基于知识的阀门快速设计方法研究.pdf

第 5期 2 0 0 6年 5月 机械 设 计与制 造 Ma c h i n e r y D e s i g n＆Ma n u f a c t u r e ． 1 4 5 ． 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 0 6 0 50 1 4 50 2 基 于知识 的阀门快速设计方法研 ，六 ’ -h “ 九 彭廷红 潘柏松 姚 进 何剑灵 - 浙江工业大学机电工程学院。 杭州 3 1 0 0 3 2 四川大学制造学院。 成都 6 1 0 0 6 5 St u d y o n r a p i d v a l v e d e s i g n b a s e d o n k n o wl e d g e P E NG T i n gh o n g ，P AN Ba i s o n g ，YAO J i n 2 ，HE J i a nl i n g C o l l e g e o f Me c h a n i c a l ＆E l e c t ri c al E n g i n e e r i n g ， Z h e j i a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Ha n g z h o u 3 1 0 0 3 2 ， C h i n a S c h o o l o f Ma n ufa c t u ri n g ， S i c h u an U n i v e r s i t y ， C h e n g d u 6 1 0 0 6 5 ， C h i n a 【 摘要】 阀门的快速设计是阀门企业响应市场需求的必经之路。文章应用面向对象的知识表示方 法和基于规则和事例推理 的协同设计技术， 遵循阀门设计人员的设计过程 ， 提 出了知识驱动的阀门快 速设计的基本思路 ， 实现 了从 阀门总体设计到零部件设计与分析的智能化 ， 从 而减轻 了阀门设计人员 的劳动强度 ， 缩短 了产品设计周期 ， 节省 了产品设计成本， 提高了对市场的响应速度。 关键词 知识 ；阀门； 快速设计 【 Ab s t r a c t 】 T h e r a p i d v a l v e d e s i g n i s a i m p o r t a n t w ayfor t h e c o r p o r a t i o n s i n a nsw e r t o m a r k e t ．A p p l y i n g t he o b j e c t o r i e n t e d e x p r e s s io n w a y o fk n o w l e d g e a n d t he c o l l a b o r a t i ve r e a s o n i ng t e c h n o l o g y i n c l u d i ng C B R a n d R B R ,f o l l o w i n g t he g e n e r a l p r o c e s s ofv a l ve’ S d e s i g n ,舭 p r i ncip l e ofv a l ve r a p i d des ign b ase d o n k n o w l e d g e e n g i n e e r i ng W as p u t f o r w a r d ．P t i ng f r o m t he d e v e l o p m e n t ofv a l ve r a p id d e s i g n s y s t e m ,b o t h t he i n t e nsi t y , t he t i m e a nd t he c o s t for v a l ve d e s i g n a r e r e d u c e d a nd t he v a l ve’ S d e v e l o p ment b e c o m e s m o r e flexi b l e ,e ff e e t a , e a nd i nte l l i g e n t ．