王化軍

（滄州銘揚(yáng)機(jī)械制造有限公司，滄州 061000）

實(shí)例推理的數(shù)控刀架快速設(shè)計(jì)方法研究

王化軍

（滄州銘揚(yáng)機(jī)械制造有限公司，滄州 061000）

隨著社會(huì)發(fā)展速度的加快，人們對(duì)機(jī)械類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求更加嚴(yán)格，為了滿足人們的各種需求及為設(shè)計(jì)人員提供更高效的服務(wù)，可以將實(shí)例推理的快速設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品零部件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，這樣不僅能幫助設(shè)計(jì)人員快速設(shè)計(jì)，也能利用實(shí)例推理的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出更為精確的產(chǎn)品。本文就實(shí)例推理的數(shù)控刀架快速設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，并提出合理建議。

實(shí)例推理 數(shù)控刀架 快速設(shè)計(jì)在實(shí)例推理的數(shù)控刀架快速設(shè)計(jì)方法中，首先，要了解實(shí)例推理系統(tǒng)的組成及其作用，并在屬性相似度計(jì)算模型中，確定數(shù)值，確定符號(hào)，模糊數(shù)值，模糊區(qū)間，模糊符號(hào)；其次，在屬性的權(quán)重計(jì)算過(guò)程中，要考慮主觀權(quán)重與客觀權(quán)重的全局相似度；最后，要將這幾種計(jì)算方法應(yīng)用在數(shù)控刀架設(shè)計(jì)的實(shí)例中，并從數(shù)據(jù)庫(kù)中找出與新實(shí)例最為相似的實(shí)例，最終達(dá)到幫助設(shè)計(jì)人員快速設(shè)計(jì)的目的。

1 實(shí)例推理系統(tǒng)的組成

1.1 CBR

實(shí)例推理系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的是實(shí)例檢索技術(shù)，它能保障CBR系統(tǒng)的高效性，而相似度計(jì)算是實(shí)例檢索的核心，能保證CBR系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)過(guò)Schank等對(duì)模式識(shí)別理論知識(shí)中實(shí)例推理人工智能方法的研究可以得知，應(yīng)用存儲(chǔ)在實(shí)例庫(kù)中一切成功事例的求解方法都能指導(dǎo)新實(shí)例，這是因?yàn)檫@是一個(gè)類似于類比推理、符合人類認(rèn)知能力的獨(dú)立子類。圖1為實(shí)例推理系統(tǒng)的示意圖，從圖上可以得知，新實(shí)例的求解過(guò)程是根據(jù)實(shí)例庫(kù)中已經(jīng)成功的實(shí)例得出的，在整個(gè)CBR系統(tǒng)中，出現(xiàn)一個(gè)新的實(shí)例，首先，應(yīng)按照相似度計(jì)算法從實(shí)例庫(kù)中檢索出與之相似的實(shí)例，然后，利用成功實(shí)例的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行修正，最后，通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證得到最終解，并且將成功的新實(shí)例存儲(chǔ)在實(shí)例庫(kù)中，作為今后實(shí)例指導(dǎo)的一部分。

圖1 CBR示意圖

1.2 相似度計(jì)算框架

CBR系統(tǒng)中的實(shí)例檢索一般都是模糊檢索，因?yàn)樵趯?shí)例庫(kù)中與新實(shí)例完全相同或完全匹配的成功實(shí)例很少，幾乎沒(méi)有，從CBR系統(tǒng)中檢索的結(jié)果更多的知識(shí)與新實(shí)例類似，或是某一部分、具體大綱相似。目前，實(shí)例檢索技術(shù)主要包括以下兩種，一是最近鄰居法，二是歸納法，通常情況下，采用最近鄰居法的較多。在進(jìn)行相似度計(jì)算時(shí)，首先應(yīng)通過(guò)精確屬性相似度計(jì)算模型及模糊屬性相似度計(jì)算模型，得出各個(gè)實(shí)例間的屬性相似度矩陣，然后利用主觀權(quán)重及客觀權(quán)重的組合權(quán)重，得出每個(gè)實(shí)例的全局相似度，最后將新實(shí)例與數(shù)據(jù)庫(kù)中成功實(shí)例進(jìn)行比較，以此從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索出與實(shí)例最相似的成功實(shí)例。

