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基于实例的智能工艺设计系统

2009/9/17    来源:万方数据库    专家:谢胜利  黄强  林兰芬  董金祥      
关键字:工艺实例  基于实例推理  基于规则推理  
针对传统智能工艺设计系统的缺陷与不足,结合基于实例推理(Case-Based Reasoning,CBR)和基于规则推理(Rule-Based Reasoning,RBP)的方法,设计了一个基于实例的智能工艺设计系统。给出了工艺实例一个完整清晰的形式化描述,阐述了新零件与实例进行比较和匹配的策略和算法。在检索出相符的实例后,调用RBR方法对实例进行修正,最终完成复杂的工艺设计任务。

1 引言

    作为连接设计和制造的桥梁和纽带,CAPP不仅是制造企业准备工作的首要步骤,而且是企业各部门信急交汇的重要环节。由于CAPP在CIMS中的地位和作用,工艺规划的自动生成(也即智能工艺设计)被视为生产自动化中关键信息技术之一,各国竞相开展应用技术研究。传统的智能工艺设计系统大都采用基于规则推理的方法,而这种方法适合于专家知识易用规则表达的系统。但由于工艺设计任务极其复杂,领域知识获取的完备性差,因而单纯采用基于规则的智能工艺设计系统往往停留在原型系统阶段,远远没有达到实用化水平。为此,本文从符合人类认知心理学的角度出发,通过引入CBR(Case-Based Reasoning)技术,将其与RBR技术进行有机结合,构造了一个基于实例的智能工艺设计系统,有效地解决了传统智能工艺设计系统的缺陷与不足。

2 基于实例的智能工艺设计系统—CBIPP

    基于实例推理(Cased-Based Reasoning,CBR)是在基于规则推理和基于模型推理的基础上发展起来的新型推理技术。它充分模仿人类的思维方式,高速准确地分析推理所要解决的具体问题。CBR实际上是从用户要求空间到实例空间的映射过程。将CBR技术应用于智能工艺设计系统具有以下优点:

    (1)充分利用以往成功的工艺设计实例,大大提高工艺设计的效率,缩短企业新产品的工艺设计周期,同时减少工艺设计过程中的人为错误,提高设计的正确性;

    (2)由于工艺实例自身包涵了大量的工艺设计经验知识,可省去大量知识的获取与表达;

    (3)由于每得到一个新的工艺设计结果都可以存入工艺实例库,从而扩充了知识,使系统具有一定的自学习能力;

    (4)从人类认知心理学的角度出发,基于实例的推理史符合工艺设计人员的思维过程,因为工艺人员在设计工艺时,总是首先考虑以前的设计实例,找出相似工艺设计方案并对其进行修改,以获得新的设计方案(即新工艺实例)。

    对新零件采用基于实例推理技术的工艺设计基本过程可表示为如图1所示的流程。

图1 基于实例推理的工艺设计流程图

    本文将CBR技术技术和RBR技术有机地结合起来,构造了基于实例的智能工艺设计系统(Case-PacedIntelligent Process Planning System CPIPP)系统的总体结构如图2所示,共由两大模块组成。最高层是基于实例的推理机,它包含一个实例库(以往成功的工艺设计实例);系统根据工艺设计详细说明(源工艺实例),由基于实例的推理机从实例库返回一个最相似的实例(目标工艺实例),两工艺实例中不相符的部分由位于第一层的基于规则的推理机、工艺知识库(规则库)和工艺数据库进行推理,从而修改目标工艺实例中相应的工艺设计内容来满足工艺设计要求,最终完成工艺设计仟务。

图2  CBIPP系统总体结构图

3 工艺实例的形式化描述

    在基于实例的智能工艺设计系统中,工艺实例的知识表达模型必须完整、有效地表达工艺设计过程中所需要的各类知识,从而为工艺设计问题求解提供支持。从工艺设计的角度出发,所建立的知识表达模型既要包含零件本身的设计信息,也要包含相应的工艺信急。基于如上考虑,从面向对象的思想出发,本文定义了一个面向变型工艺设计的工艺实例表达模型,其基本定义如下:

    定义1 工艺实例是满足一定工艺设计要求的特定设计结果,一个完整的工艺实例(Case)可表示为一个五元组(Case-Name,Case-Type,Case-Content,Fea-lure-List,Value-List)。其中:

   

 

 

 

 

 

    工艺实例数据集中的数据与工艺实例特征集中的特征存在一一对应的关系。同一类工艺实例中,各实例依据实例特征的不同而相互区别。

    定义2工艺实例类(Case-Type)描述了工艺实例的分类信息,可表示为一个八元组(Rough-Type,De-tail-Type,Material,Rough,Heat-Treat,Batch,Shape-Cuttin,CAPP-Agent)。其中:

    Rough-Type——描述了工艺实例类的大类信急,以BNF范式表示为:
    ::={0|1},0代表回转体,1代表非回转体;
    Detail-Type——描述了工艺实例类的小类信息;

    Turning代表回转类工艺实例的形状及加工属性,Not-Turning代表非回转类工艺实例的形状及加工属性。在回转类工艺实例的形状及加工属性中:Out-Type代表外部基本形状,Out-Function代表外部功能要素,In-Type代表内部基本形状,In-Function代表内部功能要素,Out-Shape代表外平面或端面,In-Shape代表内平面,Assist-Function代表辅助孔或成形刻线;在非回转类工艺实例的形状及加工属性中,Out-Typen代表外部基本形状,Shape-Cutting代表平面加工,Cur-Cutting代表曲面加工,Out-Attribute代表外形要素,Main-Hole代表主加工孔,In-Cutting代表内部加工,Assist-Type代表辅助孔或成形。

责任编辑:黄菊锋
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