【正文】 出處： Computers in Industry, 2020, 41(1): 8397 畢業(yè)設(shè)計(jì)（外文翻譯） 題目 一種新的工藝計(jì)劃的方法 代理模型法 系 別 航空工程系 專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 二 0 一 0 年 三 月 一種新的工藝計(jì)劃的方法 代理模型法 , )、保羅張新華吳 摘要： 一個(gè)設(shè)計(jì)巧妙的 CAPP 系統(tǒng)能在 CAD 和 CAM 之間架起相互聯(lián)系的橋梁 。許多最新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)都是基于專家系統(tǒng)的。但是，由于過于復(fù)雜，在實(shí)際運(yùn)用中，上述的許多系統(tǒng)在企業(yè)中都不能有效地運(yùn)作。同時(shí)，現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)要求 CAPP 系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用中具有良好的可擴(kuò)展性和柔性。因此，僅僅只用一個(gè)大型的專家系統(tǒng)來構(gòu)建工業(yè) CAPP 系統(tǒng)是非常困難的。為了克服上述的缺點(diǎn)，本文提供了一種新的協(xié)同代理模型的設(shè)計(jì)方法。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：良好的獨(dú)立性、柔性、通用性、模塊性和 可分離性。依據(jù)這框架我們特別設(shè)計(jì)了這種協(xié)同過程計(jì)劃系統(tǒng)即機(jī)械協(xié)同 CAPP 來驗(yàn)證上述理論。它的系統(tǒng)模擬、代理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、協(xié)作、協(xié)同和協(xié)同 CAPP 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)研究將在下面介紹。 關(guān)鍵字： CAPP； Cooperative agent； Modelling； CIMS 過程設(shè)計(jì)為工廠制造設(shè)計(jì)好的產(chǎn)品提供了豐富的信息。它分門別類地為每一產(chǎn)品的部分和集體建立了連接，并且明確規(guī)定了產(chǎn)品生產(chǎn)的過程、費(fèi)用以及產(chǎn)品生產(chǎn)的各種限制條件，比如：設(shè)計(jì)好的產(chǎn)品的幾何模型、材料、質(zhì)量、所使用的機(jī)器、工具的可獲得性、勞動(dòng)能力、適用性和相 應(yīng)的作者等等。以前，過程計(jì)劃通常都是由大量的制造經(jīng)驗(yàn)豐富的專家來制定。近幾十年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展極大的促進(jìn)了 CAPP的發(fā)展。 一般來說， CAPP的實(shí)現(xiàn)方法有兩種：差異法和生成法。差異法是一種數(shù)據(jù)檢索和編輯的方法。一些標(biāo)準(zhǔn)或成熟的 CAPP系統(tǒng)都被使用了成組集成技術(shù)并且儲(chǔ)存在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)一個(gè)新的產(chǎn)品被要求生產(chǎn)時(shí)，我們可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出相似的過程計(jì)劃，通過適當(dāng)?shù)木庉嫼透倪M(jìn)就可以讓它適應(yīng)新的計(jì)劃。而生成法則基于知識(shí)為基礎(chǔ)的方法自動(dòng)裝置能根據(jù)部件特性和生產(chǎn)要求自動(dòng)生成工藝計(jì)劃的知識(shí)庫(kù)。 