基于事例的汽車(chē)夾具設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

摘要：本文以汽車(chē)夾具為研究對(duì)象，分析了汽車(chē)夾具的相似性，指出汽車(chē)夾具相似可描述為功能相似和結(jié)構(gòu)相似兩個(gè)方面，根據(jù)基于事例的推理方法，研究了汽車(chē)夾具設(shè)計(jì)中的事例庫(kù)組織、檢索方法、檢索算法和事例檢索器等關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)踐表明，基于事例的求解方式對(duì)汽車(chē)夾具設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)來(lái)講是一種有效的推理方法。

關(guān)鍵詞：基于事例的推理；汽車(chē)夾具設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

引言

汽車(chē)夾具在現(xiàn)代制造中起著重要的作用，直接影響產(chǎn)品的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、成本，制約著產(chǎn)品上市時(shí)間，汽車(chē)夾具設(shè)計(jì)作為制造環(huán)節(jié)中生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間和加工成本的重要影響因素，而倍受關(guān)注。本文運(yùn)用基于事例的推理CBR（Case Based Reasoning）方法，通過(guò)汽車(chē)夾具相似性的分析，提出了基于事例的汽車(chē)夾具設(shè)計(jì)方法，并就其中的事例庫(kù)組織、事例檢索、檢索算法和事例檢索器等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，取得了較好的使用效果。

1.CBR的基本原理

CBR是80年代初期提出的一種AI技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是根據(jù)問(wèn)題描述，從事例庫(kù)中提取相似的事例，并通過(guò)對(duì)事例的參考，得到問(wèn)題的解決，這個(gè)過(guò)程大體上分為以下幾個(gè)步驟：

1.1.索引：輸入待解決問(wèn)題的要求，初始條件等新任務(wù)相關(guān)的信息，指定一個(gè)索引；

1.2.檢索：根據(jù)索引，從事例庫(kù)中提取一個(gè)或一組與當(dāng)前問(wèn)題相似的事例；

1.3.修改：從相似事例中找出最相似的事例或多個(gè)事例的組合，形成問(wèn)題可能解決方案，并通過(guò)目標(biāo)方案的評(píng)價(jià)修改，來(lái)滿足當(dāng)前的設(shè)計(jì)要求；

1.4.存貯：?jiǎn)栴}解決后，當(dāng)前的解，即可作為新的事例存入事例庫(kù)，實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)。

2.汽車(chē)夾具的相似性

汽車(chē)夾具通常按所用機(jī)床分為車(chē)床汽車(chē)夾具（簡(jiǎn)稱(chēng)：車(chē)夾）、銑床汽車(chē)夾具（簡(jiǎn)稱(chēng)：銑夾）、鉆床汽車(chē)夾具（簡(jiǎn)稱(chēng)：鉆模）以及鏜床汽車(chē)夾具（簡(jiǎn)稱(chēng)：鏜夾）等；在具體的結(jié)構(gòu)上，雖因所裝夾的工序件的特征不同其具體的結(jié)構(gòu)形式不同，然而其工作原理是基本相同。在空間中，汽車(chē)夾具的設(shè)計(jì)信息包括零件的基本特征、工序件特征、工序內(nèi)容、毛坯性質(zhì)、加工機(jī)床、刀具類(lèi)型等，反映了汽車(chē)夾具的功能。因此，汽車(chē)夾具的相似性表現(xiàn)為汽車(chē)夾具的功能相似和汽車(chē)夾具的結(jié)構(gòu)相似兩個(gè)方面。

現(xiàn)代企業(yè)為了滿足市場(chǎng)大批量定制的要求，生產(chǎn)大量變型產(chǎn)品，因此，企業(yè)中有許多同類(lèi)型或系列化的產(chǎn)品。因此，如將基于事例的推理方法應(yīng)用于汽車(chē)夾具CAD系統(tǒng)之中，可以避開(kāi)傳統(tǒng)汽車(chē)夾具CAD系統(tǒng)中知識(shí)獲取、規(guī)則組織的瓶頸以及大量設(shè)計(jì)信息輸入的需求，而只需要收集過(guò)去的事例，這符合工程技術(shù)人員的設(shè)計(jì)習(xí)慣，從而減少因重新設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)驗(yàn)算所化費(fèi)的時(shí)間，提高設(shè)計(jì)速度，達(dá)到保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的目的。

