基于设计知识库的CAD和PDM集成.pdf

铸造技术 F o U N D R YT E C H N o L o G Y V o I 2 9N o 1 0 O C t 2 0 0 8 计算机应用C o m p u t e rA p p l i c a t i o n 基于设计知识库的C A D 和P DM 集成 徐翔斌 华东交通大学现代制造技术研究所 江西南昌3 3 0 0 1 3 摘要 为满足产品快速设计的要求 在设计知识库的基础上对计算机辅助设计 C A D 与产品数据管理 P D M 系统的集成进行 了研究 在对产品信息模型的定义基础上构建了由产品需求决策知识 产品结构知识 产品配置知识 产品的特征知识和产 品设计资源组成的产品设计知识结构 并且将机器学习中的决策树和加权聚类算法用于产品设计过程中的知识推理和设计 决策 实现了基于知识的产品需求 配置和变型设计过程 并且用设计知识库作为C A D P D M 系统的集成平台 实现了基于知 识的C A D 系统和P D M 系统的信息集成和数据交换 从而提高了产品开发设计的效率 以变速箱设计为例 证实了该集成系 统对产品快速设计过程的支持 关键词 设计知识库 计算机辅助设计 产品数据管理 集成 中田分类号 T P l 4文献标识码 A文章编号 1 0 0 0 8 3 6 5 2 0 0 8 1 0 1 4 0 6 0 5 R e s e a r c ho nC A D P D MI n t e g r a t i o nB a s e do nD e s i g n i n gK n o w l e d g eB a s e X UX i a n g b i n I n s t i t u t i o no fM o d e r nM a n u f a c t u r i n gT e c h n o l o g y E a s tC h i n aJ i a o t o n gU n i v e r s i t y N a n c h a n g3 3 0 0 1 3 C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt os a t i s f yt h er e q u i r e m e n t sf o rq u i c kp r o d u c tc u s t o m i z e dd e s i g n t h ek n o w l e d g e b a s e di n t e g r a t i o no fc o m p u t e ra i d e dd e s i g n C A D a n dp r o d u c td a t am a n a g e m e n t P D M w a s r e s e a r c h e d T h ek n o w l e d g es t r u c t u r ew h i c hi sc o m p o s e do fp r o d u c tr e q u i r e m e n td e c i s i o n k n o w l e d g e p r o d u c ts t r u c t u r ek n o w l e d g e p r o d u c tc o n f i g u r a t i o nk n o w l e d g e p r o d u c tc h a r a c t e r i s t i c k n o w l e d g ea n dp r o d u c td e s i g n i n gr e s o u r c e sw a sc o n s t r u c t e do nt h eb a s i so fp r o d u c t Si n f o r m a t i o n m o d e l t h ed e c i s i o nt r e ea n dw e i g h t e dc l u s t e r i n ga l g o r i t h mw e r eu s e dt ok n o w l e d g ei