差異法的成功實(shí)施取決 于成組技術(shù)、制定者的經(jīng)驗(yàn)、足夠的標(biāo)準(zhǔn)采集或者成熟的工藝計(jì)劃。這種方法特別適合產(chǎn)品系列比較少而每個(gè)產(chǎn)品系中產(chǎn)品比較多的公司。許多早期的 CAPP工具都是根據(jù)不同的過程計(jì)劃方法被分類處理的。典型的例子有 CAPP、MIPLAN等等。生成法在最近這幾年得到了越來越廣泛的關(guān)注。它提供了另一種可供選 擇的計(jì)劃的一種潛力。典型的例子有 APPAS ， EXCAP , KRONOS， XCUT 6 , QTC （ Quick turnaround cell） , PART , OOPPS（ objectoriented process planning system ） , MePlans , COMPLAN Process Planner CPP 等等。生產(chǎn)法的產(chǎn)生主要源于定向的大公司和研究機(jī)構(gòu)，特別是那些有許多小批量產(chǎn)品的公司的需要。然而，要做出一個(gè)真正能滿足工業(yè)的要求提供結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)和可兼容的框架、知識(shí)表達(dá)方法和推理結(jié)構(gòu)合理的生成法工藝計(jì)劃系統(tǒng)還是困難重重的。 協(xié)同代理系統(tǒng)是專門為那些解決特殊并聯(lián)結(jié)構(gòu)的人設(shè)計(jì)的。同時(shí)，它還可以協(xié)助他們解決其他復(fù)雜的問題。一個(gè)代理協(xié)作系統(tǒng)包括許多獨(dú)立的含有協(xié)作引擎的代理。每一個(gè)代理都針對(duì)一種具體的任務(wù) ，并且都含有自己的知識(shí)庫(kù)和推理引擎，它們?yōu)閰f(xié)作環(huán)境下聯(lián)系其他代理提供了一個(gè)合作和交流的橋梁。在不同的機(jī)器上，人們需要使用不同的語言和知識(shí)來描述。這樣，這個(gè)系統(tǒng)就提供了一種能適應(yīng)和解決不同類型問題的集成環(huán)境。 一個(gè)機(jī)械過程一般都牽扯到機(jī)器工具、操作、固定裝置和切割工具等問題，這就要求相關(guān)人員有各個(gè)不同領(lǐng)域的知識(shí)。一般，機(jī)械過程都包括以下幾個(gè)部分： 外形識(shí)別 機(jī)器操作選擇 機(jī)器的選擇 切割工具的選擇 固定裝置的選擇和設(shè)計(jì) 后續(xù)操作和成本預(yù)算 外形識(shí)別部分是指由產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)規(guī)定制 造外形。機(jī)器操作選擇部分則指根據(jù)外形特征和制造環(huán)境選擇相關(guān)的機(jī)器操作。在考慮了部件的特性及其機(jī)器的處理能力和性質(zhì)諸如：工作容量、精確度、動(dòng)力、固定裝置和其它功能之后，執(zhí)行選定操作的過程就決定了機(jī)器設(shè)備的選擇。固定裝置選擇部分是根據(jù)選擇固定裝置部分的幾何形狀、尺寸和制造特性來進(jìn)行的。切割工具的選擇重點(diǎn)關(guān)注的是工具的類型、材料、外形和工具的大小。 從純技術(shù)的角度看， CAPP依然是一個(gè)極其復(fù)雜和困難的問題。因此，許多研究人員把注意力集中于 CAPP系統(tǒng)發(fā)展的方法和策略方面。然而，許多系統(tǒng)都由獨(dú)立的專家系統(tǒng)發(fā)展而成的。由于 CAPP系統(tǒng)的復(fù)雜性，這樣一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很少能夠解決的問題在 制造業(yè)界常見的問題。 協(xié)同 CAPP框架能夠減少現(xiàn)行 CAPP系統(tǒng)的局限性。