A s a r e s u l t ，t h e r e s p o ndi ng s p e e d f o r ma r k e t W as i m p r o v e d ． Ke y wo r d s Kn o wl e dg e；Va l v e；Ra pi d de s i g n 中图分类号 T H1 2 文献标识码 A 1 基于知识的阀门快速设计原理 1 ． 1基于知识的阀门快速设计原理 阀门的创新开发和系列化设计都是源于阀门的领域知识 ， 具有很强的继承性。 如图 1 所示， 基于知识的阀门快速设计原理 就是应用基于案例的推理机制快速地从案例库中找到与问题 描述最相似的案例，然后应用内嵌在阀门快速设计平台的基于 规则的推理机对匹配案例进行评价和修改，并把设计结果以案 例的形式存储于案例知识库中， 从而高效地完成阀门的总体设 计和零部件设计。 1 ． 2领域知识的组成和表示 如图 1 所示 ， 阀门设计领域知识就是由这些产生式规则库、 阀门设计案例库以及支撑阀门快速设计的完整的工程数据库 共同组成的。 释 蘑 虿面 硐 最 蔓 囱 南 囔 豳 I 匹 i 型 一 般地，结构化的产生式规则知识是固化在阀门快速设计 平台里， 并以知识向导的方式体现在阀门的设计过程中， 其表示 方法在很多文献中都有充分的说明， 这里就不再赘述。 鉴于面向对象的表示方法具有一个由父类 、子类和实例组 成的层次结构， 可重用和继承， 非常适合表达上述阀门设计的分 类知识， 能够清晰而有条理地表达与阀门结构密切相关的知识， 保持这种在设计过程中自然形成的阀门产品结构和设计知识的 关联性， 所以这里应用面向对象的方法表示非结构化案例知识， 应用关系数据库来构建案例知识库， 把包含设计知识的图档、 经 验以案例对象的形式存放到案例知识库中，并为这些案例建立 知识索引， 通过知识索引实现对知识的控制 如表 1 所示 。 表 1阀门总体设计知识索引表 索引 ／ 属性名称 数据类型 阀门种类 闸阀、 旋塞阀、 蝶阀等 使用范围 超高真空、 高真空、 低真空等 驱动方式 电动、 磁动、 气动、 液动、 手动等 通道形式 直通式、 三通式、 四通式、 T形三通式等 连接形式 法兰、 内螺纹、 外螺纹、 焊接等 公称通径 D N 公称 压力 P N 启闭行程 结构长度 与连接形式对应， 一系列值中可选 e t c 对于一个具体的设计案例，只要对相应的特征属性赋值就 竺 兰 三 竺 竺 竺 兰 兰 兰 堡 丑 渲 晰 地 表 达 出 该 案 例 的 特 点 ， 这 些 特 征 属 性 的 组 合 可 作 为 知 -k来稿 日期 2 0 0 5 0 52 6★基金项 目 浙江工业大学科技基金资助 x 1 0 2 5 0 2 6 一 妇 一 维普资讯 一 1 4 6 一 彭廷红等 基于知识的阀门快速设计方法研究 第5 期 识索引， 便于进行案例知识的查询。 1 ． 3基于规则和案例的协同推理 阀门设计领域知识不仅包括大量的产生式规则，还包括多 层次的案例知识。 由于基于规则的推理 R u l e s _ B a s e d R e a s o n i n g． R B R 存在着诸如处理效率低、 推理缺乏灵活性、 容易出现控制 饱和等问题，而基于案例的推理 C a s e s B a s e d R e a s o n i n g ,C B R 容易出现找到近似案例后难以形成匹配案例解的问题，所以本 文采用基于案例的检索与匹配和基于规则的修改、评价或设计 相结合的协同推理机制来实现阀门设计中的快速性和高效性 ． 如 图 2所示 。 案例库 为有 意 义 的新 案例分 配特征 属性． 存人寨 倒库 否 人阀 门寨例搜索 否 输出结果 人工 修改 图 2基 于规则和案例协同推理模型 作为 C B R和 R B R协同推理的关键，目前主要的特征属性 检索方法有归纳推理法 、知识导引法和最近邻法。针对阀门设 计的特点，本文把阀门特征属性如阀门与管道的连接方式和功 能结构参数等作为阀门案例知识的索引。 