（机械设计及理论专业论文）车轮快速设计中模具专家系统的研究与开发.pdf

e x p e r ts y s t e m n at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo f j i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，p r c h i n a m a y2 4 ，2 0 1 0 明 是本人在导师的指导下，独立 引用的内容外，本论文不包含 科研成果。对本文的研究作出 确方式标明。本人完全意识到 期：圣矽：! ：兰笙 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和 汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：身鉴丝丝导师签名：2 丝j 岔日期：丝丝：二刍严 2 2 系统的开发技术1 0 2 2 1 开发语言介绍1 0 2 2 2 三维图形支撑平台- - s o l i d w o r k s 2 0 0 9 1 1 2 2 3 平面图形支撑平台- - h u t o c a d 2 0 1 0 1 2 2 2 4 数据库支撑系统介绍1 3 2 2 5a d o n e t 数据库访问技术1 3 2 3 系统框架1 3 2 3 1 系统的集成结构1 4 2 3 2 系统框架图1 4 2 2 3 系统的功能模块设计1 5 2 4 本章小结1 6 第三章知识库和推理机的研究与设计1 7 3 1 知识库的研究1 7 3 1 1 知识的表示1 7 3 1 2 知识的运用：1 8 下轮快速设计中模具专家系统的珂f 究与开发 3 1 3 知识的获取1 9 3 2 系统知识库的设计1 9 3 3 推理机的研究2 l 3 3 1 推理方式2 2 3 3 2 推理方向2 2 3 4 系统推理机的设计2 3 3 4 1 轮辋模具推理机流程2 3 3 4 2 用到的主要算法公式2 5 3 5 本章小结2 6 第四章轮辋成形的研究2 7 4 1 轮辋滚压成形原则2 7 4 1 1 三次滚压成形原则2 7 4 1 2 三次滚形的变形分析2 8 4 2 轮辋工序图的具体设计2 9 4 2 1 三滚工序图设计3 0 4 2 2 二滚工序图设计3 0 4 2 3 一滚工序图设计3 1 4 2 4 轮辋模具设计原则3 2 4 3 本章小结3 3 第五章系统的具体实现3 5 5 1 系统的数据库的设计3 5 5 1 1 系统的数据流图3 5 5 1 2 数据库的实现3 7 5 1 3a d o n e t 访问技术的实现4 0 5 2 轮辋模具模型设计4 1 5 2 1 加载插件4 1 5 2 2 轮辋模具设计菜单4 2 5 2 3 型号选择功能4 2 5 2 4 模具设计功能4 4 5 3 轮辋模具图纸设计4 6 济南大学硕l 学位论文 5 3 1 加载n e t 程序集4 6 5 3 2 轮辋模具分段设计原则4 8 5 3 3 轮辋滚压成形模设计4 8 5 4 轮辐模具选择及维护功能5 1 5 4 1 轮辐模具选择5 1 5 4 2 维护功能5 2 5 5 本章小结5 4 第六章总结与展望5 5 6 1 主要研究工作总结5 5 6 2 论文的创新点5 6 6 3 系统的不足5 6 6 4 展望5 7 6 5 小结5 7 参考文献5 9 致谢6 3 攻读学位期间发表论文目录6 5 i i i 济南大学硕士学位论文 摘要 本文以专家系统的基本理论为基础，采用反求工程中的数据，并将专家系统与车 轮轮辋模具设计有效的结合在一起，开发了车轮模具专家系统。车轮模具专家系统主 要研究基于专家知识的模具设计。本文首先研究现有的相关技术，选用合理的开发工 具、语言和数据库技术等，采用系统集成的思想，对模具专家系统的框架进行设计； 重点研究专家系统的知识库和推理机，分析知识的表示方法和知识的运用，研究推理 方式和推理方向，设计完成系统的知识库和推理机；接着研究车轮轮辋的成形和轮辋 工序图设计的具体原则；最后，对系统进行具体实现，完成轮辋模具设计，轮辋模具 图纸设计，轮辐模具选择和维护功能等。 根据专家系统原理构建了系统的整体框架和功能模块。系统的开发选用v i s u a l s t u d i o2 0 0 8 n e t 的c 捍为程序设计语言，图形支撑平台选用s o l i d w o r k s 2 0 0 9 和 a u t o c a d 2 0 1 0 ，采用s q ls e r v e r2 0 0 5 为数据库平台，采用a d o n e t 数据库访问技 术。本文采用面向对象的程序设计方法和系统集成的思想，面向对象的方法能够比较 直接反映问题域的本来面目；系统集成的思想方便了用户的使用，节省了开发时间， 提高了开发效率。 研究常用的知识的表示方法、知识的运用和知识的获取方式等知识库关键技术， 并进行了叙述。