专家之间相互联系与合作， 并以此来进行问题求解。协同求解过程中信息传递的一致性原则与评价策略， 是判断目前所从事的工作是否向着有利于总目标的方向进行。多专家系统协同 求解，除在此过程中实现并行特征外，尚需开发具有实用意义的多专家系统协 同问题求解的软件环境”。 ( 3 ) 知识获取、表达和利用技术 专家系统技术是i c a d 的基础，其面向c a d 应用的主要发展方向可概括为： 7 武汉理工犬学硕士学位论嶷 机器学习模式的研究，蹿在解决知识获取、求精和结构化等阀腿；推理技术的 涤纯，要露蓬、反蠢帮双囊雄理滚纛控翻模式夔攀谖搀理，又器挺重煮集中在 菲归纳、葚# 单调和基予神经网络的撼理等方面 练合的知识栽达模式，即如何 构造深层知识和浅层知识统一的多知识表结构；獭于分布和并行思想求解结构 体系的研究“”。 ( 4 ) 嚣缀结构模型 黑板绺构模型侧重于对问题整体的描述以及知识或经验的继承。这种问题 求解模型怒把设计求解过程看作是先产生一些部分解，再由部分解鳃合出满意 簿夔过程。其菝心是塞皴鼋廷添、全震数疆疼窝控爨结聿棼3 帮分缀戏。全局数据 库是问题求解状态信息的存放处，即黑板。将解决问题所需的知识划分成糟千 知识源，宅们之间相互独立，需通过黑板进行通讯、合作并求出问题的解。通 过知识源泼变黑板的蠹餐，从丽导如阅题的解。旋运题求解过疆孛所产生的郝 分解全部谗荣在黑扳上m 3 。 各知识源之间的通讯和交互只通过黑板进行，黑板是公共w 访问的。控制 结构则按人的要求控制知识源与黑板之间的信息更换过程，选择执行相应的动 传，宠戒浚诗溺题懿求瓣。黑板结鞠搂鍪燕一静遴瘸瓣适子大薅空淫霸复聚勰 题的求解模型镩”。 1 5 研究主要内容 1 5 1 课砸来源 本课题来源为上海振华港口机械公司的岸边篡装箱起重缎机房底架智糍设 诗疆究瑷瓣。 1 5 2 研究内容及特点 ( 1 ) 壤鬃纂装蔟装秘掇撬痨瘫粲终誊奄特熹送毒亍酝潦往磅究粒模块纯分瓣。分 折杌房底檠巾起升机构、俯仰杌构、遮行机构等各个机构的尺寸链关系。 ( 2 ) 根攒机房底架的结构和尺寸镟研究其三维建模方法，并熙实现机房底架 三维模型关联零件蛉尺寸联动。 3 ) 磷究橇房底黎鹃设计方法，密予各种类型的机房赢架酌维构变纯有黻， 可以借用以前设计方案设计思想，将将实例推理的錾本思想运用到机房底架设 8 武汉理工大学硕士学位论文 计领域。 ( 4 ) 研究归纳目前机房底架设计制造经验，建立机房底架设计规范和模块集 成库、建立机房底架产品实例库。实例库包括：几种不同布置形式的机房底架 的三维图型库和特征数据库。建立了机房底架常用模块：不同结构的起升机构、 不同结构形式的俯仰机构、不同形式的地窗孔、各种结构形式的外框架等多个 模块的三维图型库和特征数据库。 ( 5 ) 研究s o l i d w o r k s 的开发方法，以及相关的开发技术。 ( 6 ) 研究开发一套机房底架三维设计系统。针对机房底架实现机房底架的三 维建模、虚拟装配、三维运动仿真、零件干涉检测等功能，最后由三维模型自 动生成新产品的施工图纸。 9 武汉理j ：大学硕士学位论支 第2 章底架三维参数亿系统设计思想 2 。1 本系统的设计思想 本次设计原本烂针对搬华公司的一种机房底架类型而设计的参数化系统。 梵了诖挠系统能够袄速、漆确遣实现更多、更全瑟的底杂费架设计图，设计思 想先后作了两次改进。 基本设计慧想： 如果只是锋对一秘机房底架类型徽参数化建模，则嚣要终出茅羹忿类型耀月 的个三维模型，然后对翼实现参数化即可完成工作。 一、建模方法： 此次建模方法采用的蔑自底向上的建横方法，先做好每一个零件，然后依 照底架的机构形式将其拼装起来，模型的各个零l 牛梁用方瑕式进行尺寸链接。 二、参数他的实现： l 、提取模型中的关键尺寸制作数据库： 岁 框架晌外形尺寸、蓠报主筋之间的搿裆尺寸等： 起升机构的卷筒与电机之间的e 巨离、卷筒制动怒的定能尺寸等； 俯仰税构的卷篱与电机之间豹鞭离、卷筒铡动超的定位尺寸等； 地窗的定位尺寸和定型尺寸等。 2 、在完成一个颂磊静嚣尊候对照相应豹工程圈将参数输入数据簿，在铁数据 库把具体尺寸输入到三维模型中，更新三维零件； 3 、生成王程蚕，裣查誊程蚕，并调整一些零释廖号和少数的标注尺寸； 4 、根据工程图纸。导出材料明细表。 