采用最近邻法 N e a r e s t N e i g h b o u r ，N N 作为检索算法。最近邻法是从案例库中检索出 与目标案例“ 距离” 最近的案例的算法。距离指对相似程度的评 价 ， 其定义为【 I 】 l- S lM c , ， c ． 【 ∑ s im fi ,fi 】 ／ ∑ 1 j -l i-l 式中S I M C t ，C s 一目标案例 C和源案例 C之间的相似度。w l 为权重， ， r一 案例的特征个数。s i m fi, ． 一 目标案例第 i 个特征 的值 ． 和源案例第 i 个特征的． 之间的相似度函数。 对于阀门总体设计，案例检索匹配主要通过表 1中的九个 主要的相似度衡量指标来实现。由于这些衡量指标中的前五个 都是文字的描述， 其相似性不必做出定量的比较， 因此本文采用 下面的相似度函数 a s i m fl, ． 1 ， 如果完全匹配； b s i m ， ． 0， 如果不匹配； 对于后面四个指标，其相似度函数值是由专家进行经验总 结， 按照相似程度进行赋值 ， 取值范围从 0到 1 不等。 2方法实现和应用实例 就阀门设计的智能化和快速化而言，我们曾就参数化阀门 辅助设计系统的开发和应用知识工程进行阀门智能设计等方面 进行了探讨， 并形成论文【 2 ， 3 】 。这里在前面的研究成果的基础 上 ， 集成阀门设计领域的结构化和非结构化的知识 ， 在支持 自适 应设计和基于特征的修改的三维参数化图形设计平台 A u t o d e s k I n v e n t o r 上开发了包含阀门辅助设计计算平台、 阀门零部件设计 参数管理平台、阀门开发工程数据查询和编辑平台等组成部分 的阀门快速设计系统 V I C A D 。这里以法兰连接橡胶密封撑开式 旋塞阀体的设计为例说明基于知识阀门快速设计原理的应用 ， 如图3和表 2所示。 检索条件输人 法兰连接、 橡胶密封 、 撑开式 旋 塞阿、 鳍径式 漉道 、 D N1 0 0 M M、 P N l O ． 0 MPi 零 部 件 设卜 _ f i i 计案例库 I 1一 为有意 义的新 案例分 配特征 属性， 存人案 最相似寨铡 法 兰连接 、 橡胶密封 、 撑开式 旋塞阿、 全通径式漉道 、 D N1 0 O m m、 P N6 3 MP I 刻 懈 通漉方 向 l l体轴 向孔 、l I面结 l I 竺 法兰结构 I l轴 向法兰结J I构修 l l’ 修改 I l构修改 I l 改 I I 输出结果 图3基于知识的阀体快速设计方法 表 2 D N1 0 0m m突面整体钢制管法兰参数 I 4l 阀体结构修改前后的三维效果图如图 4所示。 一_ b 图 4修改后 阀体结构图 1 ．通流方 向连接法兰 2 ．阀体轴 向连接法兰 3 ．阀体 通流 内孔结构 4 ．阀体密封面结构 5 ．壁厚最薄处 如果不能找到比较匹配案例 ，系统将从其他种类的阀门里 面寻找类似案例进行基于特征的修改。充分应用三维设计软件 的特征编辑、 特征抑制等功能进行重新设计， 从而形成新的案例 充实到相应类 c l a s s 阀门的零部件设计案例库中。 3结论 这里运用面向对象的知识表示方法与基于规则和案例的协 同推理技术， 研究了基于知识的阀门快速设计方法， 开发了计算 机辅助阀门智能化快速设计的软件平台，实现了从阀门总体设 计到零部件设计与分析的智能化，从而减轻了阀门设计人员的 劳动强度， 缩短了产品设计周期， 节省了产品设计成本。 提高了 对市场的响应速度提高了企业对市场的反应能力。 参考文献 1 张为民， 李爱平 ． 模具设计案例知识管理系统的研究与开发 ． 计算机 工程 。 2 0 0 5 3 ． 2 李勇， 姚进， 彭廷红等 ． 阀N--维参效化 C A D系统开发 ．机械科学与 技术 ． 2 0 0 9 9 ． 3姚进 ， 彭廷红 ， 尚和 ．知识工程在 阀门智能设计中的应用研究 ．中国 制造业信息化 ， 2 0 o 4 8 ． 4陆培文主编 ．实用阀门设计手册 ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 2 ⋯ 9 体 薛 同 阿 余 协 整 埘 于 阿 厚 基 则 壁 验 维普资讯