基于案例推理的两级齿轮减速器系统的设计外文文献翻译、中英文翻译
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基于案例推理的两级齿轮减速器系统的设计作者：JI Aimin，HUANG Quansheng，XU Huanmin，CHEN Zhengming摘要:两级齿轮减速器的设计,是一项冗长沉闷而又费时的过程。为了提高我的效率和在智慧的设计过程中，将案例推理(CBR)技术应用于两级齿轮减速器的设计。首先，对当前两级齿轮减速器的设计方法进行了分析,并描述了CBR的原则。其次，根据减速器的特点,CBR的三个关键技术进行了研究并提供了相应的方法，方法如下：(a)面向对象的知识表示方法(b）结合感应索引的最近邻检索方法（c)一定情况下适应算法结合基于规则的修订和人工修正。再者，为了提高案例检索的可信度，一种新方法确定权重和相似的特征提出了公式，那就是组合加权法和层次分析法(AHP)和粗糙集的理论。最后，根据上面的分析结果,设计系统CBR的两级减速器是在VC + UG和Access2003基础上发展的。一种新方法提供了两级齿轮减速器的设计。如果上述开发系统应用设计两级减速器设计可以提高效率,使设计师从乏味的设计减速器的过程释放,把更多精力放在创新设计。研究结果充分反映出CBR技术在机械零件的设计的过程的可行性和有效性。1 介绍 传统的两级齿轮减速器的设计方法是一个耗时的过程。即使现在CAD是在设计过程中,使用传统的限制设计方法并没消除。为了改变这种情况,许多人所做的研究减速器的设计方法，主要包括减速器的参数化设计和专家系统(ES）。这两种方法有各自的缺点：参数化设计,每个部分的关系需要充分考虑,因为一个参数的改变可能会导致改变其他参数或减速机的结构，那就需要设计师熟悉减速机,并能够使用设计软件包括函数的参数化设计。此外知识学习是非常困难的在减速器专家系统中，因为一些专业知识与规则是非常困难来表达的。CBR可以改善这两种缺点。在CBR存在情况下新情况下完成的基础上,所以可以通过新的情况修改部分或直接利用存在的案例 而且案例取得比规则更容易取得,因为主要知识在CBR的案例中。事实上，案例通常比规则或模型提供更多的信息。许多研究人员已经做了大量工作，关于CBR在工程中的应用。SUN ,开发了一个智能夹具设计CBR系统。KWONG，引入了一个方法来确定适当的发展CBR注塑参数的系统。LIU，提出检索算法结合聚类技术来定位相似案例说明了机械设计CBR系统的可行性。PETERL，开发了一个自动化的关于CBR的知识系统，可以智能支持预处理阶段分析工程接触力学域。X10NG，提供应用和创新基于CBR的概念设计方法,体现了工业设计的知识。开发的系统简化了概念设计过程,帮助设计师,并为产品长期发展提供基础。然而上述工作的注意在CBR理论研究优于CBR技术与机械产品结合。因此,采取两级齿轮减速器为例,整个机械部分将讨论在CBR的过程。2 CBR中的关键技术 CBR是一种类似或类比方法。当一个CBR系统解决一个新问题,它检索或更多的情况下从前期案例最类似于新问题的情况，并修改情况满足新条件。CBR的流程图如图1所示。根据CBR的流程图,产品设计的发展在CBR系统需要解决一些问题,包括案例的描述,案例的检索、案例修改、案例研究和案例基础例描述维护,案例检索和案例修改被称为三个关键技术。 案例描述行为是案例数据编码的结构与一些传统计算机所接受的标记。案例可以通过一些方法包括描述包括火焰、对象、谓词语义网络和规则,等等,其中,框架和对象是最常用的。 案例检索是一个找到一个相互关联的过程案例特征指数或更多的类似案件相似。Ref.，将案例检索分为三个部分:特征识别,初级匹配和最佳选择。本文把案例检索分为四个部分:主要特征提取、特征识别，初级匹配和最佳选择。数据采集的数据集通常包括许多属性和特征，一些属性数据跟采集无关。那些不相关属性影响数据采集的效率。删除那些不相关的属性可以提高数据采集的效率,使数据采集的结果更容易理解。特征提取的主要的目是在建立有效的索引的情况下基础选择关键特征。特征识别目的是在新情况下选择关键特征识别。特征识别可以经常作为提取关键特征的参考，因为它包括一个丰富的属性特征，所以两级减速器关键特征的提取更重要。这些典型的案例检索方法包括最近邻,感应索引,神经索引知识和模板检索。 案例修改是修改最佳匹配的过程，以满足新的设计需求,最常用的方法包括人工修改,知识密集修改和知识短缺修改。3 在CBR中两级齿轮减速器的设计3.1 案例构建3.1.1案例描述 本文使用面向对象的案例表示模型层，提供了一个统一的对象。面向数据模型,即提供各种各样的面向对象的概念,数据结构,维护操作和灵活的扩展,并提供屏蔽具体数据库的关系模型,并建立一个透明的对象转换机制映射原则,进行合理、有效的管理。对象模型的映射原则是上层之间的转换关系，是一种面向数据模型和底部的关系模型之间的某些关系对象模型层,数据库,和其他功能模块如图2所示。