基于知識(shí)重用的橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)快速設(shè)計(jì)

0 引言

快速設(shè)計(jì)是基于并行設(shè)計(jì)，通過(guò)重組設(shè)計(jì)過(guò)程而有效縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。基于知識(shí)重用的快速設(shè)計(jì)在模塊化和參數(shù)化設(shè)計(jì)、智能化和數(shù)字化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)共享與重用已有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)資源、設(shè)計(jì)知識(shí)、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提升新產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，從而快速響應(yīng)用戶需求。

起升機(jī)構(gòu)作為起重機(jī)的主要組成部分，起到起升重物的作用，其工作方式以卷?yè)P(yáng)式最為常見(jiàn)，主要有卷繞裝置、傳動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、安全與輔助裝置等部分組成。在起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，大部分設(shè)計(jì)工作可通過(guò)重用已有零部件、修改零部件部分尺寸完成，需要新設(shè)計(jì)的零部件非常少

。在起重機(jī)企業(yè)開(kāi)展基于知識(shí)重用的快速設(shè)計(jì)研究具有很好的實(shí)用意義。

在該技術(shù)的研究方面，溫靜媛等

基于CBR和RBR的混合推理技術(shù)對(duì)數(shù)控深孔加工機(jī)床的設(shè)計(jì)知識(shí)重用進(jìn)行了研究，開(kāi)發(fā)了快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)。萬(wàn)姍等

提出了運(yùn)用語(yǔ)義相似度的適應(yīng)案例檢索方法在數(shù)控機(jī)床維修服務(wù)中實(shí)現(xiàn)知識(shí)重用。從言言

研究了利用粗糙集理論確定相似度計(jì)算中的權(quán)重值，提高了實(shí)例檢索的準(zhǔn)確性。陳洪財(cái)

建立橋門(mén)式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)領(lǐng)域本體，基于相關(guān)原則建立規(guī)則庫(kù)和模型庫(kù)，開(kāi)發(fā)了智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

綜上所述，本文提出將知識(shí)重用技術(shù)與起重機(jī)參數(shù)化和模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合，建立橋式起重機(jī)的知識(shí)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)和實(shí)例庫(kù)，以Visual Basic 6.0、SolidWorks為開(kāi)發(fā)工具和三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)，提高起重機(jī)的設(shè)計(jì)效率。

1 起升機(jī)構(gòu)快速設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 模塊劃分技術(shù)

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，模塊劃分指通過(guò)對(duì)功能、性能、結(jié)構(gòu)相同或相似的產(chǎn)品進(jìn)行分析，并將其合理劃分成若干個(gè)功能模塊，根據(jù)設(shè)計(jì)需求，通過(guò)對(duì)模塊進(jìn)行重新組合與配對(duì)，最終得到新產(chǎn)品的一種技術(shù)。從主要功能和結(jié)構(gòu)角度分析，起升機(jī)構(gòu)的模塊劃分結(jié)果如圖1。

1.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)

橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)具有廣泛、復(fù)雜、設(shè)計(jì)對(duì)象可分解性、知識(shí)表達(dá)模糊性等特點(diǎn)。

1.3 知識(shí)重用技術(shù)

參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)是指在結(jié)構(gòu)形狀特征相對(duì)一致的零件或部件的形狀基礎(chǔ)上，用尺寸參數(shù)和約束來(lái)確定該幾何圖形的關(guān)鍵尺寸和形狀?；谄鹬貦C(jī)起升機(jī)構(gòu)零部件有著系列化程度高、多品種、小批量的特點(diǎn)，采用尺寸驅(qū)動(dòng)法和程序驅(qū)動(dòng)法相結(jié)合實(shí)現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)模型的參數(shù)化建模。

依據(jù)Wilson-Medhurst等[3]的理論,活動(dòng)引導(dǎo)教學(xué)是指通過(guò)多種精心設(shè)計(jì)的活動(dòng),教師作為引導(dǎo)者,引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的教學(xué)方法。活動(dòng)可以是課堂上的問(wèn)題討論、案例分析、場(chǎng)景、研究項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)等等。活動(dòng)引導(dǎo)教學(xué)要求教師精心設(shè)計(jì)服務(wù)于教學(xué)目的的活動(dòng),讓學(xué)生參與其中,學(xué)生通過(guò)自主探尋、自主研究等方式以獲取對(duì)課程知識(shí)的深入理解以及對(duì)實(shí)際技能的掌握。

