一种基于本体的扭转减振器参数智能化设计方法

摘要

本发明公开一种基于本体规则描述的扭转减振器参数设计的方法，利用本体规则描述的扭转减振器参数智能化设计方法。该方法主要解决的是现有的扭转减振器参数选择难以智能化的问题。根据扭转减振器参数设计领域知识框架，构建装配体模型及相应的判断规则，从而通过JESS推理引擎对扭转减振器参数进行自动推理，根据扭转减振器不同的应用范围、不同的工作条件等，去设计确定扭转减振器的参数。本发明利用扭转减振器参数设计领域知识的层次关系，从而结构化扭转减振器参数信息，使得参数设计的层次关系更加清晰，更好的被计算机理解，为完成扭转减振器参数设计的智能化提供了一种可行的方法。

说明书

技术领域

本发明属于计算机辅助产品设计（CAD）技术领域，具体涉及一种基于本体规则描述的扭转减振器参数智能化设计方法。

背景技术

扭转减振器是汽车离合器的重要元件,其作用是缓和扭转冲击载荷、改善离合器的接合平顺性。其结构相对复杂，设计过程中不仅有尺寸参数传递信息，而且存在较多的设计经验知识。在传统的设计过程中，设计人员通过查询表手工计算得出相应的参数值，存在设计效率低，易错性高，且优化难度大等问题。为保证扭转减振器满足一定的使用要求,由此提出扭转减振器参数设计的概念。现有的扭转减振器参数设计中大部分是针对个案，由于参数设计的指标多,有大量的表格查找、数值计算等,造成设计效果差、效率低下，互换性和共享性也需要不断扩展和完善。而本体作为一种共享概念模型的明确形式化规范说明，其最突出的优点是能够实现真正意义上的信息共享、应用集成、语义互操作及知识重用，本体是共享概念模型的明确形式化规范说明。设计人员利用本体能够方便地、迅速地进行扭转减振器参数设计及优化设计，将有利于扭转减振器设计、制造、检验和标准化水平以及设计效率的提高，实现信息交流和共享。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的扭转减振器参数设计难以智能化的问题，提出一种基于本体的扭转减振器参数的智能化设计方法。为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于本体的扭转减振器参数智能化设计方法，包括如下步骤：

步骤1：根据扭转减振器参数设计领域知识框架构建相应的本体知识库，本体知识库中类与类之间的属性关系对扭转减振器参数设计领域知识提供一致性描述；

步骤2：基于步骤1所构建的本体知识库，根据国标和《机械设计手册》中推荐的常用系数的选择构建基于本体和规则语言的推理规则库；

步骤3：针对扭转减振器参数设计的实例，在步骤1所构建的本体知识库中对相应的概念和属性进行实例化，并建立扭转减振器参数实例的类、个体以及个体之间的属性关系，获得实例化本体知识库；

步骤4：基于步骤2所构建的推理规则库利用Jess推理机对步骤3所获得的实例化本体知识库进行推理，并将推理结果加入该实例化本体知识库中；

步骤5：基于步骤2所构建的推理规则库利用Jess推理机对步骤3所获得的实例化本体知识库进行推理，并将推理结果加入该实例化本体知识库。

步骤1包括：

步骤A1.根据几何产品扭转减振器参数的理论知识，构建基于本体的扭转减振器参数设计的类的层次关系、类的属性的层次关系，其中类的属性包括对象型属性和数据型属性两类；

步骤A2.采用OWL2语言分别构建扭转减振器参数设计术语公理集TBOX，以父类的子节点的形式和类所具有的属性体现TBOX，从而形成扭转减振器参数设计的本体知识库系统。

步骤2的具体内容为：

步骤2.1.扭转减振器参数代号包括极限转矩Tc、阻尼摩擦转矩Tµ、预紧转矩Tn、减振弹簧位置半径R0和减振弹簧个数Zj。

步骤2.2.由后备系数和发动机最大转矩确定极限转矩值的生成规则。

步骤2.3由机械设计知识和发动机最大转矩确定阻尼摩擦转矩值的生成规则。

步骤2.4由机械设计知识和发动机最大转矩确定预紧转矩值的生成规则。

步骤2.5由机械设计知识和摩擦片内径确定减振弹簧位置半径值的生成规则。

步骤2.6由机械设计知识和摩擦片外径确定减振弹簧个数值的生成规则。

与现有技术相比，本发明具有如下特点。

1.本体知识库与推理规则库可以共享与重用，为不同CAD系统间扭转减振器参数设计领域信息描述提供了一致性方法以供异构系统间信息交换，保证了知识库的可共享性与可扩展性。

2. 利用扭转减振器设计领域知识的层次关系，从而结构化扭转减振器设计参数信息，使得参数设计的层次关系更加清晰，更好的被计算机理解。

3.为基于本体的扭转减振器参数设计领域问题提供了本体知识库描述框架和规则库的基础，为完成扭转减振器参数设计的智能化提供了一种可行的方法。

附图说明

图1为几何产品的参数设计结构图。

图2为几何产品的参数智能设计流程图。

图3为扭转减振器参数设计类的层次关系。

图4为扭转减振器参数设计属性的层次关系。

图5为扭转减振器的示例图。

具体实施方式

下面以某乘用车型扭转减振器参数设计为实例进行简要说明，发动机最大转矩为146N*m，摩擦片内径值为140mm，摩擦片外径值为240mm，扭转减振器的示例图如附图5所示。扭转减振器参数智能设计流程如附图2所示，具体包括如下步骤。

