基于知識的計算機輔助夾具設計支持技術研究.pdf

1、夾具作為機械制造業(yè)中的一種重要的工藝裝備，直接影響產品的質量和研制周期?？s短夾具設計周期，提高夾具的設計質量是計算機輔助工藝裝備研究的重要領域，也是提高企業(yè)快速反應能力的一個關鍵環(huán)節(jié)。夾具設計過程是一個基于經驗的機械結構設計問題，需要設計者具備關于設計問題的大量、全面的知識和經驗?，F(xiàn)有的基于通用CAD軟件環(huán)境的計算機輔助夾具設計系統(tǒng)僅能完成一些諸如繪圖、三維建模等方面的工作，在夾具設計過程的集成、設計資源的共享與智能化、知識的處理和重用

2、等方面還不能提供有效的計算機輔助設計的支持技術。如何將具有多樣性、復雜性、經驗性、不確定性等特點的夾具知識形式化、數(shù)字化并以顯式的方式保存下來，提高夾具設計的智能化程度，是計算機輔助夾具設計技術領域的前沿研究問題之一。 本論文在國家自然科學基金項目和四川省應用基礎研究項目的資助下，針對目前計算機輔助夾具設計技術研究中存在的問題，將知識工程與夾具設計過程結合起來，重點研究夾具設計知識描述、分類、發(fā)現(xiàn)以及重用的基本原理和智能化夾具設

3、計中的知識求解技術，探討一種能支持夾具整個設計過程的智能求解技術，開發(fā)基于集成知識資源的計算機輔助夾具設計支持系統(tǒng)。本文的研究成果和特色如下： （1）在分析基于知識的計算機輔助夾具設計支持系統(tǒng)的功能需求及其與傳統(tǒng)計算機輔助夾具設計系統(tǒng)區(qū)別的基礎上，構建了由界面層、應用程序服務器層和資源層形成的計算機輔助夾具設計支持系統(tǒng)的總體層次體系結構，提出了一種由資源分系統(tǒng)、設計分系統(tǒng)、計算分系統(tǒng)、管理分系統(tǒng)和信息交換分系統(tǒng)所組成的計算機輔助

4、夾具設計支持系統(tǒng)的軟件功能模型，通過5個功能分系統(tǒng)的協(xié)同工作而形成一種支持夾具智能化設計的環(huán)境平臺。 （2）詳細分析了夾具設計信息，提出夾具元特征的概念，建立了集成定位元特征、夾緊元特征、元件元特征、裝配元特征、精度元特征、性能分析元特征的夾具信息模型，并采用BOOCH方法建立了與夾具設計相關的產品信息模型和制造信息模型，使其為設計制造過程中所有要求夾具輸入的活動提供足夠的信息支持。在此基礎上，研究了信息集成和信息共享的實施技術

5、。 （3）在對夾具設計知識形態(tài)分析的基礎上，提出基于知識元的設計知識統(tǒng)一描述方法。采用面向夾具設計知識重用的知識模型構建方法，針對夾具設計知識分為由工件幾何、夾具元件等知識元組成的重用型設計知識和由夾具設計過程中所應用的推理過程組成的決策型設計知識兩種類型，將知識模型分為綜合任務和分析任務，定義了可以用于知識共享的知識元對象的知識模板，從而縮短知識模型的開發(fā)時間。 （4）為了實現(xiàn)這些知識資源的有效共享，采用面向夾具的設計

6、過程基于主題的方法構建了包括設計資源庫、設計實例庫、設計知識庫和設計模型庫所組成的夾具集成知識資源平臺，采用多維數(shù)據(jù)模型結構實現(xiàn)資源庫之間的協(xié)同工作。其中實例庫的構建采用多層次抽象實例庫結構，設計了一種改進的層次凝聚法對實例數(shù)據(jù)進行聚類分析，并定義了夾具設計知識庫的關系存儲模型。同時重點研究了產品設計支持系統(tǒng)中的關鍵問題－零件庫的構建，提出了一種將工程設計中的零件庫信息抽象為類層、實例層和具體實例層的三層結構模式，形成工程設計中數(shù)字化零

7、件庫系統(tǒng)的多表達機制。 （5）提出了“規(guī)則＋實例”的混合知識推理方法，并應用在夾具的方案設計中。研究了方案實例推理中的相似度計算模型以及獲取的方案實例的修改和調整方法。在夾具配置設計中，提出基于功能實例推理的設計方法，通過將夾具結構功能性分解進行實例推理，獲取的配置實例可以采用基于幾何和基于功能兩方法進行沖突裁決。 （6）在采用面向對象方法建立的夾具裝配模型的基礎上，提出了基于需求－功能－特征。結構（Requiremen

8、t-Function-Feature-Structure，RFFS）的映射模型，建立了工件裝夾面域的關聯(lián)網(wǎng)絡模型，定義了組合夾具元件的有向裝配關系圖（Modular Element Assembly Relation Graph, MFEARG），建立了夾具元件的裝配關系庫，在此基礎上研究了夾具組件的生成和組裝算法。 （7）采用基于插件的開發(fā)技術、分布式組件策略、軟件復用技術和OLE自動化技術等設計策略開發(fā)研制出由資源分系統(tǒng)、設