n f e r e n c ea n d d e s i g n i n gd e c i s i o n t h u sr e a l i z e sk n o w l e d g e b a s e dd a t ae x c h a n g eb e t w e e nC A Da n dP D Ms y s t e m a n di m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fp r o d u c td e s i g n F i n a l l yt h ed e s i g n i n go fg e a r b o xw a su s e dt ov e r i f y i n t e g r a t e ds y s t e m Ss u p p o r tt op r o d u c td e s i g n i n gp r o c e s s K e yw o r d s D e s i g n i n gk n o w l e d g eb a s e C o m p u t e ra i d e dd e s i g n C A D P r o d u c td a t am a n a g e m e n t I n t e g r a t i o n 在基于知识的产品设计方面 文献 1 2 提出了基 于知识和设计知识库的产品设计 设计了由知识库 案 例库 模型库等组成的知识结构 然而知识库的优点 在于知识表示和设计决策而非与产品设计相关的数据 管理方面 本文在相关文献研究的基础上 对产品设计 知识库进行精简 知识库只是用于存储与产品设计相 关的知识结构 知识表示和知识决策 而利用企业 P D M 系统来管理产品的设计数据和设计案例 在 收稿日期 2 0 0 7 0 7 2 6 修订日期 2 0 0 8 0 9 1 0 基金项目 江西省自然科学基金资助项目 知识获取及设计仓库框架 0 6 1 1 0 1 8 江西省教育厅科技攻关项目 面向模具行业A S P 公共服务平台的研究和开发 赣教技字E 2 0 0 7 3 1 8 7 号 作者简介 徐翔斌 1 9 7 5 一 江西湖口人 讲师 研究方向 大批量定制 网络化制造 E m i l lc h a m p a g n e w q y a h o o c o i n c n C A D P D M 系统的集成方面 本文将设计知识库作为 C A D 和P D M 系统集成平台 实现基于知识的C A D 和P D M 之间的信息集成和数据交换 从整体上提高 了企业的敏捷设计能力和知识管理水平 1 产品设计知识库 产品设计知识库作为企业产品设计的知识和数据 平台 它集成了与产品设计相关的所有知识 这些知识 主要有设计领域知识 产品需求知识 产品的结构和配 置知识 产品主模型 产品的特征知识等 知识库也能够 根据成功产品设计和配置案例的历史数据进行学习 获 取重要的设计决策知识 整个知识库结构如图1 所示 产品需求决策知识是对产品性能需求的形式化表 示 它帮助设计人员快速决策客户需求 定位产品型 号 使设计人员进行快速 正确的设计 产品结构知识 是产品结构B O M 它是构成这个产品所有零部件信息 铸造技术M 0 2 0 0 8徐翔斌 基于设计知识库的C A D 和P D M 集成 图1产品设计知识库的知识结构 F i g 1 S t r u c t u r eo fk n o w l e d g eb a s ef o rp r o d u c td e s i g n 的数字化定义 产品配置知识用于描述产品的个性化 需求的特征 它定义了该产品簇可以配置的产品子件和 相应的配置规则 产品的特征知识包括产品主模型和事 物特性表两部分 产品主模型是在产品事物特性表的基 础上 对产品的结构参数 装配关系 形状和拓扑结构的 抽象 而产品的事物特性表是对主模型中的关键特征变 量 特征变量之间的相互关系的数据库逻辑表示 2C A D 和知识库系统的集成 快速设计出满足用户需求的个性化产品 能够在 提高设计效率的同时有效地缩短交货期 而产品快速 设计的关键 