基于描述邏輯的數(shù)控銑床加工工藝知識庫檢索

賈偉

摘 要 數(shù)控銑床加工工藝知識庫能夠輔助操作人員進(jìn)行操作決策，為了提高檢索知識庫的準(zhǔn)確性和有效性，提出了一種基于描述邏輯的知識庫檢索方法，利用描述邏輯對檢索需求和知識進(jìn)行描述，消除語義的模糊性和二義性，通過實(shí)例說明該方法能夠準(zhǔn)確和有效的檢索加工工藝知識。

關(guān)鍵詞 描述邏輯 數(shù)控銑床 加工工藝 知識庫

中圖分類號：TP391.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.10.074

Abstract Knowledge base retrieval of processing techniques of CNC milling machining can be auxiliary operation personnel of operation decision. To improve the accuracy and efficiency of the knowledge base， a retrieval method of knowledge base based on description logic is proposed. Using description logic to describe the retrieval demand and knowledge， semantic fuzziness and ambiguity are eliminated. Example result shows that the proposed method can accurately and efficiently retrieve knowledge of processing techniques.

Keywords description logic； CNC milling machine； processing techniques； knowledge base

0 引言

數(shù)控銑床加工是一種精密五金零件的高科技加工方式，可以加工各種復(fù)雜的平面、曲面和殼體類零件，能夠使各個(gè)零件的加工表面的形狀及位置獲得很高的精度。由于在加工中，操作過程較為復(fù)雜，需要進(jìn)行刀具選擇、參數(shù)設(shè)定和走刀路線規(guī)劃等操作，①②③④僅依靠個(gè)人知識是無法完成這些復(fù)雜的選擇的，銑床加工工藝知識庫中包含了工藝人員在實(shí)踐中積累的大量工藝經(jīng)驗(yàn)、方法和工藝參數(shù)，利用銑床加工工藝知識庫中的知識能夠輔助操作人員做出正確的操作決策，從而有效準(zhǔn)確的完成相應(yīng)操作，⑤但是操作人員的檢索需求使用的是自然語言，由于自然語言的二義性導(dǎo)致這種檢索需求難以被知識庫準(zhǔn)確理解，使得對知識庫的檢索結(jié)果無法滿足操作人員的需求。因此，準(zhǔn)確描述檢索需求成為了急需解決的問題。

描述邏輯是近年來發(fā)展和應(yīng)用較為廣泛的一種知識表示的形式化方法，由于描述邏輯具備嚴(yán)格的形式化語義，能夠消除自然語言中的二義性和不確定性，已經(jīng)成功的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中。⑥⑦為了準(zhǔn)確和有效的檢索工藝知識庫中的知識，本文采用基于描述邏輯的檢索方法對數(shù)控銑床加工工藝知識庫進(jìn)行檢索，以描述邏輯為基礎(chǔ)，對檢索需求進(jìn)行描述，通過推理給出準(zhǔn)確有效的檢索結(jié)果。

1 描述邏輯

描述邏輯是基于對象的知識表示語言，是一階謂詞邏輯可判定的子集，具有明確的語義，提供了可判定性的推理服務(wù)，具有語義特征，能夠保證推理算法的有窮性。⑧描述邏輯包含概念和關(guān)系兩個(gè)基本組成部分。描述邏輯的基本語言ALC的基本元素包括概念、關(guān)系、個(gè)體以及在它們之上的交、并、非、存在量詞和全程量詞等算子。一個(gè)描述邏輯系統(tǒng)包括四個(gè)基本組成部分：概念集、關(guān)系集，TBox斷言集和ABox斷言集及TBox和ABox上的推理機(jī)制。TBox是一個(gè)描述領(lǐng)域結(jié)構(gòu)的公理集，有包含公理和定理公理兩種形式，ABox是一個(gè)描述關(guān)于具體個(gè)體事實(shí)的公理集，其中包含概念斷言和關(guān)系斷言兩種形式。描述邏輯的基本運(yùn)算符包括合取、析取、否定、存在性限定和值限定等，ALC的語法和語義以及TBox包含斷言如表1和表2所示。

在基于描述邏輯的加工工藝知識庫中有兩種基本知識，第一種是關(guān)于問題領(lǐng)域一般性的內(nèi)涵知識，第二種是只與特定問題相關(guān)的外延知識，它們分別存放在TBox和ABox 中。TBox包含外延知識，描述概念的一般性質(zhì)，概念之間的包含關(guān)系，ABox包含外延知識，描述論域中的特定個(gè)體。一般認(rèn)為內(nèi)涵知識是不變的，而外延知識依賴于特定環(huán)境，是可變的。TBox中聲明的基本形式是類定義，使用已定義的概念來定義新的概念。構(gòu)造術(shù)語表的基本任務(wù)是分類，將一個(gè)新概念放在概念層次結(jié)構(gòu)中一個(gè)合適的位置。這可以通過檢查層次機(jī)構(gòu)中每個(gè)概念與新概念之間的包含關(guān)系來確定。ABox 包含論域的外延知識，是關(guān)于個(gè)體的斷言，斷言分為概念斷言和關(guān)系斷言兩類。

