基于知識工程的智能夾具設(shè)計系統(tǒng)構(gòu)建研究.pdf

1、工件的裝夾是加工過程的一個重要方面，對生產(chǎn)質(zhì)量、時間和成本都有極大的影響。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，特別是CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，人們開始用計算機來繼承設(shè)計知識和經(jīng)驗，通過系統(tǒng)化的方法輔助夾具的設(shè)計與分析，并重點研究自動化的方法以支持夾具方案的概念設(shè)計和詳細設(shè)計。在這一背景下，論文圍繞智能夾具設(shè)計系統(tǒng)的構(gòu)建問題，以知識工程方法學(xué)為指導(dǎo)，展開計算機輔助夾具設(shè)計(CAFD)系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)的研究，主要工作包括：
　　 為了提高夾具設(shè)計系

2、統(tǒng)的實用性和改進設(shè)計過程，基于知識工程進行智能夾具設(shè)計系統(tǒng)的構(gòu)建。論文引入CommonKADS方法來指導(dǎo)CAFD任務(wù)的分析和知識獲取，通過它提供的CML語言構(gòu)建了夾具設(shè)計知識模型，刻畫了知識的上下文和相互依賴關(guān)系。在該模型中，領(lǐng)域知識將夾具設(shè)計涉及的知識項概念化，任務(wù)知識描述夾具設(shè)計任務(wù)的分解和控制策略，推理知識描述基本推理步驟和推理結(jié)構(gòu)。這一分析與構(gòu)建過程把不同類型的知識區(qū)分層次，引導(dǎo)我們以類似軟件工程的方法來探索知識密集型系統(tǒng)的開發(fā)

3、。所獲取的知識包含靜態(tài)知識以及夾具設(shè)計問題求解的組織與推理控制知識，為后續(xù)的研究和知識系統(tǒng)構(gòu)建工作提供了一個堅實的基礎(chǔ)。
　　 針對CAFD領(lǐng)域存在的設(shè)計知識重用困難問題，論文提出了基于本體的夾具設(shè)計知識表示與推理方法。遵循CommonKADS知識模型的結(jié)構(gòu)化構(gòu)建方法，采用OWL來構(gòu)建分層的夾具設(shè)計知識本體，借助Protégé系統(tǒng)定義了該領(lǐng)域的基本概念，如裝夾特征、元件、關(guān)系與約束等。該本體也定義了“規(guī)則類型”概念，用于收集具體

4、的設(shè)計規(guī)則，并用SWRL來描述，建立一個語義清晰的夾具設(shè)計知識庫，分離了事實和推理。該本體采用了層次結(jié)構(gòu)，便于擴充和修改，具有較強的推理能力。
　　 由于夾具規(guī)劃中工件形狀和加工工藝的復(fù)雜性，夾具規(guī)劃的優(yōu)化較少研究，往往延遲到校驗階段才進行，存在不少弊端。論文提出基于Kohonen自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的裝夾面分組與選擇算法和基于遺傳算法的定位點優(yōu)化算法，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來處理裝夾面選擇中各種復(fù)雜的影響因素，選擇最佳的裝夾表面；在此基礎(chǔ)

5、上，參考夾具校驗的一些結(jié)論，通過一些參數(shù)來模擬工件的穩(wěn)定性與變形特性，利用遺傳算法進行組合優(yōu)化，確定最優(yōu)定位點。
　　 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計是CAFD系統(tǒng)的核心，但現(xiàn)有的CBR方法和基于生成的方法設(shè)計效果還不理想。為此論文引入“典型結(jié)構(gòu)”概念以擴展夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計的概念模型，它融合了CBR方法和基于生成方法的概念模型的優(yōu)點，不僅包含設(shè)計意圖，也包含結(jié)構(gòu)信息。在此基礎(chǔ)上，完善基于圖論表示的分層夾具結(jié)構(gòu)模型，以利于設(shè)計問題的分解和設(shè)計元素的重用

6、。借助該分層結(jié)構(gòu)模型，本文進一步提出了基于圖規(guī)劃算法的夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。在設(shè)計過程中，先確定夾具方案所用的典型結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建順序，形成了夾具結(jié)構(gòu)的骨架，然后在功能組件層從目標狀態(tài)出發(fā)進行圖擴展，達到初始狀態(tài)后搜索規(guī)劃圖生成功能組件。由于本方法是在局部結(jié)構(gòu)上進行目標導(dǎo)向圖規(guī)劃，并以啟發(fā)性信息指導(dǎo)搜索過程，縮小了規(guī)劃圖規(guī)模，改善了設(shè)計效果，提高了設(shè)計效率。
　　 在上述研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)了智能夾具設(shè)計原型系統(tǒng)。介紹了該系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和