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濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計
支持機床系統(tǒng)的面向?qū)ο笤O(shè)計
摘要：本文闡述了一個面向?qū)ο蟮闹悄茌o助設(shè)計系統(tǒng)，此系統(tǒng)主要用于幫助基本機床的設(shè)計，尤其是加工中心。這個機床設(shè)計系統(tǒng)通過與有經(jīng)驗的設(shè)計著的交談來被分析，為了展示設(shè)計過程，一個面向?qū)ο蟮哪Ｐ捅唤?。被叫做設(shè)計對象的軟件系統(tǒng)是基于為了實現(xiàn)智能輔助設(shè)計系統(tǒng)對機床的設(shè)計而提出的。用于加工中心的輔助設(shè)計系統(tǒng)的模型在設(shè)計對象的基礎(chǔ)上發(fā)展，一些案例研究被實施用來驗證方法的有效性。
關(guān)鍵詞： 面向?qū)ο? 輔助設(shè)計系統(tǒng) 機床 設(shè)計程序 設(shè)計目標(biāo)
1、簡介
目前，需要各種各樣的機床來應(yīng)對小批量的生產(chǎn)各種各樣的產(chǎn)品。因此，需要建立輔助設(shè)計系統(tǒng)來幫助機床設(shè)計者有邏輯性的、系統(tǒng)的設(shè)計各種類型的機床。機床設(shè)計過程是一個非常復(fù)雜的決策過程，這需要有實際經(jīng)驗的設(shè)計師。所以，開發(fā)一個為機床設(shè)計智能輔助設(shè)計系統(tǒng)是很重要的，它能有效利用有實際經(jīng)驗的設(shè)計師。
有各種各樣的智能CAD系統(tǒng)和專門的系統(tǒng)來執(zhí)行日常的機械產(chǎn)品的設(shè)計，在這些系統(tǒng)中，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是固定的，設(shè)計各種零件的標(biāo)準(zhǔn)是眾所周知的。Brown和Chandrasekaran已經(jīng)開發(fā)了AIRCYL系統(tǒng)，用來幫助設(shè)計各種各樣的汽缸。Mittal已經(jīng)提出了設(shè)計紙張?zhí)幚硐到y(tǒng)的PRIDE系統(tǒng)。在這種情況下，產(chǎn)品主要是產(chǎn)品的零件，并且其結(jié)構(gòu)配置幾乎不動。
本文闡述了機床設(shè)計尤其是加工中心，這是復(fù)雜機械產(chǎn)品的典型例子。機床有各種各樣的結(jié)構(gòu)配置來應(yīng)對廣泛的加工能力。很多關(guān)于機床設(shè)計的研究已經(jīng)完成。提出系統(tǒng)方法的目的是基于成型過程的分析來開發(fā)基本的機床設(shè)計系統(tǒng)。已經(jīng)開發(fā)了一些結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)來設(shè)計基本結(jié)構(gòu)模塊化的機床。一個以知識為本的系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)出來，其目的是從功能需求確定加工中心的類型。然而，大部分的系統(tǒng)主要處理設(shè)計問題，在這些問題中，設(shè)計之初，機床的設(shè)計參數(shù)是確定的。
目前研究的目的是開發(fā)智能輔助設(shè)計系統(tǒng)來幫助實現(xiàn)基本的機床設(shè)計，尤其是加工中心的設(shè)計。這個機床設(shè)計系統(tǒng)通過與有經(jīng)驗的設(shè)計著的交談來被分析，為了展示設(shè)計過程，一個面向?qū)ο蟮哪Ｐ捅唤?。被叫做設(shè)計對象的軟件系統(tǒng)是基于為了實現(xiàn)智能輔助設(shè)計系統(tǒng)對機床的設(shè)計而提出的。用于加工中心的輔助設(shè)計系統(tǒng)的模型在設(shè)計對象的基礎(chǔ)上發(fā)展，一些案例研究被實施用來驗證方法的有效性。
2、機床的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計
2.1 設(shè)計過程分析
機床設(shè)計問題被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)問題，因為沒有關(guān)于機床結(jié)構(gòu)的信息不能了解機床參數(shù)。以下的闡述是通過與有經(jīng)驗的設(shè)計者交談，主要談?wù)撟鳛闄C床設(shè)計的例子的加工中心的設(shè)計：
（1）設(shè)計師首先根據(jù)需求選一個合適的加工中心的結(jié)構(gòu)；
（2）可以用兩種方法來選擇合適的結(jié)構(gòu)：專門的結(jié)構(gòu)和各個零部件的結(jié)構(gòu)；
