基于知識工程的數控刻楦機設計系統(tǒng)

1、基于知識工程的數控刻楦機設計系統(tǒng)劉巖，童水光，徐立（浙江大學化工機械研究所，浙江杭州；浙江大學熱工與動力系統(tǒng)研究所，浙江杭州）摘要：詮釋了知識工程（）概念，并對系統(tǒng)的推進過程進行了探討采用模糊推理策略完成了知識庫的創(chuàng)建，以為平臺基于知識熔接（）技術開發(fā)了基于的刻楦機結構設計系統(tǒng)綜合運用知識工程技術、虛擬設計技術等，研究了其計算機輔助概念設計（）流程及各應用子系統(tǒng)的功能結構刻楦機刀具設計系統(tǒng)解決方案實例中，模糊推理與知識熔接相結合，方便的模糊修改以及系統(tǒng)的模型自動生成實現了快速設計該系統(tǒng)從一定程度上實現了刻楦機的智能設計，積累了設計經驗和知識，縮短了產品生命周期關鍵詞：刻楦機；知識工程；虛擬設計

2、；模糊推理；知識熔接中圖分類號：瑪文獻標志碼：文章編號：（），兒，訖“口尹，厶（，鋤偉，鏟，柚，；幛踟，鋤礎，硼”，）：西（）（），奄：；舀（）；（）一種新的戰(zhàn)略方法，系統(tǒng)通過面向對象的計算機語言描述在軟件中得到發(fā)展應用，通過工程知識驅動產品設計過程來彌足系統(tǒng)工程中系統(tǒng)在不同的沒計團隊之間形成標準化設計規(guī)則，利用軟件工具和技術捕獲、重用企業(yè)的智能資當前的系統(tǒng)大多無法融入領域設計原理和知識、同類設計以及專家經驗等，無法實現知識型資源的重用，設計者仍需進行大量的重復性設計工作，延長了設計時間這種產品生命周期的離散性迫使尋求無縫技術解決方案知識工程（）提供了收稿日期：基金項目：浙江省重大科技攻關項目

3、（）作者簡介：劉巖（一），男，河北滄州人，博士研究生（），主要從事等研究童水光（一），男，浙江衢州人，教授，博士生導師（），主要從事等研究】產以及產品專業(yè)技術，提高了產品（），（一），（），（），（）等指標制造業(yè)公司引進系統(tǒng)勢在必行【。文中通過對知識工程的研究，用知識驅動的深層設計理念建立刻楦機總體設計系統(tǒng)，縮短了刻楦機設計開發(fā)的生命周期的概念及內涵是（蟾，包括知識庫、知識規(guī)則、邏輯推理等）與系統(tǒng)的有機結合體，是多技術交叉、滲透與集成建立的新型開放式技術，迄今為止尚未建立完備的體系，定義也尚無公認文中綜合分析眾多學者和公司的觀點【】，對其進行了詮釋：是利用技術，尋求并記錄用來策劃設計和完成產品

4、、項目的知識，通過規(guī)劃、提取、抽象、描述、建模分析以及信息重用將領域知識和設計經驗基于邏輯條件規(guī)則融于設計系統(tǒng)，實現知識與工具的繼承、集成，達到快速最優(yōu)化設計一個有效系統(tǒng)由產品設計專業(yè)知識、開發(fā)設計規(guī)則的過程設計專業(yè)知識、系統(tǒng)的程序設計能力、結構解決專業(yè)知識、系統(tǒng)集成專業(yè)知識等必要組成系統(tǒng)推進過程如圖所示，通過對現存設計及規(guī)則的研究，捕捉設計意圖，構架自動設計過程，構建數學模型，創(chuàng)建應用程序，利用和系統(tǒng)集成應用捕捉設計意圖構建數學模型發(fā)布設計零部件圖系統(tǒng)推進過程叩基于的刻楦機結構設計系統(tǒng)刻楦機總體設計大體分為機械結構設計和數控系統(tǒng)設計，涉及、結構與強度、機械設計、材料、自動控制等多學科領域利用

5、技術在總體設計階段分析刻楦機（廣義上的銑床）領域知識及設計經驗，預測系統(tǒng)的運動杼陛，對于減小開發(fā)風險、縮短刻楦機開發(fā)的產品生命周期具有十分重要的意義文中綜合運用技術、虛擬制造技術、技術等先進制造技術，構建了基于的刻楦機結構設計系統(tǒng)（不含數控系統(tǒng)），如圖所示麗闡應用模塊機床本體虛擬設計系統(tǒng)分（）人機對話模塊布幽，式異刻楦機系統(tǒng)構幽義§人計、知“機、界、用戶算口復輔助設計面機邕蚓識分析系統(tǒng)硬麗聞庫（）件零部件庫性能評估系統(tǒng)圖基于的結構設計系統(tǒng)衄（）計算機輔助概念設計是通過計算機輔助設計人員實現從產品開發(fā)需求到求得功能原理理解的映射設計流程分解為“方案的策劃、分析、評估、整調”項子活動“策