根据具体隋况经过分析，系统的知识表示方法采用产生式规则，采用 基于深一浅层知识的推理运用，采用人工获取知识的方式设计了系统知识库，并提取 了部分专家知识。设计了知识库操作类，方便用户对知识库的操作。系统知识库的设 计满足了系统的需要。 研究推理机的关键技术：推理方式和推理方向。针对项目的实际，车轮模具专家 系统采用精确的正向推理，完成推理机的设计，详细叙述了推理过程。推理过程根据 专家经验知识，自动完成轮辋设计过程中的计算和推理，最终产生轮辋的滚压工序图 和模具图。 轮辋滚形工艺设计可按分段变形的思路和变形前后的变形段不变的原则进行，车 轮轮辋滚压模具设计应遵循“一滚定中心、二滚定形状、三滚定尺寸的原则。本文 对三次滚形的变形进行分析，正确地选择上下模工作部分的尺寸和形状，保证设计的 精度。以1 5 度深槽轮辋为例，具体分析了分段变形体积不变的原则，选定了轮辋具 体的变形段。 市轮快速设计中模具专家系统的研究与开发 采用系统集成的方法，实现车轮模具专家系统的具体设计。车轮快速设计中模具 专家系统的具体实现，提高钢制车轮模具设计制造的效率，保证车轮模具设计制造质 量，提高公司的研发能力，为公司的健康快速发展提供有利的保证。 关键词：车轮轮辋；车轮快速设计；轮辋滚压成形；模具设计；专家系统 u 济南大学硕上学位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e rb a s e so ne x p e r ts y s t e m sf u n d a m e n t a lt h e o r y , a n da d o p t st h ed a t ao f r e v e r s ee n g i n e e r i n g i nt h i sp a p e rt h em o u l dd e s i g no fw h e e lr i mi se f f i c i e n t l yc o m b i n e d w i t he x p e r ts y s t e m ，a n da tt h es a m et i m e ，t h ew h e e lm o u l de x p e r ts y s t e mi sd e v e l o p e d w h e e lm o d e le x p e r ts y s t e mm a i nr e s e a r c hm o d e ld e s i g nt h a tb a s e so ne x p e r tk n o w l e d g e f i r s t l y , t h ep a p e rs t u d i e s t h e a v a i l a b l et e c h n o l o g i e s ，a n dc h o o s e st h er e a s o n a b l e d e v e l o p m e n tt o o l s ，l a n g u a g e ，d a t a b a s et e c h n o l o g ya n ds oo n ，a n du s e st h ei d e ao fs y s t e m i n t e g r a t i o n ，t h ef r a m e w o r ko fe x p e r ts y s t e mf o rm o d e li sd e s i g n e d s e c o n d l y , k n o w l e d g e b a s ea n dr e a s o n i n gm a c h i n ea r et h ep r i o r i t yr e s e a r c ho fe x p e r t ss y s t e m ，a n a l y z i n gt h e r e p r e s e n t a t i o no fk n o w l e d g ea n dt h eu s i n go fk n o w l e d g e ，r e s e a r c h i n gi nr e a s o n i n gm e t h o d a n dr e a s o n i n gd i r e c t i o n ，c o m p l e t i n gt h ed e s i g no fs y s t e m sk n o w l e d g eb a s ea n dr e a s o n i n g m a c h i n e t h i r d l y , t h em o l d i n go fw h e e lr i ma n dt h ed e s i g np r i n c i p l eo ft h es p e c i f i c p r o c e s s e sa r ec o n s i d e r e d l a s t l y , t h es y s t e mw i l