基于知識(shí)和模型的裝配工藝推理方法*

于慶峰 張立賓 張紅燕 梁 兵

(內(nèi)蒙古第一機(jī)械集團(tuán)股份有限公司 第四分公司,內(nèi)蒙古 包頭 014030)

隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的快速發(fā)展,計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝規(guī)劃作為解決產(chǎn)品裝配工藝規(guī)劃問(wèn)題的有效工具,也迅速發(fā)展與普及。最初的計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃系統(tǒng)是通過(guò)信息化的手段實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)裝配工藝文檔的電子化,大多計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝文件中的圖形也是二維視圖,難以實(shí)現(xiàn)裝配工藝知識(shí)的表達(dá)、生成、組織與管理,不能有效總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)方法。隨著三維CAD技術(shù)的發(fā)展與普及,基于三維結(jié)合特征的裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)也快速發(fā)展。基于三維CAD軟件,可實(shí)現(xiàn)CAD模型與特征的無(wú)縫集成,對(duì)裝配模型信息,工藝信息進(jìn)行數(shù)字化表示,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)幾何推理和基于知識(shí)的裝配順序規(guī)劃、路徑規(guī)劃與裝配工藝卡片生成等功能。

1 計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝的不足

當(dāng)前的計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)主要依賴于三維CD模型進(jìn)行裝配工藝仿真分析,能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品空間幾何、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和裝配約束關(guān)系表達(dá)、分類與推理。然而對(duì)裝配工藝知識(shí)與裝配管理信息的表達(dá)不完善,缺乏實(shí)際裝配過(guò)程中非幾何要素與工藝知識(shí)的表達(dá)。當(dāng)工藝知識(shí)不斷增加時(shí),一定裝配工藝評(píng)價(jià)機(jī)制下的工藝規(guī)劃與推理過(guò)程的方案數(shù)目和推理難度急劇增加,需要進(jìn)一步應(yīng)用人工智能等方法得到滿足確定指標(biāo)下的優(yōu)化方案,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)裝配工藝的優(yōu)化。

2 裝配知識(shí)建模與管理

針對(duì)當(dāng)前裝配工藝設(shè)計(jì)中缺乏對(duì)工藝技術(shù)深入研究、缺乏工藝知識(shí)整合、工藝決策過(guò)于依賴設(shè)計(jì)師經(jīng)驗(yàn)等工程實(shí)際問(wèn)題,根據(jù)傳動(dòng)裝置裝配工藝特點(diǎn)及要求,劃分為裝配節(jié)點(diǎn)、尺寸信息、裝配準(zhǔn)確度、密封性、基準(zhǔn)定位、裝配連接、裝配檢驗(yàn)等,根據(jù)采集到的工藝數(shù)據(jù),對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)拆分,形成裝配工藝術(shù)語(yǔ),明確各術(shù)語(yǔ)的定義及其所表達(dá)的含義,并分析各個(gè)術(shù)語(yǔ)之間的相對(duì)關(guān)系,確定裝配工藝知識(shí)模型結(jié)構(gòu),闡述術(shù)語(yǔ)的概念以及它們相互之間的關(guān)系,用統(tǒng)一規(guī)則描述術(shù)語(yǔ)概念,捕獲領(lǐng)域中相關(guān)術(shù)語(yǔ)及其聯(lián)系的識(shí)別,創(chuàng)建裝配工藝知識(shí)模型。

基于創(chuàng)建的數(shù)據(jù)模型,對(duì)創(chuàng)建的裝配工藝知識(shí)是否符合正確性和獨(dú)立性規(guī)則進(jìn)行判定,并應(yīng)用框架表示法對(duì)產(chǎn)品裝配工藝進(jìn)行描述,將產(chǎn)品整體裝配工藝作為一個(gè)整體框架,同時(shí)保證每一個(gè)裝配工藝數(shù)據(jù)均正確獨(dú)立地表達(dá),形成產(chǎn)品完整的裝配工藝數(shù)據(jù)。使裝配工藝文件分解轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)模型,并通過(guò)裝配知識(shí)建模與管理,將歷代多型號(hào)產(chǎn)品的裝配工藝轉(zhuǎn)化為知識(shí)本體結(jié)構(gòu)的工藝知識(shí),為基于模型的產(chǎn)品智能裝配工藝設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。

3 裝配工藝設(shè)計(jì)

針對(duì)裝配工藝知識(shí)的模糊性和傳統(tǒng)裝配設(shè)計(jì)決策中主要依靠經(jīng)驗(yàn)和嘗試的問(wèn)題,根據(jù)已有裝配工藝線索進(jìn)行裝配工藝知識(shí)智能檢索等方法,實(shí)現(xiàn)裝配工藝智能匹配,獲取最接近或最可能用到的裝配工藝知識(shí),形成了基于特征信息和模糊匹配的工藝知識(shí)推理算法。在裝配工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中,通過(guò)裝配工藝智能匹配,獲取某一層級(jí)的某一節(jié)點(diǎn)最接近、最可能用到的一條或多條裝配工藝知識(shí)。工藝設(shè)計(jì)人員對(duì)知識(shí)條目的選擇、調(diào)取、修改后,完成一個(gè)裝配工步設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)相似度評(píng)價(jià)算法如圖2所示。

圖1 裝配工藝文件存儲(chǔ)及利用的方法

兩級(jí)結(jié)構(gòu)相似度判定:

根據(jù)裝配工藝智能匹配推理可以獲得產(chǎn)品的所有可行裝配工藝,但是對(duì)于工藝設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō),還需要進(jìn)一步判斷具體滿足實(shí)際需求的可行工藝,在實(shí)際裝配工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中,由于裝配方向的改變直接影響裝配輔助時(shí)間,換向操作次數(shù)越多花費(fèi)的裝配輔助時(shí)間也就越長(zhǎng),同時(shí)頻繁地更換裝配工具和調(diào)整相應(yīng)裝配設(shè)備以適應(yīng)不同的裝配需要,也必然影響產(chǎn)品的裝配效率,因此一般以裝配過(guò)程中使用的工裝夾具、裝配位姿調(diào)整等來(lái)判定裝配工藝設(shè)計(jì)的合理性。

4 結(jié)論

本文通過(guò)開展基于知識(shí)和模型的傳動(dòng)裝置前傳動(dòng)總成裝配工藝設(shè)計(jì),提出了一種裝配工藝知識(shí)建模與管理方法,建立了工藝知識(shí)的電子化表達(dá)途徑,實(shí)現(xiàn)了裝配工藝知識(shí)的調(diào)用,但形成的裝配文件僅具備可行性,還有進(jìn)一步優(yōu)化提升的空間,后續(xù)在實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證及知識(shí)不斷積累下,形成的工藝文件將更具實(shí)際指導(dǎo)能力。同時(shí)工藝知識(shí)積累方法可進(jìn)一步推廣應(yīng)用于其他專業(yè)知識(shí)的積累,為全面實(shí)現(xiàn)基于模型的工藝設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

圖2 結(jié)構(gòu)相似度評(píng)價(jià)算法