KBE技術(shù)在成形刀具設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用
時(shí)間:2011-05-26 08:08:56 來源:未知
0 引言
成形刀具設(shè)計(jì)是一種以零件加工為目標(biāo)的思維決策過程。該過程需要大量的領(lǐng)域知識和很強(qiáng)的求解問題技巧，專家的經(jīng)驗(yàn)知識在其中將起關(guān)鍵性作用。成形刀具設(shè)計(jì)是經(jīng)驗(yàn)知識的應(yīng)用過程。其不僅是參考經(jīng)驗(yàn)知識輔助設(shè)計(jì)的過程，更是在現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)知識基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新的過程。將KBE技術(shù)引入成形刀具設(shè)計(jì)領(lǐng)域適應(yīng)了這一發(fā)展趨勢。
1 KBE技術(shù)
- KBE的定義與內(nèi)涵
- 基于知識的工程KBE(knowledge based engineering)，是面向現(xiàn)代設(shè)計(jì)要求而產(chǎn)生發(fā)展的新型智能設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)決策自動(dòng)化的重要工具，已成為促進(jìn)工程設(shè)計(jì)智能化的重要途徑。
- 比較通用的定義是： KBE是通過知識驅(qū)動(dòng)和繁衍，對工程問題提供最佳解決方案的計(jì)算機(jī)集成處理技術(shù)，是領(lǐng)域?qū)＜抑R的集成、繼承、創(chuàng)新和管理，是CAX技術(shù)與AI技術(shù)的集成。其特點(diǎn)在于： KBE是一個(gè)知識的處理過程，包含了知識的繼承、繁衍、集成和管理，不僅是處理知識，更關(guān)注Know how等隱性知識的顯形化；是處理多領(lǐng)域知識和多種描述形式的知識；是一個(gè)面向整個(gè)設(shè)計(jì)過程的開放的體系結(jié)構(gòu)；是多領(lǐng)域、多學(xué)科的知識范疇。
圖1 KBE系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)
- KBE系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)
- KBE系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。用戶在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)，通過圖形化用戶界面與系統(tǒng)進(jìn)行通訊。通過集成平臺，將CAD/CAM/CAE與AI集成結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、分析與智能技術(shù)的結(jié)合。
2 成形刀具設(shè)計(jì)制造中的KBE技術(shù)
成形刀具包括成形車刀、成形銑刀和成形齒輪刀具等。復(fù)雜型面成形法加工中成形刀具的精度直接決定了加工零件的精度，其設(shè)計(jì)過程如圖2所示。
圖2 設(shè)計(jì)過程
復(fù)雜型面的成形刀具的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜煩瑣的工作，尤其是廓形設(shè)計(jì)，需要反復(fù)修正才能克服近似設(shè)計(jì)所造成的廓形精度誤差。考慮到制造刀具和加工零件過程中機(jī)床、工件和刀具等各種因素的影響，要保證零件的廓形精度，成形刀具廓形的設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的，是集知識、經(jīng)驗(yàn)決策于一體的過程。知識工程基于特定領(lǐng)域內(nèi)的大量知識并通過符號模型推理可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)領(lǐng)域復(fù)雜問題的專家級水平的解決。將KBE技術(shù)引入到成形刀具的設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)?huì)極大地提高刀具的設(shè)計(jì)水平。
KBE刀具設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要是KBE技術(shù)在刀具設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的實(shí)施，它以AutoCAD、Windows操作系統(tǒng)作為協(xié)作平臺，其功能主要取決于其集成技術(shù)和各項(xiàng)單元技術(shù)，KBE關(guān)鍵技術(shù)包括知識建模、知識表示和推理、知識獲取和繁衍、知識管理和集成。
設(shè)計(jì)知識庫系統(tǒng)是一種用戶/服務(wù)器機(jī)制，是通過客戶和知識庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換機(jī)制來實(shí)現(xiàn)知識的獲取。知識庫是開放的，用戶可以擴(kuò)充，即設(shè)計(jì)制品知識庫中知識都是按照一定的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)來定義和描述，并采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)表示，任何用戶都可以利用知識庫中提供的知識，同時(shí)也可以按照標(biāo)準(zhǔn)將自己的特有的知識定義，形成自己的知識子庫。以下以某大型企業(yè)60kW機(jī)組的菌形葉根成形銑刀為例，說明一個(gè)基于AutoCAD平臺開發(fā)的智能成形銑刀設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)。
- KBE刀具推理設(shè)計(jì)子系統(tǒng)
- 推理系統(tǒng)是人類進(jìn)行問題求解的主要思維方法，智能系統(tǒng)的推理主要是通過推理機(jī)制完成的。推理機(jī)制的基本任務(wù)就是在一定的控制策略指導(dǎo)下搜索知識庫中可以利用的知識，與數(shù)據(jù)庫相匹配。搜索和匹配是推理機(jī)制的兩大基本任務(wù)。推理機(jī)制應(yīng)滿足的基本要求是：高效率搜索和匹配機(jī)制；可控制性；可觀測性；啟發(fā)性。
- KBE刀具設(shè)計(jì)知識庫
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- 主要包括設(shè)計(jì)過程中的各種工藝知識，幾何參數(shù)的選取、數(shù)學(xué)模型的建立以及在加工前的準(zhǔn)備工作、設(shè)計(jì)的實(shí)例等。一般采取面向?qū)ο蟮姆绞浇?，集成各種知識表示模式。
- KBE刀具智能繪圖子系統(tǒng)
- 智能繪圖就是根據(jù)現(xiàn)有的1幅圖形，改變其尺寸數(shù)值，自動(dòng)生成形狀相同而大小不同的另1幅新圖。新圖的生成可通過修改原圖形數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)。
- KBE刀具基本圖形庫
- 主要包括一些繪圖所用的基本的信息，如一些點(diǎn)、線和面的子程序以及一些常用的各種刀具的基本的二維、三維幾何圖形。
圖3 刀具設(shè)計(jì)加工的KBE系統(tǒng)總體框架
- KBE刀具加工子系統(tǒng)
- 刀具的加工階段包括加工、檢測和修正3個(gè)階段。加工完的刀具廓形經(jīng)過投影儀檢測后再修改設(shè)計(jì)，對廓形進(jìn)行最后的修正。刀具設(shè)計(jì)的KBE系統(tǒng)總體框架如圖3所示。
3 結(jié)束語
KBE設(shè)計(jì)系統(tǒng)是一個(gè)新興的智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其系統(tǒng)開發(fā)在我國尚處于起步階段，更多關(guān)鍵技術(shù)的研究還需要深入。隨著KBE技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的不斷應(yīng)用，將對我國工程領(lǐng)域中設(shè)計(jì)方法的改變，設(shè)計(jì)制造質(zhì)量和效率的提高起到推動(dòng)作用。