2 屬性相似度計(jì)算模型

2.1 屬性類型相似度計(jì)算模型的確定

通常，CBR系統(tǒng)會(huì)將歐氏距離與海明距離作為相似度計(jì)算方法。

歐式距離計(jì)算公式為：

海明距離計(jì)算公式為：

其中，x，y為計(jì)算相似度的2個(gè)實(shí)例，sim（x，y），dist（x，y）為x和y的相似度值和距離等，當(dāng)xi=yi時(shí)，dist(xi，yi)=0，說(shuō)明2個(gè)實(shí)例一致，否則，dist(xi，yi) = 1，說(shuō)明2個(gè)實(shí)例完全不同。

2.2 模糊屬性類型相似度計(jì)算模型

模糊屬性類型相似度計(jì)算模型較為復(fù)雜，且有多個(gè)模型，計(jì)算方式也多而復(fù)雜。整個(gè)過(guò)程是：首先，事先將計(jì)算好的相似度數(shù)值存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，這樣在實(shí)際檢索過(guò)程中能節(jié)約檢索時(shí)間，然后，對(duì)檢索的實(shí)例屬性類型進(jìn)行相似度計(jì)算，并通過(guò)模糊屬性類型相似度計(jì)算模型得出相應(yīng)結(jié)果，最后，得出與新實(shí)例最為相似的成功實(shí)例。

3 屬性的權(quán)重計(jì)算

3.1 組合權(quán)重

在實(shí)例檢索過(guò)程中，各個(gè)屬性的主觀評(píng)價(jià)及客觀評(píng)價(jià)的重要性是通過(guò)權(quán)重來(lái)衡量的，大致可以分為兩類，一是主觀權(quán)重，二是客觀權(quán)重。主觀權(quán)重能體現(xiàn)屬性自身的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)人員對(duì)屬性的偏好，客觀權(quán)重能體現(xiàn)屬性自身特點(diǎn)影響設(shè)計(jì)方案的結(jié)果，不論屬性自身的重要性，單看客觀權(quán)重對(duì)設(shè)計(jì)方案的影響，就能得知若將主觀權(quán)重與客觀權(quán)重相組合，更能反映出屬性對(duì)檢索結(jié)果的影響力。

3.2 客觀權(quán)重的計(jì)算

例如：將新實(shí)例作為X，而數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)例作為Y=（Y1、Y2、Y3......Yn），圖2是新實(shí)例與實(shí)力庫(kù)中的實(shí)例屬性相似度所構(gòu)成的相似矩陣圖。

表1 數(shù)控刀架屬性實(shí)例庫(kù)

圖2 相似矩陣圖

從矩陣圖中可以得知，客觀權(quán)重系數(shù)的賦值，可以按照相似度離差信息的方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

3.3 組合權(quán)重合成辦法的選擇

（1）當(dāng)各個(gè)屬性對(duì)檢索結(jié)果的影響程度差異較大，但各個(gè)屬性之間的數(shù)據(jù)差異不大時(shí)，可以采用加權(quán)線性和法，這是由于加權(quán)線性和法和法中權(quán)重系數(shù)的作用較為明顯，能反映出屬性影響程度的差異。（2）當(dāng)各個(gè)屬性對(duì)檢索結(jié)果的影響程度不大，而各個(gè)屬性之間的數(shù)據(jù)差異較大時(shí)，可以采用乘法合成法。一方面因?yàn)槌朔ê铣煞ㄖ袡?quán)重系數(shù)的占用比例不大，作用不明顯；另一方面，因?yàn)槌朔ê铣煞▽?duì)屬性之間的數(shù)據(jù)差異較為敏感，能反映出被評(píng)價(jià)對(duì)象間相對(duì)地位上的差別。（3）當(dāng)各個(gè)屬性對(duì)檢索結(jié)果的影響程度差異較大，且各個(gè)屬性之間的數(shù)值差異也較大時(shí)，就應(yīng)該采用加乘混合法，因?yàn)榧映嘶旌戏ㄓ屑臃ê统朔ǖ膬?yōu)勢(shì)，但是計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜。（4）當(dāng)各個(gè)屬性對(duì)檢索結(jié)果的影響程度較小，且各個(gè)屬性之間的數(shù)據(jù)差異也較小時(shí)，就可以采用加法合成法或是乘法合成法。

