王培

摘 要：近年來制造業(yè)正面臨經(jīng)濟(jì)全球化的挑戰(zhàn)，對工程機(jī)械快速產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需求越來越強(qiáng)烈，當(dāng)前國內(nèi)有諸多將CAD研究應(yīng)用到工程機(jī)械設(shè)計(jì)上的成功案例，本文在此背景下，提出CBR技術(shù)，并針對CBR技術(shù)的理論基礎(chǔ)進(jìn)行分析，同時探討在CBR模式下工程機(jī)械快速設(shè)計(jì)的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：CBR技術(shù)；工程機(jī)械產(chǎn)品；快速設(shè)計(jì)；案例分析應(yīng)用

中圖分類號： TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）06-159-2

1 概述

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，各行各業(yè)的市場競爭越演越烈，特別是作為制造業(yè)基礎(chǔ)的工程機(jī)械。為滿足各行業(yè)的技術(shù)裝備目前我國工程機(jī)械產(chǎn)品具有小批量、多品種特點(diǎn)，包含適應(yīng)性設(shè)計(jì)、變形設(shè)計(jì)、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)三大類。然而在世界經(jīng)濟(jì)的沖擊下，當(dāng)前我國工程機(jī)械行業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中存在諸多問題，一是企業(yè)對于設(shè)計(jì)知識、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等無形資產(chǎn)重用率低；二是企業(yè)在設(shè)計(jì)過程中主要還是依賴CAD，缺乏面向工程機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的專業(yè)化軟件，軟件應(yīng)用層次低，缺乏快捷的設(shè)計(jì)工具；三是企業(yè)新產(chǎn)品貢獻(xiàn)率低，自主創(chuàng)新能力不足；四是企業(yè)對市場的快速反應(yīng)能力差，產(chǎn)品開發(fā)周期長；五是企業(yè)知識管理軟件的智能化程度低，缺乏快捷獲取信息的工具，企業(yè)管理協(xié)調(diào)存在問題。面對國際越來越嚴(yán)苛的市場要求，如何快速進(jìn)行工程機(jī)械設(shè)計(jì)以及支持快速設(shè)計(jì)的軟件是否在企業(yè)中有效實(shí)施，都是制造業(yè)未來思考的方向。本文以CBR（case based reasoning）技術(shù)作為支撐，探討工程機(jī)械產(chǎn)品在CBR模式下的快速設(shè)計(jì)應(yīng)用。

2 工程機(jī)械快速設(shè)計(jì)概念以及CBR原理和關(guān)鍵技術(shù)

2.1 工程機(jī)械快速設(shè)計(jì)概念

隨著信息化技術(shù)的進(jìn)步和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，市場越來越要求時效性，對于制造業(yè)的工程機(jī)械產(chǎn)品而言其生命的周期也在逐漸縮短。自1996年美國autofact學(xué)術(shù)會議開始便提出“工程機(jī)械快速設(shè)計(jì)”的概念，即以縮短工程機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)周期為目的的結(jié)合當(dāng)代信息電子科技技術(shù)，不違背現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的設(shè)計(jì)技術(shù)。

工程機(jī)械快速設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要有三方面，一是根據(jù)市場需求能夠快速生成整體設(shè)計(jì)方案；二是能夠?qū)Ξa(chǎn)品庫進(jìn)行設(shè)計(jì)和系列化結(jié)構(gòu)規(guī)劃；三是利用三維優(yōu)化設(shè)計(jì)，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行快速模擬仿真評估。

2.2 實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械快速設(shè)計(jì)的主要手段

根據(jù)文獻(xiàn)資料顯示，對目前工程機(jī)械產(chǎn)品常用的設(shè)計(jì)方法和相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)、側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行對比分析，結(jié)果如表1所示。

通過表1的分析，實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械快速設(shè)計(jì)的主要手段在于有效地利用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)資源，因此，提出在解決問題過程中直接利用以往成功經(jīng)驗(yàn)的實(shí)例推理技術(shù)，即CBR模式技術(shù)。

2.3 CBR原理及關(guān)鍵技術(shù)

作為人工智能化發(fā)展的其中一項(xiàng)技術(shù)，CBR技術(shù)的靈感來源就是通過生物上對人腦記憶的研究，其中作為CBR技術(shù)的四個基本處理環(huán)節(jié)包含了從檢索、復(fù)用（問題求解）、修正和保存（更新），CBR技術(shù)的核心思想就是充分利用人類已有的成功經(jīng)驗(yàn)作為同類問題的參考來解決當(dāng)前問題，每一次問題的求解過程，即每進(jìn)行一次CBR模擬，都是借鑒已有成功案例作為參考和設(shè)計(jì)思路的提供，同時更是案例的學(xué)習(xí)過程，也是系統(tǒng)更新知識的過程。其關(guān)鍵技術(shù)在于案例的組織表示、案例的檢索和修正，以及系統(tǒng)知識的更新。

