基于決策表的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈配置設(shè)計(jì)方法

馮文濤

（鐵嶺師范高等專科學(xué)校 理工學(xué)院，鐵嶺 112000）

0 引言

風(fēng)力發(fā)電是一個(gè)涉及機(jī)械、空氣動(dòng)力、電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制等多學(xué)科的復(fù)雜問題，其核心內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)風(fēng)能—機(jī)械能—電能之間的轉(zhuǎn)換。其風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能是通過一系列的傳動(dòng)來完成的[1]。目前，風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈多采用半理論、半經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)過程重復(fù)多，周期長(zhǎng)，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)效率較低。因此，建立能快速響應(yīng)客戶需求的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈配置設(shè)計(jì)系統(tǒng)尤為重要。隨著客戶個(gè)性化程度的日益提高，產(chǎn)品生產(chǎn)模式逐漸從大批量生產(chǎn)向大批量定制轉(zhuǎn)變。快速響應(yīng)客戶需求，進(jìn)行大批量定制生產(chǎn)，產(chǎn)品配置則是實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一，產(chǎn)品配置方法是產(chǎn)品配置的核心[2]。

針對(duì)在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)過程中，其零部件結(jié)構(gòu)、尺寸參數(shù)可由理論和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合形成的約束規(guī)則來確定的特點(diǎn)，提出了基于決策表的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的配置模型，給出了配置引擎對(duì)傳動(dòng)鏈的解析和調(diào)用過程，通過用戶需求驅(qū)動(dòng)配置系統(tǒng)逐層匹配生成傳動(dòng)鏈的配置清單。是在正確理解客戶需求的基礎(chǔ)上，通過對(duì)產(chǎn)品所蘊(yùn)含知識(shí)、關(guān)系和經(jīng)驗(yàn)的有效提取及合理表達(dá)而構(gòu)建的配置平臺(tái)[3]。風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈配置設(shè)計(jì)系統(tǒng)以傳動(dòng)鏈配置模板為基礎(chǔ)，按照輸入的傳動(dòng)鏈參數(shù)，依據(jù)設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)中零部件的裝配關(guān)系及約束關(guān)系，配置出風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)實(shí)例。

如圖1所示給出了風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的配置模型。

風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈配置模板包含了機(jī)組傳動(dòng)鏈所有零部件組合的結(jié)構(gòu)模型，并且包含傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)的配置知識(shí)規(guī)則和約束關(guān)系規(guī)則的字符串連接[4]，配置模板的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)是以事物特性表、事物決策表以及規(guī)則知識(shí)庫(kù)等形式共同構(gòu)成。它通過各個(gè)知識(shí)規(guī)則和約束的連接

圖1 風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的配置模型

1 風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的配置模型

產(chǎn)品配置的基礎(chǔ)是建立有效的配置模型。產(chǎn)品配置模型字符串同配置產(chǎn)品的知識(shí)規(guī)則表聯(lián)系起來，共同支持的產(chǎn)品的配置過程。

配置引擎是整個(gè)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈配置系統(tǒng)的核心。其過程是通過輸入傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)的基本參數(shù)，銷售引擎提取知識(shí)庫(kù)里面的規(guī)則、約束及數(shù)據(jù)信息，按照風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的基本模型樹定義的順序，輸出初步的配置實(shí)例，當(dāng)設(shè)計(jì)引擎無法從知識(shí)庫(kù)中配置出相應(yīng)的零部件時(shí)，則配置引擎提示設(shè)計(jì)人員針對(duì)該部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，利用設(shè)計(jì)引擎把該設(shè)計(jì)規(guī)則和計(jì)算數(shù)據(jù)加入到知識(shí)庫(kù)中。下次配置引擎遇到同樣問題時(shí)，可以自動(dòng)配置出實(shí)例。設(shè)計(jì)引擎以智能體的形式存在，保證了設(shè)計(jì)引擎的自學(xué)習(xí)性和知識(shí)庫(kù)的擴(kuò)充性。

產(chǎn)品知識(shí)規(guī)則以決策表的形式表達(dá)，在配置引擎對(duì)知識(shí)規(guī)則的解析上，本系統(tǒng)采用正則表達(dá)的方法對(duì)知識(shí)規(guī)則庫(kù)進(jìn)行搜索和匹配。正則表達(dá)式作為一個(gè)模板，將某個(gè)字符模式與所搜索的字符串進(jìn)行匹配。本系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行搜索和匹配時(shí)，只需實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的加減乘除的匹配模式即可。