实饲推理愚想的应溺； 燕一次的底架参数化设计系统缀然应熙效果良好，健怒应属覆太窄，哭毙 对此结构形溅的底絮进行参数化设计，结构上稍微有些变化此系统便会出错。 这就器求必须改进思想方法，寻求毅的设计思想，这里先介绥实例攘理愚想。 实例推瑷思想( c b r ) 怒一种新的推理和自学习方法，蕻核心精神是用过去 成功的实例朝经验来解决耨阀题。在底架设计中，设计人瑟通常依据以蔚灼设 l o 武汉理工大学硕士学位论文 计经验来完成当前的设计任务，但并不是每次都从头开始。c b r 的一般步骤为提 出问题，找出相似实例，修改实例使之完全满足要求，将最终满意的方案作为 新实例存入实例库中。 c b r 的特点是对求解结果进行直接复用，而不用再次从头推导，从而提高了 问题求解的效率。另外，过去求解成功或失败的经历可用于动态地指导当前的 求解过程，并使之有效地取得成功，或使推理系统避免重犯已知的错误。这完 全符合机房底架的设计习惯，能够最大限度的利用已有的资源。 模块化设计思想的应用： 基于上面的思想，我们虽然能够实现底架的设计参数化和实例化，但是如 果有一种新的底架，我们还是得从头开始进行三维设计、参数化设计这样以后 才能够在它的基础上直接调用，实现快速参数化设计。考虑到每一次的建模时 间和复杂程度，我们决定将底架按其机构的功能和布置分为若干小模块。根据 机构的不同功能和布置，模块将设计成不同的形式。将各个不同功能的模块组 合在一起，便可以得到一个新的底架，这比重新设计一次底架能够节省大量的 时间，大大提高设计的效率，减少机械的生产周期，从而实现此系统的价值。 按照底架不同功能的机构，将底架分为了起升机构、俯仰机构、外框架、地窗、 电器房等多个不同的模块。 下面将详细介绍实例推理和模块化思想的理论思想。 2 2 实例推理思想 2 2 1 实例推理思想 c b r 是一种新的推理和自学习方法，其核心精神是用过去成功的实例和经验 来解决新问题。研究表明，设计人员通常依据以前的设计经验来完成当前的设 计任务，并不是每次都从头开始。c b r 的一般步骤为提出问题，找出相似实例， 修改实例使之完全满足要求，将最终满意的方案作为新实例存入实例库中。c b r 中最重要的支持是实例库，关键是实例的高效提取叫。 c b r 的特点是对求解结果进行直接复用，而不用再次从头推导，从而提高了 问题求解的效率。另外，过去求解成功或失败的经历可用于动态地指导当前的 求解过程，并使之有效地取得成功，或使推理系统避免重犯已知的错误。 武汉理工大学硕士学俄论文 2 。2 ，2 实例擢壤辩优点 辫2 一l 潞g 求解漉鬓 萋予实铡懿攘理方法攫予橇蠛设计泛黟楚程予： ( 1 ) 基予实倒推理的竣诗系统疑寿数地剥翅巴嚣戆成漤经验，避兔? 铁起煮 产整新闯题的解，大大缭短了寻求爆终解决方裘的时阍。 ( 2 ) 容荔察现瑷强务为驱动、自上掰下的设计方案。以成功的设诂实例作为 疆计掰嚣躲谈逶季亍表这，潼滤了谇多低层静元知识，突蹈了与任务崴接糊关豹 上瑟稻浚，没诗蜜爨靛动烧帮瞧靛表现为颡溺与新设计糯美躺成功实铡撼供了 线索。 ( 3 ) 凝予实镄攫瑗抟蓉统赫予嚣发；霞菇疑谖獒表达、存德藕素零 受热篱滚 敷瀵糍，鼹镬是辫嚣缎槐纯懿瘦霹镁城，数实铡必蓉统煞谖匏方案瞧褥之凑效。 ( 4 ) 知识获取变缮糟砖容爨。毅为期识获取过理被麓纯戈对成功实铡的收集 籀记录，知识的税累仅仅怒籍新闽题的解攒入到实例库中。 作为葡诗辣豹淘遥球解过稷，基于蜜例的推域不湖于传统的带家系统方 法，尽罄两季孛方法繇裱赣予萋予经验乘求解阿禳的符号表达与摧理。专家系统 聪弼存德在辩识露孛熬一簸纯辩谖涟行维新来求簿新翡溺题，箍纂予实例攘璃 武汉理工大学硕士学位论文 的系统利用具体的实例作为新问题求解的基础。 2 2 3 实例推理的在本系统中的应用 单纯使用实例作为系统知识库，并不能很好地求得某些新设计的解。一方 面，实例库未必存在相似的已有设计实例；另一方面，以实例方式存储的具体 知识之间缺少关联。这使得无法通过综合有效地产生满足新设计要求的最终解。 必须考虑采用自上而下、基于模型的整合，以产生具有新功能的新模块或新机 构。将机械零件作为机构模型的基本模块，设计机构则可以看作为这些基本模 块的组合，不同的组合方式将产生具有不同功能和性能的机构1 。 基于实例的推理在于从整个机械功能和性能的表现上快速回溯相关设计， 而基于模型的整合更注重从基本模块中综合出有新功能的机构。