知識工程視域下的機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)分析

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摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，各項(xiàng)工業(yè)化生產(chǎn)取得了非常顯著的成績，這離不開各種機(jī)械設(shè)備的使用與開發(fā)，而機(jī)械設(shè)計(jì)需要各種設(shè)計(jì)軟件的支持，其中，CAD技術(shù)就是較為常用的一種方法。但是，在使用CAD設(shè)計(jì)過程中，鑒于軟件自身構(gòu)造、功能等的復(fù)雜性，會(huì)存在一些問題，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，CAD將成為機(jī)械設(shè)計(jì)最為科學(xué)的技術(shù)。本文主要基于知識工程對機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分析，從而表現(xiàn)機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)技術(shù)的日趨成熟過程。

關(guān)鍵詞：知識工程；機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)軟件；機(jī)械制造

在機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)與制造的早期就已經(jīng)應(yīng)用了CAD技術(shù)，但只局限在幾何繪圖當(dāng)中，其功能應(yīng)用較為單一。但是機(jī)械零部件之間往往缺少必要的連接強(qiáng)度，對某一個(gè)零部件進(jìn)行修補(bǔ)就代表著要對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)開發(fā)，最終導(dǎo)致零件的開發(fā)效率非常低，使用也非常不方便。而隨著CAD技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，并且具有參數(shù)化的功能，能夠通過幾何約束來對模型的大小、特征進(jìn)行控制，使變量成為可以調(diào)整的數(shù)值。只需要對相關(guān)聯(lián)的公式進(jìn)行調(diào)整就可以達(dá)到不同的參數(shù)與尺寸，實(shí)現(xiàn)零部件的調(diào)整或者是修改。這樣能夠降低資源的消耗，還可以提高調(diào)整的效率。但是參數(shù)設(shè)計(jì)同樣在構(gòu)建函數(shù)關(guān)系上存在不足，為此，將知識工程引入能夠補(bǔ)充設(shè)計(jì)上的不足，并且知識是可以循環(huán)利用的。

一、知識工程在CAD軟件中應(yīng)用

知識工程最為直觀的理解就是利用人工智能對信息、數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再運(yùn)用信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，可以完成數(shù)據(jù)的采集、加工、整理、制作、發(fā)送等工作。在知識工程中，可以首先運(yùn)用知識對題目進(jìn)行解答，在解答當(dāng)中能夠?qū)^去的知識進(jìn)行回顧，加深對現(xiàn)有知識的了解，在這種循環(huán)模式下能夠順利將問題解決。

知識工程對問題解決的同時(shí)也是對參數(shù)設(shè)計(jì)不足的補(bǔ)充。首先，能夠先將產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)性構(gòu)建出來，產(chǎn)品的特征以及尺寸可以在設(shè)計(jì)當(dāng)中獲得修整，在構(gòu)建出來關(guān)聯(lián)性以后，產(chǎn)品所具有的關(guān)聯(lián)性信息將非常多，并且在信息顯示上也能夠更加清晰、具體。還有一方面，在知識工程的設(shè)計(jì)背景下，能夠?qū)⑿畔⑿Α⒃O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)引入進(jìn)來，實(shí)現(xiàn)了變量之間的統(tǒng)一約束，甚至可以構(gòu)建出一個(gè)獨(dú)立的校對驗(yàn)收信息庫。在設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品不能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)能夠及時(shí)發(fā)出錯(cuò)誤警報(bào)，這樣能夠?qū)⑿蘩淼臅r(shí)間縮短，增加了參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)的穩(wěn)定性與安全性。

二、基于知識工程的參數(shù)化CAD設(shè)計(jì)框架

（一）框架設(shè)計(jì)

在知識工程領(lǐng)域下，其參數(shù)化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)框架為下圖1所示：

圖1 基于NX/KF的產(chǎn)品設(shè)計(jì)框架

（二）Knowledge Fusion模塊

作為一種科學(xué)化的高端軟件，CAD技術(shù)的核心力量體現(xiàn)在產(chǎn)品的開發(fā)與設(shè)計(jì)上，而在知識工程理念下，NX軟件系統(tǒng)的核心技術(shù)是知識工程，這樣能夠讓知識工程中專業(yè)人員有更寬廣的空間去選擇優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，從而創(chuàng)造出比平時(shí)更多的收益。為此，在知識工程理念的引導(dǎo)下，NX/Konwledge Fusion模塊被開發(fā)了出來。

