立足于事例推理的夹具设计研究与应用技术

立足于事例推理的夹具设计研究与应用技术摘要：基于案例的设计方法，同样的夹具也分为两个方面：功能信息和结构信息。计算机辅助夹具设计系统是建立在基于案例的推理之上，其中将夹具的主要特征属性作为案例索引用于检索类似的情况，并且将结构和案例库的层次关系建立在册。与此同时，基于在检索相似情况下，引导知识的计算方式、实例的策略，并在案例库中例证相似的案例。该系统在工程应用上提高了设计的效率，更取得了良好的效果。关键词：基于案例因素、夹具设计、计算机辅助设计（CAD)夹具是以安全准确的装夹、夹紧工具为目地的装置，它与工件保持了相对的一致性，在加工事伴随工件一同运行。因为夹具结构取决于工件的特点以及在企业计划中的地位，所以为了提高效益缩短周期，一般它的设计制造过程或受到相应的瓶颈制约。夹具的设计是一个复杂的过程，根据经验，我们会需要一系列与设计数据相关的综合性知识，其中包含制造过程和加工环境。并且当我们用传统擅长的计算机辅助设计工具（诸如CAD、UG、CATIA、Pro/E)去设计详细的设计任务时，虽然这也是非常耗费时间的。但是由于我们利用了它给我们提供的许多珍贵的设计经验和资源，这也正是我们提高效益的关键。基于案例的的推理方法适用于以前的解决问题的方式，在此基础之上用下述的四个步骤：检索、重用、修改、保留为新的问题建立了新的解决方案。这似乎是一个比专家系统模拟人类思维更加有用的方式，因为它提出了相似的案例并进行了应用上的修改，这好像对于人类来说也更明显、更直观。于是众多发达地区的各种基于案例的支持工具设计，诸如注射设计、建筑设计、压铸模设计、工艺规划之类的也能被划入夹具设计之中。SUN由工件形状、机械部分、第一定位装置、第二定位装置和夹紧装置六个部分组成索引编码，但是该系统不能用于除了钻削夹具之外的其它夹具形式，也不能解决在CBR中很重要的需要被保留的同一索引编码储存的问题。1.案例检索和案例库建设1.1案例索引案例索引应包含工件的所有特征，并却有别于其它不同的夹具。使用案例索引应该会使操作便利，因为个部分的形式是各不相同的，并且在企业里由于制造技术的不断发展，许多案例索引可能会使搜索的速率变得缓慢或者搜索的主次特征不明显，由于这个因素，应适当权衡每个特征的轻重关系，舍掉一些不必要的部分。换句话也就是说我们不可能完全的在案例索引中囊括所有功能。因此，考虑实际情况和设计频率要求，案件索引应该包含共建的主要特征和夹具的结构特征。案例索引编码应由16数字组成：13数字是案例主要特征和3个案例识别码。首先13个数字代表了13个特征，每个部分对应相应的特征属性，哪个代表“*”、“？”、“1”、“2”、......、“A”、“B”、......、“Z”、......、等等。“*”代表什么、“？”是不确定、“0”什么也不是。系统规定：夹具形状、工件形状、定位模型不能是“*”或者“？”。当系统被设计时，3个项目属性没有选择权利，这也意味着特定的属性必须要选择。最后三个数字是案例识别码，这说明案例特征与它是一致的，并且三个数字用于区分它们彼此。同时系统规定：“000”是一个是被用于检索的原型案例，其它案例分别为“001”、“002”、......、这些是用于被设计者搜索参照的案例。如果由于特定需要其中一些需要被替换为原型案例，首先要把它转换成“000”的形式，并且前者应自动转转成参照案例。以下为案例索引编码的结构示意图：1—夹具类型；6—工件重量；11—夹紧模型；2—工件形状；7—工件刚度；12—夹具体；3—工件材料；8—加工内容；13—其他；4—批量；9—过程所有物；14到16—事例识别码；5—工件比例；10—定位模型；事例索引码的结构1.2案例库案例库涵盖了许多预定义的案例，典型的案例是案例推理中最重要的问题。因此要融合所有的案例编码。1.3分层次的案例形式类似的夹具结构代表了整个一类相似的夹具结构，成分相似的对应成分相似的。因此整个夹具案例库、相似案例库、夹具零件案例库要相似的形成。通常整个夹具设计信息由工件信息和工件工序信息决定，也就是说它是专门设计的满足功能要求的夹具。整个夹具案例由带有铭牌和编码的功能部件组成，部件案例有多部分组成（功能部件和其它结构部件、主驱动参数、数量和相互约束关系。）部件案例库（夹具最底层）是由结构功能部件和其他部件组成，在现代夹具设计中有许多参数化标准件和非标准件。因此部件案例库应该记录维护部件的规格参数和方式。2案例检索策略在夹具设计的案例中，最重要的事是相似的策率，他能帮助我们获得相似的案例，并且缩短适应的时间。根据夹具设计要求的需要、案例检索策略与相似性接近和知识指导的方式相结合。