外文翻譯--基于級進模沖壓工藝規(guī)劃的黑板架構(gòu)（譯文）

1、<p><b>　　中文5028字</b></p><p>　　A knowledge-based blackboard framework for stamping process planning in progressive die design，13.1.4，Blackboard framework for stamping process planning，G.A. Br

2、itton etc. 2003.10.3.</p><p>　　Springer-Verlag London Limited，2004.Page14。</p><p>　　基于級進模沖壓工藝規(guī)劃的黑板架構(gòu),13.1.4，黑板架構(gòu)沖壓工藝規(guī)劃，G.A. Britton等.2003.10.3.</p><p>　　斯普林格倫敦有限公司，2004.第14頁。S.B. T

3、or · G.A. Britton · W.Y. Zhang</p><p>　　基于級進模沖壓工藝規(guī)劃的黑板架構(gòu)</p><p>　　收稿： 2003年10月3 /接受： 2003年11月21 /網(wǎng)上公布： 2004年12月1</p><p>　　©斯普林格倫敦有限公司2004年</p><p>　　摘要： 人

4、們普遍的認為在級進模設計中，在脫模布局的沖壓工藝規(guī)劃是一項重要的任務。然而，沖壓工藝規(guī)劃不僅是門科學，更是一門藝術。盡管在人工智能領域最近取得了些進展，使其在結(jié)合嵌入式情報和接收裝置方面成功的解決了相關的設計問題。但最主要的困難是在沖壓工藝規(guī)劃中，現(xiàn)有的基于學科知識的專家系統(tǒng)在合作的決策環(huán)境中缺乏一種組織各類參差知識資源的結(jié)構(gòu)。本文提出了一種基于學科知識的黑板架構(gòu)沖壓工藝規(guī)劃。通過自動化的脫模布局設計來加速級進模的設計過程。這個例子能顯

5、示這一方法的有效性。</p><p>　　關鍵詞：黑板架構(gòu)；基于圖像的；基于學科知識的；面向?qū)ο蟮?；級進模設計；沖壓工藝規(guī)劃 </p><p><b>　　1簡介</b></p><p>　　在大規(guī)模生產(chǎn)中，級進模生產(chǎn)鈑金件已被廣泛應用于各種行業(yè)，如航空航天，電子，機床，汽車，制冷。這些級進模具有穿透，開槽，切斷，沖裁，切縫，彎曲，刨削，沖壓

6、成型，壓花，沖制，修整等其他功能，形成一個單一的安裝工序。因此，級進模通常是非常復雜的。沖壓工藝規(guī)劃和模具結(jié)構(gòu)設計是一項困難和艱巨的任務。</p><p>　　沖壓工藝規(guī)劃始于一個未折疊的由沖壓金屬零件產(chǎn)生的一個平整的模型的模具，接下來通過嵌入這個平整的模型來產(chǎn)生一個空的布局。下一步，被規(guī)劃的沖壓工序和其他工序被分送到模具站。由此產(chǎn)生的規(guī)劃稱作一個脫模布局的典型代表，指導隨后的模具結(jié)構(gòu)設計。級進模的生產(chǎn)率，精度，

7、成本和質(zhì)量主要取決于開模布局和沖壓工藝。然而，沖壓工藝規(guī)劃任然更多的是一門藝術，而不僅僅是一門科學。從歷史上看，沖壓工藝主要依靠半自動化，還有設計者的因走誤區(qū)和錯誤而留下的經(jīng)驗及相關專業(yè)技術和知識。</p><p>　　在人工智能領域最近取得的發(fā)展使創(chuàng)作一種基于人工智能系統(tǒng)的可能性大增。這種人工智能系統(tǒng)結(jié)合嵌入式情報和接收裝置的知識，能解決級進模設計中的一些問題，包括脫模布局設計自動化，與沖壓工藝規(guī)劃有關的各種各

8、樣的學科資源包括：生產(chǎn)一個平整模型的展開知識，產(chǎn)生一個空白布局的穿透布局，沖壓特征到?jīng)_壓工序的轉(zhuǎn)化的測繪知識，形成連續(xù)沖壓工序的結(jié)合知識。一些關于級進模知識的討論，在與我們所學的有關的范圍內(nèi)，在第2節(jié)可以找到。然而，現(xiàn)有的工作是基于傳統(tǒng)的知識學科專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它還是不能有效的管理異構(gòu)知識資源的，這就同時限制了其實用性和可擴展性。</p><p>　　為了有效的解決上述問題，有必要提出一種合作解決問題的策略，使其可

