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黃河科技學院畢業(yè)設計(文獻翻譯) 第 8 頁
基于事例推理的夾具設計研究與應用
摘要:根據(jù)基于事例的設計方法，提出采用工序件的特征信息和夾具的結構特征信息來描述夾具的相似性,并建立了包括這2方面主要特征信息為基礎的事例索引碼,設計了事例庫的結構形式，創(chuàng)建了層次化的事例組織方式：同時，提出了基于知識引導的夾具事例檢索算法，以及事例的修改和采用同族事例碼進行相似事例的存貯，形成了基于事例推理的夾具設計。所開發(fā)的原型系統(tǒng)在型號工程夾具設計等項目的設計過程中得到了應用，并取得了令人滿意的使用效果。
關鍵詞: 基于事例的推理 夾具設計 CAD
夾具是以確定工件安全定位準確為目的的裝置，并在加工過程中保持工件與刀具或機床的位置一致不變。因為夾具的結構依賴于產品的特點和在企業(yè)規(guī)劃中加工工序的地位，所以它的設計是制造過程中的瓶頸，制約著效率的提高。夾具設計是一個復雜的過程，需要有從大量的設計論文中了解質量知識的經驗，這些設計論文包括工件的結構設計、涉及加工工藝，和加工環(huán)境。當用這些擅長繪制詳細設計圖的傳統(tǒng)的CAD工具（如Unigraphics、CATIA、Pro/E)時,這仍然是一項非常耗時的工作，但是利用以往的設計經驗和資源也不能提供一些益處,而這正是提高效率的關鍵因素. 基于事例推理 (CBR) 的方法適應以往個案解決的辦法,建立一個新問題的方法,主要有以下四步驟:檢索、利用、修改，并保留.這是一個比用專業(yè)系統(tǒng)模仿人類思維有用的使用方法，因為提出一個類似的情況，和采用一些修改，似乎不言自明,而且比人類更直觀.所以支持不同事例的設計工具已經在諸多領域中發(fā)展起來，如在注射成型及設計、建筑設計、模具設計投死， 規(guī)劃過程中，還有夾具設計。孫用六個數(shù)字組成代碼參數(shù)，包括工件的形狀、機械部分、軸襯，第一定位裝置,第二定位裝置和夾緊裝置. 但這個系統(tǒng)不能用于除鉆床夾具外的其他夾具類型,不能解決儲存需要保留的同一參數(shù)代碼的問題,這在CBR中是非常重要的。
1、事例參數(shù)和事例圖書館的建立
1.1事例參數(shù)
事例參數(shù)應該由工件的所有的特征組成，來區(qū)別不同的夾具。使用他們能夠使操作方便。 因為零件的形狀是多種多樣的，在生產企業(yè)中制造的技術要求也不斷發(fā)展，許多特征作被用做事例參數(shù)將會使搜索速度降低,其主要特征是不重要的,因為分配給每個特征的比重必須減少. 另一方面,事例參數(shù)包含所有的特征是困難的。
因此,考慮到實際和快速設計的需求,事例參數(shù)要包含工件的主要特征和夾具的結構。事例參數(shù)代碼由16位數(shù)組成：13位數(shù)是事例特征 3位數(shù)是事例識別數(shù)字。
前13位數(shù)代表13個特征。 每個數(shù)字與特征的一個屬性相一致,這可能是"*"、"？"、"1"、"2"，…，"A"、"B",…，"Z"，…，等其中的一個。其中，"*"是指任何一個,"?"代表不確定,"0"代表沒有。
系統(tǒng)規(guī)定:夾具的類型，工件的形狀，位置模式不能是"*"和"?"。在設計系統(tǒng)時,三個項目的屬性信息沒有這些選擇,這就意味著必須選擇確定的屬性。
最后三位數(shù)是事例識別號碼,如果事例特征的13位數(shù)是一樣的,這三個數(shù)字就用來區(qū)別他們。
該系統(tǒng)還規(guī)定:"000"是用于修正的一個典型事例,其他事例"001"、"002"、…,這些是用于設計師查找參考事例的。如果其中一個偶爾需要改變成典型事例，首先它必須要求改成"000",前面的自動變成參考事例。
