【正文】 1 基于事例推理的夾具設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用 摘要 :根據(jù)基于事例的設(shè)計(jì)方法 ,提出采用工序件的特征信息和夾具的結(jié)構(gòu)特征信息來描述夾具的相似性 ,并建立了包括這 2方面主要特征信息為基礎(chǔ)的事例索引碼 ,設(shè)計(jì)了事例庫的結(jié)構(gòu)形式 ,創(chuàng)建了層次化的事例組織方式 。同時(shí) ,提出了基于知識引導(dǎo)的夾具事例檢索算法 ,以及事例的修改和采用同族事例碼進(jìn)行相似事例的存貯 ,形成了基于事例推理的夾具設(shè)計(jì) .所開發(fā)的原型系統(tǒng)在型號工程夾具設(shè)計(jì)等項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中得到了應(yīng)用 ,并取得了令人滿意的使用效果 . 關(guān)鍵詞 : 基于事例的推理 夾具設(shè)計(jì) CAD 夾具是以確定 工件安全定位準(zhǔn)確為目的的裝置，并在加工過程中保持工件與刀具或機(jī)床的位置一致不變。因?yàn)閵A具的結(jié)構(gòu)依賴于產(chǎn)品的特點(diǎn)和在企業(yè)規(guī)劃中加工工序的地位 ,所以它的設(shè)計(jì)是制造過程中的瓶頸 ,制約著效率的提高 . 夾具設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程 ,需要有從大量的設(shè)計(jì)論文中了解質(zhì)量知識的經(jīng)驗(yàn)，這些設(shè)計(jì)論文包括工件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、涉及加工工藝，和加工環(huán)境。當(dāng)用這些擅長繪制詳細(xì)設(shè)計(jì)圖的傳統(tǒng)的 CAD 工具（如 Unigraphics、 CATIA、 Pro/E)時(shí) ,這仍然是一項(xiàng)非常耗時(shí)的工作，但是利用以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和資源也不能提供一些益處 ,而這正是提高效率 的關(guān)鍵因素 . 基于事例推理 (CBR) 的方法適應(yīng)以往個(gè)案解決的辦法 ,建立一個(gè)新問題的方法 ,主要有以下四步驟 :檢索、利用、修改 ,并保留 .這是一個(gè)比用專業(yè)系統(tǒng)模仿人類思維有用的使用方法，因?yàn)樘岢鲆粋€(gè)類似的情況 ,和采用一些修改 ,似乎不言自明 ,而且比人類更直觀 .所以支持不同事例的設(shè)計(jì)工具已經(jīng)在諸多領(lǐng)域中發(fā)展起來，如在注射成型及設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)投死 , 規(guī)劃過程中 ,還有夾具設(shè)計(jì) .用六個(gè)數(shù)字組成代碼參數(shù) ,包括工件的形狀、機(jī)械部分、軸襯 ,第一定位裝置 ,第二定位裝置和夾緊裝置 . 但這個(gè)系統(tǒng)不能用于除鉆床夾具外的其他 夾具類型 ,不能解決儲(chǔ)存需要保留的同一參數(shù)代碼的問題 ,這在 CBR 中是非常重要的 . 1 事例參數(shù)和事例圖書館的建立 事例參數(shù) 事例參數(shù)應(yīng)該由工件的所有的特征組成，來區(qū)別不同的夾具 . 使用他們能夠使操作方便 . 因?yàn)榱慵男螤钍嵌喾N多樣的 , 在生產(chǎn)企業(yè)中制造的技術(shù)要求也不斷發(fā)展 ,許多特征作被用做事例參數(shù)將會(huì)使搜索速度降低 ,其主要特征是不重要的 ,因?yàn)榉峙浣o每個(gè)特征的比重必須減少 . 另一方面 ,事例參數(shù)包含所有的特征是困難的。 2 因此 ,考慮到實(shí)際和快速設(shè)計(jì)的需求 ,事例參數(shù)要包含工件的主要特征和夾具的結(jié)構(gòu)。事例參數(shù)代 碼由 16 位數(shù)組成： 13 位數(shù)是事例特征 3 位數(shù)是事例識別數(shù)字。 前 13 位數(shù)代表 13 個(gè)特征。 每個(gè)數(shù)字與特征的一個(gè)屬性相一致 ,這可能是*、 ？ 