3.汽車(chē)夾具事例庫(kù)組織

3.1.汽車(chē)夾具事例庫(kù)的結(jié)構(gòu)

汽車(chē)夾具的結(jié)構(gòu)相似，表現(xiàn)為整體相似、組件相似和元件相似，因此，就形成了整體結(jié)構(gòu)事例庫(kù)、組件事例庫(kù)和元件事例庫(kù)。汽車(chē)夾具的整體結(jié)構(gòu)事例表現(xiàn)為汽車(chē)夾具滿足特定的功能，即由零件信息和工序信息所約束，同時(shí)，表達(dá)了其組成中功能組件的名稱(chēng)、數(shù)量、與目標(biāo)對(duì)象工序件以及組件之間的裝配關(guān)系；組件事例反映了其成員：功能元件及其它結(jié)構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)主參數(shù)、數(shù)量以及裝配約束關(guān)系；元件事例則是具體的功能元件和結(jié)構(gòu)件?，F(xiàn)代汽車(chē)夾具設(shè)計(jì)中含有較多的已參數(shù)化的標(biāo)準(zhǔn)件和常用非標(biāo)件，元件事例庫(kù)記錄著相應(yīng)事件下的規(guī)格參數(shù)和元件路徑。汽車(chē)夾具事例庫(kù)的組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1.汽車(chē)夾具事例庫(kù)的組織結(jié)構(gòu)

本人所服務(wù)的東風(fēng)悅達(dá)起亞汽車(chē)有限公司在汽車(chē)夾具事例庫(kù)方面的管理方法是：針對(duì)本公司汽車(chē)生產(chǎn)的五大工藝（沖壓、焊裝、涂裝、總裝、發(fā)動(dòng)機(jī)）的要求，根據(jù)夾具的功能將汽車(chē)夾具歸類(lèi)為焊接夾具和裝夾夾具二大類(lèi)，其中焊接夾具僅適用于焊裝車(chē)間，它的功能是將多個(gè)汽車(chē)車(chē)身零部件在夾具的定位并夾緊下通過(guò)焊接方法使之成為焊合體；而裝夾夾具可適用于五大車(chē)間，如沖壓車(chē)間模具維修鉆銑床加工的裝夾夾具；涂裝車(chē)間電泳和噴涂用于車(chē)門(mén)限位的裝夾夾具；焊裝車(chē)間的車(chē)門(mén)及翼子板的裝配夾具；總裝車(chē)間的發(fā)動(dòng)機(jī)、前后橋、油箱、輪胎等零部件的裝配夾具；發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)間的各種加工專(zhuān)機(jī)的裝夾夾具。另外對(duì)于同一車(chē)間的夾具又可以按照車(chē)型不同進(jìn)行細(xì)分，也可以按照仕樣不同進(jìn)行區(qū)分：比如有專(zhuān)用夾具與共用夾具之分；手動(dòng)夾具與自動(dòng)夾具之別。最后工藝設(shè)計(jì)人員將這些不同用途的汽車(chē)夾具進(jìn)行歸納，并根據(jù)圖1組織結(jié)構(gòu)分類(lèi)后資源共享，對(duì)公司新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中工藝裝備的設(shè)計(jì)和優(yōu)化起到了省時(shí)省力節(jié)減成本的作用。