lb ec o n c r e t er e a l i z a t i o n ，c o m p l e t i n gr i m m o u l dd e s i g n ，o u t p u t t i n gr i mm o u l dd r a w i n g ，c h o o s i n gs p o k em o u l da n dm a i n t a i n i n g f u n c t i o na n ds oo n a c c o r d i n gt o t h ep r i n c i p l eo ft h es y s t e mo fe x p e r ts y s t e mc o n s t r u c t st h ew h o l e f r a m e w o r ka n df u n c t i o nm o d u l e s d e v e l o p m e n to ft h es y s t e mw i l la d o p tv i s u a ls t u d i o 2 0 0 8 n e t c 挣a sp r o g r a m m i n gl a n g u a g e ，g r a p h i cp l a t f o r mw i l la d o p ts o l i dw o r k s 2 0 0 9 a n da u t o c a d 2 010 ，d a t a b a s ep l a t f o r mw i l la d o p ts q ls e r v e r2 0 0 5 ，a n dd a t a b a s ea c c e s s t e c h n o l o g yw i l la d o p ta d o n e t t h i sp a p e rw i l lb eu s eo b j e c t o r i e n t e dp r o g r a md e s i g n m e t h o d ；o b j e c t o r i e n t e dp r o g r a m m i n gl a n g u a g ec a l ld i r e c t l yr e f l e c tt h eo r i g i n a lp r o b l e m d o m a i n st r u ef e a t u r e s ，s o f t w a r ed e v e l o p e r sc a l lu s ef o rh u m a nb e i n g st or e c o g n i z et h a t u s e sg e n e r a l l yt h o u g h tm e t h o df o rs o f t w a r ed e v e l o p m e n t t h i sp a p e rs t u d i e st h eu s e dk n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n , a p p l i c a t i o no fk n o w l e d g e ， k n o w l e d g ea c q u i s i t i o nm o d e sa n dr e p o s i t o r yk e yt e c h n o l o g y , a n dt h e yw i l lb ed e s c r i b e d a c c o r d i n g t ot h e s p e c i f i c s i t u a t i o n t h r o u g ha n a l y s i s ，t h es y s t e m o fk n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o nm e t h o da d o p t st h ep r o d u c tr u l e , b a s i n go nt h ek n o w l e d g eo ft h es h a l l o w d e p t h - u s i n gr e a s o n i n g ，a r t i f i c i a la c q u i r i n gk n o w l e d g eo ft h es y s t e md e s i g nk n o w l e d g e ，a n d p i c k i n gu pp a r to ft h eo ft h ee x p e r tk n o w l e d g e i nt h i sp a p e rw ed e s i g nt h ek n o w l e d g eo f o p e r a t i o nc l a s s ；i ti sc o n v e n i e n