3 CBR模式下工程機(jī)械快速設(shè)計(jì)的案例分析

3.1 基于XML的機(jī)械產(chǎn)品復(fù)雜實(shí)例組織表示

XML即第二代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)語言的標(biāo)準(zhǔn)，采用XML作為CBR系統(tǒng)處理的基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)分布式的實(shí)例檢索與存儲，解決不同CBR系統(tǒng)在相同設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)實(shí)例資源共享以及不同系統(tǒng)之間信息傳遞問題。首先構(gòu)建機(jī)械產(chǎn)品復(fù)雜實(shí)例表示模型：CaseObjectModel=（OI，CI，R，A，M，C，S）（其中，OI為實(shí)例對象的唯一標(biāo)識；CI為實(shí)例對象的索引段；R為關(guān)系集；A為屬性集；M為方法集；C為約束集；S為解決方案）在設(shè)計(jì)過程中，按照繼承關(guān)系對不同的實(shí)例進(jìn)行組織管理，以此為基礎(chǔ)建立實(shí)例庫，再按照實(shí)例的功能關(guān)系和裝配關(guān)系再進(jìn)行組織分配，最后進(jìn)行詳細(xì)的系統(tǒng)表示。

3.2 多層次化動態(tài)實(shí)例庫構(gòu)建

首先在建立多層次化動態(tài)實(shí)例庫之前需解決實(shí)例借用關(guān)系表達(dá)、實(shí)例的存儲形式、信息模型的組織形式三大問題，采用面向?qū)ο蟮姆椒?，對其進(jìn)行多層次動態(tài)實(shí)例庫構(gòu)建模型結(jié)構(gòu)。通過對每個子點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的定義描述最后再通過XML實(shí)例描述方法進(jìn)行組織表示，最后建立CBR實(shí)例庫系統(tǒng)。

3.3 實(shí)例檢索模型

建立實(shí)例檢索模型主要將實(shí)例特征屬性按照設(shè)計(jì)重要度和關(guān)注度高低進(jìn)行分解，建立混合實(shí)例型檢索模型，將關(guān)注度最高的若干屬性作為一級特征屬性，在更具最優(yōu)特征權(quán)重分配的計(jì)算方法得到一級特征屬性的權(quán)重值；接下來根據(jù)一級特征屬性檢索出的實(shí)例集，對該實(shí)例集進(jìn)行重要度和關(guān)注度高低的分解確定權(quán)重值，最終確定二級特征屬性；同理以此類推，在已篩選出的實(shí)例集中進(jìn)行更細(xì)致的檢索，直到檢索出最佳匹配實(shí)例為止。

3.4 系統(tǒng)檢索、復(fù)用、修正和保持、維護(hù)

以液壓馬達(dá)為例，根據(jù)上述方法建立CBR系統(tǒng)，現(xiàn)在對系統(tǒng)案例進(jìn)行檢索。首先建立液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)流程圖，首先選擇一個案例類，然后描述推理目標(biāo)即對需查詢的液壓馬達(dá)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行描述，接著對液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)的輸入案例進(jìn)行約束即對案例設(shè)定約束條件，最后確定案例，上述即為系統(tǒng)檢索的步驟。針對檢索后出現(xiàn)符合條件的案例進(jìn)行分析，由此提供設(shè)計(jì)思路，同時在調(diào)取模型時可直接保存到指定文件中，即為案例的復(fù)用。若調(diào)取的模型數(shù)據(jù)不能滿足當(dāng)前設(shè)計(jì)需求，可人工對相應(yīng)的幾何案例進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，或者在案例檢索過程中對相似案例類矩陣進(jìn)行修正。修正過程中系統(tǒng)會自動關(guān)聯(lián)，在操作過程中需對修正的幾何模型的案例進(jìn)行保存，隨著不斷的修正、擴(kuò)充、使用，系統(tǒng)中的案例庫依靠量綱維護(hù)工具進(jìn)行系統(tǒng)不斷升級擴(kuò)充過程中的維護(hù)。

4 總結(jié)

本文針對CBR技術(shù)發(fā)展的概況，以工程機(jī)械快速設(shè)計(jì)和應(yīng)用作為此次討論的對象，重點(diǎn)討論了CBR的技術(shù)原理，以及分析了快速設(shè)計(jì)的背景和其現(xiàn)實(shí)意義，然后基于此探討了在CBR模式下工程機(jī)械快速設(shè)計(jì)并將其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行舉例說明其實(shí)現(xiàn)的過程，充分展現(xiàn)了CBR技術(shù)在工程快速設(shè)計(jì)方面的優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)了CBR在案例推理方面的準(zhǔn)確性和靈活性，以及CBR技術(shù)在未來工程快速設(shè)計(jì)領(lǐng)域巨大的潛力。

參 考 文 獻(xiàn)

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