外文翻譯--基于級進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(rèn)為在級進(jìn)模設(shè)計(jì)中，在脫模布局的沖壓工藝規(guī)劃是一項(xiàng)重要的任務(wù)。然而，沖壓工藝規(guī)劃不僅是門科學(xué)，更是一門藝術(shù)。盡管在人工智能領(lǐng)域最近取得了些進(jìn)展，使其在結(jié)合嵌入式情報(bào)和接收裝置方面成功的解決了相關(guān)的設(shè)計(jì)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(xué)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(xué)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(shè)計(jì)來加速級進(jìn)模的設(shè)計(jì)過程。這個例子能顯

5、示這一方法的有效性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：黑板架構(gòu)；基于圖像的；基于學(xué)科知識的；面向?qū)ο蟮模患夁M(jìn)模設(shè)計(jì)；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(jìn)模生產(chǎn)鈑金件已被廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)，如航空航天，電子，機(jī)床，汽車，制冷。這些級進(jìn)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(jìn)模通常是非常復(fù)雜的。沖壓工藝規(guī)劃和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)困難和艱巨的任務(wù)。</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(dǎo)隨后的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。級進(jìn)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(shù)，而不僅僅是一門科學(xué)。從歷史上看，沖壓工藝主要依靠半自動化，還有設(shè)計(jì)者的因走誤區(qū)和錯誤而留下的經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)專業(yè)技術(shù)和知識。</p><p>　　在人工智能領(lǐng)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(bào)和接收裝置的知識，能解決級進(jìn)模設(shè)計(jì)中的一些問題，包括脫模布局設(shè)計(jì)自動化，與沖壓工藝規(guī)劃有關(guān)的各種各

8、樣的學(xué)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(guān)于級進(jìn)模知識的討論，在與我們所學(xué)的有關(guān)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(xué)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(shí)用性和可擴(kuò)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(jìn)交流，并在綜合架構(gòu)內(nèi)適應(yīng)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(dú)立執(zhí)行的異構(gòu)資源組成的基于學(xué)科知識的黑板架構(gòu)取得了更進(jìn)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(shí)施，應(yīng)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(guān)工作：</b></p><p>　　上世紀(jì)70年代以來，計(jì)算機(jī)輔助沖壓工藝規(guī)劃的研究曾被廣泛的報(bào)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(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的自動化。</p><p>　　從20世紀(jì)70年代中期到80年代中期，級進(jìn)模設(shè)計(jì)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(shù)。這些早期的系統(tǒng)的特點(diǎn)是由基本的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)設(shè)備組成，標(biāo)準(zhǔn)化的模具組件和標(biāo)準(zhǔn)化的程序設(shè)計(jì)。它們降低了設(shè)計(jì)和起草的準(zhǔn)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(shè)計(jì)的訣竅，計(jì)算機(jī)僅僅應(yīng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)自動化系統(tǒng)，包括脫模布局設(shè)計(jì)自動化。</p><p>　　以學(xué)科知識為基礎(chǔ)的方法是一種流行的人工智能技術(shù)，已用于智能沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)規(guī)劃系統(tǒng)。例如，美國研究人員在馬薩諸塞大學(xué)，為一個簡單的鉸鏈部分的設(shè)計(jì)逐步?jīng)_模所描述的是以學(xué)科知識為基礎(chǔ)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(xué)一直在開發(fā)一個智能級進(jìn)模（IPD）設(shè)計(jì)系統(tǒng)。他們用特征建模和規(guī)則為基礎(chǔ)的辦法來實(shí)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 ] 。基于特征的關(guān)系樹是描述沖壓金屬零件及其拓?fù)湫畔?，基于模型的推理和空間推理技術(shù)已被應(yīng)用于推論出某些沖壓過程和指導(dǎo)的總體規(guī)劃進(jìn)程是為了實(shí)現(xiàn)脫模布置自動化。研究人員在印度理工學(xué)院已經(jīng)開發(fā)出一種電腦輔助模具設(shè)計(jì)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(shù).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(xué)的研究人員已經(jīng)在進(jìn)行逐步穿孔及沖裁模的自動化設(shè)計(jì) [ 10 ， 11 ] 。他們的工作是基于應(yīng)用編碼的技術(shù)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(xué)的</p><p>　　在國立臺灣工業(yè)技術(shù)學(xué)院的研究人員已為沖壓工藝規(guī)劃和設(shè)計(jì)的逐步減少剪切和彎曲模采取各

15、種技術(shù)，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(luò)，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(shù)轉(zhuǎn)變成為一個全面的設(shè)計(jì)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(shù)，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(yīng)用于多種領(lǐng)域，如語音識別，信號處理，工程設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。 Srihari等[ 18 ]通過整合多個KSs開發(fā)了一種實(shí)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(shè)計(jì)評價系統(tǒng)，采用黑板結(jié)構(gòu)分類將學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為適合不同KSs以適應(yīng)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(shè)計(jì)，如夾

17、具設(shè)計(jì)[ 20 ]和注塑成型的設(shè)計(jì)[ 21 ] ，但這種應(yīng)用目前仍處于起步階段。Roy和廖[ 20 ]報(bào)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)及其組織。然而，我們還沒有發(fā)現(xiàn)了文獻(xiàn)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(shè)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(shí)現(xiàn)一個解決方案。現(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(chǔ)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(wù)功能，并分期知識序列沖壓業(yè)務(wù)。這些KSs可能會在不同的代表性計(jì)劃中表達(dá)，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(dú)立KSs 。該KSs貢獻(xiàn)自己的部分解

20、決方案的黑板，從而促進(jìn)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(jìn)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(guān)。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?。這促使優(yōu)勢知識體系的發(fā)展，因?yàn)槊嫦驅(qū)ο蟮姆椒ㄖС周浖K具有可重用性和可擴(kuò)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(wù)，和沖壓工藝的計(jì)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(qiáng)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(shù)不捕捉設(shè)計(jì)意圖（例如，制造設(shè)計(jì)） ，他們一般不能支持先進(jìn)和智能推理能力，例如，以知識為基礎(chǔ)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(wù)直接從幾何模型執(zhí)行。沖壓特征是信息載體，一系列的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)特點(diǎn)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(jìn)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(biāo)簽，卷曲，模壓，邊，加強(qiáng)筋，法蘭等; </p><p>　　負(fù)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(xiàng)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(shè)計(jì)

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(jì)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(guān)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(guān)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(guān)鍵關(guān)系類型--“里面” ， “外面” ， “鄰近”和“精確相關(guān)”被確認(rèn)，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(fù)本文。例如，精確的相關(guān)關(guān)系代表設(shè)計(jì)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(guān)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(guān)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(wù)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(guān)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(guān)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(wù)是根據(jù)最優(yōu)序列的沖壓工序?yàn)槊總€沖壓工序分配相應(yīng)的模具站。沖壓工序由建立沖壓工序關(guān)系和利用它們形成了沖壓工藝規(guī)劃以循序漸進(jìn)的方式被測序。這種工序關(guān)系的正式描述

29、形成了自動化脫模布局設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。</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(diǎn)和一套存儲工序關(guān)系的信息的弧組成。沖壓工序通過兩種不同的關(guān)系， “群集”或“優(yōu)先”式的，與另外的工序產(chǎn)生關(guān)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(guān)系，優(yōu)先關(guān)系是由虛線劃的橢圓和直實(shí)線分