两级齿轮减速器是一个复杂的装配，为了方便表示,将两级减速器分成五个组件类和两类零件类。五个组件类是高变速齿轮组,低速齿轮组团式、高速轴中间轴承,轴和轴承和低速轴和轴承,两个零件类是护罩和机架。这些组件类可以被拆分成零件类。最后，每一零件类映射到它底层关系数据库表，因此,在图3给出了两级齿轮减速器中面向对象的知识模型。3.1.2 案例构建 根据在图3中的两级齿轮减速器案例的表示模型，两级齿轮减速装置及其组件的特征属性值被映射到底层数据库,因此基础是怎么建。在底层数据库每一个表包括一个“案例数”域，这种关系建立在每一个零件和减速机映射的表所包括的“案例数”上。图4显示了案例存储方式的基础是两级齿轮减速机的数据库软件Access。由于有限的空间，本文没有列举在Access中零件的储存方式。3.2 案例检索 本文应用最近邻和感应索引相结合的检索方法,因为两级的设计齿轮减速器是一种有着悠久历史的体验过程,两级减速器包括许多案例。所以，最好使用感应索引做一个粗略的检索和使用最近邻索引做一个很好的检索。图5显示了详细的检索过程。现在,反过来论文描述了两级齿轮减速器的设计系统在CBR中案例检索的子进程和方法。3.2.1 关键特征提取 原始案例基础是的特点是在关键特征提取前的预处理。 （1）数据的预处理。离散归一化处理定量参数转换到平等高频定性参数时间间隔 。平等高频定性参数的原则是最初的区间划分为小的时间间隔(N是一个离散数量由用户),而每一个小的时间间隔几乎相同数量的数据。第一个和最后一个间隔是扩展摘要:上限第一次间隔改为零,和上一个下限间隔改为无穷大，那就确保一个属性值的情况下有一个对应的小间隔，因为CBR是一个不间断的过程研究(案例将不间断地增加的数量）, 避免这种小间隔时再次分裂，而且新添加和检索的新案件不是超出了原来的属性值。N间隔等同于0,1,2,n - 1。定性特征属性分配给“0、1” 以增加或减少命令。例如，在原始案例中“精确级减速器”三个选项供用户选择：分别按照上述方法，类的7、8、9可以表达为1,0.5,0。布尔属性的属性值很容易确定：相同的是1. 0，不同的是0。 （2)关键特征选择。这些显然不相关的特征不直接考虑数据采集。然而,许多特征很难确定其在数据采集的意义。这些特征选择需要有效策略。这篇论文使用决策树来选择大小的主要特征，信息增益决定建立索引树的关键，特征的信息增益算法，可以再保险决定属性。 两级减速器的关键特征选择，在原始案例基础下，显示如表1给出。 首先,显然无关的特征数据采集是直接淘汰。其他的特征变成离散归一化处理定性属性，然后选择上述的信息增益算法。其次，传动功率的属性分为三个小间隔根据上述提到的等频率间隔：（0，1 0)，1 0，20and(20，)。定性数值范围分别为0、1、2。传动比的属性，分别将使用寿命和传输效率划分为若干个相应的小间隔。每个时间间隔数值范围是用0，1、n表示。齿轮驱动的布局分为两个类型。开发配置用0表示,恢复配置代表1.离散处理的结果得到表2。 布置形式的属性被视为识别属性和其他属性作为决策属性。基本分为两个根据识别属性类。第一个类是由6个案例的布置形式扩展形式,第二个安排形式是由其他情况下的同轴形式安排。根据算法的信息增益,很容易获得收益的信息的所有属性如下：Gp=0.29,Gt=0.12,Gk=0.29,G=0.01。因此,属性传动功率的传动比和寿命可以选为主要特征的价值特征属性。3.2.2 初级匹配初级的匹配是,从一组案例下选择与当前设计相关案例的过程。这一过程是通过索引树实现的由所有关键特征和决策信息获得计算。如图6所示的索引树中初级实现了基于匹配的情况索引树。3.2.3 最好的选择 最好的选择是一个过程,最好的情况是选择从初级匹配的情况下获得的。最好的情况下选择最近邻,也是计算体重的关键特点和案例的相似度如此不可或缺的。 （1）权重的特点 权量特征的特点是用来评估可以影响精度的重要性推理的结果。根据最初的来源信息的方法确定的重量特点可以分为两类：主观方法和客观的方法。主观方法的信息来自专家,和信息的目标是统计原始数据。两级方法的代表方法是层次分析法(AHP)和粗糙集理论。层次分析法是一种决策方法，决策问题分为包括目标、规则、项目等一些层次结构,定性分析和定量分析。使aij的i维度比j重要。重量wli的i通过下面方程计算出来：，i=1,2,.n (1) 粗糙集理论是一种数据的推理方法鉴于知识分类,适用于分析依赖降低知识和特征属性之间,而且解决了问题的特征属性的重量相似度度量。重量计算的有关公式给出如下: 本文应用层次分析法的方法和粗糙集理论这两种方法是为了补偿缺陷。组装的组合方法根据线性叠加原理,材料组合形式如方程所示： （5） 根据相结合的方法,减速机的主要特点的三个权重分别获得，如传动功率的属性：w1=0.52;传动比的属性：w2=0.28;寿命属性：w3=0.20。（2） 类似 两级减速器的特征值由定量和定性的参数组成。