事例索引碼的結構如圖1所示。
1—夾具類型； 6—工件重量； 11—夾緊模型；
2—工件形狀； 7—工件剛度； 12—夾具體；
3—工件材料； 8—加工內容； 13—其他；
4—批 量； 9—過程所有物； 14到16—事例識別碼；
5—工件比例； 10—定位模型；
圖1 事例索引碼的結構
1.2事例庫
事例庫由許多預定義的事例組成。事例的描述是基于事例推理的最重要的問題之一。所以由索引碼復合。
1.3 事例的層次化
夾具的結構相似被認為是整個夾具，成分和內容相似。所以，整個夾具事例庫，成分事例庫，夾具的成分事例庫形成相同。整個夾具的設計資料通常是由工件資料和工件加工資料組成，這就意味著夾具的設計應滿足特別功能的需求。全部夾具事例是由功能成分組成，它是用功能成分的名字和數(shù)字來進行描述的。成分事例代表成員（成分功能和其他結構成分，主要驅動參數(shù)，數(shù)字，和它們的約束關系）。成分事例（夾具的最低層）是功能成分和和其他成分的結構。在現(xiàn)代夾具設計中有很多參數(shù)化準件和普通非標準件。所以成分事例圖書館應記錄特殊參數(shù)和保持它們的方法。
2、事例修改的策略
在基于事例的夾具設計中，最重要的是相似點的修改，這樣能有助于獲得最相似的事例，以及縮短適應時間。根據(jù)夾具設計的需求，事例修改的策略使最接近的事例方法和知識指導結合起來。首先在深度上查找，然后在寬度上；知識指導策略意味著在來自客觀事物根源的知識規(guī)則上查找，這就要首先查找固定類型，然后查找工件的形狀，第三查找定位方法。例如，如果事例索引碼包括夾具類型的磨削夾具，就只查找所有的磨削夾具，然后查找工件形狀的盒子，第三查找一個平面兩個銷的定位方法。如果沒有合適的，就查找深度標點，然后回到最上層，然后再找所有與寬度相關的事例。
修改方法：
1） 根據(jù)夾具事例庫的事例索引信息，查找有關事例庫。
2） 將事例索引碼與事例庫的每個事例碼匹配，然后計算相似尺寸的價值。
3） 整理相似尺寸的次序，最大的架子是最類似的事例。
兩個事例之間的相似點是基于兩個事例特征之間的相似點。相似點尺寸的計算依靠特征的類型。相似點的價值可以通過數(shù)字化的價值來計算，例如比較重量分別是50kg和20kg的工件。非數(shù)字化的價值也能計算，例如，現(xiàn)在前13位索引碼都是非數(shù)字化的價值。一個夾具的相似尺寸的計算公式如下：
其中S表示通用夾具的相似尺寸，n表示索引特性數(shù)，表示每個特性的重量，表示事例庫中特性和相關夾具的特性的相似尺寸。同時， ，數(shù)值計算如下：
其中表示第i個特征的索引特性值，表示事例庫中第j個事例的第i個特征的特性值。
所以有兩種方法選擇相似夾具。一個方法是建立數(shù)值。如果通用事例的相似尺寸值比給定的數(shù)值小，這些事例就不能選來作相似事例。事例庫最初建立的時候，只有一些事例，數(shù)值可以建小一點。如果有大量的相似事例，數(shù)值就應該建的大一些。另外一個方法是只建立相似事例的數(shù)字（例如10），這是類型單里相似尺寸的最大值。
3、 事例的修改和存儲
3.1事例的修改
夾具設計中相似事例的修改包括以下三個階段：
1） 成分的替代
2） 保持形式不變，調整成分的特性
3） 模型重新設計
如果夾具的成分是普通的物品，它們能通過使用工具被修改，代替以及刪除，這些已經被設計好了。
3.2事例的存儲
在將一個新的事例保存到事例庫之前，設計者必須考慮保存是否有價值。如果這個事例不能增加系統(tǒng)的知識，就沒有必要把它保存到事例庫里。如果它有價值的話，設計者在保存之前必須分析一下，看看這個事例是否作為標準事例或參考事例被存儲了。一個標準事例是一個描述同族事例主要特征的標準。一個同族事例是有事例庫中索引碼前13位相同而最后三位不同的那些事例組成的。一個標準事例的最后三位通常是“000”。一個參考事例屬于同族標準事例，最后三位用不同數(shù)字區(qū)分。