實(shí)際上，它更強(qiáng)調(diào)一個(gè)現(xiàn)代的CAPP系統(tǒng)能達(dá)到以下有利于實(shí)際發(fā)展的功能：柔性、模塊化、通用性、獨(dú)立性和可分離性。 獨(dú)立性意味著 CAPP系統(tǒng)是作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)發(fā)展。系統(tǒng)一旦建立，它就能夠發(fā)展成為一個(gè)完整的 CAD或 CAM系統(tǒng)。每個(gè)代理同樣能夠看成獨(dú)立和自主的系統(tǒng)。 柔性是指系統(tǒng)能很容易地把新技術(shù)和新方法加到 CAPP系統(tǒng)中。 協(xié)同可行性要求不同的機(jī)器或者方法能 夠在一起流暢、順利地解決問題。 模塊化是指 CAPP系統(tǒng)是一個(gè)擁有不同子系統(tǒng)的綜合系統(tǒng)。 可分離性能分離 CAPP系統(tǒng)來滿足用戶不同的需要。 協(xié)同 CAPP構(gòu)造的設(shè)計(jì)跟機(jī)械工藝計(jì)劃有關(guān)。 機(jī)械協(xié)同 CAPP系統(tǒng)，以及它的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行和應(yīng)用的有關(guān)事宜在本文中都有詳細(xì)的介紹。 CAPP系統(tǒng)的概況 圖一給出了機(jī)械協(xié)同 CAPP系統(tǒng)在 CAD/CAP/CAM環(huán)境下的總體結(jié)構(gòu)。在執(zhí)行中，一般包括以下六個(gè)工藝計(jì)劃代理（ Pagents ）。 特征識(shí)別代理 機(jī)械操作選擇代理 機(jī)器選擇代理 切割工具選擇 代理 固定裝置選擇和設(shè)計(jì)代理 程序操作和費(fèi)用預(yù)算代理 不同的代理可以在互聯(lián)網(wǎng)上不同的機(jī)器上運(yùn)行。 B代理提供了某個(gè)問題的全球狀態(tài)信息，并且監(jiān)控操作從屬在所有單個(gè) P代理中運(yùn)行的附件。當(dāng)某個(gè)問題發(fā)生時(shí)， B代理就會(huì)激勵(lì)所有注冊(cè)過的 P代理采取相應(yīng)的措施。從 P代理行動(dòng)的結(jié)果又返回到 B代理。在設(shè)定的條件下， B代理會(huì)保持一致和在特定的約束下的決策區(qū)域的一致性和完整性。產(chǎn)品設(shè)計(jì)資料從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的 D代理傳給協(xié)同 CAPP系統(tǒng)來設(shè)計(jì)系統(tǒng)。協(xié)同 CAPP系統(tǒng)從流程安排 或 shopfloor系統(tǒng)獲取產(chǎn)品的生產(chǎn)約束，并根據(jù)產(chǎn)品 設(shè)計(jì)資料和約束生成相應(yīng)的工藝計(jì)劃。如果沒有得到滿意的結(jié)果，協(xié)同 CAPP系統(tǒng)就把沖突信息反饋給設(shè)計(jì)部門或其他相關(guān)部門。如此反復(fù)，最后，切實(shí)可行的替代方案就會(huì)傳遞給 scheduling 或者 shopfloor系統(tǒng)來確定時(shí)間，從而做出合理的安排。 一般的工藝計(jì)劃代理結(jié)構(gòu)如圖二所示。代理由四部分構(gòu)成：代理控制器、推理引擎、功能適配器和應(yīng)用庫(kù)。配置文件夾被用來構(gòu)成代理。規(guī)則和論據(jù)構(gòu)成應(yīng)用庫(kù)?；旧?,所有 P代理的組成部分都含有代理控制器、規(guī)則引擎、網(wǎng)絡(luò)適配器、文件夾適配器、鍵盤適配器、信息查看適配器 和進(jìn)程適配器。其他適配器如圖二所示。在 P代理中，處理適配器是十分重要的適配器，因?yàn)樗芙鉀Q工藝計(jì)劃中提案產(chǎn)生、沖突解決和提案評(píng)估過程的制訂等問題。為了應(yīng)用不同產(chǎn)品規(guī)則和實(shí)物混合體的領(lǐng)域的知識(shí)，不同的代理使用不同的適配器來執(zhí)行。