9、以在異構(gòu)知識資源間促進交流，并在綜合架構(gòu)內(nèi)適應不同代表性體系知識。由此，一個由黑板控制系統(tǒng)和少數(shù)獨立執(zhí)行的異構(gòu)資源組成的基于學科知識的黑板架構(gòu)取得了更進一步的發(fā)展。這個架構(gòu)提供了一個合作的決定決策的環(huán)境和便利的混合知識代表性的體系，包括程序，生產(chǎn)規(guī)則和面向?qū)ο蟮年愂觥?lt;/p><p>　　一種原型系統(tǒng)已經(jīng)被實施，應用于面向?qū)ο髮＜蚁到y(tǒng)架構(gòu)的C語言綜合產(chǎn)生系統(tǒng)，這就是通過C++的有接口參數(shù)和基于特征的CAD系統(tǒng)，S

10、olid Edge。舉例說明我們的方法及其沖壓工藝規(guī)劃的有效性.。</p><p><b>　　2，相關工作：</b></p><p>　　上世紀70年代以來，計算機輔助沖壓工藝規(guī)劃的研究曾被廣泛的報道過。工藝規(guī)劃自動化的優(yōu)勢是提高了生產(chǎn)效率，降低成本，實現(xiàn)設計的自動化。</p><p>　　從20世紀70年代中期到80年代中期，級進模設計的第

11、一代CAD/CAM系統(tǒng)開始開發(fā)，盡管其中很少是基于人工智能技術。這些早期的系統(tǒng)的特點是由基本的計算機圖形學設備組成，標準化的模具組件和標準化的程序設計。它們降低了設計和起草的準備時間。但是由于這些系統(tǒng)以傳統(tǒng)的程序性問題編程序語言的形式代表其設計的訣竅，計算機僅僅應用在生產(chǎn)模具零件清單，起草裝配，零件的繪制這些方面。設計者任然需要對大多數(shù)重要的決定做出交互式的選擇，包括脫模和模具布局。</p><p>　　80年代

12、后期以來，世界各地的研究人員做出重大的努力，將各種各樣的人工智能和傳統(tǒng)的CAD方法結(jié)合起來，制定專門的模具設計自動化系統(tǒng)，包括脫模布局設計自動化。</p><p>　　以學科知識為基礎的方法是一種流行的人工智能技術，已用于智能沖壓工藝及模具設計規(guī)劃系統(tǒng)。例如，美國研究人員在馬薩諸塞大學，為一個簡單的鉸鏈部分的設計逐步?jīng)_模所描述的是以學科知識為基礎的系統(tǒng) [ 6 ] 。該系統(tǒng)自動生成的幾何平面格局和脫模布置。自80

13、年代末，研究人員在新加坡國立大學一直在開發(fā)一個智能級進模（IPD）設計系統(tǒng)。他們用特征建模和規(guī)則為基礎的辦法來實現(xiàn)自動沖壓形狀的選擇，脫模布置的發(fā)展，和三維模具結(jié)構(gòu) [ 7 ， 8 ] ?；谔卣鞯年P系樹是描述沖壓金屬零件及其拓撲信息，基于模型的推理和空間推理技術已被應用于推論出某些沖壓過程和指導的總體規(guī)劃進程是為了實現(xiàn)脫模布置自動化。研究人員在印度理工學院已經(jīng)開發(fā)出一種電腦輔助模具設計系統(tǒng)， CADDS ，對鈑金坯件[ 9 ] ,基于

14、啟發(fā)式規(guī)則推理和參數(shù)化編程技術.基于該系統(tǒng)的最大的優(yōu)勢是取得了新一代的快速最有效的脫模布置。利物浦大學的研究人員已經(jīng)在進行逐步穿孔及沖裁模的自動化設計 [ 10 ， 11 ] 。他們的工作是基于應用編碼的技術表示沖壓零件的幾何特征，這是后來用來生成模具穿孔的類型和布置，然后發(fā)展脫模布置自動自動化。華中科技大學的</p><p>　　在國立臺灣工業(yè)技術學院的研究人員已為沖壓工藝規(guī)劃和設計的逐步減少剪切和彎曲模采取各

15、種技術，包括人工智能模糊推理，模式識別，基于規(guī)則推理， BP神經(jīng)網(wǎng)絡，遺傳算法和Petri網(wǎng)的 [ 14-16 ] 。然而他們的工作缺乏明確的和一貫的模式將這些人工智能技術轉(zhuǎn)變成為一個全面的設計環(huán)境。</p><p>　　本文件中，還有一種流行的黑板結(jié)構(gòu)人工智能技術，是通過制定一個黑板的沖壓工藝規(guī)劃的系統(tǒng)。在過去二十年里，黑板結(jié)構(gòu)已成功地應用于多種領域，如語音識別，信號處理，工程設計和工藝規(guī)劃。湯普森和路[ 17

