機械傳動系統(tǒng)方案設計CAD專家系統(tǒng)的研究

摘 要：具有集成化特點的計算機輔助設計是機械傳動系統(tǒng)設計中的核心，也是完善機械制造技術的根本。本文結合機械傳動方案的特點，將CAD專家系統(tǒng)技術應用于機械傳動系統(tǒng)設計中，在系統(tǒng)內部應用Visual C++語言，提高人機交互的效率。

關鍵詞：CAD專家系統(tǒng)；機械傳動；方案設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.137

為了滿足機械CAD的集成化特點，需要實現(xiàn)機械產品設計過程的自動化，同時也需要以計算機技術為重要的基礎。近年來，國內外學者重點研究專家系統(tǒng)技術的應用，在其中進行知識推理。本研究結合機械傳動系統(tǒng)化方案設計的特點，在機械傳動系統(tǒng)方案設計過程中應用CAD專家系統(tǒng)，提出了信息模型的建立方案和系統(tǒng)的求解策略。

1 機械傳動系統(tǒng)方案設計的特點

方案設計的重要任務是要滿足用戶的設計需求，完善系統(tǒng)的功能，在此基礎上對系統(tǒng)的結構進行優(yōu)化，系統(tǒng)方案設計的特點如下。

第一，有一定的難度。方案設計過程中一些任務沒有完整的模型，在應用經驗知識和設計數(shù)據(jù)的同時，對方案進行選型和評價，完善的模型和推理機制是實現(xiàn)方案設計自動化的根本[1]。第二，具有多層次和目標性。方案設計十分復雜，需要結合設計任務在不同層次上開發(fā)子任務，同時需要保證不同子任務之間可靠聯(lián)系。第三，具有多樣性特點。方案設計中的功能和結構之間是一種多對多的關系，提高了系統(tǒng)設計的復雜性和多樣性，質量評價是系統(tǒng)開發(fā)過程的難點。第四，需要在方案設計的基礎上進行再設計。求解設計問題時，往往涉及到再設計環(huán)節(jié)，并且由于系統(tǒng)設計具有較高的復雜性，再設計環(huán)節(jié)將十分困難。

結合以上特點，方案設計可以選用專家系統(tǒng)來開發(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系，合理應用與/或樹。即在設計過程中應用與/或樹構成完善的概念空間，對機械傳動系統(tǒng)結構的組成部分進行描述，明確配套部件之間的關系，描述設計任務的多層次性和多任務性，用“或”關系表明方案的多樣性。

2.2 設計知識庫

系統(tǒng)設計過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(guī)則形式存儲起來。在知識庫設計過程中需要建立完善的知識模型，明確模型的內部表示，同時實現(xiàn)節(jié)點管理[2]。

用與/或樹將設計問題轉換為對應的規(guī)則，對概念空間進行規(guī)劃和描述，將系統(tǒng)設計過程中的概念問題編制成為有效的概念空間，實際設計過程中，設計人員應用知識經驗和假設推理，建立概念的約束推理網絡，結合概念空間中的知識模型進行模擬。

為了構建科學的概念推理網絡圖，需要將觸發(fā)后的概念節(jié)點和約束條件附加到與/或樹中。針對同一個概念而言，可能是多個分支概念的前提，在推理網絡上對應一個與/或圖，在約束推理的過程中需要在與/或圖上開展詳細的搜索工作，保證滿足約束條件。

以模切機傳動方案設計為例，圖1是推理網絡子圖。

其中Ei表示約束條件，Ci表示概念節(jié)點。系統(tǒng)知識庫中的知識結合設計經驗，應用Visu C++語言描述字符串，結合類繼承和函數(shù)的重載優(yōu)勢對知識庫中的信息進行完善和修改。

在管理知識模型節(jié)點的過程中，需要結合實際的約束推理網絡，在概念節(jié)點層次管理的基礎上，對方案的目標節(jié)點進行記錄。同時需要應用相應的規(guī)則描述不同的概念節(jié)點和邏輯關系，將與節(jié)點有關的規(guī)則分為前推規(guī)則和后推規(guī)則，借助系統(tǒng)的知識獲取模型搜索規(guī)則集。

2.3 系統(tǒng)的求解策略

方案設計專家系統(tǒng)求解的過程中，應用可靠的功能分析器、參數(shù)求解器和方案分解器，功能分析器結合系統(tǒng)功能庫中相應的規(guī)則，借助正向推理方法按照設計需要擴展為事實。參數(shù)求解器需要結合方案結構的實際屬性，完善系統(tǒng)的參數(shù)設計，應用相應的經驗值規(guī)則進行求解。方案分解器在應用的過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(tǒng)中不同零件之間的拓撲關系進行確定，例如機械系統(tǒng)中齒輪的排列順序、齒輪的嚙合關系等，在實際設計時需要應用面向方案的臨接矩陣描述機械傳動系統(tǒng)中的多種拓撲關系，結合拓撲關系可以自動繪制出方案的運動簡圖，應用專業(yè)的控制方法，調用知識庫中的信息，求解相應的問題。

在機械產品傳動方案的專家系統(tǒng)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足用戶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行一次優(yōu)先搜索，節(jié)點驗證時應用相應的規(guī)則。

3 結束語

機械產品傳動系統(tǒng)的方案設計，應用CAD專家系統(tǒng)對經驗知識進行科學的總結，提高推理效果，優(yōu)化傳動方案，實現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化和簡圖繪制的一體化。應用規(guī)則分類的方法描述知識庫中的多種規(guī)則，借助開放式的設計方法，提高系統(tǒng)維護的便利性，以Visual C++為開發(fā)環(huán)境，應用面向對象的程序設計理念，為系統(tǒng)的深度開發(fā)奠定基礎。

參考文獻：

[1]陳義軍.機械傳動系統(tǒng)方案設計CAD專家系統(tǒng)的研究[J].東南大學，2014，25（12）：225.

[2]許忠信.機械傳動系統(tǒng)的結構設計與CAD集成技術研究[J].清華大學，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.

作者簡介：胡懿夫（1991-），男，湖南婁底人，本科，研究方向：機械設計制造及其自動化。