是要快速定位用户的个性化需求 确定个 性化产品的结构 并且对组成该产品的零部件进行快 速变型设计 集成于知识库的C A D 系统快速设计过 程如图2 所示 C A D 系统和知识库进行集成 可以在C A D 系统 中对产品的需求进行快速定位 C A D 系统根据客户的 部分个性化要求 通过和知识库中的需求决策模块进 行交互 从需求模型中大量的需求特征和需求案例中 快速定位与客户所需的相同或者相近的产品型号 并 将它呈现在C A D 的设计环境中 同时将该产品B O M 中各级节点的的主模型加载到C A D 设计环境中 设 计师采用零部件的变型设计来实现快速个性化设 计 o 实现快速产品结构设计 3 基于设计知识库的C A D P D M 集成技术 不同于传统的C A D P D M 集成中C A D 从P D M 中 拉 数据的过程 基于设计知识库的C A D P D M 系 统集成则用设计知识库将C A D 和P D M 系统集成起 来 设计知识库作为C A D 和P D M 之间的集成平台和 系统的智能决策组件 根据C A D 前端的设计要求 一 方面将P D M 系统中的相关图文档递交给C A D 设计 环境 同时还将产品设计过程的需求知识 产品结构知 图2 集成于知识库C A D 系统快速设计 F i g 2R a p i dd e s i g n i n gp r o c e s sb a s e do nt h ei n t e g r a t i o no f k n o w l e d g eb a s ea n dC A Ds y s t e m 识 产品的特征知识传递给C A D 系统 供设计人员参 考和进一步设计使用 这是一个知识库向C A D 系统 推 设计知识和设计信息的过程 3 1 支持快速产品设计P D M 系统 P D M 系统可以把与产品需求和结构设计 工艺流 程设计 制造加工 销售直至产品消亡等各个阶段的相 关数据有效的组织起来 以提高产品的质量 加快产品 投放市场的速度 从而提高产品的市场竞争力r5 为充 分利用P D M 管理产品设计数据的功能 系统将原本属 于知识库系统中的案例库 模型库 知识文档和产品结 构实例等相关数据存储在P D M 系统中 在知识库中只 存储与产品需求 结构 设计 配置相关的设计 配置参 数和知识 产品簇的B O M 和主模型的事务特性表等 并且在知识库中维护着知识库和P D M 系统之间的数据 链接 这样就能够精简知识库的结构 使知识库专注于 知识的描述和知识获取 从而提高了知识的推理效率 同时保证了知识库系统和P D M 系统的数据一致性 3 2基于设计知识库的C A D P D M 系统集成框架 基于知识库的C A D P D M 系统的集成设计使整 个过程变得具有智能性和可以追溯 也可以对现有的 产品的需求 结构 零部件设计和配置进行全面的管 理 保证了整个设计过程的高可控性 同时提高了产品 的设计质量和效率 图3 为C A D P D M 系统和设计 知识库的集成框架 F U N D R YT E C H N O I o G Y V 0 1 2 9N o 1 0 0 C t 2 0 0 8 图3 基于知识库的C A D 和P D M 集成框架 F i g 3I n t e g r a t e df r a m e w o r ko fC A D a n dP D Ms y s t e mb a s e do nk n o w l e d g eb a s e 在新产品开发和个性化设计时 设计师的设计过 程 设计知识和设计结果最终都会存储到设计知识库 供下次设计和其他设计人员参考 实现知识共享 同时 成功的设计案例和相关图文档也会以一个新版本的形 式递交给P D M 系统 在P D M 中的设计案例是以 产 品型号 产品结构B M 产品零部件案例 图文档 的形式进行管理 这样就规范了整个设计过 程 保证了整个设计过程的高可追溯性 而在知识库中 则是以 产品需求决策知识 产品结构知识 产 品设计 配置 知识 零部件图文档主模板知识 与 之相对应 在产品设计知识库中 用产品的需求决策参数表 来存储和记录产品的需求知识 