所以，必須根據(jù)不同的以實(shí)物為導(dǎo)向的描述采用不同的設(shè)計(jì)。 數(shù)據(jù)庫(kù)適配器被習(xí)慣于用來存放對(duì) B代理和 P代理來說有用的數(shù)據(jù)，如：?jiǎn)栴}的定義、提案、沖突、評(píng)價(jià)和解決方案等等。 因?yàn)?KQML是以代理為基礎(chǔ)的程序之間聯(lián)系時(shí)使用最廣泛通信的語言，尤其是當(dāng)它們獨(dú)立和不同步時(shí)，而協(xié)同 CAPP系統(tǒng)的各個(gè)代理 作為一種通信使用了以 KQML為基礎(chǔ)的聯(lián)系協(xié)議。所以，我們就用 NetKQML適配器與 B代理通信。根據(jù) KQML傳輸?shù)囊?，代理之間使用攜帶離散消息的單向鏈接相互聯(lián)系。這些鏈接有時(shí)含有和它們結(jié)合在一起的有限消息傳輸延遲。當(dāng)一個(gè)代理收到一條消息時(shí)，它就可以知道消息從何而來。當(dāng)一個(gè)代理要發(fā)送消息時(shí)，直接發(fā)送到輸出鏈接即可。這樣，消息就僅僅單一目的的送達(dá)它們要去的地方。這種傳送信息的方式十分可靠。 Windows 95的接口思想也已經(jīng)被用來執(zhí)行到 NetKQML適配器上。 TCP/IP是一個(gè)被用于接口通訊傳輸?shù)膮f(xié)議。 信息查 看適配器用來顯示監(jiān)視器的信息。 時(shí)間適配器用來計(jì)算工藝計(jì)劃實(shí)施過程的時(shí)間。 進(jìn)程適配器用來控制進(jìn)程事件，諸如提案生成、提案評(píng)估和沖突解決。當(dāng)檢測(cè)到來自另一個(gè)代理的提案時(shí)，適配器就為一個(gè)評(píng)估事件確定時(shí)間。當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)工藝計(jì)劃問題時(shí)，它就安排一個(gè)提案生成事件為這一事件確定時(shí)間。這兩個(gè)事件發(fā)生的同時(shí)都會(huì)賦予相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)。如果一個(gè)沖突被要求需要解決方案，那么適配器就安排一個(gè)沖突解決事件并賦予最高的優(yōu)先級(jí)。當(dāng)被要求需要一個(gè)協(xié)商方案時(shí)，適配器會(huì)立即停止其他事件，立即生成協(xié)商功能器。 當(dāng)一個(gè)問題到達(dá)時(shí)， P代理會(huì)引導(dǎo)‘查看問 題’功能器對(duì)其檢查。然后，它就生成一個(gè)問題檢查事件，同時(shí)，完成對(duì)問題的讀取。為了回應(yīng)‘提案生成任務(wù)’事件，功能器‘生成提案’相應(yīng)生成一個(gè)提案，并且生成另一個(gè)提案‘已經(jīng)生成的事件’。這個(gè)事件是根據(jù)提案而來。 為了回應(yīng)進(jìn)程適配器生成的名為‘提案生成’的任務(wù)事件，傳輸過來的事件需要 適當(dāng)?shù)脑u(píng)估。適配器需要檢查其是否已經(jīng)生成一項(xiàng)互動(dòng)的方案。如果是，它就鏈接這兩個(gè)提案，并且查看提案方提案的意圖，以此來意圖評(píng)估這個(gè)新提案。在這種情況下，適配器就已經(jīng)完成了對(duì)已提方案的評(píng)估。如果提案適配器沒有生成互動(dòng)作用的提案，適配 器就在已經(jīng)安排好但還沒有審理的任務(wù)中尋找相近的方案。接著它就檢查已經(jīng)開始運(yùn)行或者正要運(yùn)行方案。如果有，它就把鏈接評(píng)估和產(chǎn)生分派任務(wù)。在這種情況中，它就完成了對(duì)正在執(zhí)行提案的評(píng)估。但是，即使這個(gè)正在執(zhí)行的提案可行，我們也沒有必要生成一個(gè)獨(dú)立的提案或者跟正在執(zhí)行提案兼容很好的提案。