以下為本系統(tǒng)正則解析的運(yùn)行實(shí)例：

連接知識(shí)規(guī)則庫(kù)的字符串：（；CLX_Transmission；）T1=；CLX_Value_T1；T2=；CLX_Value_T2；T3=；CLX_Value_T3 ；(T1：齒輪箱增速比；T2：齒輪箱重量；T3：齒輪箱廠家)

解析：把 CLX_Transmission、CLX_Value_T1、CLX_Value_T2、CLX_Value_T3 ； 這 類 的 字 符串與系統(tǒng)存在的變量相匹配，當(dāng)客戶選取參數(shù)：“CLX_一級(jí)行星+兩級(jí)平行軸”，增速比為56.5 ，重量為9700 Kg ”，匹配后的結(jié)果如下：“CLX_重齒 _FL600”。

2 基于決策表的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的知識(shí)表達(dá)

針對(duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)知識(shí)領(lǐng)域的特點(diǎn)，本文采用基于決策表的知識(shí)表達(dá)方法作為傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)知識(shí)規(guī)則表達(dá)的理論依據(jù)[5]。

首次按照傳動(dòng)鏈部件的裝配關(guān)系將其知識(shí)分類，傳動(dòng)鏈的知識(shí)分類與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，比如對(duì)于齒輪箱零件類，該零件的知識(shí)存儲(chǔ)在“風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈知識(shí)分類——齒輪箱”中，同時(shí)零部件之間存在相互配置關(guān)系、約束的知識(shí)。風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)的各種規(guī)則可以按簡(jiǎn)單的方式羅列在決策表中，表示相關(guān)聯(lián)的，需要在配置過程中被調(diào)用的 “IF-THEN”形式的聯(lián)系。

表1是“風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈知識(shí)分類——齒輪箱”模塊知識(shí)的決策表例子。

風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈配置系統(tǒng)對(duì)決策表的調(diào)用遵循以下的過程：

零部件的決策知識(shí)表與風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈知識(shí)結(jié)構(gòu)樹上的對(duì)象存在對(duì)應(yīng)聯(lián)系，這樣傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)樹及其決策表就組成一個(gè)信息單元。在傳動(dòng)鏈的配置過程中，傳動(dòng)鏈配置系統(tǒng)將用戶可選擇的參數(shù)數(shù)據(jù)從決策表中取出存入用來構(gòu)建動(dòng)態(tài)菜單的調(diào)用框架里。在這個(gè)動(dòng)態(tài)框架里，客戶可以對(duì)用來選擇準(zhǔn)則的數(shù)值進(jìn)行挑選，然后在存入決策表中。這樣，根據(jù)輸入的參數(shù)信息，就能夠在決策表的活動(dòng)區(qū)中對(duì)零部件進(jìn)行篩選。每一個(gè)從最完整傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)中派生出來的傳動(dòng)鏈配置表示了一個(gè)具體的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)[6]。

圖2以風(fēng)電機(jī)組齒輪箱為例，講述了風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的決策表知識(shí)調(diào)用過程?，F(xiàn)在客戶根據(jù)輸入傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)參數(shù)來判定具體齒輪箱型號(hào)及屬性參數(shù)，如當(dāng)客戶選擇“傳動(dòng)方式為一級(jí)行星+兩級(jí)平行軸，增速比為56.5，參考重量9700 Kg”，為判斷風(fēng)機(jī)中齒輪箱配置輸入條件，可以由系統(tǒng)自動(dòng)判定輸出的可選部件為重齒_FL600，判斷過程完成。

由此可見，風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)知識(shí)需要描述的判定由一組操作組成，并且是否執(zhí)行某些操作又取決于一組條件，這時(shí)候用決策表描寫加工邏輯比較合適。并且與傳統(tǒng)的基于規(guī)則的產(chǎn)生式的產(chǎn)品配置系統(tǒng)相比，用決策表管理傳動(dòng)鏈配置

