基于知識重用的橋式起重機起升機構快速設計

0 引言

快速設計是基于并行設計，通過重組設計過程而有效縮短產品開發周期的一種現代設計方法。基于知識重用的快速設計在模塊化和參數化設計、智能化和數字化設計的基礎上，通過共享與重用已有產品的設計資源、設計知識、設計經驗，提升新產品設計效率，從而快速響應用戶需求。

起升機構作為起重機的主要組成部分，起到起升重物的作用，其工作方式以卷揚式最為常見，主要有卷繞裝置、傳動裝置、驅動裝置、安全與輔助裝置等部分組成。在起重機起升機構新產品的設計中，大部分設計工作可通過重用已有零部件、修改零部件部分尺寸完成，需要新設計的零部件非常少

。在起重機企業開展基于知識重用的快速設計研究具有很好的實用意義。

在該技術的研究方面，溫靜媛等

基于CBR和RBR的混合推理技術對數控深孔加工機床的設計知識重用進行了研究，開發了快速設計系統。萬姍等

提出了運用語義相似度的適應案例檢索方法在數控機床維修服務中實現知識重用。從言言

研究了利用粗糙集理論確定相似度計算中的權重值，提高了實例檢索的準確性。陳洪財

建立橋門式起重機起升機構領域本體，基于相關原則建立規則庫和模型庫，開發了智能化設計系統。

綜上所述，本文提出將知識重用技術與起重機參數化和模塊化設計技術相結合，建立橋式起重機的知識庫、規則庫和實例庫，以Visual Basic 6.0、SolidWorks為開發工具和三維設計平臺，開發橋式起重機起升機構的快速設計系統，提高起重機的設計效率。

1 起升機構快速設計的關鍵技術

1.1 模塊劃分技術

在產品設計中，模塊劃分指通過對功能、性能、結構相同或相似的產品進行分析，并將其合理劃分成若干個功能模塊，根據設計需求，通過對模塊進行重新組合與配對，最終得到新產品的一種技術。從主要功能和結構角度分析，起升機構的模塊劃分結果如圖1。

1.2 參數化設計技術

橋式起重機起升機構設計知識具有廣泛、復雜、設計對象可分解性、知識表達模糊性等特點。

1.3 知識重用技術

參數化設計技術是指在結構形狀特征相對一致的零件或部件的形狀基礎上，用尺寸參數和約束來確定該幾何圖形的關鍵尺寸和形狀。基于起重機起升機構零部件有著系列化程度高、多品種、小批量的特點，采用尺寸驅動法和程序驅動法相結合實現起升機構模型的參數化建模。

依據Wilson-Medhurst等[3]的理論,活動引導教學是指通過多種精心設計的活動,教師作為引導者,引導學生主動學習的教學方法。活動可以是課堂上的問題討論、案例分析、場景、研究項目、實驗等等。活動引導教學要求教師精心設計服務于教學目的的活動,讓學生參與其中,學生通過自主探尋、自主研究等方式以獲取對課程知識的深入理解以及對實際技能的掌握。

起升機構設計知識分為多種類型，為了方便檢索與重用，不同類型的知識可采用不同的表達形式。零部件模型等模塊化知識可采用規定好的字符準確規范編碼表示，設計計算說明書、材料表等技術類的設計信息采用文件表示法，以產生式的規則形式存在的設計知識采用“if-then”的設計規則表示，計算公式形式存在的知識可通過制做獨立的計算模塊表示，設計參數等信息可通過數據庫進行表達、存儲和管理。

葡萄糖對Y17aM3生長的影響結果如圖10-a。在低濃度的葡萄糖中都能良好生長，當葡萄糖濃度＞5%時，Y17aM3的生長隨葡萄糖濃度的增加而減慢；當葡萄糖濃度為60%時，Y17aM3的生長完全被抑制。

