機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)CAD專家系統(tǒng)的研究

摘 要：具有集成化特點(diǎn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心，也是完善機(jī)械制造技術(shù)的根本。本文結(jié)合機(jī)械傳動方案的特點(diǎn)，將CAD專家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)用Visual C++語言，提高人機(jī)交互的效率。

關(guān)鍵詞：CAD專家系統(tǒng)；機(jī)械傳動；方案設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.137

為了滿足機(jī)械CAD的集成化特點(diǎn)，需要實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的自動化，同時(shí)也需要以計(jì)算機(jī)技術(shù)為重要的基礎(chǔ)。近年來，國內(nèi)外學(xué)者重點(diǎn)研究專家系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，在其中進(jìn)行知識推理。本研究結(jié)合機(jī)械傳動系統(tǒng)化方案設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，在機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用CAD專家系統(tǒng)，提出了信息模型的建立方案和系統(tǒng)的求解策略。

1 機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

方案設(shè)計(jì)的重要任務(wù)是要滿足用戶的設(shè)計(jì)需求，完善系統(tǒng)的功能，在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的特點(diǎn)如下。

第一，有一定的難度。方案設(shè)計(jì)過程中一些任務(wù)沒有完整的模型，在應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)知識和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的同時(shí)，對方案進(jìn)行選型和評價(jià)，完善的模型和推理機(jī)制是實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)自動化的根本[1]。第二，具有多層次和目標(biāo)性。方案設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，需要結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)在不同層次上開發(fā)子任務(wù)，同時(shí)需要保證不同子任務(wù)之間可靠聯(lián)系。第三，具有多樣性特點(diǎn)。方案設(shè)計(jì)中的功能和結(jié)構(gòu)之間是一種多對多的關(guān)系，提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和多樣性，質(zhì)量評價(jià)是系統(tǒng)開發(fā)過程的難點(diǎn)。第四，需要在方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行再設(shè)計(jì)。求解設(shè)計(jì)問題時(shí)，往往涉及到再設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，并且由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有較高的復(fù)雜性，再設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)將十分困難。

結(jié)合以上特點(diǎn)，方案設(shè)計(jì)可以選用專家系統(tǒng)來開發(fā)。

2 方案設(shè)計(jì)方法

2.1 建立信息模型

結(jié)合方案設(shè)計(jì)的多任務(wù)性和多層次性，應(yīng)用分級的設(shè)計(jì)方法，從上至下分配不同的子集，為了清楚地描述不同概念之間的關(guān)系，合理應(yīng)用與/或樹。即在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用與/或樹構(gòu)成完善的概念空間，對機(jī)械傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成部分進(jìn)行描述，明確配套部件之間的關(guān)系，描述設(shè)計(jì)任務(wù)的多層次性和多任務(wù)性，用“或”關(guān)系表明方案的多樣性。

2.2 設(shè)計(jì)知識庫

系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的知識庫需要保存多種知識，完善管理方案，不同的知識以相應(yīng)的規(guī)則形式存儲起來。在知識庫設(shè)計(jì)過程中需要建立完善的知識模型，明確模型的內(nèi)部表示，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)管理[2]。

用與/或樹將設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的規(guī)則，對概念空間進(jìn)行規(guī)劃和描述，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的概念問題編制成為有效的概念空間，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)用知識經(jīng)驗(yàn)和假設(shè)推理，建立概念的約束推理網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合概念空間中的知識模型進(jìn)行模擬。

為了構(gòu)建科學(xué)的概念推理網(wǎng)絡(luò)圖，需要將觸發(fā)后的概念節(jié)點(diǎn)和約束條件附加到與/或樹中。針對同一個概念而言，可能是多個分支概念的前提，在推理網(wǎng)絡(luò)上對應(yīng)一個與/或圖，在約束推理的過程中需要在與/或圖上開展詳細(xì)的搜索工作，保證滿足約束條件。

