淺析CBR模式下工程機械快速設計與應用

王培

摘 要：近年來制造業(yè)正面臨經(jīng)濟全球化的挑戰(zhàn)，對工程機械快速產(chǎn)品設計的需求越來越強烈，當前國內(nèi)有諸多將CAD研究應用到工程機械設計上的成功案例，本文在此背景下，提出CBR技術，并針對CBR技術的理論基礎進行分析，同時探討在CBR模式下工程機械快速設計的應用效果。

關鍵詞：CBR技術；工程機械產(chǎn)品；快速設計；案例分析應用

中圖分類號： TH122 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）06-159-2

1 概述

隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，各行各業(yè)的市場競爭越演越烈，特別是作為制造業(yè)基礎的工程機械。為滿足各行業(yè)的技術裝備目前我國工程機械產(chǎn)品具有小批量、多品種特點，包含適應性設計、變形設計、創(chuàng)新性設計三大類。然而在世界經(jīng)濟的沖擊下，當前我國工程機械行業(yè)產(chǎn)品設計開發(fā)中存在諸多問題，一是企業(yè)對于設計知識、設計經(jīng)驗等無形資產(chǎn)重用率低；二是企業(yè)在設計過程中主要還是依賴CAD，缺乏面向工程機械產(chǎn)品設計的專業(yè)化軟件，軟件應用層次低，缺乏快捷的設計工具；三是企業(yè)新產(chǎn)品貢獻率低，自主創(chuàng)新能力不足；四是企業(yè)對市場的快速反應能力差，產(chǎn)品開發(fā)周期長；五是企業(yè)知識管理軟件的智能化程度低，缺乏快捷獲取信息的工具，企業(yè)管理協(xié)調(diào)存在問題。面對國際越來越嚴苛的市場要求，如何快速進行工程機械設計以及支持快速設計的軟件是否在企業(yè)中有效實施，都是制造業(yè)未來思考的方向。本文以CBR（case based reasoning）技術作為支撐，探討工程機械產(chǎn)品在CBR模式下的快速設計應用。

2 工程機械快速設計概念以及CBR原理和關鍵技術

2.1 工程機械快速設計概念

隨著信息化技術的進步和互聯(lián)網(wǎng)應用的普及，市場越來越要求時效性，對于制造業(yè)的工程機械產(chǎn)品而言其生命的周期也在逐漸縮短。自1996年美國autofact學術會議開始便提出“工程機械快速設計”的概念，即以縮短工程機械產(chǎn)品設計開發(fā)周期為目的的結合當代信息電子科技技術，不違背現(xiàn)代設計理論和方法的設計技術。

工程機械快速設計的內(nèi)容主要有三方面，一是根據(jù)市場需求能夠快速生成整體設計方案；二是能夠?qū)Ξa(chǎn)品庫進行設計和系列化結構規(guī)劃；三是利用三維優(yōu)化設計，對設計方案進行快速模擬仿真評估。

2.2 實現(xiàn)工程機械快速設計的主要手段

根據(jù)文獻資料顯示，對目前工程機械產(chǎn)品常用的設計方法和相應的優(yōu)缺點、側(cè)重點進行對比分析，結果如表1所示。

通過表1的分析，實現(xiàn)工程機械快速設計的主要手段在于有效地利用產(chǎn)品的設計經(jīng)驗和設計資源，因此，提出在解決問題過程中直接利用以往成功經(jīng)驗的實例推理技術，即CBR模式技術。

2.3 CBR原理及關鍵技術

作為人工智能化發(fā)展的其中一項技術，CBR技術的靈感來源就是通過生物上對人腦記憶的研究，其中作為CBR技術的四個基本處理環(huán)節(jié)包含了從檢索、復用（問題求解）、修正和保存（更新），CBR技術的核心思想就是充分利用人類已有的成功經(jīng)驗作為同類問題的參考來解決當前問題，每一次問題的求解過程，即每進行一次CBR模擬，都是借鑒已有成功案例作為參考和設計思路的提供，同時更是案例的學習過程，也是系統(tǒng)更新知識的過程。其關鍵技術在于案例的組織表示、案例的檢索和修正，以及系統(tǒng)知識的更新。

