機械傳動(dòng)系統方案設計CAD專(zhuān)家系統的研究
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摘 要：具有集成化特點(diǎn)的計算機輔助設計是機械傳動(dòng)系統設計中的核心，也是完善機械制造技術(shù)的根本。本文結合機械傳動(dòng)方案的特點(diǎn)，將CAD專(zhuān)家系統技術(shù)應用于機械傳動(dòng)系統設計中，在系統內部應用Visual C++語(yǔ)言，提高人機交互的效率。
關(guān)鍵詞：CAD專(zhuān)家系統;機械傳動(dòng);方案設計
為了滿(mǎn)足機械CAD的集成化特點(diǎn)，需要實(shí)現機械產(chǎn)品設計過(guò)程的自動(dòng)化，同時(shí)也需要以計算機技術(shù)為重要的基礎。近年來(lái)，國內外學(xué)者重點(diǎn)研究專(zhuān)家系統技術(shù)的應用，在其中進(jìn)行知識推理。本研究結合機械傳動(dòng)系統化方案設計的特點(diǎn)，在機械傳動(dòng)系統方案設計過(guò)程中應用CAD專(zhuān)家系統，提出了信息模型的建立方案和系統的求解策略。
1 機械傳動(dòng)系統方案設計的特點(diǎn)
方案設計的重要任務(wù)是要滿(mǎn)足用戶(hù)的設計需求，完善系統的功能，在此基礎上對系統的結構進(jìn)行優(yōu)化，系統方案設計的特點(diǎn)如下。
第一，有一定的難度。方案設計過(guò)程中一些任務(wù)沒(méi)有完整的模型，在應用經(jīng)驗知識和設計數據的同時(shí)，對方案進(jìn)行選型和評價(jià)，完善的模型和推理機制是實(shí)現方案設計自動(dòng)化的根本[1]。第二，具有多層次和目標性。方案設計十分復雜，需要結合設計任務(wù)在不同層次上開(kāi)發(fā)子任務(wù)，同時(shí)需要保證不同子任務(wù)之間可靠聯(lián)系。第三，具有多樣性特點(diǎn)。方案設計中的功能和結構之間是一種多對多的關(guān)系，提高了系統設計的復雜性和多樣性，質(zhì)量評價(jià)是系統開(kāi)發(fā)過(guò)程的難點(diǎn)。第四，需要在方案設計的基礎上進(jìn)行再設計。求解設計問(wèn)題時(shí)，往往涉及到再設計環(huán)節，并且由于系統設計具有較高的復雜性，再設計環(huán)節將十分困難。
結合以上特點(diǎn)，方案設計可以選用專(zhuān)家系統來(lái)開(kāi)發(fā)。
2 方案設計方法
2.1 建立信息模型
結合方案設計的多任務(wù)性和多層次性，應用分級的設計方法，從上至下分配不同的子集，為了清楚地描述不同概念之間的關(guān)系，合理應用與/或樹(shù)。即在設計過(guò)程中應用與/或樹(shù)構成完善的概念空間，對機械傳動(dòng)系統結構的組成部分進(jìn)行描述，明確配套部件之間的關(guān)系，描述設計任務(wù)的多層次性和多任務(wù)性，用“或”關(guān)系表明方案的多樣性。
2.2 設計知識庫
系統設計過(guò)程中的知識庫需要保存多種知識，完善管理方案，不同的知識以相應的規則形式存儲起來(lái)。在知識庫設計過(guò)程中需要建立完善的知識模型，明確模型的內部表示，同時(shí)實(shí)現節點(diǎn)管理[2]。
用與/或樹(shù)將設計問(wèn)題轉換為對應的規則，對概念空間進(jìn)行規劃和描述，將系統設計過(guò)程中的概念問(wèn)題編制成為有效的概念空間，實(shí)際設計過(guò)程中，設計人員應用知識經(jīng)驗和假設推理，建立概念的約束推理網(wǎng)絡(luò )，結合概念空間中的知識模型進(jìn)行模擬。
