基于知識重用的叉車設計意圖捕捉方法研究

黃敬猛 陳作超

摘要：叉車創新設計是指充分利用設計者的知識和經驗，設計出具有新穎性和實用性的叉車型號的實踐活動。由于設計意圖的不確定性和復雜性，系統的設計意圖捕捉方法成為創新設計的一個重要研究方向。本文提出了一種基于知識重用的叉車設計意圖捕捉方法，就其關鍵技術進行了研究。該方法對提升叉車設計效率和質量，具有一定的理論意義和實用價值。

關鍵詞：設計意圖捕捉；知識重用；叉車創新設計

創新設計是指充分利用已有的知識和經驗，發揮設計者的創造性思維的設計活動。系統的設計意圖捕捉方法是創新設計的一個重要研究方向。通過對設計意圖捕捉，可以快速的幫助設計者做出相應決策，調用已有的設計知識，提高設計的效率和質量。設計意圖捕捉過程可分為引導設計者對設計問題產生意圖，進而生成設計意圖模型，然后以實體模型作為設計意圖求解的結果[1]。設計意圖捕捉主要包括三方面的工作[2][4]：

（1）對已有知識和經驗進行提取、綜合，充分利用已有的設計經驗和知識。

（2）記錄設計者的設計步驟，合理高效的利用已有知識輔助設計者進行創新設計。

（3）設計方案的生成，即對設計方案快速求解，生成實體模型。

叉車是對貨物進行裝卸、堆垛和短距離運輸作業的工業搬運車輛，廣泛應用于港口、車站、機場、貨場、工廠車間、倉庫、流通中心和配送中心等，在企業的物流系統中扮演著非常重要的角色[3]。叉車的技術參數是用來表明叉車的結構特征和工作性能的。叉車包括如下基本參數：額定起重量；載荷中心距；最大起升高度；自由提升高度；滿載最大起升速度；門架前、后傾角；滿載行駛速度；最大爬坡度；最小外側轉彎半徑；最小離地間隙。以上基本參數體現了叉車的基本性能。額定起重量決定了叉車的載重性能；最大起升高度、自由提升高度和門架前、后傾角反映叉車的起升性能；最大起升速度、滿載行駛速度和最大爬坡度反映叉車的動力性能；最大外側轉彎半徑和最小離地間隙則反映叉車的機動性能。[3]

叉車的設計是根據實際需求為出發點，具體映射到叉車的基本參數上。根據叉車設計需求，設計者把設計意圖映射到載重性能、起升性能、動力性能和機動性能四個子意圖，再依據已有知識和經驗對子意圖進行分解，例如把載重性能可以映射到載荷質量和載荷體積。

根據已有的叉車設計知識和經驗，設計意圖的分解過程和載體域建立相應映射機制，以確定是否繼續分解下一級子意圖，如有匹配結構單元則停止分解，如無則繼續[7]。設計意圖分解級數達到設定的最低層級后，如依然匹配不到對應的結構，則表明此設計意圖需要產品定制[5]。以叉車載重性能為例，利用設計知識和經驗對此載重性能進行分解，尋找匹配的結構單元。其分解過程產生了三個意圖單元，載荷質量、載荷長度和載荷體積。載重性能是叉車的主要性能參數，關系到叉車各系統的設計。載重性能映射到載體域，尋找其匹配的結構單元，整個過程形成對應的映射表。具體到載重性能，將其映射到起升系統、行駛系統、轉向系統等，有相關性則在表1中關系都表示為“1”；載荷中心距和起升系統具有映射關系，進一步向下分解，則和貨叉單元產生映射關系；按此方法，結合已有的知識和經驗，順著結構樹尋找，意圖單元載荷寬度和起身系統中叉架和叉架側向滾輪具有映射關系。直到分解到系統中最基本的結構單元或者分解到設定的層級。利用匹配到的結果，調用其結構單元，對其進行適用性修改即形成設計方案[6][8]。

表1 叉車設計映射表

針對意圖捕捉包含的方法內容，本文提出了一種設計意圖捕捉方法實現框架，并應用到叉車創新設計中。設計者通過已有的知識和經驗將設計需求轉化成設計意圖，進而對設計意圖進行分解和映射。設計意圖的實現是意圖單元映射到對應的物理結構單元集合，即載體域。最后，設計者利用匹配到的結構單元形成設計方案。實例證明，該方法滿足了設計意圖捕捉的三方面要求，對提升叉車設計效率和質量，具有一定的理論意義和實用價值。

參考文獻：

[1]孫兆洋， 劉繼紅. 設計思考過程模型中設計意圖的表達[J]. 機械工程學報. 2009.45（8）：182-189

[2]姜少飛， 陳帥， 魯聰達， 黃敬猛. 設計意圖捕捉與參數化設計集成研究[J]. 計算機集成制造系統. 2011.17（4）：726-731.

[3]陸植. 叉車設計[M]. 北京：機械工業出版社， 2004.

[4]張偉， 李佳. 基于構造過程的參數化特征造型方法[J]. 計算機輔助工程， 2001 （2）： 31-33.

[5]羅國富， 丁立家， 劉小娟， 段瑞. 基于設計意圖的產品參數化變型設計研究及應用[J]. 制造業自動化. 2012.34（12）：108-111.

[6]Lee W， Kara L B， Stahovich T F. An efficient graph based recognize for hand-drawn symbols[J]. Computer & Graphics， 2007， 31（4）：554-567.

[7]汪旭. 基于設計意圖捕捉的概念建模技術研究[D]. 北京：清華大學， 2010.

[8]張范良，陳玉全， 瞿元盛等. 基于知識的模具智能裝配[J] . 農機化研究，2009（4）：155-157.

作者簡介：黃敬猛（1985年11月生），男，工學碩士，檢驗師，工程師， 主要研究領域：機械設計、特種設備安全檢驗