基于案例推理的智能化夹具设计系统研究

摘要

在产品的加工、检测和装配工艺过程中，夹具起着夹持工件和精确定位的重要作用，它的结构性能、制造费用及制造时间直接影响着产品生产的质量和成本。而夹具设计是一个涉及诸多影响因素的复杂过程，很大程度依赖于设计者经验，且设计结果具有较差的可预见性。随着现代制造业及产品市场的快速发展，企业迫切的需要提高夹具的设计效率及设计质量，为此，大量研究者致力于智能化夹具设计方法的探究。
　　基于案例推理是人工智能中一种新兴的机器学习和推理方法，其中心思想是利用先前解决问题的方法和经验来解决新问题，一定程度上可缓解夹具设计的个人经验依懒性。而此前基于案例推理的夹具设计方法，其大多是仅以工件的几何形状为案例表示和搜索依据，严重影响推理系统的检索效率及准确度。针对这种情况，本文对夹具设计案例的特征表示建模及检索算法进行了探究，并开发了一种基于案例推理技术的智能化夹具设计系统，具体研究内容如下:
　　(1)以具体夹具设计实例为对象，建立夹具设计案例的特征表示模型，该模型涉及夹具设计过程的各方面影响因素，不仅包含工件的几何形状信息、材料信息，还有以前较少考虑的加工工艺和其他功能信息等;尤其在工件的几何特征表示中添加了几何位置拓扑关系，实现了工件几何模型的准确表示;最后采用UML面向对象的表示方式对各个特征信息进行结构化和模块化存储。实例研究表明:该案例表示模型可有效实现夹具设计特征信息的表示存储。
　　(2)研究CBR系统的案例检索策略，建立针对夹具设计案例特征表示模型的层级式检索机制，推导夹具设计案例及各个特征信息的相似度计算公式，并针对工件的几何特征匹配，提出了几何形状结合位置拓扑关系的并行式检索算法，该算法主要通过搜索节点对应约束的最大公共连通子图来确定零件的几何特征相似度。以具体夹具设计为例进行案例研究，结果表明该案例检索机制及相似度计算法公式可准确实现夹具设计案例的搜索匹配。
　　(3)分析智能化夹具设计系统的运行机理及功能模块，应用夹具设计案例表示及检索算法的理论研究成果，采用Access数据库建立夹具设计案例信息管理系统，利用Visual C++开发工具进行系统人机交互界面及后台运行程序编程，以UG NX7.5及其二次开发功能为平台开发出基于案例推理技术的夹具设计系统。通过具体的系统界面应用和实例运行结果表明该系统可有效提高夹具设计的效率及质量。
　　文章以实现夹具的智能化设计为目标，根据基于案例推理方法的核心技术要求，建立了夹具设计案例的特征表示模型及检索匹配算法，在此基础上完成了基于案例推理的智能化夹具设计系统开发，从理论研究及实际应用两方面说明了CBR技术在夹具设计中的良好应用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题研究背景及意义

1．3 计算机辅助夹具设计概述

1．3．1 CAFD发展现状

1．3．2 存在问题及解决方法

1．4 基于案例推理的夹具设计研究现状概述

1．5 课题研究内容和技术路线

第二章 面向智能化夹具设计的特征表示建模

2．1 引言

2．2 知识建模表示方法

2．3 夹具设计相关特征建模

2．3．1 几何特征

2．3．2 材料特征

2．3．3 工艺特征

2．3．4 功能特征

2．4 案例分析

2．5 本章小结

第三章 基于夹具设计特征信息的案例检索

3．1 引言

3．2 案例检索策略

3．3 基于夹具设计特征信息的案例检索机制

3．3．1 基于最大公共连通子图的几何特征匹配算法

3．3．2 材料特征信息的相似性评价

3．3．3 工艺特征信息的相似性评价

3．3．4 功能特征信息的相似性评价

3．4 夹具设计案例相似度计算公式

3．5 案例研究

3．6 本章小结

第四章 基于案例推理的智能化夹具设计系统开发

4．1 引言

4．2 系统运行平台及开发工具

4．2．1 UG NX 7．5及其二次开发

4．2．2 Visual C++

4．2．2 Access数据库

4．3 系统开发与功能实现

4．3．1 系统菜单的设计和开发

4．3．2 案例信息输入及检索

4．3．3 案例存储

4．4 案例数据库的建立

4．5 系统运行实例

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文