該技術(shù)模塊的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、在知識工程領(lǐng)域下，可以應(yīng)用導(dǎo)學(xué)方程式語言，這種語言具有自身特點(diǎn)，用戶學(xué)習(xí)起來非常方便，還很容易理解；

2、可以為用戶提供各種物理量化的函數(shù)式，比如，常見的有慣性引力、重心引力等；

3、用戶在使用函數(shù)對話框，對其的構(gòu)建相比其他模塊更容易構(gòu)建出來，并且方式較為簡單；

4、可以將外部的各種資料全部轉(zhuǎn)化為構(gòu)建模型的資料；

5、對參數(shù)拉桿的動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行控制；

6、可以對模型的最優(yōu)比例進(jìn)行設(shè)計(jì)與構(gòu)建。

Knowledge Fusion在開發(fā)過程中能夠?qū)⑵湟约煞绞饺谌氲絅X的數(shù)字化系統(tǒng)中，這種Knowledge Fusion技術(shù)有較為明顯的優(yōu)勢，為此，可以在上面構(gòu)建出多個(gè)應(yīng)用形式的軟件，能夠?qū)⒎浅７倍嗟募夹g(shù)、知識綜合運(yùn)用起來，再通過知識的運(yùn)用與表述對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

三、運(yùn)用零部件族法以及Konwledge Fusion模塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)

（一）零部件族法的設(shè)計(jì)承重梁

運(yùn)用知識工程進(jìn)行模塊的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)首先就要基于零部件族法構(gòu)建出一個(gè)零部件模塊，再構(gòu)建出了模塊以后，再按照零部件的各項(xiàng)參數(shù)構(gòu)建出特定的表達(dá)式，可以將參數(shù)中的各種變量添加到電子表格中，通過電子表格對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。用戶在使用各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化的零部件時(shí)，只需要將零部件尺寸、以及外形變量全部輸入到對話框中，就能夠得出對應(yīng)的零部件模型。零部件的族法是運(yùn)用CAD參數(shù)化的思想在設(shè)計(jì)中應(yīng)用。在零部件的承重梁設(shè)計(jì)對話框中，設(shè)計(jì)樣式如下圖2所示：

圖2 基于零部件族的承重梁設(shè)計(jì)框架

（二）Knowledge Fusion模塊設(shè)計(jì)承重梁

Knowledge Fusion一般都應(yīng)用的是對象編程方法，并且NX/Open API是一種開發(fā)工具，能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)與設(shè)計(jì)。在應(yīng)用Konwledge Fusion模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須要能夠遵循下面一些原則：首先，要按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)立一個(gè)中心；其次，要能夠使設(shè)計(jì)過程中的特征數(shù)進(jìn)行減少；最后，要選取適合的零部件之間的尺寸，并對這些零部件的尺寸構(gòu)建出特定的關(guān)系。在Knowledge Fusion模塊設(shè)計(jì)當(dāng)中，承重梁的設(shè)計(jì)框架樣式如下圖3所示：

圖3 基于Knowledge Fusion模塊設(shè)計(jì)承重梁設(shè)計(jì)框架

（三）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的比較

零部件族法在構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化零部件過程中有非常多的優(yōu)勢，其中，最為重要的優(yōu)勢就是對其操作非常容易，用戶能夠非常容易掌控，在構(gòu)建完成了標(biāo)準(zhǔn)化的零部件以后，可以將創(chuàng)建出來的零部件作為裝配或者是組裝的整體構(gòu)件。但是零部件族法也有其自身的缺陷，最為主要的缺點(diǎn)就是在人工輸入數(shù)據(jù)時(shí)效率非常低，并且需要非常多的人力與物力，電子表格的繪制也容易浪費(fèi)掉非常多的時(shí)間。還有一方面，零部件族法能夠?qū)缀翁卣鞴潭ㄏ聛恚@樣一來，其他形式的運(yùn)算將不容易實(shí)施。任何一種細(xì)小的錯(cuò)誤都會(huì)為后期的設(shè)計(jì)帶來不便，必須要進(jìn)行重建，無形中增加了非常大的風(fēng)險(xiǎn)。還有一方面，應(yīng)用零部件族法可以對模型進(jìn)行約束，但是卻不能實(shí)現(xiàn)全部約束，有一定的片面性。如果在系統(tǒng)中輸入了過多的參數(shù)，將使設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差，不利于模型的結(jié)構(gòu)塑造。如果處理不當(dāng)將造成大量數(shù)據(jù)的丟失以及損毀，模型的質(zhì)量控制不夠標(biāo)準(zhǔn)。