表1 風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈齒輪箱決策表

圖2 風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈決策表的知識(shí)調(diào)用

知識(shí)具有開放性，易于擴(kuò)展和管理的優(yōu)點(diǎn)。

3 基于決策表的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的配置流程

產(chǎn)品配置的過程是一個(gè)信息流動(dòng)的過程，通過客戶需求映射，將客戶需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的技術(shù)需求，然后根據(jù)產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)樹將產(chǎn)品的技術(shù)需求進(jìn)行分解，匹配各級(jí)產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)單元的實(shí)例，產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)實(shí)例的匹配過程就是產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)的過程[7]。

配置流程如下：

1）產(chǎn)品類型選擇，根據(jù)產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行模塊劃分，通過選擇設(shè)計(jì)產(chǎn)品的類型鏈接到相應(yīng)的模塊。

2）配置參數(shù)選取，其中包括初始參數(shù)選取和設(shè)計(jì)參數(shù)選取兩個(gè)階段，有兩種初始參數(shù)接受的方法，一種是手工直接輸入，另一種可以直接從企業(yè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)庫(kù)中導(dǎo)入已有的初始參數(shù)；然后輸入設(shè)計(jì)人員關(guān)心的設(shè)計(jì)參數(shù)，并保存設(shè)計(jì)狀態(tài)。

3）配置引擎搜索，配置引擎按照配置模型的順序調(diào)用知識(shí)規(guī)則庫(kù)進(jìn)行配置，如果配置模型全部匹配，則生成配置好的結(jié)構(gòu)實(shí)例；如果配置引擎無法全部匹配配置模型，則提示設(shè)計(jì)人員，沒有配置成功的零部件信息，幫助設(shè)計(jì)人員快速、準(zhǔn)確定位要重新設(shè)計(jì)的零部件。

4）生成產(chǎn)品配置清單。它將作為各部門主要的共享資源，指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)出滿足客戶需求的產(chǎn)品。

圖3所示為風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈配置設(shè)計(jì)主界面；在樹控件中選擇需要配置的零件，點(diǎn)擊下面的產(chǎn)品配置進(jìn)入到傳動(dòng)鏈參數(shù)輸入界面，如圖4所示。客戶可以對(duì)需求參數(shù)進(jìn)行添加、刪除等數(shù)據(jù)操作，輸入完參數(shù)之后單擊保存得到如圖3所示的配置實(shí)例，通過客戶需求與產(chǎn)品實(shí)例匹配輸出配置產(chǎn)品。通過上述方法，在滿足客戶需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了縮短設(shè)計(jì)周期、降低設(shè)計(jì)成本的目的。

圖3 風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈配置設(shè)計(jì)主界面

圖4 風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈齒輪箱參數(shù)輸入界面

4 結(jié)論

本文采用決策表知識(shí)表達(dá)方法描述風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)的約束規(guī)則，依據(jù)機(jī)組傳動(dòng)鏈之間的裝配關(guān)系搭建產(chǎn)品配置模型，結(jié)合產(chǎn)品配置過程，對(duì)配置引擎調(diào)用知識(shí)規(guī)則的過程進(jìn)行了具體討論，給出了正則表示的知識(shí)解析方法，最后配置模型

逐層匹配用戶需求，映射生成零部件實(shí)例，有效提高配置效率，使配置過程更具有柔性。本系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)方法在風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的配置設(shè)計(jì)中已得到有效的應(yīng)用，該方法能夠縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，減輕設(shè)計(jì)人員工作量，對(duì)風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)有很大的借鑒意義。

[1] 熊禮儉. 風(fēng)力發(fā)電新技術(shù)與發(fā)電工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)及規(guī)范使用手冊(cè)[Z]. 北京: 北京科技出版社, 2003.

[2] 譚建榮,李濤, 戴若夷.支持大批量定制的產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究[J]. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào), 2003,15(8): 931-937.

[3] 張勁松, 王啟富, 萬立, 等. 基于BOM的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方案求解技術(shù)[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng), 2003, 9(5): 344-350.

[4] 李濤. 面向大批量定制的敏捷產(chǎn)品配置與柔性生產(chǎn)控制的研究[M]. 杭州: 浙江大學(xué)出版社, 2002.

[5] 佟振博. 知識(shí)庫(kù)在工藝路線決策中的應(yīng)用[M]. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2002.

[6] 孔剛. 產(chǎn)品配置與過程管理中若干關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[M]. 杭州: 浙江大學(xué)出版社, 2002.

[7] 萬飛. 基于知識(shí)管理的電梯配置系統(tǒng)的研究與開發(fā)[M].大連: 大連理工大學(xué)出版社, 2005.