（3）當(dāng)選擇了合適的結(jié)構(gòu)后，設(shè)計參數(shù)也就確定了。根據(jù)需求這些參數(shù)可以系統(tǒng)的、有邏輯的被確定；
加工中心的設(shè)計過程包含一系列的階段，每個階段都包含兩個步驟：選擇和設(shè)計。如圖1所示。在圖中。機械產(chǎn)品是設(shè)計目標(biāo)。機械產(chǎn)品包含機器、裝置、零部件等等，所有這些都需要設(shè)計。后文中所有的機械產(chǎn)品都稱作產(chǎn)品。每一步的設(shè)計如下所示：
第一步：選擇一個合適的產(chǎn)品類型
產(chǎn)品的合適的結(jié)構(gòu)根據(jù)產(chǎn)品需求來選擇。如果選擇特殊的結(jié)構(gòu)，一系列的設(shè)計參數(shù)是給出的。
第二步：設(shè)計選定類型的產(chǎn)品
產(chǎn)品的類型是基于需求選擇的，通過確定產(chǎn)品的設(shè)計參數(shù)來設(shè)計產(chǎn)品。
在產(chǎn)品的幾何信息與技術(shù)信息確定之前，步驟一與步驟二反復(fù)進(jìn)行。
圖1:設(shè)計過程
2.2設(shè)計對象的設(shè)計過程模型
被叫做設(shè)計對象的軟件模塊在這里被提出，目的是設(shè)計出個性化的產(chǎn)品，例如加工中心和加工中心的零部件。個人設(shè)計對象與個別類型的產(chǎn)品一一對應(yīng)。設(shè)計對象相當(dāng)于在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計中的設(shè)計對象。設(shè)計對象表現(xiàn)個別產(chǎn)品設(shè)計的設(shè)計參數(shù)的信息和程序。產(chǎn)品包括加工中心及其零部件，例如主軸裝置、自動換刀裝置、進(jìn)給裝置。設(shè)計對象的任務(wù)是確定設(shè)計產(chǎn)品的設(shè)計參數(shù)以及選擇合適的設(shè)計對象，以便在接下來的設(shè)計中激活產(chǎn)品。
圖2展示了一個通過設(shè)計對象表達(dá)設(shè)計過程模型的例子。這里顯示的分類模式是通過與經(jīng)驗豐富的常規(guī)加工中心的設(shè)計師交談獲得的。在本圖中，橢圓代表設(shè)計對象，它們被一系列的普遍而有特殊作用的構(gòu)件連接。加工中心的設(shè)計對象首先通過信息來來使設(shè)計過程開始。設(shè)計對象決定了加工中心的參數(shù)和產(chǎn)生它的過程，這會在一個柱狀圖中表現(xiàn)出來。此后，加工中心的設(shè)計目標(biāo)就是選擇設(shè)計對象來使生產(chǎn)實例專門化。在示意圖圖2中，立式加工中心被選為設(shè)計對象來確定詳細(xì)的設(shè)計參數(shù)。
因此，選擇一個合適的設(shè)計對象相當(dāng)于選擇一個特殊類型的產(chǎn)品，設(shè)計選定的類型的產(chǎn)品相當(dāng)于生成設(shè)計對象的實例。
在例子中，伴隨著設(shè)計的進(jìn)行，通過普通的專業(yè)化鏈接，直到所有的需求參數(shù)被確定，詳細(xì)的信息才會被確定。圖片中的特殊例子是VMC1型，是一種典型的垂直加工中心。
大部分的加工中心可以通過普通而專門的連接激活設(shè)計對象來設(shè)計，如圖2。然而，在很多情況下，設(shè)計目標(biāo)不會滿足所有的要求。例如，立式加工中心和水平加工中心都不能滿足五軸同時加工的的需求。在這種情況下，設(shè)計者通常會把加工中心分為主軸單元、ATC單元、進(jìn)給單元等等，這些零部件的詳細(xì)信息將在下一階段確定。零件的設(shè)計對象需要進(jìn)行設(shè)計。
圖2：應(yīng)用設(shè)計對象的設(shè)計過程模型 表示設(shè)計對象表示設(shè)計結(jié)果
圖3表示了在設(shè)計對象給定的情況下加工中心的設(shè)計過程模型。節(jié)點和連接分別顯示設(shè)計對象和設(shè)計對象之間的關(guān)系。在這里兩種類型的鏈接——一般連接和專門連接與在圖2中表示的相同并且整個零件的連接表示了整個產(chǎn)品與各個部分的關(guān)系。
圖3：機床各個設(shè)計對象之間的聯(lián)系
基于模型的對加工中心的設(shè)計如下圖3所示。首先確定加工中心的設(shè)計對象，然后確定設(shè)計參數(shù)。此后，為了推進(jìn)設(shè)計過程，與加工中心有關(guān)的設(shè)計對象進(jìn)行設(shè)計。這里被選擇的設(shè)計對象可以是特殊產(chǎn)品的設(shè)計對象，也可以是一個零件。通過一般—專業(yè)的連接和整體連接來設(shè)計設(shè)計對象的設(shè)計過程是先進(jìn)的。
3、加工中心的設(shè)計對象
產(chǎn)品的設(shè)計對象的設(shè)計內(nèi)容如下：
（1） 產(chǎn)品屬性設(shè)計；
（2） 用來確定屬性的知識；
（3） 用來選擇特殊產(chǎn)品和部件的知識；