在進行起升機構設計時，為了提高其設計效率，可采用混合推理技術，即先采用基于規則推理(RBR)技術使符合規則的設計實例范圍實現一定程度的縮小，再基于實例推理(CBR)技術根據實例的屬性進行實例相似度計算，并最終實現已有實例的檢索。首先，根據總體參數進行規則推理和實例推理，確定整體方案；其次，進行零部件的實例檢索，可利用規則推理進行標準件的實例檢索，提高效率確保檢索的準確性，利用實例推理進行非標準件模型與已有模型的相似度計算以獲取最為相似的實例；再次，對相似實例進行實例修改，對于零件實例，需要修改其尺寸和特征，對于組件或者部件，需要修改其尺寸、配合或者變形，對于標準件或者通用件，直接替換；最后，對新實例進行更新和保存，推理過程如圖2所示。

地震應急信息移動端支持離線功能，即在沒有網絡訪問的情況下，也可以使用應用的功能，具體表現為：在沒有網絡訪問的情況下，打開移動端軟件，已經瀏覽過的地震應急信息同樣可以瀏覽。離線功能的實現主要借助于手機本地數據存儲，在Android系統下主要是SQLite數據庫，與SQLite數據庫進行數據交互使用SQLite數據庫訪問工具類。

1.3.2 起升機構設計知識混合推理技術

1.3.1 知識的表示方法

2 起升機構快速設計系統結構

通過分析橋式起重機起升機構的設計特點和知識重用相關技術，以VB6.0為開發工具，以Microsoft SQL Server為數據管理平臺，以SolidWorks為三維建模平臺，建立基于知識重用的橋式起重機起升機構快速設計系統，其結構框架如圖3所示。該系統結構可分為用戶層、功能層、知識庫層、工具層和支撐層。用戶層是設計人員通過人機交互界面使用系統進行參數輸入、選擇，輔助完成整個設計過程；功能層進行設計計算、模型驅動、工程圖的優化與調整，完成知識庫和數據庫的更新、管理與維護，是系統的核心；知識庫層包含產品實例、模型實例，以及經驗、規則和計算公式等；工具層主要為系統提供產品設計所需的專業軟件及推理工具；支撐層是指系統正常運行所需的外部環境。

此次論壇的宗旨是：以引導和促進燕麥蕎麥青年工作者積極投身科技創新，提高自身科技水平和素養為目標，以“綠色產業與鄉村振興”為主題，圍繞種質資源、遺傳育種、栽培生理、植物保護、食品加工、旅游開發等產業發展中的關鍵問題開展學術交流，助推燕麥蕎麥青年科技創新工作又好又快地發展。

3 起升機快速設計系統的工作流程

系統整體工作流程如圖4所示。登錄系統，輸入用戶需求，根據關鍵概念詞檢索獲取相似實例，將相似實例配置結果導入設計系統。輸入起升機構總體參數，以及各個參數的屬性信息，進行起升機構的實例檢索，確認傳動布局，進行模塊劃分。然后進行零部件選型設計，依次進行減速器選型設計、電動機選型、吊鉤選型設計、卷筒選型設計、鋼絲繩選型、滑輪選型設計、聯軸器選型設計、制動器選型設計。在進行零部件選型設計時，先輸入零部件的參數，利用混合推理技術進行實例查詢，若有可重用的零部件，則直接重用，若有相似的零部件，則改型設計，若沒有相似的零部件，則進行新設計。利用零部件選型設計的參數，進行模型驅動，生成三維模型和工程圖，并將產品模型存入實例庫。

4 結語

為快速響應競爭日趨激烈的市場需求，提高設計效率，本文結合起重機起升機構的設計特點，研究了模塊化、參數化技術、知識重用技術在起升機構設計中的應用，研究了起升機構設計知識的特點和表達方式，采用基于CBR與RBR相結合的混合推理技術，開發了基于知識重用的橋式起重機起升機構快速設計系統。介紹了系統的結構與工作流程。利用該系統可以有效縮短起重機起升機構的設計研發周期，達到快速設計的目的。

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