以模切機(jī)傳動方案設(shè)計(jì)為例，圖1是推理網(wǎng)絡(luò)子圖。

其中Ei表示約束條件，Ci表示概念節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)知識庫中的知識結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用Visu C++語言描述字符串，結(jié)合類繼承和函數(shù)的重載優(yōu)勢對知識庫中的信息進(jìn)行完善和修改。

在管理知識模型節(jié)點(diǎn)的過程中，需要結(jié)合實(shí)際的約束推理網(wǎng)絡(luò)，在概念節(jié)點(diǎn)層次管理的基礎(chǔ)上，對方案的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記錄。同時(shí)需要應(yīng)用相應(yīng)的規(guī)則描述不同的概念節(jié)點(diǎn)和邏輯關(guān)系，將與節(jié)點(diǎn)有關(guān)的規(guī)則分為前推規(guī)則和后推規(guī)則，借助系統(tǒng)的知識獲取模型搜索規(guī)則集。

2.3 系統(tǒng)的求解策略

方案設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)求解的過程中，應(yīng)用可靠的功能分析器、參數(shù)求解器和方案分解器，功能分析器結(jié)合系統(tǒng)功能庫中相應(yīng)的規(guī)則，借助正向推理方法按照設(shè)計(jì)需要擴(kuò)展為事實(shí)。參數(shù)求解器需要結(jié)合方案結(jié)構(gòu)的實(shí)際屬性，完善系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)，應(yīng)用相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)值規(guī)則進(jìn)行求解。方案分解器在應(yīng)用的過程中借助遞歸控制方案分解有效的概念空間，不同的有效空間都有可靠的方案，在方案分解過程中保證設(shè)計(jì)的多方案性[3]。另外，還需要應(yīng)用符號布置設(shè)計(jì)對系統(tǒng)中不同零件之間的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行確定，例如機(jī)械系統(tǒng)中齒輪的排列順序、齒輪的嚙合關(guān)系等，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)需要應(yīng)用面向方案的臨接矩陣描述機(jī)械傳動系統(tǒng)中的多種拓?fù)潢P(guān)系，結(jié)合拓?fù)潢P(guān)系可以自動繪制出方案的運(yùn)動簡圖，應(yīng)用專業(yè)的控制方法，調(diào)用知識庫中的信息，求解相應(yīng)的問題。

在機(jī)械產(chǎn)品傳動方案的專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也可以應(yīng)用混合推理的方法，即利用啟發(fā)性的知識編輯原有的概念空間，將概念空間轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足用戶需求的有效結(jié)構(gòu)空間，應(yīng)用遞歸的混合搜索方案，在每擴(kuò)展一次概念后立即進(jìn)行一次優(yōu)先搜索，節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證時(shí)應(yīng)用相應(yīng)的規(guī)則。

3 結(jié)束語

機(jī)械產(chǎn)品傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，應(yīng)用CAD專家系統(tǒng)對經(jīng)驗(yàn)知識進(jìn)行科學(xué)的總結(jié)，提高推理效果，優(yōu)化傳動方案，實(shí)現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化和簡圖繪制的一體化。應(yīng)用規(guī)則分類的方法描述知識庫中的多種規(guī)則，借助開放式的設(shè)計(jì)方法，提高系統(tǒng)維護(hù)的便利性，以Visual C++為開發(fā)環(huán)境，應(yīng)用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)理念，為系統(tǒng)的深度開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳義軍.機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)CAD專家系統(tǒng)的研究[J].東南大學(xué)，2014，25（12）：225.

[2]許忠信.機(jī)械傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與CAD集成技術(shù)研究[J].清華大學(xué)，2015，15（01）：154.

[3]竺芳.機(jī)械設(shè)計(jì)中軸系結(jié)構(gòu)主要功能元的特征屬性研究[J].科技信息，2010，36（33）：124.

作者簡介：胡懿夫（1991-），男，湖南婁底人，本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化。