基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的機(jī)械零件智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究

摘要：當(dāng)今社會(huì)不斷發(fā)展，促使制作也在逐步發(fā)展，在市場(chǎng)需求下，提高對(duì)產(chǎn)品的性能、產(chǎn)量、質(zhì)量以及制造成本的要求，在此背景下，促使制造企業(yè)逐步向智能化、自動(dòng)化發(fā)展。而前提基礎(chǔ)是要提升設(shè)計(jì)系統(tǒng)中機(jī)器的智能水平。為此文章主要對(duì)機(jī)械零件智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研制方法進(jìn)行探討，首先分析了智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方案，而后提出一種基于關(guān)系數(shù)據(jù)的新知識(shí)表達(dá)方法以及實(shí)現(xiàn)方式，最后具體分析了知識(shí)的利用。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫(kù);機(jī)械零件;智能設(shè)計(jì)系統(tǒng);推理機(jī)

若想實(shí)現(xiàn)制作業(yè)智能化、產(chǎn)業(yè)化、自動(dòng)化發(fā)展的目標(biāo)，需要提高機(jī)械零件智能化水平，促使計(jì)算機(jī)可以在最大范圍內(nèi)發(fā)揮價(jià)值，完成對(duì)數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)的處理，全面提升自動(dòng)化水平，從而有效提升設(shè)計(jì)工作的效率和質(zhì)量，更好的滿足市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的需求。在傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過(guò)知識(shí)處理技術(shù)的處理，形成智能CAD系統(tǒng)也就是1CAD系統(tǒng)，而后結(jié)合了人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)繪圖等各種參數(shù)計(jì)算技術(shù)，利用各自的優(yōu)勢(shì)，相得益彰。但是，現(xiàn)階段我國(guó)智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)仍處在1CAD初期階段，存在一定的局限性。由此可見(jiàn)，本文對(duì)基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的機(jī)械零件智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究，有著十分重要的意義。

一、智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體方案

在智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，需要具備計(jì)算分析、知識(shí)處理、圖形處理、數(shù)據(jù)管理與服務(wù)等基礎(chǔ)功能。是以專家系統(tǒng)為核心的CAD系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)知識(shí)系統(tǒng)的知識(shí)處理能力與常規(guī)的CAD功能的有機(jī)結(jié)合，為設(shè)計(jì)者不同階段的設(shè)計(jì)任務(wù)提供幫助。

智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)SIDS是建立在Windows平臺(tái)基礎(chǔ)上的進(jìn)行開(kāi)發(fā)的[1]，此系統(tǒng)可以為使用者提供簡(jiǎn)便、實(shí)用的方法，而后經(jīng)過(guò)知識(shí)工程師的改動(dòng)，在原有的知識(shí)庫(kù)中融合進(jìn)不同類(lèi)型任務(wù)的知識(shí)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)各種不同的機(jī)械零件的功能。

二、知識(shí)的表示方法及實(shí)現(xiàn)方式

就目前情況看，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)論是在理論方面還是在實(shí)際應(yīng)用上都趨于成熟，將其利用到設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)知識(shí)中，可以更好的存儲(chǔ)和管理知識(shí)。在S1DS系統(tǒng)中提出一種基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的機(jī)械零件設(shè)計(jì)知識(shí)專家系統(tǒng)的解決方案，促使關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)式知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)的有機(jī)結(jié)合。在整個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，知識(shí)庫(kù)主要存放于數(shù)據(jù)庫(kù)中。那么問(wèn)題就在于如何運(yùn)用適宜的方式將知識(shí)呈現(xiàn)出來(lái)，并妥善存放于知識(shí)庫(kù)中，促使其更好的被利用[2]。

全面分析不同的零件，不難發(fā)現(xiàn)，部分零件特點(diǎn)是共有的，而部門(mén)則是獨(dú)有的。用來(lái)存儲(chǔ)零件的共有屬性以及特有屬性分別稱為動(dòng)態(tài)參數(shù)、靜態(tài)參數(shù)。其中的動(dòng)態(tài)參數(shù)主要涉及到的是解決問(wèn)題的知識(shí)，一種是推理判斷性知識(shí)，主要針對(duì)的是特定問(wèn)題及細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)問(wèn)題的解決，此種知識(shí)具有啟發(fā)性但也無(wú)法保證精確性;另一種就是原理性知識(shí)，主要采用的是數(shù)值方法處理。這類(lèi)知識(shí)一般情況下，主要體現(xiàn)在程序?qū)崿F(xiàn)過(guò)程中，所以也稱為過(guò)程性知識(shí)。在S1DS系統(tǒng)中，采用的是編程性函數(shù)表達(dá)方式。S1DS系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)樹(shù)狀圖如下圖所示。