6、劃”：在設計初期，對市場、用戶進行調研確定設計需求，根據機理初定整機及主要零部件的功能、運動方式，編寫設計任務書，進行總體設計計算通過設計團隊的創(chuàng)新研發(fā)以及借鑒他人經驗初步確定結構形狀，基于操作平臺，利用在中的集成知識熔接技術推理機，進行幾何模塊的參數化虛擬設計（包括建模、裝配、優(yōu)化等工作）設計中重用知識庫中的各種知識和規(guī)則驅動、選擇和裝配相應的模型，同時生成的規(guī)則也可以動態(tài)擴充知識庫部裝之后確定整機必要尺寸并進行整機裝配，基于產生的裝配體不同于簡單的幾何裝配體，而是一個智能的，可以根據設計參數的需求要智能產生新裝配體“分析”：運動仿真，進行干涉檢查，利用基于知識的系統(tǒng)，對總體設計進行性能、強

7、度、剛度、振動模態(tài)等特性的分析“評估”：根據企業(yè)的技術水平和加工條件，參考材料、加工工藝、手段，對整機的經濟性進行結果評估，與上游提出的要求進行比較“整調”：基于系統(tǒng)的設計是一種漸進的過程，通過不斷的知識推理，對評估為“不可行”的方案進行調整修改，并重新分析和評價，直至“可行”，并驗證得到最優(yōu)化設計方案機床本體概念設計流程如圖所示基于的刻楦機設計流程【?！葵悰_纛旦皇卜一主要設計參數性能確定選擇性解決方毫戶號藁夏磊主要零件參數化建模，并部裝，確定整機基本尺寸剽崮擎裂掣整機裝配一剝蜜嘔壓磊荔誦（技術經濟分析結果）否入是最終解決方案，總體布置卜詳細結構設計圖基于的概念設計流程蚰知識庫及模糊推理知識庫

8、的構建是基于智能優(yōu)化設計研究的重要核心內容【，。本系統(tǒng)知識庫采用模糊推理策略，工程設計中的模糊推理匹配是一種簡化的模糊推理機制，同時又有著自身的特點設為待求設計問題，曰為知識庫中模型數據口記為中約束屬性值，記為曰中屬性值約束模糊推理模型采用的是意川×雪，“×”表示求笛卡爾積，袁川代表對曰的模糊關系矩陣模糊取式（）和模糊拒取式（）是模糊近似推理的兩條規(guī)則：“若茁是，則是”表示為秀互。袁川；：“若是，則戈是口”表示為袁川。西，其中“。”為模糊矩陣的合成運算對于同時存在幾條規(guī)則的情況，即句型為“若茗是口，則是；若戈是口，則，是；若戈是口，則是”的語句中，如果口；，中有模糊概念，則

9、此句型稱為多重模糊條件語句，并記為“若。（菇）貝雪。（，），若：（髫）則秀：（），），若；（戈）則魚（）”其模糊關系有如下模型：（×）（×曰）（×）文中采用加權貼近度法衡量兩個模糊概念的相似度記與口屬性集相應權重集記為，則加權貼近度為（，）驢（，；）建立到曰的模糊映射為蠢（，），知識庫的構架如圖所示岳善高劃剛邕型匹到已竺圖知識庫構成九應用子系統(tǒng)的功能結構鞋楦本體虛擬設計系統(tǒng)機械產品設計是一個知識驅動的創(chuàng)造性過程通過設計知識驅動產品幾何模型是實現基于的參數化虛擬設計的關鍵，對模型的要求要有基于知識的公用建模標準和方法，以便設計制造各階段數據的繼承、重用、共享和無縫鏈

10、接及設計的可移植性刻楦機本體虛擬設計系統(tǒng)構成如圖所示堡蘭至查】總體性能參數確定一蘭曼堡生翌望壁州苧王竺竺生堡堡鹽虛擬設計產品【孽畫畫畫圖刻楦機本體虛擬設計系統(tǒng)構成昏陀￥是將技術與系統(tǒng)集成且深層次嵌入于系統(tǒng)的高級技術，使工程規(guī)則與系統(tǒng)的對象模型膠合技術的獲取有創(chuàng)成方式和幾何采納方式，創(chuàng)成方式是使用語言編程生成文件，建立產品模型，過程相對比較復雜幾何采納方式是采納系統(tǒng)中建好的幾何對象并用工程規(guī)則驅動通過創(chuàng)建實例使用這些規(guī)則，在虛擬設計的各階段將知識融入其中，例如整體布置、零部件特征設計中相當部分規(guī)范為公式或規(guī)則按照不同的層次關系，將參數化關聯(lián)尺寸細化為全局級、部件級及零件級關聯(lián)整體設計過程分為總體