2 基于描述邏輯的知識庫檢索

本文利用描述邏輯對檢索需求和知識庫中的知識進(jìn)行描述，使需求和知識在語義上保持一致，為知識的檢索提供基礎(chǔ)。描述邏輯描述的檢索需求和知識庫的知識包括概念組成、數(shù)量約束和量詞三個(gè)部分，分別用concept、number和role表示，知識的組成概念是指知識的概念組成，數(shù)值約束是對知識中概念的值的限定，量詞是指存在量詞和全稱量詞。圖1為知識檢索框架。

在檢索過程中，操作人員發(fā)出檢索請求，檢索請求轉(zhuǎn)換為基于描述邏輯的形式，利用描述邏輯對檢索對象的各個(gè)方面進(jìn)行描述，推理服務(wù)包括知識庫和檢索推理，知識庫中包括模具資源、工藝實(shí)例和工藝決策等知識，通過描述邏輯的描述，檢索需求和知識庫中對應(yīng)的知識可以形成映射關(guān)系，通過檢索推理能夠通過映射關(guān)系找到相應(yīng)的知識，最后將檢索結(jié)果返回給操作人員。檢索需求與知識庫知識的匹配情況分為以下五種類型：（1）與精確匹配，中所表達(dá)的需求特征在S中都能夠提供，并且沒有任何附加特征。（2）與完全匹配，除了提供了中要求的所有特征外，還提供了不屬于要求的其他特征，并且這些特征不與要求的特征沖突。（3）與插件匹配，除了提供了中要求的所有特征外，還要求了一些無法提供的特征，這些特征不與的特征沖突。（4）與潛在匹配，中要求的特征與提供的特征在邏輯上無任何沖突。（5）與部分匹配，中要求的一些特征與提供的某些特征在邏輯上存在沖突。

具體檢索算法如下：（1）輸入：檢索需求；（2）將檢索需求轉(zhuǎn)換為描述邏輯表達(dá)的實(shí)例斷言或者公理斷言，包括概念組成、數(shù)量約束和量詞三個(gè)部分；（3）分別將檢索請求的概念組成、數(shù)量約束和量詞與知識庫知識的概念組成、數(shù)量約束和量詞進(jìn)行比較，判斷檢索請求與知識的匹配類型；（4）輸出：檢索結(jié)果。

3 實(shí)例分析

下面給出一個(gè)基于描述邏輯的知識庫檢索實(shí)例，檢索請求為進(jìn)行倒角立銑床加工，采用 8mm球頭銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為1500r/min，精加工，用描述邏輯表示為 = ∩.（ = 8）∩.（=1500）∩，知識庫中存在的知識包括五個(gè)工藝知識實(shí)例：

（1）不倒角立銑床加工，采用 8mm球頭銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為1500r/min，精加工。描述邏輯表示為： = ∩.（ = 8）∩.（=1500）∩。

（2）倒角立銑床加工，采用 8mm球頭銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為1500r/min，精加工。描述邏輯表示為： = ∩.（ = 8）∩.（=1500）∩。

（3）不倒角立銑床加工，采用 7mm球頭銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為1300r/min，精加工。描述邏輯表示為： = ∩.（ = 7）∩.（=1300）∩。

（4）倒角立銑床加工，采用 8mm球頭銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為1500r/min，粗加工。描述邏輯表示為： = ∩.（ = 8）∩.（=1500）∩。

（5）倒角立銑床加工，采用 8mm球頭銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為1500r/min。描述邏輯表示為： = ∩.（ = 8）∩.（=1400）。

顯然，通過描述邏輯描述以及檢索算法可以得到工藝知識實(shí)例（2）與檢索請求屬于精確匹配，符合檢索請求，而工藝知識實(shí)例（1），（3）、（4）與檢索請求屬于部分匹配，工藝知識實(shí)例（5）與檢索請求屬于潛在匹配。

4 結(jié)束語

數(shù)控銑床加工工藝知識庫能夠幫助操作人員做出加工決策，提高加工效率，為了消除了語義的模糊性和二義性，為操作人員提供準(zhǔn)確的檢索結(jié)果，本文使用描述邏輯描述檢索需求和工藝知識庫中的知識，并給出一個(gè)檢索知識的算法，通過實(shí)例分析說明了基于描述邏輯的檢索方法可以輔助操作人員準(zhǔn)確和有效的檢索知識庫中的知識，有利于工藝知識的重用。

注釋

① 高慶武，李玉明.數(shù)控銑加工中的刀具和切削用量選擇[J].安陽工學(xué)院學(xué)報(bào)，2012.11（4）：11-12.

② 路曉東.數(shù)控銑加工中工藝參數(shù)的合理選擇[J].機(jī)電技術(shù)，2011（1）：60-63.

③ 王衛(wèi)兵，單巖.模具數(shù)控銑加工中刀軌形式的合理選擇[J].模具制造，2004（10）：58-60.

④ 高杉，安勇亮.數(shù)控銑加工精密薄壁零件的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2014（4）：153-155.

⑤ 彭曦.數(shù)控銑加工工藝知識庫的構(gòu)建及應(yīng)用[J].物流工程與管理，2011.33（6）：164-166.

⑥ 胡博，王智學(xué)，董慶超，牛彥杰.基于描述邏輯的上下文知識獲取與推理方法[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2013.40（4）：199-203.

⑦ 甘健侯，文斌.基于描述邏輯的概念建模研究[J].云南師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2008.28（6）：13-16.

⑧ Baader F，Calvanese D，Mcguinness D，et al.The Description Logic Handbook：Theory，Implementation and Applications[M].Cambridge：Cambridge University Press，2003：47-100.