另外，組合權(quán)重合成辦法的選擇，不僅要考慮屬性自身的特點(diǎn)及屬性所包含信息對(duì)實(shí)例檢索結(jié)果的影響程度，還要考慮計(jì)算方式是否適合計(jì)算，這樣才能保證檢索結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

4 實(shí)例應(yīng)用

以數(shù)控刀架的設(shè)計(jì)為實(shí)例，將上述相似度計(jì)算模型和組合權(quán)重的計(jì)算方法應(yīng)用在此設(shè)計(jì)方案中，表1中數(shù)控刀架設(shè)計(jì)實(shí)例屬性包括CN、CS、FN、FI、FL，下面用全局相似度模型進(jìn)行求解。首先將新實(shí)例X與實(shí)例庫(kù)中實(shí)例Y為例子進(jìn)行相似度分析，得出以下結(jié)論：屬性CN的計(jì)算中，最大值為160，最小值為0，相似度為0.612 5；屬性FN的計(jì)算中，最大值為0，最小值為0，相似度為0.890 0；屬性FI的計(jì)算中，相似度為0.8；屬性FL的計(jì)算中，相似度為0。

首先，根據(jù)Matlab編程計(jì)算中能得知w=（0.146 2，0.058 5，0.078，0.183 3，0.195 2，0.071 1，0.011 9，0.003 1，0.040 4，0.212 3），其次，從整個(gè)計(jì)算過(guò)程可以得知，原本刀架型號(hào)和凈重給的主觀權(quán)重為0.05，經(jīng)過(guò)綜合考慮屬性數(shù)值間的差異和相似度結(jié)果后，對(duì)其賦予了更大的權(quán)重，但這是符合實(shí)際情況的。最后，通過(guò)屬性相似度的加權(quán)求和法，能得知與新實(shí)例相似的是表1中的實(shí)例6，若將這實(shí)例作為新實(shí)例的建議解，且讓設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及時(shí)驗(yàn)證、修改，就能得到最終的新實(shí)例設(shè)計(jì)方案，達(dá)到快速設(shè)計(jì)的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)數(shù)控刀架的實(shí)例檢索過(guò)程中存在的屬性值進(jìn)行分析，給出了全局相似度的計(jì)算模型，這一模型不僅操作簡(jiǎn)單，而且十分實(shí)用，能在統(tǒng)一各類屬性之間相似度衡量標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，綜合考慮主觀權(quán)重和客觀權(quán)重的性質(zhì)，并通過(guò)組合權(quán)重來(lái)反映實(shí)例檢索結(jié)果的影響。由此可見，利用這個(gè)實(shí)例計(jì)算模型，能更好地將以往數(shù)控刀架設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與新實(shí)例的設(shè)計(jì)方案結(jié)合，幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)。

[1]王海巧，孫蓓蓓.基于實(shí)例推理的數(shù)控刀架快速設(shè)計(jì)方法[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2013，（6）：1232-1237.

[2]張朝彪.數(shù)控機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)方法研究[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2012.

[3]張榮.基于實(shí)例推理的自動(dòng)控制系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2013.

[4]張禹，白曉蘭，張朝彪，等.基于實(shí)例推理的數(shù)控車床智能模塊組合方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，（1）：120-129.

[5]宋均有.數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)研究[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2014.

Research on Rapid Design Method of Numerical Control Tool Turret Based on Case Reasoning

WANG Huajun
(Cangz hou Mingyang Machinery Manufacturing Co. Ltd., Cangzhou 061000)

with the rapid developm ent of s ociety, people have more stringent design requirements, in order to meet people's needs, and to provide more efficient services for the design, can be used in the design process of mechanical product components, not only to help design personnel quickly design, but also to use case reasoning features, des ign more accurate products. In this paper, we study the method of the fast design of numerical control tool, and put forward the reasonable suggestion.

cas e bas ed reasoning, numerical control, rapid design