tf o ru s e r st oo p e r a t et h ek n o w l e d g eb a s e t h ed e s i g no f i i i 车轮快速设计中模具专家系统的研究j 开发 k h o w l e d g eb a s es y s t e mm e e t st h es y s t e m sn e e d s t h ek e yt e c h n o l o g yr e s e a r c h e so fr e a s o n i n gm a c h i n ea r e r e a s o n i n gm e t h o da n d r e a s o n i n gd i r e c t i o n a c c o r d i n gt ot h ea c t u a lp r o j e c t ，w h e e lm o u l de x p e r ts y s t e ma d o p t s p r e c i s ep o s i t i v er e a s o n i n g , c o m p l e t i n go ft h er e a s o n i n gm a c h i n ed e s i g n ，d e s c r i b i n gt h e r e a s o n i n gp r o c e s si nd e t a i l r e a s o n i n gp r o c e s si si na c c o r d a n c ew i t he x p e r tk n o w l e d g e ， c a l c u l a t i o na n dr e a s o n i n gi nt h ep r o c e s so fr i md e s i g nc o m p l e t ea u t o m a t i c a l l y , f i n a l l y , t h e r o l l i n gp r o c e s sa n dm o u l df i g u r eo fr i mw i l lp r o d u c e r i ms h a p ep r o c e s sd e s i g nc a nb ed i v i d e di n t ot w os e c t i o n s ：s u b s e c t i o no fd e f o r m a t i o n a n dd e f o r m a t i o no fd e f o r m a t i o na n dc o n s t a n tp r i n c i p l e sf o rd e s i g n w h e e lr i m sr o l l i n gd i e d e s i g ns h o u l df o l l o wf o l l o w i n gp r i n c i p l e s ：ar o l l i n gs e tc e n t e r , as e c o n dr o l l i n gs e tf o r s h a p e ，at h i r dr o l l i n gs e tf o rs i z e t h i sp a p e ra n a l y z e sd e f o r m a t i o nd u r i n gt h r e et i m e s r o l l i n g ，c o r r e c t l yc h o o s i n gt h ew o r k i n gp a r to fu p p e ra n dl o w e rm o u l d ss i z ea n ds h a p e e n s u r et h ed e s i g n a c c u r a c y t a k i n gt h e15 。p l a n i m e t r i c r i mf o re x a m p l e ，t h i sp a p e r s p e c i f i c a l l ya n a l y s e st h ep r i n c i p l eo fp i e c e w i s ec o n s t a n tv o l u m ed e f o r m a t i o n , s e l e c t i n gt h e r i mo fs p e c i f i cd e f o r m a t i o ns e c t i o n t h i sp a p e ra d o p t st h es y s t e mi n t e g r a t i o nt or e a l i z et h ep a r t i c u l a rd e s i g no fw h e e l m o u l do fe x p e r ts y s t