16、 ]用黑板結(jié)構(gòu)提供一個合作的決策環(huán)境，這是適合于并行產(chǎn)品和工藝設計。 Srihari等[ 18 ]通過整合多個KSs開發(fā)了一種實時CAPP系統(tǒng)的印刷電路板（ PCB ），包括規(guī)劃專家和動態(tài)信息處理模塊中的黑板結(jié)構(gòu)。陳等人[ 19 ]開發(fā)了一種并行的產(chǎn)品設計評價系統(tǒng)，采用黑板結(jié)構(gòu)分類將學科知識轉(zhuǎn)化為適合不同KSs以適應定性和定量評價，區(qū)分。</p><p>　　在過去的幾年里，黑板結(jié)構(gòu)已被證明是適合于模具設計，如夾

17、具設計[ 20 ]和注塑成型的設計[ 21 ] ，但這種應用目前仍處于起步階段。Roy和廖[ 20 ]報告的初步調(diào)查使用黑板結(jié)構(gòu)作為[ K1 ]解決問題的模型夾具設計的工作的適用性。它描述了在合作解決問題的環(huán)境中建立各職能KSs的夾具設計及其組織。然而，我們還沒有發(fā)現(xiàn)了文獻中的任何以沖壓工藝規(guī)劃的鈑金零件企圖采用黑板結(jié)構(gòu)。在我們的早期工作前面一直提到的[ 22 ] ，是一個黑板結(jié)構(gòu)非常適合建設性解決問題，如沖壓工藝規(guī)劃的行動，那里的問題

18、是大的空間和知識來自許多不同的來源必須是綜合的，以實現(xiàn)一個解決方案?，F(xiàn)在本文廣泛闡述了這個主題。</p><p>　　3黑板架構(gòu)沖壓工藝規(guī)劃</p><p>　　合作的決策以知識為基礎的沖壓工藝規(guī)劃涉及各種KSs如開展知識生產(chǎn)平板模式，嵌套知識生產(chǎn)空白布局，測繪知識轉(zhuǎn)變沖壓沖壓業(yè)務功能，并分期知識序列沖壓業(yè)務。這些KSs可能會在不同的代表性計劃中表達，如程序，規(guī)則，和對象。擬議的黑板架構(gòu)包

19、括三個主要組成部分：在黑板數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， KSs ，以及控制模塊（圖1 ） ，并利用面向?qū)ο蟮膶＜蚁到y(tǒng)外殼片斷。不同組成部分的黑板架構(gòu)的說明如下。</p><p>　　圖1.黑板架構(gòu)沖壓工藝規(guī)劃</p><p>　　3.1面向?qū)ο蟮暮诎迳系臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)</p><p>　　黑板是全球聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，其中載有數(shù)據(jù)和部分解決方案，并分享了一系列獨立KSs 。該KSs貢獻自己的部分解

20、決方案的黑板，從而促進最后的解決辦法遞增。在黑板的結(jié)構(gòu)按照解決的層次劃分級別，不同的級別代表不同的方面或階段的解決進程。部分解決方案都與每個級別和可能與其他層次的信息使用的啟發(fā)式算法程序或規(guī)則有關。每個級別包含規(guī)劃對象用來代表解空間的一個面向?qū)ο蟮姆绞健＿@促使優(yōu)勢知識體系的發(fā)展，因為面向?qū)ο蟮姆椒ㄖС周浖K具有可重用性和可擴展性。</p><p>　　在談到圖1 ，規(guī)劃的解決方案是劃分成四個不同的對象層次：沖壓

21、件，沖壓件的功能，沖壓件業(yè)務，和沖壓工藝的計劃，它們各自代表貼在黑板上的專家KSs上不同的初始投入或部分解決方案張。他們敘述如下。</p><p>　　3.1.1輸入數(shù)據(jù)的黑板</p><p>　　輸入數(shù)據(jù)的黑板主要包括部分和新聞物體。 通用聲明參加對象包括基本屬性，如部分類型，零件尺寸，重量，表面處理，空白厚度，空白材料，每年產(chǎn)量，坯件尺寸等，并將物體制定以后指出其組成沖壓功能。沖壓對象

22、包含的屬性，如沖壓類型，沖壓噸位，加強層面，車床開放尺寸，合攏高度，成型次數(shù)等。</p><p>　　3.1.2被沖壓金屬零件的面向?qū)ο蟮奶卣鹘?lt;/p><p>　　由于傳統(tǒng)的幾何建模技術不捕捉設計意圖（例如，制造設計） ，他們一般不能支持先進和智能推理能力，例如，以知識為基礎的工藝規(guī)劃。最近，這一加工功能概念介紹了建立一個直接聯(lián)系的設計和制造[ 23 ] 。在CAD / CAM / C

