基于知識的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)支持技術(shù)研究.pdf

1、夾具作為機(jī)械制造業(yè)中的一種重要的工藝裝備，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和研制周期。縮短夾具設(shè)計(jì)周期，提高夾具的設(shè)計(jì)質(zhì)量是計(jì)算機(jī)輔助工藝裝備研究的重要領(lǐng)域，也是提高企業(yè)快速反應(yīng)能力的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。夾具設(shè)計(jì)過程是一個基于經(jīng)驗(yàn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，需要設(shè)計(jì)者具備關(guān)于設(shè)計(jì)問題的大量、全面的知識和經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)有的基于通用CAD軟件環(huán)境的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)過程的集成、設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的支持技術(shù)。如何將具有多樣性、復(fù)雜性、經(jīng)驗(yàn)性、不確定性等特點(diǎn)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(shè)計(jì)的智能化程度，是計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域的前沿研究問題之一。 本論文在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和四川省應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的資助下，針對目前計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)技術(shù)研究中存在的問題，將知識工程與夾具設(shè)計(jì)過程結(jié)合起來，重點(diǎn)研究夾具設(shè)計(jì)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(shè)

3、計(jì)中的知識求解技術(shù)，探討一種能支持夾具整個設(shè)計(jì)過程的智能求解技術(shù)，開發(fā)基于集成知識資源的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)的功能需求及其與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)區(qū)別的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了由界面層、應(yīng)用程序服務(wù)器層和資源層形成的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)的總體層次體系結(jié)構(gòu)，提出了一種由資源分系統(tǒng)、設(shè)計(jì)分系統(tǒng)、計(jì)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(jì)算機(jī)輔助

4、夾具設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的環(huán)境平臺。 （2）詳細(xì)分析了夾具設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)相關(guān)的產(chǎn)品信息模型和制造信息模型，使其為設(shè)計(jì)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(chǔ)上，研究了信息集成和信息共享的實(shí)施技術(shù)

5、。 （3）在對夾具設(shè)計(jì)知識形態(tài)分析的基礎(chǔ)上，提出基于知識元的設(shè)計(jì)知識統(tǒng)一描述方法。采用面向夾具設(shè)計(jì)知識重用的知識模型構(gòu)建方法，針對夾具設(shè)計(jì)知識分為由工件幾何、夾具元件等知識元組成的重用型設(shè)計(jì)知識和由夾具設(shè)計(jì)過程中所應(yīng)用的推理過程組成的決策型設(shè)計(jì)知識兩種類型，將知識模型分為綜合任務(wù)和分析任務(wù)，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(shí)現(xiàn)這些知識資源的有效共享，采用面向夾具的設(shè)計(jì)

6、過程基于主題的方法構(gòu)建了包括設(shè)計(jì)資源庫、設(shè)計(jì)實(shí)例庫、設(shè)計(jì)知識庫和設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)資源庫之間的協(xié)同工作。其中實(shí)例庫的構(gòu)建采用多層次抽象實(shí)例庫結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的層次凝聚法對實(shí)例數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，并定義了夾具設(shè)計(jì)知識庫的關(guān)系存儲模型。同時重點(diǎn)研究了產(chǎn)品設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題－零件庫的構(gòu)建，提出了一種將工程設(shè)計(jì)中的零件庫信息抽象為類層、實(shí)例層和具體實(shí)例層的三層結(jié)構(gòu)模式，形成工程設(shè)計(jì)中數(shù)字化零

7、件庫系統(tǒng)的多表達(dá)機(jī)制。 （5）提出了“規(guī)則＋實(shí)例”的混合知識推理方法，并應(yīng)用在夾具的方案設(shè)計(jì)中。研究了方案實(shí)例推理中的相似度計(jì)算模型以及獲取的方案實(shí)例的修改和調(diào)整方法。在夾具配置設(shè)計(jì)中，提出基于功能實(shí)例推理的設(shè)計(jì)方法，通過將夾具結(jié)構(gòu)功能性分解進(jìn)行實(shí)例推理，獲取的配置實(shí)例可以采用基于幾何和基于功能兩方法進(jìn)行沖突裁決。 （6）在采用面向?qū)ο蠓椒ń⒌膴A具裝配模型的基礎(chǔ)上，提出了基于需求－功能－特征。結(jié)構(gòu)（Requiremen

8、t-Function-Feature-Structure，RFFS）的映射模型，建立了工件裝夾面域的關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)模型，定義了組合夾具元件的有向裝配關(guān)系圖（Modular Element Assembly Relation Graph, MFEARG），建立了夾具元件的裝配關(guān)系庫，在此基礎(chǔ)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(shù)、分布式組件策略、軟件復(fù)用技術(shù)和OLE自動化技術(shù)等設(shè)計(jì)策略開發(fā)研制出由資源分系統(tǒng)、設(shè)