起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)分為多種類型，為了方便檢索與重用，不同類型的知識(shí)可采用不同的表達(dá)形式。零部件模型等模塊化知識(shí)可采用規(guī)定好的字符準(zhǔn)確規(guī)范編碼表示，設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)、材料表等技術(shù)類的設(shè)計(jì)信息采用文件表示法，以產(chǎn)生式的規(guī)則形式存在的設(shè)計(jì)知識(shí)采用“if-then”的設(shè)計(jì)規(guī)則表示，計(jì)算公式形式存在的知識(shí)可通過(guò)制做獨(dú)立的計(jì)算模塊表示，設(shè)計(jì)參數(shù)等信息可通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行表達(dá)、存儲(chǔ)和管理。

葡萄糖對(duì)Y17aM3生長(zhǎng)的影響結(jié)果如圖10-a。在低濃度的葡萄糖中都能良好生長(zhǎng)，當(dāng)葡萄糖濃度＞5%時(shí)，Y17aM3的生長(zhǎng)隨葡萄糖濃度的增加而減慢；當(dāng)葡萄糖濃度為60%時(shí)，Y17aM3的生長(zhǎng)完全被抑制。

在進(jìn)行起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高其設(shè)計(jì)效率，可采用混合推理技術(shù)，即先采用基于規(guī)則推理(RBR)技術(shù)使符合規(guī)則的設(shè)計(jì)實(shí)例范圍實(shí)現(xiàn)一定程度的縮小，再基于實(shí)例推理(CBR)技術(shù)根據(jù)實(shí)例的屬性進(jìn)行實(shí)例相似度計(jì)算，并最終實(shí)現(xiàn)已有實(shí)例的檢索。首先，根據(jù)總體參數(shù)進(jìn)行規(guī)則推理和實(shí)例推理，確定整體方案；其次，進(jìn)行零部件的實(shí)例檢索，可利用規(guī)則推理進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)例檢索，提高效率確保檢索的準(zhǔn)確性，利用實(shí)例推理進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)件模型與已有模型的相似度計(jì)算以獲取最為相似的實(shí)例；再次，對(duì)相似實(shí)例進(jìn)行實(shí)例修改，對(duì)于零件實(shí)例，需要修改其尺寸和特征，對(duì)于組件或者部件，需要修改其尺寸、配合或者變形，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件或者通用件，直接替換；最后，對(duì)新實(shí)例進(jìn)行更新和保存，推理過(guò)程如圖2所示。

地震應(yīng)急信息移動(dòng)端支持離線功能，即在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的情況下，也可以使用應(yīng)用的功能，具體表現(xiàn)為：在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的情況下，打開(kāi)移動(dòng)端軟件，已經(jīng)瀏覽過(guò)的地震應(yīng)急信息同樣可以瀏覽。離線功能的實(shí)現(xiàn)主要借助于手機(jī)本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)，在Android系統(tǒng)下主要是SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，與SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互使用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)工具類。

1.3.2 起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)混合推理技術(shù)

1.3.1 知識(shí)的表示方法

2 起升機(jī)構(gòu)快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過(guò)分析橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和知識(shí)重用相關(guān)技術(shù)，以VB6.0為開(kāi)發(fā)工具，以Microsoft SQL Server為數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，以SolidWorks為三維建模平臺(tái)，建立基于知識(shí)重用的橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框架如圖3所示。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為用戶層、功能層、知識(shí)庫(kù)層、工具層和支撐層。用戶層是設(shè)計(jì)人員通過(guò)人機(jī)交互界面使用系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)輸入、選擇，輔助完成整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程；功能層進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、模型驅(qū)動(dòng)、工程圖的優(yōu)化與調(diào)整，完成知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)的更新、管理與維護(hù)，是系統(tǒng)的核心；知識(shí)庫(kù)層包含產(chǎn)品實(shí)例、模型實(shí)例，以及經(jīng)驗(yàn)、規(guī)則和計(jì)算公式等；工具層主要為系統(tǒng)提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)所需的專業(yè)軟件及推理工具；支撐層是指系統(tǒng)正常運(yùn)行所需的外部環(huán)境。