3 CBR模式下工程機械快速設計的案例分析

3.1 基于XML的機械產(chǎn)品復雜實例組織表示

XML即第二代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡設計語言的標準，采用XML作為CBR系統(tǒng)處理的基礎，可以實現(xiàn)分布式的實例檢索與存儲，解決不同CBR系統(tǒng)在相同設計領域內(nèi)實例資源共享以及不同系統(tǒng)之間信息傳遞問題。首先構建機械產(chǎn)品復雜實例表示模型：CaseObjectModel=（OI，CI，R，A，M，C，S）（其中，OI為實例對象的唯一標識；CI為實例對象的索引段；R為關系集；A為屬性集；M為方法集；C為約束集；S為解決方案）在設計過程中，按照繼承關系對不同的實例進行組織管理，以此為基礎建立實例庫，再按照實例的功能關系和裝配關系再進行組織分配，最后進行詳細的系統(tǒng)表示。

3.2 多層次化動態(tài)實例庫構建

首先在建立多層次化動態(tài)實例庫之前需解決實例借用關系表達、實例的存儲形式、信息模型的組織形式三大問題，采用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ瑢ζ溥M行多層次動態(tài)實例庫構建模型結構。通過對每個子點進行詳細的定義描述最后再通過XML實例描述方法進行組織表示，最后建立CBR實例庫系統(tǒng)。

3.3 實例檢索模型

建立實例檢索模型主要將實例特征屬性按照設計重要度和關注度高低進行分解，建立混合實例型檢索模型，將關注度最高的若干屬性作為一級特征屬性，在更具最優(yōu)特征權重分配的計算方法得到一級特征屬性的權重值；接下來根據(jù)一級特征屬性檢索出的實例集，對該實例集進行重要度和關注度高低的分解確定權重值，最終確定二級特征屬性；同理以此類推，在已篩選出的實例集中進行更細致的檢索，直到檢索出最佳匹配實例為止。

3.4 系統(tǒng)檢索、復用、修正和保持、維護

以液壓馬達為例，根據(jù)上述方法建立CBR系統(tǒng)，現(xiàn)在對系統(tǒng)案例進行檢索。首先建立液壓馬達設計流程圖，首先選擇一個案例類，然后描述推理目標即對需查詢的液壓馬達相關參數(shù)進行描述，接著對液壓馬達設計的輸入案例進行約束即對案例設定約束條件，最后確定案例，上述即為系統(tǒng)檢索的步驟。針對檢索后出現(xiàn)符合條件的案例進行分析，由此提供設計思路，同時在調(diào)取模型時可直接保存到指定文件中，即為案例的復用。若調(diào)取的模型數(shù)據(jù)不能滿足當前設計需求，可人工對相應的幾何案例進行適當?shù)男薷?，或者在案例檢索過程中對相似案例類矩陣進行修正。修正過程中系統(tǒng)會自動關聯(lián)，在操作過程中需對修正的幾何模型的案例進行保存，隨著不斷的修正、擴充、使用，系統(tǒng)中的案例庫依靠量綱維護工具進行系統(tǒng)不斷升級擴充過程中的維護。

4 總結

本文針對CBR技術發(fā)展的概況，以工程機械快速設計和應用作為此次討論的對象，重點討論了CBR的技術原理，以及分析了快速設計的背景和其現(xiàn)實意義，然后基于此探討了在CBR模式下工程機械快速設計并將其應用領域進行舉例說明其實現(xiàn)的過程，充分展現(xiàn)了CBR技術在工程快速設計方面的優(yōu)點，體現(xiàn)了CBR在案例推理方面的準確性和靈活性，以及CBR技術在未來工程快速設計領域巨大的潛力。

參 考 文 獻

[1] 王琪.支持快速設計的智能夾具CAD系統(tǒng)關鍵技術研究[D].南京航空航天大學，2003.

[2] 陳滿意，陳定方.面向快速響應的機械產(chǎn)品集成設計系統(tǒng)研究[J].武漢理工大學學報，2002，24（11）：80-82，86.

[3] 聞邦椿，周知承，等.現(xiàn)代機械產(chǎn)品設計在新產(chǎn)品開發(fā)中的重要作用[J].機械工程學報，2003，39（10）：45-52.