基于炮尾的工藝路線設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)研究

趙洪志，張 健

(沈陽(yáng)理工大學(xué) 裝備工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 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(shí)與炮閂一起閉鎖炮膛，并連接身管和反后坐裝置的活動(dòng)構(gòu)件.炮閂在完成關(guān)閂、閉鎖、擊發(fā)、開(kāi)閂和抽筒等動(dòng)作時(shí)，其部分零部件需要安裝在炮尾上.為便于在炮尾上固定專(zhuān)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(duì)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(chǔ)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(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法；在分析加工工藝路線的基礎(chǔ)上，利用專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具DEST(Design Expert System Tools)實(shí)現(xiàn)炮尾工藝路線設(shè)計(jì)型專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)；在運(yùn)行該系統(tǒng)時(shí)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(jì)參數(shù)，并選擇適當(dāng)?shù)募庸すに嚪椒?，通過(guò)專(zhuān)家系統(tǒng)的編譯和推理，實(shí)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(duì)象，分析其加工工藝路線，根據(jù)炮尾的實(shí)際加工要求將炮尾的加工工藝路線分為7個(gè)框架：零件名稱(chēng)、毛坯信息、零件主要設(shè)計(jì)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(chēng)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(jì)參數(shù)框架包括毛坯邊長(zhǎng)、凸形槽傾斜度、軸孔直徑和炮尾全長(zhǎng)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(chē)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(duì)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(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，其內(nèi)部?jī)?chǔ)存著某個(gè)領(lǐng)域大量專(zhuān)家水平的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類(lèi)專(zhuān)家的知識(shí)和解決問(wèn)題的方法來(lái)解決該領(lǐng)域的復(fù)雜問(wèn)題.這也就是說(shuō)，專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量專(zhuān)門(mén)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，它能夠應(yīng)用人工智能，根據(jù)某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷，模擬人類(lèi)專(zhuān)家的決策過(guò)程，解決那些需要專(zhuān)家決定的復(fù)雜問(wèn)題.圖1所示為設(shè)計(jì)型專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)步驟.

圖1 設(shè)計(jì)型專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)步驟

2.1 專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具

DEST是在Microsoft Windows開(kāi)發(fā)平臺(tái)下，用面向?qū)ο蟾呒?jí)語(yǔ)言C++及開(kāi)發(fā)工具Visual C++開(kāi)發(fā)而成的外殼型專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具.DEST采用面向?qū)ο蟮闹R(shí)表達(dá)方式，將框架表達(dá)、產(chǎn)生式規(guī)則及過(guò)程用面向?qū)ο蟮乃枷霕?gòu)成混合知識(shí)表達(dá)方法.它是由知識(shí)編輯器(知識(shí)管理中心、詞法檢查和添加知識(shí)向?qū)?、知識(shí)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(zhuān)家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)部分，知識(shí)庫(kù)中存放著專(zhuān)家系統(tǒng)的靜態(tài)知識(shí)(一般為固定且規(guī)則性知識(shí))，而上下文數(shù)據(jù)庫(kù)是由系統(tǒng)動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)知識(shí)(通過(guò)推理生成的可執(zhí)行范圍類(lèi)知識(shí))；虛線框外則是專(zhuān)家系統(tǒng)的外殼.顯然，專(zhuān)家系統(tǒng)的外殼適用于一般領(lǐng)域內(nèi)專(zhuān)家系統(tǒng)的框架，與某具體研究領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)無(wú)關(guān)，運(yùn)用時(shí)只需將該領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)添加到知識(shí)庫(kù)中，通過(guò)編譯知識(shí)和推理，即可形成該領(lǐng)域的專(zhuān)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(shí)表達(dá)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程

炮尾加工工藝路線專(zhuān)家系統(tǒng)采用框架表示對(duì)象，采用框架的二叉樹(shù)表示炮尾的加工工藝知識(shí).框架由一些槽類(lèi)組成，每個(gè)槽包括一系列側(cè)面信息，每個(gè)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(shù)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(lèi)推，最后一層子節(jié)點(diǎn)為側(cè)面的值.這種多叉樹(shù)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(shù)結(jié)構(gòu).以下代碼是炮尾加工工藝知識(shí)的一個(gè)框架表達(dá)：

Unit：零件名稱(chēng) IN_KNOWLEDGE_BASEAGENT.KBS；

/*%%%ESDK_MEMBER_SLOT%%%*/

Subclasses：炮尾；

MemberSlot：零件 from 零件名稱(chēng).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(shù)結(jié)構(gòu)如圖3所示.框架二叉樹(shù)的根以框架名的散列值為桶號(hào)存放在各個(gè)桶中.每個(gè)桶中的框架根節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)Brother指針組成單鏈表結(jié)構(gòu).實(shí)際上，在每個(gè)桶中，所有的對(duì)象構(gòu)成了一棵二叉樹(shù).

在知識(shí)表達(dá)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，為了便于人機(jī)交互界面操作，在DEST中添加了知識(shí)向?qū)?duì)話框(圖4).知識(shí)向?qū)K的加入不僅提高了知識(shí)輸入的準(zhǔn)確性，而且提高了用戶使用該開(kāi)發(fā)工具的效率.知識(shí)向?qū)У淖饔迷谟谧層脩魪姆爆嵉恼Z(yǔ)法規(guī)則記憶中解脫出來(lái)，專(zhuān)心于問(wèn)題領(lǐng)域有關(guān)的專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)總結(jié).向?qū)怯脩艨焖俳?zhuān)家系統(tǒng)的有力工具.

3 加工工藝路線設(shè)計(jì)型專(zhuān)家系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)型專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)步驟(即問(wèn)題定義階段、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段、知識(shí)獲取階段、原型實(shí)現(xiàn)階

圖3 炮尾框架的二叉樹(shù)結(jié)構(gòu)

圖4 知識(shí)向?qū)?duì)話框

段和測(cè)試改進(jìn)階段)，開(kāi)發(fā)出炮尾加工工藝路線的設(shè)計(jì)型專(zhuān)家系統(tǒng)，并在專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具界面中創(chuàng)建工程名為炮尾的工藝路線知識(shí)管理中心.工藝路線知識(shí)包括：零件名稱(chēng)、毛坯信息、零件主要設(shè)計(jì)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(jì)型專(zhuān)家系統(tǒng)人機(jī)交互界面.

(2)合理添加知識(shí)于知識(shí)庫(kù)中，建立RULE推理機(jī)制，進(jìn)行知識(shí)庫(kù)的編譯與推理，并根據(jù)實(shí)際加工需要(包括零件的名稱(chēng)、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(cè)試表明，炮尾加工工藝路線設(shè)計(jì)型專(zhuān)家系統(tǒng)最終輸出與實(shí)際的加工工藝路線基本一致，工藝設(shè)計(jì)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(jì)，大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)效率，加快了產(chǎn)品的研發(fā)速度.

4 結(jié)束語(yǔ)

在總結(jié)炮尾加工工藝知識(shí)的基礎(chǔ)上，使用設(shè)計(jì)型專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具DEST，采用面向?qū)ο蟮闹R(shí)表達(dá)方法，開(kāi)發(fā)出了炮尾工藝路線設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng).以某炮尾的實(shí)際加工為例進(jìn)行了炮尾加工工藝路線設(shè)計(jì).該專(zhuān)家系統(tǒng)參照知識(shí)庫(kù)，選取相應(yīng)推理方法自動(dòng)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(jì)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(jì)[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(jì)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(lè)南，王水花.專(zhuān)家系統(tǒng)發(fā)展綜述[J].計(jì)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(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)[M].沈陽(yáng)：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.