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        基于炮尾的工藝路線設(shè)計專家系統(tǒng)研究

        2017-03-08 11:11:25趙洪志
        關(guān)鍵詞:工藝設(shè)計

        趙洪志,張 健

        (沈陽理工大學(xué) 裝備工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110159)

        炮尾在軍事武器系統(tǒng)上運(yùn)用非常廣泛[1-3],一般用于安裝炮閂,發(fā)射時與炮閂一起閉鎖炮膛,并連接身管和反后坐裝置的活動構(gòu)件.炮閂在完成關(guān)閂、閉鎖、擊發(fā)、開閂和抽筒等動作時,其部分零部件需要安裝在炮尾上.為便于在炮尾上固定專用零部件,炮尾需要不同的加工特征(如平面、孔、凸起部和凹槽等).由于炮尾加工工藝復(fù)雜,因此制定合理的炮尾加工工藝路線很有必要.

        傳統(tǒng)的炮尾加工工藝文件對加工路線顯示不詳細(xì),編輯困難,三維視圖缺失,加工工藝路線數(shù)據(jù)儲存困難.因此,本文參考有關(guān)文獻(xiàn)[4-6]提出一種基于炮尾的加工工藝路線專家系統(tǒng)開發(fā)方法;在分析加工工藝路線的基礎(chǔ)上,利用專家系統(tǒng)開發(fā)工具DEST(Design Expert System Tools)實現(xiàn)炮尾工藝路線設(shè)計型專家系統(tǒng)的開發(fā);在運(yùn)行該系統(tǒng)時輸入零件的基本信息(包括零件的形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)特征等要素)、零件的主要設(shè)計參數(shù),并選擇適當(dāng)?shù)募庸すに嚪椒?,通過專家系統(tǒng)的編譯和推理,實現(xiàn)工藝路線信息的輸出.

        1 炮尾的加工工藝路線分析

        根據(jù)炮尾的軍事需求,按其結(jié)構(gòu)形式可分為楔形和螺形兩種炮尾.本文以立楔形炮尾為研究對象,分析其加工工藝路線,根據(jù)炮尾的實際加工要求將炮尾的加工工藝路線分為7個框架:零件名稱、毛坯信息、零件主要設(shè)計參數(shù)、零件結(jié)構(gòu)特征、加工方法推理、炮尾的表面加工和輸出結(jié)果.零件名稱框架主要包括炮尾零件;毛坯信息框架主要包括毛坯材料和毛坯形狀等;零件主要設(shè)計參數(shù)框架包括毛坯邊長、凸形槽傾斜度、軸孔直徑和炮尾全長等;零件結(jié)構(gòu)特征框架主要包括炮尾外形;加工方法推理框架主要包括退火、中頻退火、磷化、銑平面、車平面、加工炮閂、定坐標(biāo)孔、鏜軸孔和磨光等;炮尾的表面加工框架主要包括精華毛坯、熱沖壓和熱收口毛坯等;輸出結(jié)果框架主要包括針對不同加工工藝方法的不同工藝路線信息(可選擇Word文檔進(jìn)行結(jié)果輸出).

        2 炮尾加工工藝路線設(shè)計專家系統(tǒng)的開發(fā)

        專家系統(tǒng)是一個智能計算機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)系統(tǒng),其內(nèi)部儲存著某個領(lǐng)域大量專家水平的知識和經(jīng)驗,能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來解決該領(lǐng)域的復(fù)雜問題.這也就是說,專家系統(tǒng)是一個具有大量專門知識與經(jīng)驗的程序系統(tǒng),它能夠應(yīng)用人工智能,根據(jù)某個領(lǐng)域?qū)<姨峁┑闹R和經(jīng)驗進(jìn)行推理和判斷,模擬人類專家的決策過程,解決那些需要專家決定的復(fù)雜問題.圖1所示為設(shè)計型專家系統(tǒng)的開發(fā)步驟.

        圖1 設(shè)計型專家系統(tǒng)的開發(fā)步驟

        2.1 專家系統(tǒng)的開發(fā)工具

        DEST是在Microsoft Windows開發(fā)平臺下,用面向?qū)ο蟾呒壵Z言C++及開發(fā)工具Visual C++開發(fā)而成的外殼型專家系統(tǒng)開發(fā)工具.DEST采用面向?qū)ο蟮闹R表達(dá)方式,將框架表達(dá)、產(chǎn)生式規(guī)則及過程用面向?qū)ο蟮乃枷霕?gòu)成混合知識表達(dá)方法.它是由知識編輯器(知識管理中心、詞法檢查和添加知識向?qū)?、知識編譯器、推理機(jī)和解釋器等模塊相互聯(lián)系并相互作用組成的.圖2所示為DEST的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),其中虛線框中為某領(lǐng)域具體的專家系統(tǒng)知識庫部分,知識庫中存放著專家系統(tǒng)的靜態(tài)知識(一般為固定且規(guī)則性知識),而上下文數(shù)據(jù)庫是由系統(tǒng)動態(tài)產(chǎn)生的動態(tài)知識(通過推理生成的可執(zhí)行范圍類知識);虛線框外則是專家系統(tǒng)的外殼.顯然,專家系統(tǒng)的外殼適用于一般領(lǐng)域內(nèi)專家系統(tǒng)的框架,與某具體研究領(lǐng)域?qū)<蚁到y(tǒng)無關(guān),運(yùn)用時只需將該領(lǐng)域?qū)<抑R添加到知識庫中,通過編譯知識和推理,即可形成該領(lǐng)域的專家系統(tǒng).