该需求决策参数表的 表头由产品的需求特征构成 表中记录的是每次成功 设计案例的需求特征值 而产品的结构知识用B O M 来表示 需求决策参数表中的每一行记录都唯一对应 一个结构B o M 结构知识B o M 和P D M 中的产品 B O M 不同 它是表示组成系列产品的各级子件的主模 型之间的结构关系 而P D M 中的产品B O M 则表示最 终完成设计产品的零部件构成 它们之间是一对多的 关系 产品的设计 配置 知识用零部件的事物特性表 的形式表示 它描述了零部件变型设计过程中可以变 化和配置的信息 同时也存储了每次成功的产品设计 和配置参数 同时知识库中还可以对产品设计的通用 设计资源以及设计师经验等通用设计知识进行管理 3 3 系统的关键技术 3 3 1 产品需求决策 产品信息模型中的需求模型是用产品需求特征变 量来描述 产品的需求决策就是根据客户的部分个性 化要求 从需求模型中大量的需求特征和需求案例中 快速定位客户所需的产品型号 在这方面 C B R 2 3 在需 求属性缺少时不能进行正确的推理和决策 而机器学 习领域中的决策树模型可将需求案例作为训练数据 根据客户部分个性化需求 对大量的需求特征进行分 类决策 实现决策树模型的算法有很多 本文采用 C 4 5 算法 因为它能够处理连续值类型的属性 而且 特别适合于本文的训练样本中含有缺少属性值 顾客 的部分个性化需求 的学习 该算法从需求案例中训练 出产品需求的决策树 能够根据顾客的需求属性推理 出用户所需的产品型号 3 3 2 产品配置和零部件设计决策 产品的配置模型和事物特性表模型 为在参数型 C A D 环境中快速定制产品提供了基础H 在基于事物 特性表和主模型的零部件变型设计过程中 设计的关 键是如何确定产品的配置和特征变量的参数值 知识 库中的产品配置和零部件设计模块 可以在为设计师 的设计过程中提供决策支持 它在设计师提供的部分 配置属性 特征变量值的基础上 将知识库中的事务特 铸造技术 1 0 2 0 0 8徐翔斌 基于设计知识库的C A D 和P D M 集成 性表中的设计参数作为训练数据 能够 猜测 出设计 者的配置 设计意图 将其余的属性 特征变量值推荐 出来 自动指导用户完成剩下的配置和设计过程 该决策过程实际上是一种无指导的自适应分类过 程 可以用机器学习中的加权K M E A N S 聚类方法来 实现 它利用知识库中实例的配置变量 特征变量和设 计师输入的配置变量 特征变量值的加权欧几里德距 离进行计算 知识库计算出加权欧几里德距离后 然后 将该值和系统预设定的阈值进行比较 根据R F F 为系统预设的一个阈值 知识库内的配置 设计参数 从P D M 系统中提取设计案例 并将它 们 推荐给设 计师 供设计师选择和修改 如果设计师不认同知识库 推荐的配置 设计 可以继续输入配置 特征变量 知识 库会根据新添加的配置 特征变量值进一步计算加权 欧几里德距离 重新利用加权K M E A N S 算法聚类 如果设计师接受系统聚类后推荐的配置 设计实例 则 设计过程结束 若产品设计师始终没有接受知识库聚 类推荐的实例 则该次设计结果作为一个新的配置 设 计实例 系统自动将配置 设计参数和案例分别添加到 知识库和P D M 系统中 供后续设计聚类过程使用 基于知识的零部件的设计过程如图4 所示 4 应用实例 以变速箱的上端盖设计为例 对前面提到的原理 进行验证 在系统集成的基础上 对变速箱进行变型 设计 需要将C A D 系统中变速箱的特征模型和尺寸 开始设i 从知P 2 I t 捩取岑部件事物特性衷和卜模犁 设计 J I f j 选择 键入特征属性值 知识库根据设汁师输入特征变最的属性值 进行聚类分析 推荇设计案例 接受 从知U 席和P D M 系统吖I 提取设计 参数车l l 案例 加 载至J C A D 设计环境 是 I j i 一在C A I I 加载1 i 模型 新设计 将设i f 过程和案例分别提交 知谚l 库年l I P D M 系统 设计完成 图4 知识库的产品设计推理决策 F i g 4 P r o d u c td e s i g n i n gi n f e r e n c