11、設計和詳細設計，分別采用自上而下和自下而上的設計策略，實現“零件一部件一總裝一虛擬樣機”的設計過程，運用面向對象技術將過程和概念封裝鞋楦系統(tǒng)鞋楦系統(tǒng)是集鞋楦計算機輔助設計、輔助加工及動態(tài)模擬加工過程于一體的集成綜合系統(tǒng)整個系統(tǒng)主要圍繞著鞋楦數據進行分析和處理，包括數據的輸入輸出、數據間的通訊、數據的存貯及顯示、數據的各種變換修改等等其最終目的就是要在測量點數據的基礎上設計出一定型號的適于數控加工的鞋楦數據，并在此基礎上進行數控加工的刀具軌跡運算（圖所示），利用生成的代碼，進行虛擬加工仿真（圖所示），實現對加工中的刀具移動、切削等過程的監(jiān)控和對加工代碼正確性的驗證這種方法大大縮短了生產的準備時間

12、圖無干涉刀位軌跡圖鞋楦虛擬切削仿真舢“輔助分析設計系統(tǒng)設計過程是一個多因素耦合制約的復雜過程，依賴于設計人員的經驗知識，借助輔助分析系統(tǒng)，對結構強度、加工工藝、動態(tài)特性、運動等進行相應的分析、仿真，從而實現快速優(yōu)化設計將參數化虛擬設計的幾何模型導入輔助分析設計系統(tǒng)，建立有限元分析模型，進行結構靜力學和動力學分析、結構靈敏度分析、刀具系統(tǒng)固有特性和動態(tài)響應分析結果動態(tài)輔助了產品的設計過程刀具系統(tǒng)是鞋楦機重要組成部分，兼顧一些標準件的選擇以及經驗設計（譬如傾斜角度）等，其設計往往是反復的，要根據后續(xù)的運動仿真，振動分析等改變設計方案在構造的設計平臺下利用模糊推理集成程序對參數進行分析，決策，在人工

13、參與修正下快速選擇設計，借助平臺，利用自動完成三維實體參數化建模，通過接口在】系統(tǒng)中對刀具系統(tǒng)進行分析（強度、振動、轉子等），根據結果不斷修正，直至滿足要求確定最終結構設計尺寸其交互界面如圖所示依靠的文本修改、輸入修改以及分析數據修改等方便完成模糊修改，裝配模型及分析能夠保持完整性模糊推理嵌入系統(tǒng)，彌補了一般限于規(guī)則框架推理的不足，系統(tǒng)利用知識庫選擇設計方案，快速完成刀具系統(tǒng)設計，一定程度上實現了智能設計圖刀具設計系統(tǒng)交互界面如實現了工程設計與系統(tǒng)的無縫連生命周期的核心，使過程中繁瑣的部分自動化，加快了過程設計時間，充分利用節(jié)省的時間去創(chuàng)新，尋找參考文獻（）孫學軍，何玉林，杜靜面向知識工程的摩

14、托車產品信息建模研究計算機集成制造系統(tǒng)，（）：，肋，印眥歷把卯覦肘口觸嘶昭如把，（）：一（）倪益華，楊將新，顧新建，等基于知識的集成的系統(tǒng)框架研究計算機集成制造系統(tǒng)，（）：一結論接，是技術與先進制造業(yè)技術發(fā)展中縮短產品更多的選擇文中提出了基于的刻楦機總體設計系統(tǒng)的結構、概念設計流程以及各子系統(tǒng)功能與解決方案，在設計開發(fā)中大大縮短了刻楦機的設計周期，并對知識的積累和沉淀起到了積極的作用在此基礎上可進一步針對更多的關鍵技術展開深入的研究設計應用實例【】，肌，一李強，何仁，商高高動力傳動系統(tǒng)優(yōu)化匹配專家系統(tǒng)的知識庫構建江蘇大學學報：自然科學版，（）：，一鵲西船，腴刪訛咖刪增跏一衍，（）：一（），帆印如啪，脅，爐訛巧婦：訛以如腳尉如凡，（）：（）黃緯基于工程對象的專家系統(tǒng)開發(fā)技術江吼訊刪如岍腳。廠施凡洳（）：一講船咖，印，蘇大學學報：自然科學版，（）：鷸西印印粕粕山，西如“口曠口，渺魄，夠），：，砌椰渺：訛“碰詒胱黝如，（）：一（）鵲：明唧啪池咖，（責任編輯祝貞學）：一，（上接第頁）（）對不同閾值剔除后模型預測精度進行了比較，發(fā)現當權重系數時，其預測精度最好閾值的設定是異常樣品剔除的關鍵，閾值的過大或過小會造成對樣品的剔除不夠或剔除過多，這樣就會導致模型的穩(wěn)定性和