步骤1.查阅几何产品扭转减振器参数设计领域的相关知识，根据本领域的文档信息、专家知识及可复用存在的本体，获取扭转减振器参数设计的领域知识。

根据扭转减振器参数设计领域知识，构建扭转减振器参数中的类及其层次关系。首先定义领域的重要类，以及类属性和类之间的关系。类是本体的核心，用来描述领域的概念，以这些显式定义的类和关系为基础，通过一定的推理机制可获得蕴含的知识。

本体主要类以及类与类之间的层次关系如附图3，其中owl：thing是本体编辑工具Protégé内的抽象类，是所有类的父类；类Assembly表示零部件类，子节点类Units表示部件类，Part表示零件类。ParameterType表示零件参数分析类，其子节点类表示导出参数类（DerivedPara）、可变参数类（VariablePara）、不变参数类（InvaPara）。RFS表示实际特征表面类，其子节点表示球面（RSpherical）、圆柱面（RCylindrical）、平面（RPlanar）、螺旋面（RHelical）、旋转面（RRevolute）、棱柱面（RPrismatic）、复杂面（RComplex）。其子节点也具有相应的根子节点。

ADF表示导出要素类，其子节点表示约束要素（TFeature）、被约束要素（DFeature）。约束要素类的节点包括：约束点(TPT)、约束直线(TSL)、约束平面(TPL)；被约束要素类节点包括：被约束点(DPT)、被约束直线(DSL)、被约束平面(DPL)。 RFS表示实际特征表面类，其子节点表示球面（RSpherical）、圆柱面（RCylindrical）、平面（RPlanar）、螺旋面（RHelical）、旋转面（RRevolute）、棱柱面（RPrismatic）、复杂面（RComplex）。其子节点也具有相应的根子节点。PartName表示零部件名称类。

在参数智能设计领域，通过对本体组成的分析，属性是其重要组成部分。概念的体系结构无法完全表达出概念的全部信息内容，因此需要定义出概念的具体属性。在本体构建语言中和构建工具中，主要对对象型属性和数据型属性进行定义。使用OWL表示本体模型，建立本体中概念之间的属性关系。

类的属性是用来描述所建立参数设计的类与类之间的关系，包括对象型属性(object-Property)和数据型属性(datatype-Property)两种，如附图4所示。对象型属性用于表示类与类之间的约束关系。数据型属性用于表示一个类固有特征的数值属性，一般用于表示具体的类的数值大小，一般包括整型（int）、浮点型（float）。

步骤2：基于步骤1所构建的本体知识库，根据国标和《机械设计手册》构建基于本体和SWRL的参数设计的推理规则库；代表性规则如表1所示，其余规则类似。设计人员有其它要求时可进行修改。其余参数设计元素通过SWRL规则进行生成。

步骤3：针对扭转减振器参数智能设计实例，对装配图进行建模，并解装配体得到若干装配对象，采用LTG算法获取扭转减振器中装配体P的零部件间的装配约束关系has-AFR，得到公式断言集。

构建几何产品的三维装配模型并进行解装配，根据产品的功能需求，构建基于理想尺寸的产品装配模型，并将其将连续分解成部件和零件，直至产品的最小的组成单元，如附图5。采用LTG算法获取扭转减振器中装配体P的零部件间的装配约束关系has-AFR，得到Owl公式断言集。其中个体包括：

得到装配约束关系的断言公式集ABoxA

A

同理可得其它断言公式集。

步骤4：根据步骤1所建扭转减振器参数设计本体知识和步骤3的断言关系，分别对相关概念和属性进行实例化，并构建扭转减振器参数设计实例中的类、个体以及个体间关系，获得实例化本体知识库。

步骤5.基于步骤2所构建基于本体和SWRL的参数设计的推理规则库利用Jess推理机对步骤3所获取的实例化本体知识库进行推理，并将所得推理结果加入实例化本体知识库中。Jess推理机自动推理生成的扭转减振器参数如表2所示。

由于SWRL是一种独立于所有推理机的规则描述语言，因此若要进行基于SWRL的参数设计语义规则知识的推理，则需将OWL中定义的结构化知识和SWRL中定义的约束化知识转换为推理机中可识别且可处理的规则。本发明采用JESS推理机对参数设计进行推理，构建了基于JESS的参数智能设计的结构图，如附图1。

本发明利用网络本体语言(Web 本体 Language，OWL)和语义网规则语言(Semantic Web Rule Language，SWRL)定义扭转减振器参数设计本体和推理规则。利用规则语义推理机制对知识库进行推理，识别参数设计意图，进而提高产品的共享和重用。本说明书采用递进的方式描述，对每个方法和部分依次详细地按步骤进行了说明。通过结合附图对本发明具体实例的描述，本发明的其他方面及特征对本领域的技术人员而言是显而易见的。SWRL规则中的问号是一种语法，表示对于任意个体，该规则都适用，如在推理规则R7中，在类的个体变量x前加问号，表示对于任意的类的个体，该规则都是适用。

以上内容是结合具体的工程实例对本发明所作的进一步详细的说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。