ed e c i s i o no fk n o w l e d g e b a s e 变量提取出来 在知识库中创建变速箱的主模型 并且 构建事物特性表 图5 就是在变速箱上端盖主模型的 基础上创建的事物特性表 系统根据用户输入的特征 变量 从事物特性表中获取设计知识 然后通过C A D 的二次开发接口驱动C A D 系统来实现变型设计 同 时将变型设计的结果作为一个新的设计案例提交给 P D M 系统 将设计的过程信息存储在知识库中 图5基于知识的零部件变型设计实例 F i g 5 l n s t a z a e eo fv a r i a n td e s i g n i n gp r o c e s sb a s e do nk n o w l e d g eb a s e C A D 系统的二次开发界面从知识库中提取 并且特征变量值 也可以点击面板下部的 获取知识 按钮 显示上端盖的特征变量信息 包括变量名 变量值 变来获取系统建议的设计知识 系统会根据用户的操作 量取值范围和单位等 并用特征变量示意图来显示特和输入数据对主模型进行变型设计 或者从P D M 系 征变量所对应尺寸变量 用户可以直接在面板中输入统中提取设计案例 并更新C A D 系统的显示场景 最 I O U N D R YT E C H N O I O G Y V o I 2 9N O 1 0 0 C t 2 0 0 8 后 用户点击 递交设计 完成整个个性化设计过程 5 结语 产品设计的关键在于能够快速提供能够满足用户 个性化需求的产品 现有的C A D 应该在这方面为企 业的产品设计提供良好的支持 基于设计知识库的 C A D P D M 集成的产品设计系统 能够将P D M 对产 品结构和图文档的管理 知识库对产品设计知识的维 护和设计过程的决策 参数型C A D 系统的快速变型 设计三者有机的结合起来 从而加快产品开发速度 提 高开发效率 本文对这方面的关键技术进行了研究 并 且给出了相应的解决方案 参考文献 1 朱文博 李爱平 刘雪梅 等 基于知识的冲压产品集成建 模 J 同济大学学报 自然科学版 2 0 0 6 3 4 4 5 2 8 5 3 3 2 孙延明 骆雯 刘斌 等 基于C R B 的液压缸设计方 法 J 计算机辅助设计与图形学学报 1 9 9 9 2 1 7 6 1 9 9 3 祁国宁 S c h t t n e rJ 顾新建 等 一种面向大批量定制的产 品建模方法 刀 计算机集成制造系统 2 0 0 2 8 1 1 3 1 6 4 顾巧详 苏少辉 余军合 等 基于事物特性表的产品变型 设计研究 J 中国机械工程 2 0 0 4 1 5 1 9 17 1 3 17 1 6 5 3 俞涛 吕 震 方明伦 等 应用软件系统在P D M 平台 上的集成机制及其实现 J 中国机械工程 2 0 0 0 1 l 1 2 13 7 9 13 8 2 6 王爱民 盂明辰 黄靖远 聚类分析法在产品族设计中的 应用研究F J 3 计算机辅助设计与图形学学报 2 0 0 3 1 5 3 3 4 3 3 4 7 慈溪市汇丽机电有限公司地处浙江省慈溪市匡堰镇 占地面椰万多 平方米 年产铸件3 万吨 电机5 万台 2 0 0 7 年实现销售总额卅乙元 公司目前有员工 13 0 0 多人 主要从事生产加工各类灰铸铁 球墨铸铁及合金铸铁零件 公司内各种铸造 加工 检测和测试设备齐全 具有自主开发 设计 研制 生产和检测的雄厚实力 公司 拥有自营出口权利 铸件出口的世界各地 如美国 加拿大 日本 法国 瑞典 以色列 等等 公司的主要客户有美国的马拉松电器 爱默生电器 罗克韦尔 日本的东芝公司和 安川电机等 公司始终遵循 我所做的一切都是为了使您满意 的企业宗旨和质量方针 以 六西格玛 为指导进行生产和质量管理控制 通过并贯彻执行I S 0 9 0 0 1 2 0 0 0 国际质 量管理体系认证标准 公司以卓越的质量 合理的价格 完善的服务 可靠的信誉 赢得 了世界各地新老客户的赞许 公司被评为中国铸件出口龙头企业 浙江省高新技术企业 宁波市劳动关系和谐企业 宁波市成长之星企业 慈溪市劳动保障管理三星级企业 慈溪市百强企业 