23、APP集成系統(tǒng)中，特征建模是一個相對較新的設計和制造信息的方式存儲。同樣，被沖壓金屬零件的沖壓特征的可以使沖壓工藝規(guī)劃任務直接從幾何模型執(zhí)行。沖壓特征是信息載體，一系列的設計和制造信息用來做沖壓零件的模型，包括幾何和非幾何屬性。所有這些沖壓功能可以通過特定沖壓工序或組合沖壓工序制造。</p><p>　　使用陳等人[ 24 ] 一般設計特點的分層分類結(jié)構(gòu)，一個被沖壓金屬零件通過四類沖壓特征進行建模：</p&

24、gt;<p>　　主要特征：平面，圖紙等;</p><p>　　積極次要特征：標簽，卷曲，模壓，邊，加強筋，法蘭等; </p><p>　　負次要特征：洞，擠出孔，橫截面，變形，插槽，軸瓦等;</p><p>　　結(jié)締組織次要特征：彎曲，共混等。</p><p>　　在這項工作中，面向?qū)ο蟮奶卣髅枋鍪窃跊_壓特征對象中用來封裝設計

25、和制造中的信息。例如，一個洞特征對象包含的基本屬性，如特征類型，特征識別，主要功能編號，位置，方向，深度，直徑，精密，粗糙度等，并計算周長的方法。</p><p>　　除了單個沖壓特征的描述，一個全面功能關系保障的描述是所有的沖壓件特征與沖壓工藝規(guī)劃所要考慮的。此外，該數(shù)據(jù)的功能關系是確定的順序沖壓工序，有時沖壓工序本身。沖壓特征中的四個關鍵關系類型--“里面” ， “外面” ， “鄰近”和“精確相關”被確認，它

26、們在我們先前的工作[ 25 ]中已被闡述了這里為簡潔并不會重復本文。例如，精確的相關關系代表設計約束時不直接連接沖壓特征，而是與另一沖壓特征的帶公差尺寸連接。有關數(shù)據(jù)的功能也包括在功能更完整的對象特征建模。為更完整的對象特征建模的特征對象包括特征關系數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.1.3沖壓工序從沖壓特征物體對象到對象的映射</p><p>　　在黑板上，沖壓作業(yè)對象是較沖壓特征對象低一個

27、水平，并用來確定生產(chǎn)過程中從金屬脫模到成型金屬零件。沖壓特征構(gòu)成一個被沖壓零件，而被選定的沖壓工序做為沖壓工藝規(guī)劃的一個要素?；旧?，沖壓工藝規(guī)劃的任務是把一套沖壓特征轉(zhuǎn)化為一套沖壓工序，并說明它們之間的關系。沖壓作業(yè)對象的一般聲明包括沖壓工序類型，幾何形狀，幾何約束，精確度，粗糙度，與沖壓特征的關系，控制參數(shù)等。典型的沖壓工序?qū)ο蟀ù┛?，開槽，剪切，沖裁，切縫，刨花，繪圖，壓花，沖制，修整，和其他成型工序。沖壓特征可由特定的沖壓工序

28、產(chǎn)生（一對一映射）或組合沖壓工序（一對多映射） 。一些沖壓特征也可由單沖壓工序制造（多對一映射） 。</p><p>　　3.1.4基于圖片的沖壓工藝規(guī)劃</p><p>　　在一套沖壓特征到一套沖壓工序的映射完成后，其余工藝規(guī)劃的任務是根據(jù)最優(yōu)序列的沖壓工序為每個沖壓工序分配相應的模具站。沖壓工序由建立沖壓工序關系和利用它們形成了沖壓工藝規(guī)劃以循序漸進的方式被測序。這種工序關系的正式描述

29、形成了自動化脫模布局設計基礎。</p><p>　　沖壓工藝規(guī)劃中用一個基于圖的方法來安排沖壓工序?qū)ο蟆Ｔ搱D是由一組存儲沖壓工序的信息的節(jié)點和一套存儲工序關系的信息的弧組成。沖壓工序通過兩種不同的關系， “群集”或“優(yōu)先”式的，與另外的工序產(chǎn)生關系。集群沖壓工序可以同時被執(zhí)行，并且是在同一個模具站內(nèi)生成。在循序順序中沖壓工序必須優(yōu)先執(zhí)行，因此它們是分別在相鄰的模具站的。集群關系，優(yōu)先關系是由虛線劃的橢圓和直實線分