為了構建科學(xué)的概念推理網(wǎng)絡(luò )圖，需要將觸發(fā)后的概念節點(diǎn)和約束條件附加到與/或樹(shù)中。針對同一個(gè)概念而言，可能是多個(gè)分支概念的前提，在推理網(wǎng)絡(luò )上對應一個(gè)與/或圖，在約束推理的過(guò)程中需要在與/或圖上開(kāi)展詳細的搜索工作，保證滿(mǎn)足約束條件。
其中Ei表示約束條件，Ci表示概念節點(diǎn)。系統知識庫中的知識結合設計經(jīng)驗，應用Visu C++語(yǔ)言描述字符串，結合類(lèi)繼承和函數的重載優(yōu)勢對知識庫中的信息進(jìn)行完善和修改。
在管理知識模型節點(diǎn)的過(guò)程中，需要結合實(shí)際的約束推理網(wǎng)絡(luò )，在概念節點(diǎn)層次管理的基礎上，對方案的目標節點(diǎn)進(jìn)行記錄。同時(shí)需要應用相應的規則描述不同的概念節點(diǎn)和邏輯關(guān)系，將與節點(diǎn)有關(guān)的規則分為前推規則和后推規則，借助系統的知識獲取模型搜索規則集。
2.3 系統的求解策略
方案設計專(zhuān)家系統求解的過(guò)程中，應用可靠的功能分析器、參數求解器和方案分解器，功能分析器結合系統功能庫中相應的規則，借助正向推理方法按照設計需要擴展為事實(shí)。參數求解器需要結合方案結構的實(shí)際屬性，完善系統的參數設計，應用相應的經(jīng)驗值規則進(jìn)行求解。方案分解器在應用的過(guò)程中借助遞歸控制方案分解有效的概念空間，不同的有效空間都有可靠的方案，在方案分解過(guò)程中保證設計的多方案性[3]。另外，還需要應用符號布置設計對系統中不同零件之間的拓撲關(guān)系進(jìn)行確定，例如機械系統中齒輪的排列順序、齒輪的嚙合關(guān)系等，在實(shí)際設計時(shí)需要應用面向方案的臨接矩陣描述機械傳動(dòng)系統中的多種拓撲關(guān)系，結合拓撲關(guān)系可以自動(dòng)繪制出方案的運動(dòng)簡(jiǎn)圖，應用專(zhuān)業(yè)的控制方法，調用知識庫中的信息，求解相應的問(wèn)題。
在機械產(chǎn)品傳動(dòng)方案的專(zhuān)家系統設計中也可以應用混合推理的方法，即利用啟發(fā)性的知識編輯原有的概念空間，將概念空間轉變?yōu)闈M(mǎn)足用戶(hù)需求的有效結構空間，應用遞歸的混合搜索方案，在每擴展一次概念后立即進(jìn)行一次優(yōu)先搜索，節點(diǎn)驗證時(shí)應用相應的規則。
3 結束語(yǔ)
機械產(chǎn)品傳動(dòng)系統的方案設計，應用CAD專(zhuān)家系統對經(jīng)驗知識進(jìn)行科學(xué)的總結，提高推理效果，優(yōu)化傳動(dòng)方案，實(shí)現參數優(yōu)化和簡(jiǎn)圖繪制的一體化。應用規則分類(lèi)的方法描述知識庫中的多種規則，借助開(kāi)放式的設計方法，提高系統維護的便利性，以Visual C++為開(kāi)發(fā)環(huán)境，應用面向對象的程序設計理念，為系統的深度開(kāi)發(fā)奠定基礎。
參考文獻：
[1]陳義軍.機械傳動(dòng)系統方案設計CAD專(zhuān)家系統的研究[J].東南大學(xué)，2014，25(12)：225.
[2]許忠信.機械傳動(dòng)系統的結構設計與CAD集成技術(shù)研究[J].清華大學(xué)，2015，15(01)：154.
[3]竺芳.機械設計中軸系結構主要功能元的特征屬性研究[J].科技信息，2010，36(33)：124.
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