基于關系數據庫的機械零件智能設計系統研究

摘要：當今社會不斷發展，促使制作也在逐步發展，在市場需求下，提高對產品的性能、產量、質量以及制造成本的要求，在此背景下，促使制造企業逐步向智能化、自動化發展。而前提基礎是要提升設計系統中機器的智能水平。為此文章主要對機械零件智能設計系統的研制方法進行探討，首先分析了智能設計系統的方案，而后提出一種基于關系數據的新知識表達方法以及實現方式，最后具體分析了知識的利用。

關鍵詞：數據庫;機械零件;智能設計系統;推理機

若想實現制作業智能化、產業化、自動化發展的目標，需要提高機械零件智能化水平，促使計算機可以在最大范圍內發揮價值，完成對數據、信息、知識的處理，全面提升自動化水平，從而有效提升設計工作的效率和質量，更好的滿足市場對產品的需求。在傳統CAD系統基礎上，通過知識處理技術的處理，形成智能CAD系統也就是1CAD系統，而后結合了人工智能技術、計算機繪圖等各種參數計算技術，利用各自的優勢，相得益彰。但是，現階段我國智能設計系統仍處在1CAD初期階段，存在一定的局限性。由此可見，本文對基于關系數據庫的機械零件智能設計系統研究，有著十分重要的意義。

一、智能設計系統的總體方案

在智能設計系統中，需要具備計算分析、知識處理、圖形處理、數據管理與服務等基礎功能。是以專家系統為核心的CAD系統，實現了對知識系統的知識處理能力與常規的CAD功能的有機結合，為設計者不同階段的設計任務提供幫助。

智能設計系統SIDS是建立在Windows平臺基礎上的進行開發的[1]，此系統可以為使用者提供簡便、實用的方法，而后經過知識工程師的改動，在原有的知識庫中融合進不同類型任務的知識庫，從而實現設計各種不同的機械零件的功能。

二、知識的表示方法及實現方式

就目前情況看，關系數據庫無論是在理論方面還是在實際應用上都趨于成熟，將其利用到設計專家系統知識中，可以更好的存儲和管理知識。在S1DS系統中提出一種基于關系數據庫的機械零件設計知識專家系統的解決方案，促使關系數據庫式知識庫和推理機的有機結合。在整個數據系統中，知識庫主要存放于數據庫中。那么問題就在于如何運用適宜的方式將知識呈現出來，并妥善存放于知識庫中，促使其更好的被利用[2]。

全面分析不同的零件，不難發現，部分零件特點是共有的，而部門則是獨有的。用來存儲零件的共有屬性以及特有屬性分別稱為動態參數、靜態參數。其中的動態參數主要涉及到的是解決問題的知識，一種是推理判斷性知識，主要針對的是特定問題及細節設計問題的解決，此種知識具有啟發性但也無法保證精確性;另一種就是原理性知識，主要采用的是數值方法處理。這類知識一般情況下，主要體現在程序實現過程中，所以也稱為過程性知識。在S1DS系統中，采用的是編程性函數表達方式。S1DS系統知識庫樹狀圖如下圖所示。

在該框架下，通過多個節點和關系形成了網絡。其中無論是主框架還是子框架，多相當于一個節點，對一個對象信息進行描述[3]。對于待求解的問題來說，其可以分解成多個子問題，并在子問題基礎上再進行分解，而與子問題相關的信息主要體現在主框架中。所以，框架系統可以表達語言以及其他各種繁瑣的問題。從結構上出現層次清晰，有利于存儲。而知識的獲取，主要就是提煉出能夠解決問題的專門知識，并將其轉化為可以在計算機內通過代碼實現的方式。提煉知識并不是容易的，主要是因為，知識的提取需要在現有知識基礎上進行理解、抽取、組織，而后進一步實現創新。

三、知識的利用

在專家系統知識和知識結構建立過程中，需要考慮到使用方法。其中在執行、處理知識過程中，推理機扮演著重要的角色，而實現推理機發生作用的關鍵便在于推理策略。本文研究的系統中采用的是正向推理。

（一）黑板

黑板屬于全局數據區，主要作用就是用來存儲系統控制信息、工藝過程信息、零件特征信息。具體涉及到了幾種數據表：狀態數據表、零件總體信息數據表、特征數據表三種。其中用來存儲當前系統控制與黑板狀態信息是狀態數據表;零件總體信息數據表則主要存儲零件的前段設計信息;而特征數據表則主要存儲零件各特征數據。在S1DS1.0系統中，存儲己經推理出來的結果使用的是一個Richtextbox控件。而用SQL server 2000的一個表“己知條件表”來做黑板的后備存儲結構體。

（二）推理控制器

從目前的系統看，知識庫有限，對應的搜索方法也沒有發揮較好的作用，但在知識庫不斷擴充下，一個推理需要滿足相應的搜索能力需求[4]，其中的狀態空間的搜索思想可以直接影響到工作效率。在本系統中，主要運用的深度優先思想。也就是從初始節點出發，而后沿著一條分支進行一步一步深入，直到最低端找到目標節點為止。

（三）知識調度器

知識調度器主要用于工藝知識的調度和使用，其中控制的是元規則，而后以相應的數據結構得以實現。在本系統中屬于1.0版本，所以此功能是通過人工實現。

（四）規則匹配器及觸發器

其中規則匹配器主要用于檢查規則的IF部分，判斷其成立可能性。而S1DS中的規則是基于規則元的統一表示模式，所以規則匹配的核心便是規則元的匹配。

通過相應的推理決策作用下，推理機控制決定啟用某條規則后，將規則觸發器進行了激活，執行規則的THEN部分或ELSE部分所規定的動作，進而改變黑板狀態。

（五）黑板讀寫接口

規則匹配器和規則觸發器，主要就是利用黑板讀寫接口，實現最終的讀取、寫入數據。

結語：

總之，通過本文對基于關系數據庫的知識表達方式分析，不難發現，與現有智能設計系統相比，更容易管理、擴充知識庫。

參考文獻：

[1]陳青，劉建釗.機械零件智能設計過程中知識表示的研究及應用[J].煤礦機械，2016，34（01）：235-237.

[2]楊蘭松.機械零件智能設計系統的推理機研制[J].機械設計與制造，2017，56（01）：122-124.

[3]王丹，嚴玉濤，曾春耕，孫志禮.基于關系數據庫的機械零件智能設計系統的研制[J].機械設計與制造，2016，45（06）：180-182.

[4]喬桂玲，李尚平.基于對象-關系數據庫的甘蔗收獲機械智能設計系統的研究[J].中國制造業信息化，2015，56（02）：104-106.

作者簡介：何軍（1972.04-），男，漢族，籍貫：湖北省十堰市，工作單位：湖北工業職業技術學院機電工程學院，職稱：高級工程師，大學本科，研究方向模具CAD/CAM/CAE。

課題名稱：冷沖模標準件庫的開發和應用，編號：20142KA01