        圖2 DEST的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        2.2 炮尾加工工藝知識表達(dá)的實現(xiàn)過程

        炮尾加工工藝路線專家系統(tǒng)采用框架表示對象,采用框架的二叉樹表示炮尾的加工工藝知識.框架由一些槽類組成,每個槽包括一系列側(cè)面信息,每個側(cè)面又包括一些值.框架結(jié)構(gòu)可以用以框架名為根的多叉樹表達(dá),即以框架名為根,槽屬性為下一層子節(jié)點(diǎn),槽名為再下一層子節(jié)點(diǎn),以此類推,最后一層子節(jié)點(diǎn)為側(cè)面的值.這種多叉樹結(jié)構(gòu)的分支數(shù)是不定的,不易直接表達(dá),但可以轉(zhuǎn)換為二叉樹結(jié)構(gòu).以下代碼是炮尾加工工藝知識的一個框架表達(dá):

        Unit:零件名稱 IN_KNOWLEDGE_BASEAGENT.KBS;

        /*%%%ESDK_MEMBER_SLOT%%%*/

        Subclasses:炮尾;

        MemberSlot:零件 from 零件名稱.fra;

        Inheritance:OverRide.Values;

        ValueClass:STRING;

        Cardinality.Min:1;

        Cardinality.Max:1;

        Values:Unknown;

        END Slot;

        MemberSlot:毛坯 from 毛坯信息.fra;

        Inheritance:OverRide.Values;

        ValueClass:STRING;

        Cardinality.Min:1;

        Cardinality.Max:1;

        Values:Unknown;

        END Slot;

        END Unit.

        炮尾框架的二叉樹結(jié)構(gòu)如圖3所示.框架二叉樹的根以框架名的散列值為桶號存放在各個桶中.每個桶中的框架根節(jié)點(diǎn)之間通過Brother指針組成單鏈表結(jié)構(gòu).實際上,在每個桶中,所有的對象構(gòu)成了一棵二叉樹.

        在知識表達(dá)實現(xiàn)過程中,為了便于人機(jī)交互界面操作,在DEST中添加了知識向?qū)υ捒?圖4).知識向?qū)K的加入不僅提高了知識輸入的準(zhǔn)確性,而且提高了用戶使用該開發(fā)工具的效率.知識向?qū)У淖饔迷谟谧層脩魪姆爆嵉恼Z法規(guī)則記憶中解脫出來,專心于問題領(lǐng)域有關(guān)的專家經(jīng)驗知識總結(jié).向?qū)怯脩艨焖俳<蚁到y(tǒng)的有力工具.

        3 加工工藝路線設(shè)計型專家系統(tǒng)的實現(xiàn)

        (1)根據(jù)設(shè)計型專家系統(tǒng)的開發(fā)步驟(即問題定義階段、 系統(tǒng)設(shè)計階段、知識獲取階段、原型實現(xiàn)階

        圖3 炮尾框架的二叉樹結(jié)構(gòu)

        圖4 知識向?qū)υ捒?/p>

        段和測試改進(jìn)階段),開發(fā)出炮尾加工工藝路線的設(shè)計型專家系統(tǒng),并在專家系統(tǒng)開發(fā)工具界面中創(chuàng)建工程名為炮尾的工藝路線知識管理中心.工藝路線知識包括:零件名稱、毛坯信息、零件主要設(shè)計參數(shù)、零件結(jié)構(gòu)特征、加工方法推理、炮尾的表面加工以及輸出結(jié)果.圖5所示為炮尾加工工藝路線設(shè)計型專家系統(tǒng)人機(jī)交互界面.

        (2)合理添加知識于知識庫中,建立RULE推理機(jī)制,進(jìn)行知識庫的編譯與推理,并根據(jù)實際加工需要(包括零件的名稱、尺寸、特征、材料和熱處理方式等)選擇加工路線要求,輸出炮尾加工工藝路線.最后輸出文件可選擇為Word文檔(圖6).

        圖6 炮尾加工工藝路線Word文檔

        (3)在某火炮生產(chǎn)企業(yè)的測試表明,炮尾加工工藝路線設(shè)計型專家系統(tǒng)最終輸出與實際的加工工藝路線基本一致,工藝設(shè)計人員根據(jù)生成的加工工藝路線可以快速完成產(chǎn)品的工藝規(guī)劃設(shè)計,大大縮短了設(shè)計時間,提高了設(shè)計效率,加快了產(chǎn)品的研發(fā)速度.

        4 結(jié)束語

        在總結(jié)炮尾加工工藝知識的基礎(chǔ)上,使用設(shè)計型專家系統(tǒng)開發(fā)工具DEST,采用面向?qū)ο蟮闹R表達(dá)方法,開發(fā)出了炮尾工藝路線設(shè)計專家系統(tǒng).以某炮尾的實際加工為例進(jìn)行了炮尾加工工藝路線設(shè)計.該專家系統(tǒng)參照知識庫,選取相應(yīng)推理方法自動生成了炮尾加工工藝路線,方案合理、可行,可供炮尾加工工藝路線設(shè)計者參考.

        [1] 趙 旅.炮尾炮閂結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化及穩(wěn)健設(shè)計[D].南京:南京理工大學(xué),2008.

        [2] 孫勝利,郝 博,梁振剛,等.炮尾的智能式工藝路線設(shè)計方法研究[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化,2016,33(2):11-15.

        [3] 張煜東,吳樂南,王水花.專家系統(tǒng)發(fā)展綜述[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用,2010,46(19):43-47.

        [4] 王 兵,莫建軍,朱小峰.引控系統(tǒng)發(fā)射決策專家系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2004,26(3):409-412.

        [5] 郝 博,胡玉蘭,趙歧剛.智能設(shè)計[M].沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2013.

        [6] Chu X N,Tso S K,Tu Y L.A novel methodology for computer-aided process planning[J].International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2000,16(10):714-719.

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