知識工程視域下的機械標準件設(shè)計分析

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摘要：隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提高，各項工業(yè)化生產(chǎn)取得了非常顯著的成績，這離不開各種機械設(shè)備的使用與開發(fā)，而機械設(shè)計需要各種設(shè)計軟件的支持，其中，CAD技術(shù)就是較為常用的一種方法。但是，在使用CAD設(shè)計過程中，鑒于軟件自身構(gòu)造、功能等的復(fù)雜性，會存在一些問題，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，CAD將成為機械設(shè)計最為科學的技術(shù)。本文主要基于知識工程對機械標準設(shè)計方法進行了分析，從而表現(xiàn)機械標準件設(shè)計技術(shù)的日趨成熟過程。

關(guān)鍵詞：知識工程；機械標準設(shè)計；設(shè)計軟件；機械制造

在機械標準件設(shè)計與制造的早期就已經(jīng)應(yīng)用了CAD技術(shù)，但只局限在幾何繪圖當中，其功能應(yīng)用較為單一。但是機械零部件之間往往缺少必要的連接強度，對某一個零部件進行修補就代表著要對整個系統(tǒng)進行重新設(shè)計開發(fā)，最終導致零件的開發(fā)效率非常低，使用也非常不方便。而隨著CAD技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，并且具有參數(shù)化的功能，能夠通過幾何約束來對模型的大小、特征進行控制，使變量成為可以調(diào)整的數(shù)值。只需要對相關(guān)聯(lián)的公式進行調(diào)整就可以達到不同的參數(shù)與尺寸，實現(xiàn)零部件的調(diào)整或者是修改。這樣能夠降低資源的消耗，還可以提高調(diào)整的效率。但是參數(shù)設(shè)計同樣在構(gòu)建函數(shù)關(guān)系上存在不足，為此，將知識工程引入能夠補充設(shè)計上的不足，并且知識是可以循環(huán)利用的。

一、知識工程在CAD軟件中應(yīng)用

知識工程最為直觀的理解就是利用人工智能對信息、數(shù)據(jù)進行處理，再運用信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對數(shù)據(jù)進行計算，可以完成數(shù)據(jù)的采集、加工、整理、制作、發(fā)送等工作。在知識工程中，可以首先運用知識對題目進行解答，在解答當中能夠?qū)^去的知識進行回顧，加深對現(xiàn)有知識的了解，在這種循環(huán)模式下能夠順利將問題解決。

知識工程對問題解決的同時也是對參數(shù)設(shè)計不足的補充。首先，能夠先將產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)性構(gòu)建出來，產(chǎn)品的特征以及尺寸可以在設(shè)計當中獲得修整，在構(gòu)建出來關(guān)聯(lián)性以后，產(chǎn)品所具有的關(guān)聯(lián)性信息將非常多，并且在信息顯示上也能夠更加清晰、具體。還有一方面，在知識工程的設(shè)計背景下，能夠?qū)⑿畔⑿?、設(shè)計標準引入進來，實現(xiàn)了變量之間的統(tǒng)一約束，甚至可以構(gòu)建出一個獨立的校對驗收信息庫。在設(shè)計出的產(chǎn)品不能達到設(shè)計規(guī)范時能夠及時發(fā)出錯誤警報，這樣能夠?qū)⑿蘩淼臅r間縮短，增加了參數(shù)設(shè)計時的穩(wěn)定性與安全性。

二、基于知識工程的參數(shù)化CAD設(shè)計框架

（一）框架設(shè)計

在知識工程領(lǐng)域下，其參數(shù)化的產(chǎn)品設(shè)計框架為下圖1所示：

圖1 基于NX/KF的產(chǎn)品設(shè)計框架

（二）Knowledge Fusion模塊

作為一種科學化的高端軟件，CAD技術(shù)的核心力量體現(xiàn)在產(chǎn)品的開發(fā)與設(shè)計上，而在知識工程理念下，NX軟件系統(tǒng)的核心技術(shù)是知識工程，這樣能夠讓知識工程中專業(yè)人員有更寬廣的空間去選擇優(yōu)化的設(shè)計方案，從而創(chuàng)造出比平時更多的收益。為此，在知識工程理念的引導下，NX/Konwledge Fusion模塊被開發(fā)了出來。