從被解釋的概念中，可采用以下方法：
1）如果一個新的事例和任何一個存在的事例族一致，和一個存在的標準事例的前13位數(shù)相同，那么這個事例就不能存儲因為已經這種標準事例了?；蛘咧荒茏鳛橐粋€參考事例保存（最后三位不是“000”，而且和其它的不一樣）在事例庫中。
2）如果一個新的事例和任何一個存在的事例族一致，并且被認為代替這個事例族要比以前的標準事例好，那么這個標準事例就被這個新的事例代替，以前的標準事例作為一個參考事例保存。
3）如果一個新的事例和任何一個存在的事例族不一致，一個新的事例族將會自動產生，并作為標準事例保存到事例庫中。
4夾具設計中基于事例推理的過程
根據(jù)夾具設計的特性，夾具設計的基本信息，例如夾具的名字，零件，生產和設計者等等，必須先輸入。然后，輸入或設計工件的模型。輸入有關工件的細節(jié)信息，建立事例索引碼，然后CBR開始依靠相似尺寸查找相似事例，選出最相似的事例。如果需要的話，事例要滿足通用性設計，再存儲到事例庫中。程序流程圖如圖2所示
圖2 基于事例推理的夾具設計流程圖
5基于事例推理的夾具設計說明
這是一個工件如圖3所示。材料是45鋼，底座，形狀為塊狀，生產批量為中批等。需要設計成一個用來旋轉孔的旋轉夾具。
圖3 需要設計夾具的一個工件
（最大尺寸80mmx49mmx22mm）
工件的特征值，屬性值，事例索引碼和重量在表1中列出。
表1 工件的事例索引碼和重量
特征名稱 特性值 索引碼 重量
夾具類型 車床夾具 1 100
工件形狀 塊狀 9 90
工件材料 中碳鋼 3 70
批量 中批 2 60
工件比例 小 5 60
工件重量 輕 5 60
工件剛度 硬度強 1 60
加工內容 孔 3 80
程序要求 完成加工 3 70
定位方法 三個平面 1 100
夾緊方法 不確定 ？ 90
夾具體 復合 4 80
其他 沒有 0 60
通過查找和計算相似點，最相似的事例的事例索引碼是19325513321402000，細節(jié)信息在表2中列出。
表2 最相似事例的事例索引碼
特征名稱 特性值 索引碼
夾具類型 車床夾具 1
工件形狀 塊狀 9
工件材料 中碳鋼 3
批量 中批 2
工件比例 小 5
工件重量 輕 5
工件剛度 硬度強 1
加工內容 孔 3
程序要求 完成加工 3
定位方法 三個平面 1
夾緊方法 不確定 ？
夾具體 復合 4
其他 沒有 0
相似點的計算如下：
所以夾具的相似尺寸值是0.806，這是在事例庫中用于設計的最相似的事例，最相似的事例的結構如圖4所示
圖4 最相似的夾具
當成分替代，修改定位模型和夾緊模型，以及調節(jié)相關尺寸之后，新的夾具被設計出來，圖形如圖6所示
圖5 需要設計的新夾具
因為在事例庫中沒有相似夾具，新夾具被儲存到事例庫中。事例索引碼是19325523311402000。
6 結論
基于事例推理，作為一個問題解決的方法，是一個比模仿人類思想的專業(yè)系統(tǒng)更有效的方法，已經在很多難獲取知識的領域里得到發(fā)展?；谑吕评淼膬?yōu)點如下：它和人類的思想很相似；一個事例庫通過保存新事例獲得自學能力，它比有慣例庫更快更容易，它可以更好的傳遞和解釋新的知識，這和慣例庫有很大的不同?；谑吕评碇刑岢龅囊粋€夾具設計的框架已經被實行了，使用的是支持基礎數(shù)據(jù)的VC++，UG 電腦繪圖軟件。這個框架也已經和普通成分庫和典型夾具庫結合起來。這個發(fā)展的標準系統(tǒng)，用于航空項目，幫助夾具設計者提高設計效率和重新使用先前的設計資源。