我们热诚欢迎业界精英和各类人才的加盟 因生产需要 诫聘下列叭昃 铸造工程师3 名 铸造专业大专以上学历 年龄3 0 5 0 岁 从事铸造工艺设计工作5 年以上 精通灰 铸铁 球墨铸铁件的工艺 工装设计 能熟练使用C A D 现场指导师傅3 名 助理工程师以上职称 年龄5 5 岁以下 富的现场管理和工艺技术指导经验 能吃苦耐劳 理化工程师1 名 化学分析 金相检验 超声检测资格2 级 以上 从事铸造现场生产工作1 0 年以上 有丰 年龄6 0 岁以下 从事理化检验工作1 0 年 符台条件者 性别不隰 待遇面谈 同时招聘从事铸造行蛐的各炭技术叭员 出一2 曩目 乘车路线 杭州或宁波 慈溪东站坐住妙山方向的车在 丽灸司 靳厂 门口下车 由夏 I出 耳 基于设计知识库的CAD和PDM集成基于设计知识库的CAD和PDM集成 作者 徐翔斌 XU Xiang bin 作者单位 华东交通大学现代制造技术研究所 江西 南昌 330013 刊名 铸造技术 英文刊名 FOUNDRY TECHNOLOGY 年 卷 期 2008 29 10 被引用次数 1次 参考文献 6条 参考文献 6条 1 朱文博 李爱平 刘雪梅 基于知识的冲压产品集成建模 期刊论文 同济大学学报 自然科学版 2006 04 2 孙延明 骆雯 刘斌 基于CRB的液压缸设计方法 期刊论文 计算机辅助设计与图形学学报 1999 02 3 祁国宁 Schttner J 顾新建 一种面向大批量定制的产品建模方法 期刊论文 计算机集成制造系统 CIMS 2002 01 4 顾巧详 苏少辉 余军合 基于事物特性表的产品变型设计研究 期刊论文 中国机械工程 2004 19 5 俞涛 吕震 方明伦 应用软件系统在PDM平台上的集成机制及其实现 期刊论文 中国机械工程 2000 12 6 王爱民 孟明辰 黄靖远 聚类分析法在产品族设计中的应用研究 期刊论文 计算机辅助设计与图形学学报 2003 03 相似文献 10条 相似文献 10条 1 学位论文 李曙光 基于知识的布筋CAD系统设计研究 2001 在分析连续梁普通钢筋布筋过程的特点和规律的基础上 以规划控制下二阶段设计理论为指导 设计了一种基于知识的预应力连续梁布筋智能CAD系统 系统得到了设计知识库和参数数据库的支持 知识库中的知识按其来源可分为成功的工程实例类知识 专家经验类知识和工程规范类知识 利用实例知识 和经验知识推求布筋的初始解 并通过规范知识对初始解进行验证或由人工干预得到最终设计结果 参数数据库用来存放推理获得的梁体布筋参数 布筋结 果则存放在结果数据库中 在分析了几何模型的不足之后 建立了基于知识的梁体及钢筋模型 对相应知识的表达方式 设计知识库 参数数据库和结果数 据库的组织方式进行了研究 另外 还讨论了布筋结果的修改方式以及普通钢筋与预应力束发生碰撞的一种解决方法 2 学位论文 简之荣 基于知识的注塑模具装配体设计系统关键技术的研究 2005 本文将基于知识工程 Knowledge BasedEngineering KBE 技术引入注塑模具装配体设计领域中 把注塑模具装配体设计的专家经验与知识表示成符 合CLIPS CLanguageIntegratedProductionSystem 语法规范的产生式规则形式 建立注塑模具装配体设计知识库 并采用CLIPS知识推理机完成知识的自 动推理 从而实现了注塑模具装配体的智能化设计 首先 分析了注塑模CAD CAM技术的发展及现状 KBE基本原理与实现技术及其在模具行业中应用的可行性 提出注塑模设计系统中局部智能化设计 思想 应用软件工程学中模块化设计方法和思想 建立了基于知识的注塑模具装配体设计系统总体框架图 睛晰地表达了系统的活动和数据流以及它们 之间的关系 为系统的实施和实现奠定了基础 然后 研究了系统实现关键技术 即注塑模具装配体设计知识的获取 表示和推理 利用嵌入式CLIPS作为系统的知识推理机 实现了装配体设计的 智能化设计 通过引入领域专家经验及装配体设计资料 获取该领域的设计知识并把它们表示成符合CLIPS语言规范的产生式规则形式 建立了注塑模具 装配体设计知识库 给出了在VC平台上嵌入CLIPS知识推理机的步骤方法 