e m w h e e l so fe x p e r ts y s t e ms p e c i f i ci m p l e m e n t a t i o ni nt h er a p i d d e s i g n ，i tc a ni m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h es t e e lw h e e lm o u l dd e s i g na n dm a n u f a c t u r e ，i t c a ne n s u r ew h e e lm o u l dd e s i g na n dm a n u f a c t u r eq u a l i t y , i tc a ni m p r o v et h ec o m p a n y s t e c h n i c a la b i l i t y , i tc a np r o v i d eb e n e f i tf o rt h eh e a l t h yd e v e l o p m e n to ft h ec o m p a n y k e y w o r d sw h e e lr i m ；w h e e lf a s td e s i g n ；r i mr o l ls h a p e ；m o u l dd e s i g n ；e x p e r ts y s t e m i v 品【引。反求工程是在现有的产品零件进行实物测量的基础上形成零件的设计图纸或 c a d 模型，它为快速制造提供了良好的技术支持。反求工程主要包括两方面的内容： 数字化技术和曲面重构技术【3 1 。 反求工程技术成为消化、吸收国外先进技术或成果的主要手段，同时也是我国赶 超西方发达国家的重要方法之一。反求工程技术不是简单的复制和模仿，它不仅仅要 求c a d c a e c a m 等计算机辅助模块能较好的独立完成各项工作，而且关键在于各 子模块之间的信息系统集成，将已存在的实物零件转化为数字模型，从而运用 c a d c a e c a m 等计算机辅助模块对该零件进行工程分析、再设计、制造等集成化 的并行处理。从而保证新产品在新环境下表现出更加优良的性能，并使设计效率大大 提高，从而缩短了产品的开发制造周期。通过反求工程开发、设计和制造新产品，对 于提高企业的自主创新能力、加速新产品开发过程，具有重要的现实意义和显著的经 济价值。 为了提高企业的研发能力，提高车轮模型和模具的设计效率，缩短车轮产品开发 周期，适应现代市场经济条件下日趋激烈的竞争，山东盛泰车轮有限公司与我校签订 了重大校企合作项目“车轮快速设计。项目的主要目标是采用反求工程实现车轮模 型的快速设计和图纸的输出；并按照车轮模型数据设计生成车轮模具。车轮快速设计 中模具专家系统是这个重大项目的一个重要部分，这个专家系统将根据钢制车轮模具 下轮伙还设汁中模具专冢系统的研冗勺开发 设计的工序和车轮快速成型提供的数据以及专家系统的原理来设计生成模具。系统的 实现将提高钢制车轮模具设计制造的效率，保证车轮模具设计制造质量，从而保证车 轮的生产质量和生产精度，提高公司的自主研发能力，为公司的健康快速平稳发展提 供有利的保证。 1 2 国内外研究现状 模具是工业生产的基础工艺装备。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国 家产品制造业水平高低的重要标志。模具的质量在很大程度上决定着产品的质量、企 业的效益和新产品的开发能力【4 1 。近几年，世界模具市场总量一直为6 0 0 6 5 0 亿美元 左右，其中美国、日本、法国、瑞士等国每年出口模具约占本国模具总产量的1 3 【5 】。 可见研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展具有特别重 要的意义。 在世界上大多数国家和地区，模具及模具工业早已成为了一个行业，有专门的行 业组织机构指导和推动模具行业的发展。比如日本有“模型技术协会 ，台湾地区有 “台湾模具工业同业公会”，我们国家有“中国模具工业协会”，各省均有其分会。模 具行业已成为一个大行业，仅我国的模具企业已达数万个【6 1 。 随着工业的发展，人们越来越关注如何缩短模具设计及加工的生产周期及怎样提 高模具设计和加工的质量，传统的模具设计与制造方法已不能适应产品及时更新换代 和提高质量的要求。今后的发展方向应以提高数控化和计算机化水平为主，逐步走向 c a d c a e c a m 信息网络技术的一体化网。 模具c a d c a e c a m 技术是自2 0 世纪6 0 年代以来迅速发展起来的、新兴的、综合 性的计算机应用技术，是设计人员在计算机系统的引导与帮助下，根据一定的设计流 程进行产品设计的一项专门技术，是人的智慧和创造力与计算机软硬件功能的巧妙结 合。