3.2.事例的檢索方法

汽車(chē)夾具的功能相似和汽車(chē)夾具的結(jié)構(gòu)相似，反映了汽車(chē)夾具設(shè)計(jì)信息與汽車(chē)夾具結(jié)構(gòu)特征之間的映射關(guān)系?；谄?chē)夾具功能相似的檢索，通過(guò)輸入相應(yīng)的設(shè)計(jì)信息，可以獲得相似工序件下的汽車(chē)夾具結(jié)構(gòu)組成；而基于汽車(chē)夾具結(jié)構(gòu)相似的檢索，則在檢索相似結(jié)構(gòu)事例的同時(shí)獲得事例相應(yīng)的使用場(chǎng)合，常用于對(duì)功能組件和汽車(chē)夾具元件的檢索；當(dāng)設(shè)計(jì)人員已具備一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，也可少輸入一些設(shè)計(jì)信息，采用與汽車(chē)夾具結(jié)構(gòu)特征混合檢索的方法，進(jìn)行快速檢索。

4.檢索算法

在基于事例的汽車(chē)夾具設(shè)計(jì)中，最重要的是相似事例的檢索，最佳事例的選擇與事例參數(shù)的修改。針對(duì)汽車(chē)夾具設(shè)計(jì)要求，采用知識(shí)引導(dǎo)和最相鄰近策略相結(jié)合的方法。知識(shí)引導(dǎo)策略主要用于在引導(dǎo)程序打開(kāi)相應(yīng)的事例庫(kù)，如事例中帶有一面兩銷(xiāo)定位信息時(shí)，則打開(kāi)一面兩銷(xiāo)定位組件事例庫(kù)，事例中有支座的信息，則打開(kāi)支座事例庫(kù)。

檢索算法：

4.1.根據(jù)汽車(chē)夾具事例庫(kù)的索引信息，打開(kāi)相應(yīng)的事例庫(kù)；

4.2.將新的事例信息與打開(kāi)的事例庫(kù)中的所有事例信息逐個(gè)進(jìn)行匹配，并進(jìn)行相似度計(jì)算，從而得到n個(gè)相似度值；

4.3.對(duì)n個(gè)相似度值進(jìn)行排序，值最大的即為最相近的事例。

相似度是所求問(wèn)題事例的屬性值與以往事例屬性值一致程度的度量值，在汽車(chē)夾具事例信息既有數(shù)值型，又有字符型數(shù)據(jù)，提出了如下的相似度計(jì)算公式：

5.事例檢索器和設(shè)計(jì)任務(wù)的完成

在汽車(chē)夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)任務(wù)的內(nèi)容是逐漸增加的，需要完成的設(shè)計(jì)任務(wù)從整體結(jié)構(gòu)汽車(chē)夾具到汽車(chē)夾具組件以及到汽車(chē)夾具元件，常常是要進(jìn)行分解和組合。因此，事件的檢索過(guò)程可通過(guò)不斷地檢索設(shè)計(jì)任務(wù)的內(nèi)容來(lái)觸發(fā)。檢索器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 汽車(chē)夾具事例檢索器的結(jié)構(gòu)圖

將設(shè)計(jì)任務(wù)存放于黑板之中，檢索器不斷地對(duì)黑板中的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，若某個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)所需的數(shù)據(jù)完備時(shí)，將引起觸發(fā)的動(dòng)作，即對(duì)事例庫(kù)進(jìn)行檢索，相似度計(jì)算和排序，修改后完成這個(gè)任務(wù)，并將生成的數(shù)據(jù)寫(xiě)入黑板中，這樣重復(fù)直到整個(gè)汽車(chē)夾具設(shè)計(jì)完成為止。

6.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)汽車(chē)夾具結(jié)構(gòu)特征和汽車(chē)夾具功能分析以及企業(yè)中存在大量相似結(jié)構(gòu)特征的零件事實(shí)，指出汽車(chē)夾具設(shè)計(jì)中存在大量相似的設(shè)計(jì)工作。通過(guò)對(duì)CBR技術(shù)研究，我們認(rèn)為CBR在汽車(chē)夾具設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)中是可行的。并就系統(tǒng)中的汽車(chē)夾具事例庫(kù)、事例檢索、檢索算法和事例檢索器等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中提高了汽車(chē)夾具設(shè)計(jì)效率，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的規(guī)范化，保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量，取得了較好的使用效果。

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