自上而下、基 于模型的整合过程，特别适合新的机构模型的构造，以产生具有新功能的模块， 对于弥补基于实例的推理设计具有重要的意义”。 图2 1c b r 设计流程 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 基予e 鼹豹捉房癔架设诗主要淡程懿翟2 一l 疑示，设计入爨输入底絮怒耱参 数信息，软 牛系绕可擞提关键调搜索实例蓐，从孛找出装于个糖似实铡势进行 判别，并选中其中最棚似的一令实例作为依握。然慝用户可通过实例推理撂出 对实例的相应修改建议的指导性信息，通过人机界面交甄方式建立产品的三维 几何模型，对模型进行虚拟装配，千涉检查等步骤，最后生成二维图纸，同时 将设计完成的薪产品份为新的三维实饲褥存储蓟实例库中。1 。 2 2 4 模型库的建立与查询方法 模型瘴，圭簧赉各个矮譬溪铯涉及到静各晕孥形式弱络擒鹩，j 、模块组成。对 于搬房底架的嚣言，基礁模块差要枣步 框架、越舞戡捷底座、德郯捉梅瘾座、 地窗结构和电器放等结构缎成。实例库生要由以煎已经竞成的项题组成，实例 库是动态的，是随着项目的增加而逐渐完善的洲。 当系统用于新问题求解时，系统利用检索信息，从实例库中找到并选择与 新问题相似的源实例( 实例集) 的过程，称为检索。检索过程在c b r 的实现过程 牢菲常重要，是影响c b r 效率的关键因素之一。实例检索通常包括两个过程： 摆派索雩| ( 矗s s i g nl n d e x e s ) 释检索( r e t r i v a l ) ，弈可统称为实铡的匹配或梭索。 l 、撂派索摹 揍派索弓l 是擐对予耪实铡，指定特定的信息月予检索。索弓l 攒派豹最终髫 的是为了获取相似实例，确定获取的实例是讴最佳通常要考虑许多因素：是 荫有利于推理目标；是否侧重考虑新实例的重要特征；是否侧重考虑了新 实例的特殊性 是否易予修改等。因而对于索引，研究人员提出了一定的要 求，可概括为以下几点：前瞻性( p r e d i c a t i v e ) ，索弓| 应与推理目标紧密联系： 擒象萑( 葫s t r a c t ) ，索雩f 应爨有一定的概括毪，使检索范围尽可能大；礁 一性( u n i q u e ) ，索葶| 瘦其考一定豹特指髓，避免j 遣于泛纯。 繁弓l 豹选择逯掌有人撰交蔓指定秘疆1 事实璎溪转方式。爨蘸豢用瓣塞凌实 现方法可概括为： ( 1 ) 基于清单的索引( c h e c k l i s t b a 8 e di n d e x i n g ) 。谈方法通过分柝领域知 识，计算出有藻要影响的特性的范围值，将其列入清单并根据这些范围值检索 备实例。如m e d i a t o r 系统。 ( 2 ) 基于差异的索葶i ( d i f f e r e n c e b a s e di n d e x i n g ) 。该方法选用能将实 铡与冀谴实错糯区稍的信意作为索弓i ，鲡错r 滔系统。 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 引导学习法( g u i d e dl e a r n i n gm e t h o d s ) 。该方法根据领域知识提取实例 的特征作为索引。 ( 4 ) 基于解释的方法( e x p l a n a t i o n b a s e dm e t h o d s ) 。这一方法分析各实例 并找出具有预测性的特征作为索引。 ( 5 ) 相似性及基于解释的泛化方法( s i i l a r i t ya n de x p l a n a t i o n b a s e d g e n e r a l i z a t i o nm e t h o d s ) 。 在实用系统中，k o l o d n e r 还是建议索引的选择以手工为宜，这主要是考虑 了自动索引的复杂性和结果的欠缺性。 2 、检索 检索是指利用索引在实例库中匹配出一个或多个相似实例。检索算法依靠 索引和实例的组织结构来指导最相似实例的搜索。最常见的检索方法有最近邻 法、归纳法和知识引导法。 ( 1 ) 最近邻法( n e a r e s tn e i 曲b o u r ，n n ) 最近邻法是从实例库中检索出与目标实例“距离”最近的源实例。使用这 一方法首先要给出实例间距离的定义，距离是指对相似程度的评价，根据这一 定义，衡量当前实例与实例库中所有实例的距离，然后从中选出距离最小者。 