模具c a d c a m c a e 软件业已开发了很多种，包括u g 、a u t o c a d 、s o l i d e a g e 、p r o e 、 s o l i d w o r k s 等。这些软件提供的软件包能有效的进行概念定义、控制及评估，尤其 能对复杂模具和机械零件进行自动化设计的c a d 系统，包括实体建模、特征建模、自 由曲面建模、用户自定义特征、装配建模、工程制图、高级装配虚拟制造、标准件库 和几何公差等f 8 1 。 人工智能( a i ) 技术自1 9 5 6 年问世以来，在a i 研究者们的努力下，5 0 年来无 论在理论和实践方面都取得了重大的进展，特别是1 9 6 5 年s t a n f o r d 大学计算机系的 f e i g e n b a u m 提出为了使人工智能走向实用化，必须把模仿人类思维规律的解题策略 2 济南人学硕二e 学位论文 与大量的专门知识相结合。基于这种思想，他与遗传学家j 1 e d e r b e r g ，物理化学家 c d j e r a s s i 等人合作研制出了根据化合物分子式及其质谱数据帮助化学家推断的计 算机程序系统d e n d r a l 。d e n d r a l 系统的出现，标志a i 的一个新的研究领域一一专家 系统的诞生【9 。1 2 1 。 随着专家系统的成熟和发展，其应用领域迅速扩大，7 0 年代中期以前的专家系 统多属于数据信号解释型和故障诊断型，7 0 年代以后专家系统的应用开始扩展到其 它领域，如设计、规划、预测、监视、控制等各个领域。我国的专家系统研究起步也 较晚，大约始于2 0 世纪7 0 年代末期。但相对来说，其发展速度比较快。我国专家系 统开发工作首先在医疗领域展开，先后出现了肝炎诊断专家系统、子宫癌诊断专家系 统等。到了2 0 世纪8 0 年代中期，我国的专家系统的应用领域迅速扩大，在数学、物 理、化学、工程、机械、经济、教育、军事等领域先后有一批专家系统问世。 随着计算机和人工智能的发展，c a d 系统已从最初的数值计算和图形处理功能发 展成为结合人工智能技术的高层次智能c a d 系统。智能c a d 系统使计算机具有支持人 类专家的设计思维、推理决策及模拟人的思维方法与智能行为的能力，从而把设计自 动化推向更高层次，智能c a d 是现代c a d 技术发展的趋势【1 3 】。 目前，多学科的交叉、渗透和系统集成已成为各学科进步和发展的动力。对于制 造业来说，2 1 世纪的竞争核心将是新产品的开发，而新产品的竞争优势在于其所拥有 的知识量和应用能力。专家系统将对智能化、优化设计产生重要影响，特别是基于知 识的专家系统。由g a r r e t t 和b u r s t e i nm 研制的k r e m e ( k n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n e d i t i n ga n dm o d e l i n ge n v i r o n m e n t ) 系统把多种知识表示语言和知识编辑器组织在 一个统一的环境中，以便知识表示与获取。作为a o u i n a s 的扩展，e t s 的基本思想是将 心理学与基于知识的思想结合完成知识获取任务。此外，d i e de r i c h 和jm a ym 把a i 和认知科学综合起来研发的k r i t o n 系统则用不同的方法构建知识库。其实任何一种单 一的知识获取方法都难以完成知识获取任务，为了获取不同类型的知识，必须采用混 合型知识获取工具。构建知识库可以分为3 类：设计未曾有的新产品；对己有产品进 行改进；在熟悉的、可供选择的方案中进行选择。随着智能化系统应用的日益广泛， 处理问题的难度和复杂度也不断增大 z 4 - z 6 。 目前，英、美、德、日等国及我国一些高等院校和科研院所开发的模具软件，具 有新一代模具c a d c a m 软件的智能化、集成化、模具可制造评价等特点。新一代模具 软件应建立在从模具设计实践中归纳总结出的大量知识基础上。这些知识经过了系统 3 车轮快速设汁中模具专家系统的研究与开发 化和科学化的整理，以特定的形式存储在工程知识库中并能被方便地调用。在智能化 软件的支持下，模具c a d 不再是对传统设计与计算方法的模仿，而是在先进设计理论 的指导下，充分运用本领域专家的丰富知识和成功经验，其设计结果必然具有合理性 和先进性【1 7 1 。 在模具设计制造方面，含有丰富专家知识的智能化模具c a d c a m 系统的研究、高 速切削加工及其编程等是未来的研究发展的趋势。目前研究专家系统技术的应用是提 高模具c a d c a m 系统智能化的有效途径【1 8 】。 对于车轮模具，中国加入w t o 以来，积极发展汽车工业，并保持连续增长势头， 从而带动了车轮模具工业市场的进一步繁荣。随着工业生成的不断发展，车轮模具工 业在国民经济中的地位将日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越重要的作 用。