因此,本文提出了一种新的案例相似度的算法，表示如下:特征的相似度：两种案列的相似度： 假设按表3的设计条件去设计两级齿轮减速器，检索如表4的两个案列。 每个关键特征的权重分别是0.52,0.28,0.20。根据方程（6）-（8）可以得到这个案例的相似度，计算过程如下：3.3 案例修改 本文采用修正的组合规则和人工修正修改情况。修改流程图在图7中给出。规则包括经验公式,计算公式。例如，小齿轮的宽度通常是一个齿轮增加5 1 0毫米。限制是评估设计的可行性主要措施，如运用经验公式计算齿轮齿面接触疲劳强度,齿轮齿根弯曲疲劳强度等。4 总结 （1）两级减速器通过面向对象的知识模型，这样方便和准确的表达减速机的知识和有利于检索。 （2）根据两级齿轮减速器设计的实际情况，组合加权法AHP和粗糙集理论,提出了可以提高案例检索的可信度。 （3）关于CBR的两级齿轮减速器的设计系统，使两级齿轮减速器的设计更容易,更快捷和更多可以使用智能方法，以及其他组件对CBR的参考。 （4）在两级减速器设计中运用CBR的前提条件是要有足够的先前案例。如果需要两级减速器满足特殊的设计要求，那么相关案件必须添加到基础案例上。参考文献1CADET Sycara KA casebased synthesis tool for engineeringdesignJInternational Journal for Expert System，1992，4(2)：57-88【2】YANG H，LU W FL1N A CA case-based progress planningsystem for machining of rotational partJJournal of IntelligentManufacturing,1994，6(5)：41l_43O3AGNAR Aamodt， ENRIC Plaza Casebased reasoning：foundational issues， methodological variations， and systemapproachesJArtificial Intelligence Communications，1994，7(1)：39594SUN Shuhuang，CHEN Jahau LewisA fixture design system usingcasebased reasoningJ Engineering Application ArtificialIntelligence，1996，5(9)：533-540【5KWONG C K，SMITH G E LAN W SApplication of case basedreasoning in injection mouldingJJournal of Materials ProcessingTechnology,1997，63：463-4676】LIU Jiali，YAN Xiangbin，QI Wei，et a1A casebased reasoningsystem for mechanical designC，2DD8 International Conference onManagement Science&Engineering a5th)，Long Beach，USA，September 1 122008：5855907WRGGERS Peter,SIPLIVAYA Marina，JOUKOVA Irina，et a1Intelligent suppoof the preprocessing stage of engineering analysisusing case-based reasoningJEngineering with Computers，2008，24(4)：383_4O48】XIONG Hongyn n， SUN Surong Design and realization ofcasebased reasoning product conceptual design systemC，2fJ0 7thInternational Conference on Computer-Aided Industrial Design andConceptual Design，Hangzhou，China，November 1719，2006：1-4 【9CHEN Wenwei，HUANG JincaiData warehouse and dataminingMBeijing：Post&Telecom Press2004(in Chinese)【10】MENG YanniResearch on design of gear on CBRDXian：Northwestern Polytechnical University,2006(in Chinese)1 1】OCIEPK
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