該技術(shù)模塊的優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾個方面：

1、在知識工程領(lǐng)域下，可以應(yīng)用導學方程式語言，這種語言具有自身特點，用戶學習起來非常方便，還很容易理解；

2、可以為用戶提供各種物理量化的函數(shù)式，比如，常見的有慣性引力、重心引力等；

3、用戶在使用函數(shù)對話框，對其的構(gòu)建相比其他模塊更容易構(gòu)建出來，并且方式較為簡單；

4、可以將外部的各種資料全部轉(zhuǎn)化為構(gòu)建模型的資料；

5、對參數(shù)拉桿的動態(tài)模型進行控制；

6、可以對模型的最優(yōu)比例進行設(shè)計與構(gòu)建。

Knowledge Fusion在開發(fā)過程中能夠?qū)⑵湟约煞绞饺谌氲絅X的數(shù)字化系統(tǒng)中，這種Knowledge Fusion技術(shù)有較為明顯的優(yōu)勢，為此，可以在上面構(gòu)建出多個應(yīng)用形式的軟件，能夠?qū)⒎浅７倍嗟募夹g(shù)、知識綜合運用起來，再通過知識的運用與表述對產(chǎn)品的設(shè)計進行研究。

三、運用零部件族法以及Konwledge Fusion模塊進行標準化的設(shè)計

（一）零部件族法的設(shè)計承重梁

運用知識工程進行模塊的標準化設(shè)計首先就要基于零部件族法構(gòu)建出一個零部件模塊，再構(gòu)建出了模塊以后，再按照零部件的各項參數(shù)構(gòu)建出特定的表達式，可以將參數(shù)中的各種變量添加到電子表格中，通過電子表格對各項參數(shù)進行計算。用戶在使用各項標準化的零部件時，只需要將零部件尺寸、以及外形變量全部輸入到對話框中，就能夠得出對應(yīng)的零部件模型。零部件的族法是運用CAD參數(shù)化的思想在設(shè)計中應(yīng)用。在零部件的承重梁設(shè)計對話框中，設(shè)計樣式如下圖2所示：

圖2 基于零部件族的承重梁設(shè)計框架

（二）Knowledge Fusion模塊設(shè)計承重梁

Knowledge Fusion一般都應(yīng)用的是對象編程方法，并且NX/Open API是一種開發(fā)工具，能夠?qū)ο到y(tǒng)進行二次開發(fā)與設(shè)計。在應(yīng)用Konwledge Fusion模塊進行設(shè)計時，必須要能夠遵循下面一些原則：首先，要按照設(shè)計標準設(shè)立一個中心；其次，要能夠使設(shè)計過程中的特征數(shù)進行減少；最后，要選取適合的零部件之間的尺寸，并對這些零部件的尺寸構(gòu)建出特定的關(guān)系。在Knowledge Fusion模塊設(shè)計當中，承重梁的設(shè)計框架樣式如下圖3所示：

圖3 基于Knowledge Fusion模塊設(shè)計承重梁設(shè)計框架

（三）標準化設(shè)計的比較

零部件族法在構(gòu)建標準化零部件過程中有非常多的優(yōu)勢，其中，最為重要的優(yōu)勢就是對其操作非常容易，用戶能夠非常容易掌控，在構(gòu)建完成了標準化的零部件以后，可以將創(chuàng)建出來的零部件作為裝配或者是組裝的整體構(gòu)件。但是零部件族法也有其自身的缺陷，最為主要的缺點就是在人工輸入數(shù)據(jù)時效率非常低，并且需要非常多的人力與物力，電子表格的繪制也容易浪費掉非常多的時間。還有一方面，零部件族法能夠?qū)缀翁卣鞴潭ㄏ聛?，這樣一來，其他形式的運算將不容易實施。任何一種細小的錯誤都會為后期的設(shè)計帶來不便，必須要進行重建，無形中增加了非常大的風險。還有一方面，應(yīng)用零部件族法可以對模型進行約束，但是卻不能實現(xiàn)全部約束，有一定的片面性。如果在系統(tǒng)中輸入了過多的參數(shù)，將使設(shè)計出現(xiàn)偏差，不利于模型的結(jié)構(gòu)塑造。如果處理不當將造成大量數(shù)據(jù)的丟失以及損毀，模型的質(zhì)量控制不夠標準。