研究和发展车轮模具技术，对促进国民经济的发展具有特别重要的意义。 随着科学技术的不断进步和工业生成的迅速发展，许多新技术、新工艺、新设备、 新材料不断涌现，因而促进了车轮模具加工工艺和技术的不断革新和发展。其主要表 现和发展方向有：工艺分析计算方法的现代化；车轮模具设计及制造技术的现代化； 满足产品更新换代加快和生产批量减少的发展趋势；不断改进材料性能，以提高其成 形能力和使用效果。 1 3 研究的目的和意义 随着企业生产规模的不断扩大，所服务的客户也越来越多，这就造成企业所要加 工产品的种类也越来越多。对车轮部件的反求设计每次需要针对不同的产品进行测 量，获取相关尺寸，然后在c a d 设计软件中绘制图纸。更麻烦的是从车轮部件图纸中 提取相关数据，将车轮部件图纸转化为相应的模具加工图纸。这将需要耗费大量的人 力和时间，给产品的生产造成延误，而且人工设计存在设计不准确、误差大等缺点。 通过反求工程以先进车轮产品为实物进行研究，可以消化吸收和挖掘蕴含在车轮 产品中相关的设计信息和方法，从而开发出同类或更先进的车轮产品。同时结合专家 系统的原理，根据反求工程得到的数据，可以加快车轮模具设计的速度，为加快产品 生产、保证产品质量奠定基础。 另一方面，随着制造业的快速发展，分布在世界各地的制造企业往往要按照客户 提供的实物样品进行产品的再设计。车轮快速设计中模具专家系统对于企业来说，是 一种很好的技术，既可以缩短开发周期，又可以开发出适应市场需求的产品，同时适 应更加激烈的市场竞争，使技术更新更加快捷。 4 选用合理的开发工具、语言和数据库等。根据专家系统的原理设计了系统的整体模块， 采用系统集成的思想，将开发现有技术进行融合，发挥了现有软件系统各自的特性和 优越性。 ( 2 ) 知识的表示和推理机的设计，分析了知识的表示方法，提取模具设计中相 关的知识，根据专家系统原理设计适合本课题的推理机。研究知识库的表示方式，通 过分析选用合适的知识表示方法，完成知识库的表示；对于推理机选取合适的推理策 略，运用知识库中的知识进行推理。 ( 3 ) 根据轮辋滚压模型的成型原则，研究模具设计中的具体问题，获取车轮快 速成型中的相关数据对模具进行设计。研究轮辋设计采用的具体原则：一滚定中心、 二滚定形状、三滚定尺寸。研究轮辋的分段变形体积不变原则，找出轮辋工序图变形 的具体分段处。 ( 4 ) 采用c # 语言和s q ls e r v e r 数据库对车轮模具专家系统进行实现，并将最 后设计结果进行保存。设计完现了车轮模具专家系统的知识库类、推理机类和 a d o n e t 的访问类等；设计实现轮辋模具设计的功能，并生产轮辋的三维模型图和轮 辋的滚压成形图；设计实现轮辐模具选择功能和维护功能。 5 下轮伏速没计中模只专冢系统的研歹z 弓开发 1 5 本章小结 本章首先分析了课题的研究背景，介绍了课题国内外发展的现状。通过对发展现 状的分析，说明了课题研究的目的和意义。通过本课题可以加快产品生产、保证产品 质量，适用激烈的市场竞争，加快技术更新。最后对本课题的研究的主要内容进行了 介绍。 6 济南大学硕l 学位论文 第二章系统的整体设计 车轮快速设计中模具专家系统是利用基于反求工程的车轮快速设计系统求解出 的车轮特征模型和相关数据，以及专家系统的相关原理和轮辋模具设计的原则和方 法，快速设计车轮轮辋模具。为了实现车轮模具专家系统，对专家系统、系统集成等 技术进行了研究，对系统的整体架构进行设计。针对车轮模具设计的特点，和系统的 要求，根据现有技术水平，选用合理的设计方法和开发工具，以达到实际生产加工的 需要。 2 1 系统的关键技术 传统c a d 采用形式化方法进行分析与设计优化等过程。但是，工程师进行创新 设计时，往往要参考自己或他人的设计经验和相似的设计实例，要反复进行设计思维 与决策。专家系统和c a d 结合生成的系统使用知识库中的经验知识来解决问题，这 些经验可作为规则存储或作为逻辑推理策略使用h 9 1 。 2 1 1 机械c a d 介绍 计算机辅助机械设计是指机械设计工程技术人员在人和计算机组成的系统中以 计算机为辅助工具，完成机械产品的设计、分析、绘图等工作，支持机械产品自动化 设计的设计理论和方法，能使机械设计工作实现集成化、网络化和智能化，并达到提 高机械产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。一个完善的机械 c a d 系统应具有的基本功能为：快速计算及生成图形的能力；存储大量程序、信息 及快速检索的能力；人机交互通讯的操作功能；输入、输出图形及信息的能力2 0 ，2 。 机械c a d 系统是通过计算机和c a d 软件对机械“产品进行分析、计算与仿 真、产品结构和性能的调整与优化以及绘图等，把机械设计人员所具有的最佳特性( 创 造性思维、形象思维与经验知识、综合判断与分析的能力) 同计算机的强大记忆与检 索信息能力，大量信息的高速精确计算与处理能力、易于修改设计、工作状态稳定且 不疲劳的特性结合起来，从而大大提高了机械设计速度与效率，提高了机械设计质量， 降低了机械设计成本【2 2 1 。 