研究了CLIPS与VC信息交换 CLIPS访问数据库 CLIPS推理过程监控 推理机 制等关键技术 还研究了利用基于特征的参数化技术自动生成三维模架图形 最后给出了系统程序实现时所用到的主要数据结构 在上述理论研究的基础上 基于WindowsNT 95 98的Pro Engineer平台 采用C语言与Pro Engineer二次开发工具Pro Toolkit开发了基于知识的注塑 模具装配体设计系统 通过实例证明本文提出的设计思想和技术路线是可行的 本文认为把KBE技术 CAD技术和专家经验知识结合起来 构建智能化的设计和决策体系 造就一个高级的 模具设计专家 从整体上提高注塑模 的水平 以低成本 高决策能力来设计出高质量的产品 无疑具有很高的理论价值和实际的经济效益 3 期刊论文 苏少辉 杨青海 徐园园 周朝阳 祁国宁 SU Shao hui YANG Qing hai XU Yuan yuan ZHOU Chao yang QI Guo ning 基于设计知识库的服装CAD PDM集成技术研究 浙江大学学报 工学版 2006 40 10 为了支持服装的快速设计 对基于服装设计知识库的计算机辅助设计 CAD 与产品数据管理系统 PDM 的集成进行了研究 将服装设计知识分为新款开 发知识和客户化设计知识进行管理 两者共同组成服装设计知识库 通过该知识库可以将服装设计知识保存起来 随时提供给需要它的用户 从而缩短服装 设计周期 对支持服装快速设计的CAD系统和PDM系统进行了功能分析 提出了基于服装设计知识库的CAD PDM系统集成逻辑数据结构 基于该数据结构可以 实现PDM系统和CAD系统在深层次上的紧密集成 从而提高服装新款开发设计的效率 并缩短客户化设计周期 改善设计质量 通过样板变型设计的实例验证 了该集成系统可以快速准确地完成样板的变型设计 4 学位论文 邱憬 可摘局部义齿计算机辅助设计三维图像专家系统的研究 2004 目前 对可摘局部义齿计算机辅助设计专家系统的研究基本上是以二维牙列缺损模型为基础 其设计结果均为二维平面图像 且由于受到研究平台的局 限 无法与近年来日臻成熟的计算机三维图像技术相结合 因此 具有三维图像效果的可摘局部义齿计算机辅助设计专家系统尚未见报道 该研究首先建立 形态色彩逼真 能模拟牙列缺损的牙颌计算机三维模型 再以此模型为平台 研究开发一套具有三维图像效果的可摘局部义齿计算机辅助设计专家系统 第 一部分 牙列缺损计算机三维建模 材料和方法 运用常规CT从冠状面和矢状面两个方向扫描头颅骨标本获得牙颌二维断层图像数据 使用表面绘制法依据 该数据在3D Studio Max中沿牙体长轴进行放样得到三维实体模型 再对其进行局部微调并赋以材质和灯光 得到牙列缺损计算机三维模型 第二部分 建立 可摘局部义齿部件三维图形库 材料和方法 按照可摘局部义齿的常规组成将其部件分类细化 依据Kennedy 类牙列缺损的可摘局部义齿设计需要确 定各类部件的具体数目和绘制方案 然后 在3D Studio Max中 以建成的牙列缺损计算机三维模型为平台 依据设计方案制作义齿部件的三维图形 并分类 别 按规则命名 最后 将其一一转化为 3DS文件后保存 建成义齿部件图形库 第三部分 建立可摘局部义齿修复设计知识库 材料和方法 在收集大量可 摘局部义齿修复设计资料及专家经验的基础上 总结出一定的规则 依据这些规则编写出牙列缺损诊断与义齿修复设计方案之间的对应关系 即牙列缺损情 况与图形库中三维义齿部件之间的调用组合关系 再将这些关系编译成计算机语言 CH语言 从而建成知识库 第四部分 人机对话操作界面的制作 材料和 方法 以修复科门诊病历的格式为参照 结合上述牙列缺损三维模型 图形库和知识库的特点 运用Visual C 制作一个操作简便 内容详实的可视化人机对 话操作界面 并反复调试和修改 直至能顺利输入牙列缺损患者的信息 然后建立动态链接数据库 使计算机在获得患者信息并依据知识库进行逻辑推理后 能够对图形库义齿部件进行调用和组合 实现人工智能化 5 学位论文 徐雷 基于知识的计算机辅助夹具设计支持技术研究 2006 夹具作为机械制造业中的一种重要的工艺装备 直接影响产品的质量和研制周期 