也就是说，首先深度搜索，接着广度搜索，知识引领指导策略从根源到物体的方式去搜索，也就是先搜索夹具型号，然后工件形状，最后通过定位的方式去搜索。例如，如果案例索引编码包含有铣刀夹具的夹具形式，那么该搜索先应是针对所有铣刀夹具，然后箱体的工件形状，其次是对一个平面和2个销的定位方式，如果还是没有与之匹配的的案例，然后深度搜索，并且回到最上层，广度搜索所有与之有相关关联的案例。3案例修改和案例储存3.1案例修改夹具设计的相似实例修改包括以下三个例子：1）部件的替代和部件；2）调整部件的尺寸和部件的形态；3）模型的重新设计；如果零件和夹具组件是常见的对象，那么他们当被设计完之后应该是可以用工具编辑、替换和删除的。3.2案例储存在保存一个新的夹具案例在案例库之前，设计者要考虑到保存是否是有价值的。如果案例未能增加系统的知识量，那么将它保存于案例库是没有必要的。如若它是有价值的，那么设计者必须分析清楚是将它作为原型案例还是参照案例加以储存。一个原型案例是可以描述整个案例集体的典型代表，在案例库中，一个案例集体的索引编码由13个第一个数字相同的数字和3个最后一个数字不同的数字组成。最后3个数字的案例原型一般是“000”，而参照案例属于同样作为原型案例的案例集体并区别于最后3个数字。从已经定义过的概念，采用以下策略：1）如果一个新的案例符合任何存在的案例集体，由13个相同的首数字作为一个存在的原型案例，那么由于它被原型案例代表将不被保存。或者仅仅作为参照案例（最后3个数字不是“000”也不是其他相同的数字）保存在案例库。2）如果一个新的案例符合任何存在的案例集体，并且通过考虑它比原先的原型案例能更好的代表这个案例集体，那么以前的原型案例应被新的案例所取代，同时原先的原型案例作为参照案例进行保存。3）如果一个新的案例符合任何存在的案例集体，那么新的案例集体将自动生成并作为原型案例保存在案例库中。4夹具设计中的CBR过程根据夹具设计的特点，夹具设计的基本信息诸如夹具名称、部分、产品和设计者等等应该首先被输入进库。然后自动生成所有相似案例归于一类的夹具文件，接着输入工件模型或者已设计完成的工件，然后输入详细的工件信息，建立案例索引编码，接着CBR搜索相似的案例，以相似性为度量挑选出最相似的案例。如果必要，案例要合适的适应当前设计，并将其重新存入案例库，这一过程如下图所示：立足于案例推理的夹具设计流程图5CBR夹具设计的说明以下的是工件，材料是45号钢、工件名称是底座、工件形状是块、产品批量是中批量等等。夹具是用于翻转孔的翻转夹具，而这需要被设计。需要设计夹具的一个工件（尺寸：80mmx49mmx22mm）特征、属性特征、编码索引和工件重量如表显示：工件的案例索引编码和重量特征名称特性值索引码重量夹具形状车床夹具1100工件形状块状990工件材料中碳钢370批量中批量260工件比例小560工件重量轻560工件刚度硬强度160加工内容孔380程序要求完成加工370定位方法三个平面1100夹紧方法不确定？90夹具体复合480其它没有060通过搜索、计算相似度、案例索引编码最相似的是19325513321402000，详细信息如下表：最相似案例的事例索引编码特征名称特性值索引码夹具类型车床夹具1工件形状块状9工件材料中碳钢3批量中批2工件比例小5工件重量轻5工件刚度硬度强1加工内容孔3程序要求完成加工3定位方法三个平面1夹紧方法不确定？夹具体复合4其他没有0特征、属性特征、编码索引和工件重量的计算如表显示：806.0608090100708060606060709010090010008012601570121901001S在夹具库夹具相似性度量的价值需要被设计的最高相似度是0.806。最相似性案例的结构如下图所示：最相似的夹具经替换过后的组件、修改过的定位模型、夹具模型和调整了相关尺寸的部件，新的夹具被设计出来，数据显示如下图所示：需要设计的新夹具由于在案例库中没有相似的夹具，新的夹具应该被重新出存入库。案例索引编码是19325513311402000。6结论CBR作为一种解决问题的方法，它比模拟人类思维的专家系统更加有效，并在很多很难的知识领域取得了成就。CBR的优点如下所示：它更接近于人类思维；通过自我能力的学习建立一个案例库比建立一个规则库更快更容易;它提供了一种更好翻译和解释新知识的不同于规则库的方式。提出了一种新的通过Visual++、UG/OpenAPI有Oracle作为数据支持的UN图表实现的关于CBR夹具设计的结构，它已被整合为普通的3维化参数部件库、普通部件库和典型的夹具库。原型案例发展至此被用于航天项目，帮助夹具设计者有效地改善设计和重利用以前的设计资源。