基于知識(shí)工程的智能夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)建研究.pdf

1、工件的裝夾是加工過(guò)程的一個(gè)重要方面，對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量、時(shí)間和成本都有極大的影響。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始用計(jì)算機(jī)來(lái)繼承設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)系統(tǒng)化的方法輔助夾具的設(shè)計(jì)與分析，并重點(diǎn)研究自動(dòng)化的方法以支持夾具方案的概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。在這一背景下，論文圍繞智能夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的構(gòu)建問(wèn)題，以知識(shí)工程方法學(xué)為指導(dǎo)，展開(kāi)計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)(CAFD)系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)的研究，主要工作包括：
　　 為了提高夾具設(shè)計(jì)系

2、統(tǒng)的實(shí)用性和改進(jìn)設(shè)計(jì)過(guò)程，基于知識(shí)工程進(jìn)行智能夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的構(gòu)建。論文引入CommonKADS方法來(lái)指導(dǎo)CAFD任務(wù)的分析和知識(shí)獲取，通過(guò)它提供的CML語(yǔ)言構(gòu)建了夾具設(shè)計(jì)知識(shí)模型，刻畫了知識(shí)的上下文和相互依賴關(guān)系。在該模型中，領(lǐng)域知識(shí)將夾具設(shè)計(jì)涉及的知識(shí)項(xiàng)概念化，任務(wù)知識(shí)描述夾具設(shè)計(jì)任務(wù)的分解和控制策略，推理知識(shí)描述基本推理步驟和推理結(jié)構(gòu)。這一分析與構(gòu)建過(guò)程把不同類型的知識(shí)區(qū)分層次，引導(dǎo)我們以類似軟件工程的方法來(lái)探索知識(shí)密集型系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

3、。所獲取的知識(shí)包含靜態(tài)知識(shí)以及夾具設(shè)計(jì)問(wèn)題求解的組織與推理控制知識(shí)，為后續(xù)的研究和知識(shí)系統(tǒng)構(gòu)建工作提供了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　 針對(duì)CAFD領(lǐng)域存在的設(shè)計(jì)知識(shí)重用困難問(wèn)題，論文提出了基于本體的夾具設(shè)計(jì)知識(shí)表示與推理方法。遵循CommonKADS知識(shí)模型的結(jié)構(gòu)化構(gòu)建方法，采用OWL來(lái)構(gòu)建分層的夾具設(shè)計(jì)知識(shí)本體，借助Protégé系統(tǒng)定義了該領(lǐng)域的基本概念，如裝夾特征、元件、關(guān)系與約束等。該本體也定義了“規(guī)則類型”概念，用于收集具體

4、的設(shè)計(jì)規(guī)則，并用SWRL來(lái)描述，建立一個(gè)語(yǔ)義清晰的夾具設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)，分離了事實(shí)和推理。該本體采用了層次結(jié)構(gòu)，便于擴(kuò)充和修改，具有較強(qiáng)的推理能力。
　　 由于夾具規(guī)劃中工件形狀和加工工藝的復(fù)雜性，夾具規(guī)劃的優(yōu)化較少研究，往往延遲到校驗(yàn)階段才進(jìn)行，存在不少弊端。論文提出基于Kohonen自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的裝夾面分組與選擇算法和基于遺傳算法的定位點(diǎn)優(yōu)化算法，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)處理裝夾面選擇中各種復(fù)雜的影響因素，選擇最佳的裝夾表面；在此基礎(chǔ)

5、上，參考夾具校驗(yàn)的一些結(jié)論，通過(guò)一些參數(shù)來(lái)模擬工件的穩(wěn)定性與變形特性，利用遺傳算法進(jìn)行組合優(yōu)化，確定最優(yōu)定位點(diǎn)。
　　 夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是CAFD系統(tǒng)的核心，但現(xiàn)有的CBR方法和基于生成的方法設(shè)計(jì)效果還不理想。為此論文引入“典型結(jié)構(gòu)”概念以擴(kuò)展夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念模型，它融合了CBR方法和基于生成方法的概念模型的優(yōu)點(diǎn)，不僅包含設(shè)計(jì)意圖，也包含結(jié)構(gòu)信息。在此基礎(chǔ)上，完善基于圖論表示的分層夾具結(jié)構(gòu)模型，以利于設(shè)計(jì)問(wèn)題的分解和設(shè)計(jì)元素的重用

6、。借助該分層結(jié)構(gòu)模型，本文進(jìn)一步提出了基于圖規(guī)劃算法的夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，先確定夾具方案所用的典型結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建順序，形成了夾具結(jié)構(gòu)的骨架，然后在功能組件層從目標(biāo)狀態(tài)出發(fā)進(jìn)行圖擴(kuò)展，達(dá)到初始狀態(tài)后搜索規(guī)劃圖生成功能組件。由于本方法是在局部結(jié)構(gòu)上進(jìn)行目標(biāo)導(dǎo)向圖規(guī)劃，并以啟發(fā)性信息指導(dǎo)搜索過(guò)程，縮小了規(guī)劃圖規(guī)模，改善了設(shè)計(jì)效果，提高了設(shè)計(jì)效率。
　　 在上述研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了智能夾具設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)。介紹了該系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和