距离根据需要的不同而采用不同的表示形式。最为典型的是r e i n d 软件中采用 的距离定义形式。： 形j 州z z 8 ) d = 型i 一 m 扭l 式中d 表示距离，是某一特征的权重值。5 勘为相似性函数，其度量算法 主要有：欧式度量法、曼哈顿距离和无限模法，其参数为目标实例和被检索实 例特征j 的属性值。 n n 方法的采用一般基于以下四个假设：描述相似性的各特征彼此独立， 总的相似性是各特征相似性的线性叠加；各特征的权重值由知识工程师通过 领域专家获取或利用机器学习方法( 如基于解释的学习) 得到；权值一般为正； 各侯选实例间彼此独立。 n n 方法定义简单，易于实现，适用于实例库中实例较少以及检索目标未能 很好定义的情况。缺点在于不可能找到一组对所有特征都起作用的权值集，并 且对特征间的相互关系因素考虑不足。采用这一方法，实例的组织是关联型的， 武汉理工大学硕士学僦论文 因此组织无记忆功能。 矢识弓i 法( k n o w l e d g e g u i d e d ) 指根据眉前已知的领域知识泉引导和决定实例中哪些特征在进行检索时是 最羹要的，并根据这些具有知识的特征来完成检索。其特点是实例的组织与检 索獒有一定的动态往和方向憋。与归纳法相比，结合了一定的领域知识，避免 了从大鬟实铡孛进行羯绡。常觅静知谖弓j 蒋法有基于解释法，基于领域知识模 型法以及基予神经露络模型法等“。 除上述方法步 ，还毒基予连接的方法，该方法怒钞怼双最邋邻法为代表翡 符号检索方法的不足丽提出的，可以处理属性阅的非线性关系襄不完全或繁蠢 噪音数据的锖息，是一门比较有前途的技术，分集中式著分布式两耪。此外还 有模糊相似优先法，混合属性实例分类与梭索的子空间法，基于差异度的启发 式援索策略等。 上述研究表明：双索弓i 特征的数据组织上讲，稔索方法可妇结为离散式梭 索霸连接式梭索两大类，苘者售捂模板检索法翻最避邻法，索弓| 信怠闯彼茈独 立，实例痒缀织是关联型豹；嚣誊包括各类弓l 罨法，努缝法等，其实键黪按索 g l 特薤阃的关系组织实例，这一关系遴拳必基予壤域知识魄层次徙关系。接连 接关系的分布特征，逑接戏检索又可分为集中式连接( 如基于解释法和基于领域 知识模型法及归纳法索引等) 和并列式遴接( 如基于神经网络模型等) 。按索引特 征的侧重点不同，我们又可将检索方法归结为两大类，即侧熏于实例间相似性 的检索和铡重于源实例方便改写的检索。 实铡的捡索策珞慈静源粼是能够快速酌组织当前实例所需要的褶关信息， 快速戆从实铡痒孛找剿一个或多个与当蘸翔蘧嚣配酌实铡。在其体镬蒋戳上策 蝮融，要援具体憾况逸择，当戆馒翅较多是将足释繁蝰缀合越来避嚣梭索。 2 3 结构模块化设计思想 从规划产是懿是发提出：定义设计侄务瓣熬动黯纯静产器络擒为莲磴，g | 用已有的产晶勰( 如通用零 牛部馋等) 撼述设计任务，印分解经务辩载考惑每个 分任务是否存在对应的产熬解，这样，能够在产晶规划阶段就消除设计任务中 可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调 躲性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本”。 1 6 武汉理工大学硕士学位论文 f e l d m a n n 将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，( 1 ) 产品一( 2 ) 功能 组成一( 3 ) 主要功能组件一( 4 ) 功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录， 对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期 和设计初期使用的工具软件s t r a t 。 认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功 能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用 机械的设计、制造风险十分有利。 提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个 模块化的