在該框架下，通過(guò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)和關(guān)系形成了網(wǎng)絡(luò)。其中無(wú)論是主框架還是子框架，多相當(dāng)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)一個(gè)對(duì)象信息進(jìn)行描述[3]。對(duì)于待求解的問(wèn)題來(lái)說(shuō)，其可以分解成多個(gè)子問(wèn)題，并在子問(wèn)題基礎(chǔ)上再進(jìn)行分解，而與子問(wèn)題相關(guān)的信息主要體現(xiàn)在主框架中。所以，框架系統(tǒng)可以表達(dá)語(yǔ)言以及其他各種繁瑣的問(wèn)題。從結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)層次清晰，有利于存儲(chǔ)。而知識(shí)的獲取，主要就是提煉出能夠解決問(wèn)題的專門(mén)知識(shí)，并將其轉(zhuǎn)化為可以在計(jì)算機(jī)內(nèi)通過(guò)代碼實(shí)現(xiàn)的方式。提煉知識(shí)并不是容易的，主要是因?yàn)?，知識(shí)的提取需要在現(xiàn)有知識(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行理解、抽取、組織，而后進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。

三、知識(shí)的利用

在專家系統(tǒng)知識(shí)和知識(shí)結(jié)構(gòu)建立過(guò)程中，需要考慮到使用方法。其中在執(zhí)行、處理知識(shí)過(guò)程中，推理機(jī)扮演著重要的角色，而實(shí)現(xiàn)推理機(jī)發(fā)生作用的關(guān)鍵便在于推理策略。本文研究的系統(tǒng)中采用的是正向推理。

（一）黑板

黑板屬于全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)，主要作用就是用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)控制信息、工藝過(guò)程信息、零件特征信息。具體涉及到了幾種數(shù)據(jù)表：狀態(tài)數(shù)據(jù)表、零件總體信息數(shù)據(jù)表、特征數(shù)據(jù)表三種。其中用來(lái)存儲(chǔ)當(dāng)前系統(tǒng)控制與黑板狀態(tài)信息是狀態(tài)數(shù)據(jù)表;零件總體信息數(shù)據(jù)表則主要存儲(chǔ)零件的前段設(shè)計(jì)信息;而特征數(shù)據(jù)表則主要存儲(chǔ)零件各特征數(shù)據(jù)。在S1DS1.0系統(tǒng)中，存儲(chǔ)己經(jīng)推理出來(lái)的結(jié)果使用的是一個(gè)Richtextbox控件。而用SQL server 2000的一個(gè)表“己知條件表”來(lái)做黑板的后備存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)體。

（二）推理控制器

從目前的系統(tǒng)看，知識(shí)庫(kù)有限，對(duì)應(yīng)的搜索方法也沒(méi)有發(fā)揮較好的作用，但在知識(shí)庫(kù)不斷擴(kuò)充下，一個(gè)推理需要滿足相應(yīng)的搜索能力需求[4]，其中的狀態(tài)空間的搜索思想可以直接影響到工作效率。在本系統(tǒng)中，主要運(yùn)用的深度優(yōu)先思想。也就是從初始節(jié)點(diǎn)出發(fā)，而后沿著一條分支進(jìn)行一步一步深入，直到最低端找到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)為止。

（三）知識(shí)調(diào)度器

知識(shí)調(diào)度器主要用于工藝知識(shí)的調(diào)度和使用，其中控制的是元規(guī)則，而后以相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)中屬于1.0版本，所以此功能是通過(guò)人工實(shí)現(xiàn)。

（四）規(guī)則匹配器及觸發(fā)器

其中規(guī)則匹配器主要用于檢查規(guī)則的IF部分，判斷其成立可能性。而S1DS中的規(guī)則是基于規(guī)則元的統(tǒng)一表示模式，所以規(guī)則匹配的核心便是規(guī)則元的匹配。

通過(guò)相應(yīng)的推理決策作用下，推理機(jī)控制決定啟用某條規(guī)則后，將規(guī)則觸發(fā)器進(jìn)行了激活，執(zhí)行規(guī)則的THEN部分或ELSE部分所規(guī)定的動(dòng)作，進(jìn)而改變黑板狀態(tài)。

（五）黑板讀寫(xiě)接口

規(guī)則匹配器和規(guī)則觸發(fā)器，主要就是利用黑板讀寫(xiě)接口，實(shí)現(xiàn)最終的讀取、寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

結(jié)語(yǔ)：

總之，通過(guò)本文對(duì)基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的知識(shí)表達(dá)方式分析，不難發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)相比，更容易管理、擴(kuò)充知識(shí)庫(kù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳青，劉建釗.機(jī)械零件智能設(shè)計(jì)過(guò)程中知識(shí)表示的研究及應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2016，34（01）：235-237.

[2]楊蘭松.機(jī)械零件智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的推理機(jī)研制[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2017，56（01）：122-124.

[3]王丹，嚴(yán)玉濤，曾春耕，孫志禮.基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的機(jī)械零件智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研制[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2016，45（06）：180-182.

[4]喬桂玲，李尚平.基于對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的甘蔗收獲機(jī)械智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究[J].中國(guó)制造業(yè)信息化，2015，56（02）：104-106.

作者簡(jiǎn)介：何軍（1972.04-），男，漢族，籍貫：湖北省十堰市，工作單位：湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，職稱：高級(jí)工程師，大學(xué)本科，研究方向模具CAD/CAM/CAE。

課題名稱：冷沖模標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，編號(hào)：20142KA01