基于智能规划理论的数字化冲模结构设计关键技术研究

摘要

冲模结构的数字化与智能化设计是现代模具设计领域的重要研究方向，其理论方法、体系结构和关键技术有待进一步研究。 本文基于人工智能研究的最新成果-智能规划理论，对工艺设计与模具结构设计的对应关系、模具总体设计的智能规划算法、模具零部设计的关键规划技术进行了深入的研究。 针对目前冲模CAD系统朱能将工艺设计模块和结构设计模块的映射关系加以深入研究的缺陷，本文首次把工艺设计模块和冲模结构设计模块的结合作为一个重要的研究领域进行了较为深入的研究；采用了多变性规划理论，处理工艺设计相对结构设计的影响和决定作用，通过环境驱动索引EDI来表示外部的驱动关系，通过耦合索引CI来表示内部复杂和间接的影响关系，希望用模块化和标准化的方法来降低相互影响的复杂度，从而为提高设计效率和设计质量进行了有益的尝试；提出了新型关系模型的理论化方法，将面向多变性设计理论引入到智能规划设计理论中，丰富了多变性规划理论的内涵，提高了智能规划理论解决问题的能力。 针对传统的冲模总体结构设计智能化程度低、覆盖面有限的问题，本文对规划学习理论和规划还原理论进行新的发展并加以融和，构筑了基于树结构搜索策略及决策树技术的理论体系，并在模具具体零件向特征零件的转化、零件特征库的建立、特征零件的识别、提取、还原的设计模块中加以应用，为构筑模具总体结构智能设计体系平台奠定了基础；在解决模具总体结构设计多变性强的问题时，把基于知识的分层网络规划器HTN(HierarchicalTaskNetwork)同传统的自顶而下的模具设计方法首次全面地结合起来，把模具结构设计进行分层任务划分，形成了合理的设计体系，使模具总体结构设计任务覆盖更全面的范围；利用智能化规划算子进行面向模具总体结构的智能化设计，为模具智能化结构设计开辟了一条新的道路，并在设计中取得了通用化设计与个性化设计的兼顾。 面向冲模工作部件智能设计时，本文提出了规划识别算法，将其应用到刃口聚类设计模块中，使得模具零部件设计可以根据刃口分类分组进行，降低了模具零件设计的复杂性，减少了智能设计中大量的重复工作，提高了模具零部件设计的效率；在零件生成规划设计中，引入偏序规划理论，通过智能规划算子，实现了从初始设计状态到目标设计状态的智能化转移，并能对设计过程通过修改算子进行控制；为了实现零部件动态生成后与静态的模具总体结构的有机结合，改进了智能规划理论中的图规划算法，提高了零部件设计过程的智能化程度，并将人类专家的知识和设计经验融入到整个规划设计中，为规划系统与知识系统的融和进行了有益的探索。 基于上述关键技术，利用JAVA编程语言和三维CAD设计平台1-DEAS9m2，建立了智能化冲模CAD软件系统，该软件系统已在工业界得到了实际应用，理论和系统的合理性和有效性得到了验证。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1面向工程设计的智能规划理论的发展

1.1.1人工智能的发展

1.1.2智能规划理论

1.2冲模数字化与智能化设计的发展概况

1.2.1冲模CAD技术的发展

1.2.2冲模结构CAD特点

1.3本文研究的意义

1.3.1智能规划理论和冲模结构CAD的结合

1.3.2智能规划理论提升冲模结构CAD设计水平

1.4本文研究的主要内容

本章参考文献

第二章智能规划理论概述

2.1智能规划系统的发展和应用

2.2规划中的智能体

2.3规划问题表示方法

2.4规划算法简介

2.4.1状态空间搜索规划算法

2.4.2偏序规划

2.4.3图规划(GRAPHPLAN)

2.4.4基于知识分层任务网络规划器HTN

2.4.5自适应规划

2.4.6不完全信息规划

2.5本章小结

本章参考文献

第三章冲压工艺设计／冲模结构设计智能规划关系模型

3.1 工艺设计／结构设计映射关系的多变性规划模型总体结构的建立

3.2工艺设计与结构设计环境驱动索引模型的建立

3.3工艺设计与结构设计耦合索引模型的建立

3.4面向EDI／CI的多变性规划方法

3.5标准化和模块化

3.5.1减少EDI的方法

3.5.2减少耦合索引的方法

3.6本章小结

本章参考文献

第四章基于智能规划的模具总体结构设计关键技术

4.1基于模糊规划理论的模具结构选择功能的实现

4.2由具体零件到零件特征模型的规划学习模型的建立

4.2.1基于规划学习理论的关键特征的提取机制的建立

4.2.2面向树形存储结构和搜索策略的特征模型库的建立

4.3零件规划模型向目标设计零件的规划还原模型的建立

4.3.1基于决策树理论的特征模型的搜索策略的建立

4.3.2特征模型向设计零件的状态转化

4.4基于知识的分层任务规划器HTN在模具总体结构设计中的应用

4.4.1 HTN用于处理自顶向下的模具结构设计任务

4.4.2 HTN的还原行动-表示行动分解

4.5基于智能规划搜索算法的智能化模具总体结构的生成

4.5.1智能规划搜索算法的表达与求解

4.5.2结构设计中的智能算子搜索与链接设计

4.6冲突识别与消除算法在紧固零件的装配设计中的应用

4.7本章小结

本章参考文献

第五章面向冲模工作部件设计的智能规划关键技术

5.1基于规划识别算法的刃口聚类功能的实现

5.1.1基于模糊等价关系的刃口环簇分类规划

5.1.2基于工作部件设计相似性的刃口环簇分类规划

5.2基于偏序规划算法的凸模设计关键技术

5.2.1偏序规划算法在凸模设计中的应用

5.2.2凸模偏序规划设计实例

5.3基于图规划理论的工作部件智能设计

5.3.1面向图规划的工作部件智能规划设计总体框架

5.3.2基于图规划算法的工作部件智能装配设计过程

5.4本章小结

本章参考文献

第六章冲模结构CAD智能规划设计系统的实现

6.1系统组成结构

6.2基于分层任务网络的模具总体结构智能规划设计

6.2.1首层任务实现：总体结构的装配与约束

6.2.2次层任务实现：部件结构的装配与约束

6.2.3底层任务实现：具体零件的搜索与规划还原

6.3基于冲突消除算法的总体结构紧固件设计

6.4工作零部件的智能规划设计

6.5本章小结

本章参考文献

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

作者在攻读博士学位期间发表的论文及其它工作

致谢