設(shè)計對象決定產(chǎn)品的屬性。
圖4的表格用來表示設(shè)計對象的信息。這些信息包含三個方面——ID部分，屬性部分，方法部分。設(shè)計對象的名稱和與其他設(shè)計對象的關(guān)系在ID系統(tǒng)中是指定的。
屬性部分定義了屬性的情況，基本上分為規(guī)格和設(shè)計參數(shù)。由規(guī)格決定的功能、設(shè)計產(chǎn)品的性能需求以及設(shè)計參數(shù)的確定是基于屬性的。決定設(shè)計參數(shù)價值程序和信息附著在上面。
圖4：設(shè)計對象表格
一段單個的信息代表一個價值單元。很多屬性有很多方面，例如價值、類型、范圍、默認(rèn)值、額定值等等。
最后一部分給出了當(dāng)收到其他設(shè)計對象的信息時的執(zhí)行方法，設(shè)計對象使用如下方法來控制設(shè)計步驟：
（1） 決定：這種方法是為了確定設(shè)計參數(shù)；
（2） 專業(yè)化：這種方法是為了實例的配置和選擇合適的設(shè)計對象；
（3） 分部：這種方法是為了把實例分成各個零件以及為零部件選擇合適的設(shè)計對象。
圖5顯示了個人設(shè)計的設(shè)計過程。實例中的設(shè)計參數(shù)的值首先在規(guī)格的基礎(chǔ)上確定。
圖5：設(shè)計對象的設(shè)計流程圖
其次，設(shè)計者檢驗通過設(shè)計目標(biāo)產(chǎn)生的設(shè)計實體是否符合標(biāo)準(zhǔn)。如果有必要，設(shè)計師可以修改實例內(nèi)容。
再次，選擇合適的設(shè)計目標(biāo)來促進(jìn)設(shè)計實例。這里所選擇的設(shè)計對象或者是特定產(chǎn)品的設(shè)計或者是一系列零部件的設(shè)計。在特殊產(chǎn)品的設(shè)計部分，可以獲得另類的結(jié)構(gòu)配置。最合適的配置選擇方案如下：選擇的次序取決于參照表，他決定很多觀點的選擇，例如，加工精度、切削性能、可操作性和可靠性。設(shè)計師根據(jù)等級的選擇來選擇最合適的參數(shù)。
第四，設(shè)計對象實例的生成。
最后，把這些信息傳遞給特定實體或零件。這些信息包括信息的規(guī)格和約束生成實例。
圖6是執(zhí)行方法和執(zhí)行程序的例子。在本圖中，決定信息是原型，這是一個垂直加工中心的實例。實體被定義為“原型”后選擇合適的方法，這一方法決定立式加工中心的設(shè)計對象是否開始的結(jié)果。該方法-“測定”是指需要定義叫做原型的實體的設(shè)計參數(shù)，以及確定額定參數(shù)。每一個程序決定設(shè)計參數(shù)的價值，并把實體的結(jié)果叫做原型。
圖6：執(zhí)行方法和程序
4．面向?qū)ο蟮闹悄茉O(shè)計輔助系統(tǒng)
加工中心智能設(shè)計輔助系統(tǒng)的原型已經(jīng)在設(shè)計對象的基礎(chǔ)上產(chǎn)生。
圖7是系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)主要由子系統(tǒng)設(shè)計對象、對象管理器、推理引擎、程序和人機界面組成。子系統(tǒng)的內(nèi)容及功能如下：
圖7：支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1） 設(shè)計對象基礎(chǔ)。子系統(tǒng)存儲了關(guān)于加工中心和零件的所有設(shè)計對象，以及設(shè)計對象之間的關(guān)系。
（2） 對象管理器。設(shè)計對象實例的形成和修改是動態(tài)的。因此，對象管理器管理動態(tài)情形和設(shè)計對象之間的關(guān)系。
（3） 推理引擎。推理引擎是一種生產(chǎn)系統(tǒng)，它實施了通過規(guī)則存儲設(shè)計對象。推理引擎通過決定設(shè)計參數(shù)的設(shè)計對象和選擇合適的設(shè)計對象被激活。
（4） 程序庫。程序庫是一個程序的集合，可以被設(shè)計對象直接使用。
（5） 人機界面。這個子系統(tǒng)為設(shè)計者提供互動的方法來輸入數(shù)據(jù)、設(shè)計產(chǎn)品的監(jiān)控方法以及推理過程。
智能設(shè)計輔助系統(tǒng)的原型已經(jīng)在K-PROLOG一個32位的工作站得到實施。圖8展示了個人設(shè)計對象代表一系列的有相同標(biāo)題的板塊。這些方面是槽、面、價值以及其他不明確的方面。每一個板塊表示關(guān)于對象設(shè)計的一部分信息。這個屬性代表的是事實情況，程序和方法代表規(guī)則板塊。
圖8：設(shè)計對象的表示
5．個例研究
一些案例研究的實施是為了證實系統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā)的有效性。圖9顯示了一個加工中心的設(shè)計流程。設(shè)計對象的執(zhí)行過程的簡介如下：