缩短夹具设计周期 提高夹具的设计质量是计算机辅助工艺装备 研究的重要领域 也是提高企业快速反应能力的一个关键环节 夹具设计过程是一个基于经验的机械结构设计问题 需要设计者具备关于设计问题的大 量 全面的知识和经验 现有的基于通用CAD软件环境的计算机辅助夹具设计系统仅能完成一些诸如绘图 三维建模等方面的工作 在夹具设计过程的集 成 设计资源的共享与智能化 知识的处理和重用等方面还不能提供有效的计算机辅助设计的支持技术 如何将具有多样性 复杂性 经验性 不确定 性等特点的夹具知识形式化 数字化并以显式的方式保存下来 提高夹具设计的智能化程度 是计算机辅助夹具设计技术领域的前沿研究问题之一 本论文在国家自然科学基金项目和四川省应用基础研究项目的资助下 针对目前计算机辅助夹具设计技术研究中存在的问题 将知识工程与夹具设 计过程结合起来 重点研究夹具设计知识描述 分类 发现以及重用的基本原理和智能化夹具设计中的知识求解技术 探讨一种能支持夹具整个设计过 程的智能求解技术 开发基于集成知识资源的计算机辅助夹具设计支持系统 本文的研究成果和特色如下 1 在分析基于知识的计算机辅助夹具设计支持系统的功能需求及其与传统计算机辅助夹具设计系统区别的基础上 构建了由界面层 应用程序服 务器层和资源层形成的计算机辅助夹具设计支持系统的总体层次体系结构 提出了一种由资源分系统 设计分系统 计算分系统 管理分系统和信息交 换分系统所组成的计算机辅助夹具设计支持系统的软件功能模型 通过5个功能分系统的协同工作而形成一种支持夹具智能化设计的环境平台 2 详细分析了夹具设计信息 提出夹具元特征的概念 建立了集成定位元特征 夹紧元特征 元件元特征 装配元特征 精度元特征 性能分析 元特征的夹具信息模型 并采用BOOCH方法建立了与夹具设计相关的产品信息模型和制造信息模型 使其为设计制造过程中所有要求夹具输入的活动提供 足够的信息支持 在此基础上 研究了信息集成和信息共享的实施技术 3 在对夹具设计知识形态分析的基础上 提出基于知识元的设计知识统一描述方法 采用面向夹具设计知识重用的知识模型构建方法 针对夹具 设计知识分为由工件几何 夹具元件等知识元组成的重用型设计知识和由夹具设计过程中所应用的推理过程组成的决策型设计知识两种类型 将知识模 型分为综合任务和分析任务 定义了可以用于知识共享的知识元对象的知识模板 从而缩短知识模型的开发时间 4 为了实现这些知识资源的有效共享 采用面向夹具的设计过程基于主题的方法构建了包括设计资源库 设计实例库 设计知识库和设计模型库 所组成的夹具集成知识资源平台 采用多维数据模型结构实现资源库之间的协同工作 其中实例库的构建采用多层次抽象实例库结构 设计了一种改进 的层次凝聚法对实例数据进行聚类分析 并定义了夹具设计知识库的关系存储模型 同时重点研究了产品设计支持系统中的关键问题 零件库的构建 提出了一种将工程设计中的零件库信息抽象为类层 实例层和具体实例层的三层结构模式 形成工程设计中数字化零件库系统的多表达机制 5 提出了 规则 实例 的混合知识推理方法 并应用在夹具的方案设计中 研究了方案实例推理中的相似度计算模型以及获取的方案实例的修 改和调整方法 在夹具配置设计中 提出基于功能实例推理的设计方法 通过将夹具结构功能性分解进行实例推理 获取的配置实例可以采用基于几何 和基于功能两方法进行冲突裁决 6 在采用面向对象方法建立的夹具装配模型的基础上 提出了基于需求 功能 特征 结构 Requirement Function Feature Structure RFFS 的映射模型 建立了工件装夹面域的关联网络模型 定义了组合夹具元件的有向装配关系图 Modular Element Assembly Relation Graph MFEARG 建立了夹具元件的装配关系库 在此基础上研究了夹具组件的生成和组装算法 7 采用基于插件的开发技术 分布式组件策略 软件复用技术和OLE自动化技术等设计策略开发研制出由资源分系统 设计分系统 计算分系统 管理分系统和信息交换分系统组成的原型软件系统 用实例验证了本文所提出的体系结构 关键技术和实施方法 6 会议论文 李爱平 郭重庆