2 1 2 机械设计专家系统 机械设计专家系统是一种智能的计算机应用程序系统，可以存储和使用机械设计 专家的知识和经验，模拟机械设计专家解决问题的方式，运用专家经验知识推理处理 7 乍轮快速设计中模具专家系统的研究与开发 一些较复杂的机械设计问题。一般的机械设计专家系统都采用了“设计一评价一再设 计”的处理过程，其中评价是机械设计专家系统的关键部分，它决定着整个机械设计 的成败。 机械设计专家系统是解决特定机械问题的专家系统，它具有专家系统的所有特 性，其中专家系统是人工智能的一个重要分支。专家系统是一种模拟人类专家解决领 域问题的智能计算机程序系统，其内部具有大量专家领域知识与经验，能够利用人类 专家的知识和解决问题的方法来解决该领域的复杂问题。也就是说，专家系统是一个 具有大量专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术，根据某领域内一个或多 个人类专家提供的知识和经验进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以解决那 些需要专家决定的复杂问题【2 3 】。专家系统具有逻辑推理和判断决策能力。专家系统把 许多事实和有关专业内的启发规则( 经验法则) 结合在一起，通过系统应用这些事实 和启发规则，不断地缩小搜索范围，引导问题的解决【2 4 】。 专家系统大部分是基于知识的智能计算机系统，主要包括知识库、综合数据库、 推理机、解释器和人机接口等部分。专家系统把那些指出如何进行问题求解的每一条 经验知识通过产生式规则等知识表示方式显式地表示出来，并组织在一种称为知识库 的独立模块中，而把关于知识库知识如何使用的控制性知识以某种比较通用的模式编 制在称为推理机的执行程序中，再通过逻辑决策，解决特定领域内只有人类专家才能 解决的具有一定难度的问题【2 5 】。专家系统一般的系统结构框图如图2 1 所示，其功能 说明如下： 图2 1 专家系统结构框架 ( 1 ) 知识库( k n o w l e d g eb a s e ) 以某种存储结构存放领域专家的相关知识，包 括事实和可行的操作与规则等。为了建立知识库，首先要解决知识获取与知识表示的 问题。知识库是专家系统的核心部分之一。 8 同。其中知识库和推理机是专家系统中最基本的模块，是所有专家系统应该包含的。 知识表示的方法不同，知识库的结构也就不同。推理机是对知识库中的知识进行操作 的，推理机程序与知识表示的方法及知识库结构是紧密相关的，不同的知识表示有不 同的推理机。在实际应用中需要根据实际情况进行设计。良好的知识库和推理机的设 计是保证专家系统运行的基础。 专家系统与机械c a d 结合所要实现的目标是根据设计环境中提出的设计准则、 规范、规则以及设计经验，针对某个具体设计对象的特定要求进行推理，选取设计规 则和标准，提出设计方案，设计人员利用交互式的使用环境只需要输入少量数据系统 就自动完成设计工作【2 6 捌。 2 1 3 系统集成技术 系统集成是一种新兴的开发服务方式，指在企业范围内外，将多个不同应用系统 的过程、软件、标准、数据库和硬件集成在一起，使集成后的系统成为一个无缝运作 的系统。系统集成的本质就是最优化的综合统筹设计。我们把系统集成一般分为：表 示集成、数据集成和功能集成，另外a p i 集成是所有集成的基础。系统集成实现的关 键在于解决系统间的互联和互操作性问题，它是一个多厂商、多协议和面向各种应用 的体系结构【2 引。 9 下轮快速设计中模具专家系统的研究与开发 2 2 系统的开发技术 为了更好的开发车轮快速设计中模具专家系统，我们采用面向对象的程序设计方 法进行设计和开发。为了给用户以更加直观的展示，方便车轮模具模型和图纸的输出 和后期的处理，我们采用系统集成的思想，将设计结果在s o l i d w o r k s 和a u t o c a d 中 展现。 2 2 1 开发语言介绍 n e tf r a m e w o r k 是m i c r o s o f t 为开发应用程序而创建的一个富有革命性的新平 台。c 撑是惟一为n e tf r a m e w o r k 设计的语言，是在移植到其它操作系统上的n e t 版 本中使用的主要语言。c 撑是可用于创建要运行在n e tc l r ( 公共语言运行库) 的应 用程序的语言之一，它从c 和c + + 语言演化而来，使用c 撑开发应用程序比使用c + + 简单，因为其语法比较简单。但是，c 撑是一种强大的语言，在c + + 中能完成的任务 利用c 群也能完成。c 群是一种现代的面向对象程序设计语言，它能够最大限度地发 挥n e t 平台的威力，使程序员能够在n e t 平台上快速开发种类丰富的应用程序。 c 撑的优点有：完全面向对象的设计；非常强的类型安全；很好的融合了v i s