（1）新的模型信息被傳輸?shù)郊庸ぶ行牡脑O(shè)計對象的。產(chǎn)生的設(shè)計對象實例叫原型。
圖9：加工中心的設(shè)計過程
（2）決定信息傳輸?shù)浇凶鲈偷纳蓪嵗?，它的設(shè)計參數(shù)在功能需求的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計者的規(guī)定來定義，如表1.
表1：加工中心的功能要求
（3）專業(yè)化的信息傳輸?shù)浇凶鲈偷膶嵗希菫榱诉x擇合適的專業(yè)裝配實例。立式加工中心的設(shè)計對象就是一個合適的例子。
(4)決定信息傳輸?shù)浇凶鲈偷纳蓪嵗稀Ｍㄟ^決定立式加工中心的設(shè)計參數(shù)來設(shè)計實例的詳細(xì)信息。
圖10顯示了在案例研究中加工中心的立體模型設(shè)計。加工中心的長度為600毫米，主軸錐度選50號，主軸轉(zhuǎn)速為20000轉(zhuǎn)/分鐘。這些結(jié)果是從那些有經(jīng)驗的設(shè)計師那里得到的。
6.總結(jié)
通過與有經(jīng)驗的設(shè)計者討論來研究機床設(shè)計過程，然后產(chǎn)生設(shè)計過程模型。該模型表示了一系列的設(shè)計對象以及他們之間的關(guān)系。軟件模塊被啟動，用來決定設(shè)計對象的設(shè)計參數(shù)。
為描述設(shè)計對象的內(nèi)容提出了數(shù)據(jù)模型，這一模型含有描述產(chǎn)品的屬性、用來決定產(chǎn)品特性的知識、用來選擇特定產(chǎn)品和零件的知識。
面向?qū)ο蟮闹悄茉O(shè)計支持系統(tǒng)的原型已在設(shè)計對象的基礎(chǔ)上建立起來了。這一系統(tǒng)包含基礎(chǔ)設(shè)計對象、對象管理器、程序引擎、基本程序以及人機界面。一些案例研究已證實了開發(fā)這種系統(tǒng)的有效性。
圖10：設(shè)計的加工中心
參考文獻(xiàn)
Brown, D. C. and Chandrasekaran, B. (1986) Knowledge and control for a mechanical design expert system. IEEE Computer, 1(7), 92-100
Iwata, K., Sugimura, N. and Peng, L. (1990) A study of the fundamental design of machine structure for machining: 3rd report, a knowledge based approach for the design of machine structures on the basis of kinematic functions. JSME Transactions, 56(513), Ser. C, 803-809 (in
Japanese).
Mittal, S., Dyme, C. L. and Morjaria, M. (1986) PRIDE: an expert system for the design of paper handling systems. IEEE Computer, 1(7), 102-114.
Moriwaki, T. and Nunobiki, M. (1990) Knowledge-based decision support system for basic design of machine tools, in Proceedings of MSET'21, Tokyo, pp. 55-60.
Salje, E. and Redeker, W. (1980) Design of machine tools (cutting machines) by means of computer aided design, in Proceedings of ICPE, Tokyo, pp. 386-393.
Shinno, H. and Ito, Y. (1984) Generating method for structural configuration of machine tools: 1st report, method of variant design type. JSME Transactions, 50(449), Ser. C, pp. 213-221 (in Japanese).
Shinno, H. and Ito, Y. (1986) Generating method for structural configuration of machine tools: 3rd report, variant design using directed graph. JSME Transactions, 52(474), Ser. C, pp. 780-793 (in Japanese).
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