此次論壇的宗旨是：以引導(dǎo)和促進(jìn)燕麥?zhǔn)w麥青年工作者積極投身科技創(chuàng)新，提高自身科技水平和素養(yǎng)為目標(biāo)，以“綠色產(chǎn)業(yè)與鄉(xiāng)村振興”為主題，圍繞種質(zhì)資源、遺傳育種、栽培生理、植物保護(hù)、食品加工、旅游開(kāi)發(fā)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展學(xué)術(shù)交流，助推燕麥?zhǔn)w麥青年科技創(chuàng)新工作又好又快地發(fā)展。

3 起升機(jī)快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作流程

系統(tǒng)整體工作流程如圖4所示。登錄系統(tǒng)，輸入用戶需求，根據(jù)關(guān)鍵概念詞檢索獲取相似實(shí)例，將相似實(shí)例配置結(jié)果導(dǎo)入設(shè)計(jì)系統(tǒng)。輸入起升機(jī)構(gòu)總體參數(shù)，以及各個(gè)參數(shù)的屬性信息，進(jìn)行起升機(jī)構(gòu)的實(shí)例檢索，確認(rèn)傳動(dòng)布局，進(jìn)行模塊劃分。然后進(jìn)行零部件選型設(shè)計(jì)，依次進(jìn)行減速器選型設(shè)計(jì)、電動(dòng)機(jī)選型、吊鉤選型設(shè)計(jì)、卷筒選型設(shè)計(jì)、鋼絲繩選型、滑輪選型設(shè)計(jì)、聯(lián)軸器選型設(shè)計(jì)、制動(dòng)器選型設(shè)計(jì)。在進(jìn)行零部件選型設(shè)計(jì)時(shí)，先輸入零部件的參數(shù)，利用混合推理技術(shù)進(jìn)行實(shí)例查詢，若有可重用的零部件，則直接重用，若有相似的零部件，則改型設(shè)計(jì)，若沒(méi)有相似的零部件，則進(jìn)行新設(shè)計(jì)。利用零部件選型設(shè)計(jì)的參數(shù)，進(jìn)行模型驅(qū)動(dòng)，生成三維模型和工程圖，并將產(chǎn)品模型存入實(shí)例庫(kù)。

4 結(jié)語(yǔ)

為快速響應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的市場(chǎng)需求，提高設(shè)計(jì)效率，本文結(jié)合起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，研究了模塊化、參數(shù)化技術(shù)、知識(shí)重用技術(shù)在起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，研究了起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)的特點(diǎn)和表達(dá)方式，采用基于CBR與RBR相結(jié)合的混合推理技術(shù)，開(kāi)發(fā)了基于知識(shí)重用的橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作流程。利用該系統(tǒng)可以有效縮短起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研發(fā)周期，達(dá)到快速設(shè)計(jì)的目的。

[1] 王相兵,馬士良,杜全斌，等.面向起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)CAD/CAE設(shè)計(jì)的知識(shí)重用方法研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2021(12):54-58+62.

[2] 溫靜媛,苗鴻賓,劉曉峰.基于知識(shí)重用的數(shù)控深孔加工機(jī)床的快速設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2020(3):46-49.

[3] 萬(wàn)姍,李東坡,何非，等.數(shù)控機(jī)床維護(hù)服務(wù)過(guò)程中的知識(shí)重用[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng).2018(9):2254-2269.

[4] 從言言.基于知識(shí)重用的門(mén)式起重機(jī)適應(yīng)性設(shè)計(jì)及應(yīng)用[D].南昌:華東交通大學(xué)，2017.

[5] 陳洪財(cái).橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)智能化設(shè)計(jì)研究[D].成都:西南交通大學(xué),2014.

(03)