、 2， … ， A、 B,… ， Z， … ，等其中的一個(gè)。其中， *是指任何一個(gè) ,?代表不確定 ,0代表沒有。 系統(tǒng)規(guī)定 :夾具的類型，工件的形狀，位置模式不能是 *和 ?。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí) ,三個(gè)項(xiàng)目的屬性信息沒有這些選擇 ,這就意味著必須選擇確定的屬性。 最后三位數(shù)是事例識別號碼 ,如果事例特征的 13 位數(shù)是一樣的 ,這三個(gè)數(shù)字就用來區(qū)別他們。 該系統(tǒng) 還規(guī)定 :000是用于修正的一個(gè)典型事例 ,其他事例 00 00 … ,這些是用于設(shè)計(jì)師查找參考事例的 . 如果其中一個(gè)偶爾需要改變成典型事例 ,首先它必須要求改成 000,前面的自動(dòng)變成參考事例 . 事例索引碼的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 1— 夾具類型； 6— 工件重量； 11— 夾緊模型； 2— 工件形狀； 7— 工件剛度； 12— 夾具體； 3— 工件材料； 8— 加工內(nèi)容； 13— 其他； 4— 批 量； 9— 過程所有物； 14 到 16— 事例識別碼； 5— 工件比例； 10— 定位模型； 圖 1 事例索引碼的結(jié)構(gòu) 事例庫 事例庫由許多預(yù)定義的事例組成。事例的描述是基于事例推理的最重要的問題之一。所以由索引碼復(fù)合。 事例的層次化 夾具的結(jié)構(gòu)相似被認(rèn)為是整個(gè)夾具，成分和內(nèi)容相似。所以，整個(gè)夾具事例庫，成分事例庫，夾具的成分事例庫形成相同。整個(gè)夾具的設(shè)計(jì)資料通常是由工件資料和工件加工資料組成 ,這就意味著夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足特別功能的需求 .全部夾具事例是由功能成分組成，它是用功能 成分的名字和數(shù)字來進(jìn)行描述的。成分事例代表成員（成分功能和其他結(jié)構(gòu)成分，主要驅(qū)動(dòng)參數(shù)，數(shù)字，和它們的約束關(guān)系）。成分事例（夾具的最低層）是功能成分和和其他成分的結(jié)構(gòu)。 3 在現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)中有很多參數(shù)化準(zhǔn)件和普通非標(biāo)準(zhǔn)件。所以成分事例圖書館應(yīng)記錄特殊參數(shù)和保持它們的方法。 2 事例修改的策略 在基于事例的夾具設(shè)計(jì)中，最重要的是相似點(diǎn)的修改，這樣能有助于獲得最相似的事例，以及縮短適應(yīng)時(shí)間。根據(jù)夾具設(shè)計(jì)的需求，事例修改的策略使最接近的事例方法和知識指導(dǎo)結(jié)合起來。首先在深度上查找，然后在寬度上；知識指導(dǎo)策略意味著在來自客觀 事物根源的知識規(guī)則上查找，這就要首先查找固定類型，然后查找工件的形狀，第三查找定位方法。例如，如果事例索引碼包括夾具類型的磨削夾具，就只查找所有的磨削夾具，然后查找工件形狀的盒子，第三查找一個(gè)平面兩個(gè)銷的定位方法。如果沒有合適的，就查找深度標(biāo)點(diǎn)，然后回到最上層，然后再找所有與寬度相關(guān)的事例。 修改方法： 1） 根據(jù)夾具事例庫的事例索引信息，查找有關(guān)事例庫。 2） 將事例索引碼與事例庫的每個(gè)事例碼匹配，然后計(jì)算相似尺寸的價(jià)值。 3） 整理相似尺寸的次序，最大的架子是最類似的事例。 兩個(gè)事例之間的相似點(diǎn)是基于兩個(gè)事例特征之 間的相似點(diǎn)。相似點(diǎn)尺寸的計(jì)算依靠特征的類型。相似點(diǎn)的價(jià)值可以通過數(shù)字化的價(jià)值來計(jì)算，例如比較重量分別是 50kg 和 20kg 的工件。非數(shù)字化的價(jià)值也能計(jì)算，例如，現(xiàn)在前13 位索引碼都是非數(shù)字化的價(jià)值。一個(gè)夾具的相似尺寸的計(jì)算公式如下： 其中 S 表示通用夾具的相似尺寸， n 表示索引特性數(shù)， 表示每個(gè)特性的重量，表示事例庫中特性 和相關(guān)夾具的特性 的相似尺寸。