如果沒有相近的提案在運(yùn)行，評(píng)估任務(wù)就只能根據(jù)代理知識(shí)對(duì)傳輸過來的提案進(jìn)行評(píng)估，之后就通知正在提案的 P代理。 如果另外的代理傳送過來沖突，沖突解決器會(huì)采取相應(yīng)的措施來解決。 在適配器對(duì)沖突作出反應(yīng)之后， 首先，適配器判斷沖突所處的環(huán)境 ,然后 它調(diào)用相應(yīng)的策略解決沖突。 協(xié)同 CAPP系統(tǒng)的知識(shí)都是有關(guān)產(chǎn)品和代理方面的。它的每個(gè) P代理在協(xié)同 CAPP系統(tǒng)中都含有三種類型的知識(shí)：區(qū)域知識(shí)、控制知識(shí)和沖突解決知識(shí)。 B代理僅僅含有控制知識(shí)。局部描述一般都是關(guān)于問題描述的，它被協(xié)同 CAPP系統(tǒng)中的所有代理所共享。 機(jī)械協(xié)同 CAPP系統(tǒng)中的實(shí)體含有兩種數(shù)據(jù)。一種是有關(guān)計(jì)劃產(chǎn)生約束的，另一種則是關(guān)于幾何信息的。它們是： 約束（生產(chǎn)時(shí)間、切削力、機(jī)械動(dòng)力） 。 實(shí)體（ Name。 Type。 MaxSize。 Material。 InitStatus。 HeatTreat。 Features .）。 Name代表實(shí)體的標(biāo)識(shí)符，它必須是唯一的。 Type則突出反映它的外形。 MaxSize是指實(shí)體外殼的最大尺寸。 Material則是實(shí)體的材料的種類。 InitStatus 指能對(duì)實(shí)體進(jìn)行初始加工的地方。加熱處理指實(shí)體加熱處理的條件。 Features 是所有特征的集合。 特征的描述包括： FEATURE (Name。 Type。 Location。 FinalSize。 InitSize。 Hardness。 Tolerances)。 Name是指一個(gè)特征的標(biāo)識(shí)符，它必須是唯一的。 Type則突出反映特征的關(guān)鍵詞。Location指初始的擺放位置和擺放方向的矢量。特征尺寸包括最終尺寸 (FinalSize)和初始尺寸 (InitSize)，都是指特征的三維尺寸。 Hardness 指特征的硬度。 Tolerances指空間和幾何的工差，用不同的關(guān)鍵字來表示和區(qū)別它。 每個(gè) P代理的區(qū)域知識(shí)都是關(guān)于自身工藝計(jì)劃能力的描述，用來生成提案、評(píng)價(jià)提案和解決沖突。不同的代理可能有不同的區(qū)域知識(shí)描述版本，諸如數(shù)據(jù)庫(kù)和分解算法等等。區(qū)域知識(shí)可以在 制造手冊(cè)查到，如手冊(cè)的 19到 21頁(yè)。不同的 P代理有不同的區(qū)域知識(shí)內(nèi)容。 例如 ,操作選擇代理通常用來生成部分特定特征的替代機(jī)械操作。對(duì)于給定的特征，可能存在不止一種潛在的操作。一些傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法如：鍛造、鋼模鑄造、鉆盲孔、鏇坯、磨、鏜孔、成型、研磨、石磨和鉆石磨等等已被歸入了區(qū)域知識(shí)庫(kù)。它的內(nèi)容包括操作與機(jī)械特征、材料、工差、預(yù)操作和累積時(shí)間等參變量之間的關(guān)系。知識(shí)的語義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 3所示。在知識(shí)庫(kù)中，一個(gè)操作過程存儲(chǔ)在一個(gè)節(jié)點(diǎn)里，所有的操作存儲(chǔ)在一個(gè)表單中。 提案生成器、提案評(píng)估器和沖突解決策略都存儲(chǔ)在 每一個(gè) Pagent的解決適配器中。 沖突解決策略包括兩種類型：區(qū)域依賴性和區(qū)域獨(dú)立性。區(qū)域依賴性策