同時(shí)， ，數(shù)值計(jì)算如下： 4 其中 表示第 i 個(gè)特征的索引特性值， 表示事例庫中第 j 個(gè)事例的第 i 個(gè)特征的特性值。 所以有兩種方法選擇相似夾具。一個(gè)方法是建立數(shù)值。如果通用事例的相似尺寸值比給定的數(shù)值小，這些事例就不能選來作相似事例。事例庫最初建立的時(shí)候，只有一些事例，數(shù)值可以建小一點(diǎn)。如果有大量的相似事例，數(shù)值就應(yīng)該建的大一些。另外一個(gè)方法是只建立相似事例的數(shù)字（例如 10），這是類型單里相似尺寸的最大值。 3 事例的修改和存儲(chǔ) 事例的修改 夾具設(shè)計(jì)中相似事例的修改包括以下三個(gè)階段： 1） 成分的替代 2） 保持形式不變，調(diào)整成分的特性 3） 模型重新設(shè)計(jì) 如果夾具的成分是普通的物品，它們能通過使用工具被修改，代替以 及刪除，這些已經(jīng)被設(shè)計(jì)好了。 事例的存儲(chǔ) 在將一個(gè)新的事例保存到事例庫之前，設(shè)計(jì)者必須考慮保存是否有價(jià)值。如果這個(gè)事例不能增加系統(tǒng)的知識，就沒有必要把它保存到事例庫里。如果它有價(jià)值的話，設(shè)計(jì)者在保存之前必須分析一下，看看這個(gè)事例是否作為標(biāo)準(zhǔn)事例或參考事例被存儲(chǔ)了。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)事例是一個(gè)描述同族事例主要特征的標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)同族事例是有事例庫中索引碼前 13 位相同而最后三位不同的那些事例組成的。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)事例的最后三位通常是“ 000”。一個(gè)參考事例屬于同族標(biāo)準(zhǔn)事例， 5 最后三位用不同數(shù)字區(qū)分。 從被解釋的概念中，可 采用以下方法： 1）如果一個(gè)新的事例和任何一個(gè)存在的事例族一致，和一個(gè)存在的標(biāo)準(zhǔn)事例的前 13 位數(shù)相同，那么這個(gè)事例就不能存儲(chǔ)因?yàn)橐呀?jīng)這種標(biāo)準(zhǔn)事例了。或者只能作為一個(gè)參考事例保存（最后三位不是“ 000”，而且和其它的不一樣）在事例庫中。 2）如果一個(gè)新的事例和任何一個(gè)存在的事例族一致，并且被認(rèn)為代替這個(gè)事例族要比以前的標(biāo)準(zhǔn)事例好，那么這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)事例就被這個(gè)新的事例代替，以前的標(biāo)準(zhǔn)事例作為一個(gè)參考事例保存。 3）如果一個(gè)新的事例和任何一個(gè)存在的事例族不一致，一個(gè)新的事例族將會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生，并作為標(biāo)準(zhǔn)事例保存到事例 庫中。 4 夾具設(shè)計(jì)中基于事例推理的過程 根據(jù)夾具設(shè)計(jì)的特性，夾具設(shè)計(jì)的基本信息，例如夾具的名字，零件，生產(chǎn)和設(shè)計(jì)者等等，必須先輸入。然后，輸入或設(shè)計(jì)工件的模型。輸入有關(guān)工件的細(xì)節(jié)信息，建立事例索引碼，然后 CBR 開始依靠相似尺寸查找相似事例，選出最相似的事例。如果需要的話，事例要滿足通用性設(shè)計(jì)，再存儲(chǔ)到事例庫中。程序流程圖如圖 2 所示 圖 2 基于事例推理的夾具設(shè)計(jì)流程圖 6 5 基于事例推理的夾具設(shè)計(jì)說明 這是一個(gè)工件如圖 3 所示。材料是 45 鋼，底座，形狀為塊狀，生產(chǎn)批量為中批等。需要設(shè)計(jì)成一個(gè)用來旋轉(zhuǎn)孔的旋轉(zhuǎn) 夾具。 圖 3 需要設(shè)計(jì)夾具的一個(gè)工件 （最大尺寸 80mmx49mmx22mm） 工件的特征值，屬性值，事例索引碼和重量在表 1 中列出。