閆 波YAN Bo

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長治 046011）

0 引言

對于廣泛地應(yīng)用于輕紡、汽車、機(jī)電、家用電器、儀器儀表等領(lǐng)域的沖壓產(chǎn)品來說，沖壓技術(shù)已成為國防工業(yè)及民用工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的加工方法，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位[1,2]。沖壓工藝設(shè)計是連接產(chǎn)品設(shè)計與產(chǎn)品制造之間的橋梁，它對組織生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、縮短生產(chǎn)周期及改善勞動條件等都有著直接的影響，因此是生產(chǎn)中的關(guān)鍵工作[3]。

CBR(Case Based Reasoning)作為人工智能的一種推理技術(shù)[4]，它的基本原理就是把以前的實例按照一定的方式組織起來，存儲在知識實例庫中，即直接模擬人類思維模式，利用相似實例的解來求解當(dāng)前問題，當(dāng)被檢索出的事例與新問題相似但不一致時，可在舊的實例基礎(chǔ)上做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和修改，以滿足新的情況并獲得問題的解，其解決問題的方法與以經(jīng)驗設(shè)計為主的工藝設(shè)計過程極為相似。CBR提供靈活的機(jī)制，使用戶充分利用以往的成功經(jīng)驗，且易于變化和更新，將會在沖壓工藝設(shè)計中顯示出獨特的優(yōu)勢。

1 基于CBR的沖壓工藝設(shè)計系統(tǒng)的架構(gòu)

1.1 基于CBR的沖壓工藝設(shè)計系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

對于基于CBR的沖壓工藝設(shè)計系統(tǒng)來說，在用戶需求的基礎(chǔ)上，考慮相關(guān)沖壓工藝實例和設(shè)計資源的特點，沖壓工藝設(shè)計輸入的零件模型。其主要由應(yīng)用層、基礎(chǔ)平臺和數(shù)據(jù)接口三部分組成。對于應(yīng)用層來說，主要由用戶操作界面、功能實現(xiàn)層(包括實例表示、實例檢索、實例參考、沖壓工藝設(shè)計和實例管理)和支持層(包括設(shè)計流程向?qū)А⒐に囋O(shè)計知識庫、設(shè)計資源管理、實例庫)。由于CBR檢索的復(fù)雜性和工藝設(shè)計影響因素的多樣性，所以系統(tǒng)將在實現(xiàn)智能化的同時提供交互設(shè)計的平臺，以幫助用戶更優(yōu)的完成設(shè)計。

1.2 基于CBR的沖壓工藝設(shè)計系統(tǒng)的功能模型

根據(jù)CBR的基本原理以及沖壓工藝設(shè)計的實際情況，將系統(tǒng)的任務(wù)分解為五個方面：

1）實例表示：主要完成部分包括沖壓件產(chǎn)品的信息輸入和特征分析兩個部分。對于沖壓信息來說，這是工藝設(shè)計的基礎(chǔ)和依據(jù)，精度信息、生產(chǎn)批量、三維模型、材料信息等則為其信息；同時，用于自動識別沖壓件的形狀特征則是特征分析部分主要功能。

2）實例檢索：在考慮目標(biāo)沖壓件的信息基礎(chǔ)上，完成相關(guān)的檢索的條件(包括權(quán)重設(shè)置和檢索設(shè)置)，最相似的實例經(jīng)過算法檢索出，這就能夠更好對于后續(xù)的工藝設(shè)計進(jìn)行輔助。

3）實例參考：提供檢索出的相似實例的基本信息及工藝設(shè)計成果，由用戶選出最有參考價值與意義的實例作為最終設(shè)計的參考。

4）基于實例的工藝設(shè)計：參考所選擇的相似實例的工藝設(shè)計描述，根據(jù)實際的情況，分別進(jìn)行合理的設(shè)計工步排樣、毛坯排樣、彎曲件展開和工藝參數(shù)計算四部分工藝。

5）實例管理：為保證實例檢索的效率和質(zhì)量，由實例項的增加、修改、刪除和實例類別的管理組成，同時防止出現(xiàn)實例庫過于膨脹。

系統(tǒng)功能模型采用IDEF0方法建立。系統(tǒng)通過A-0圖確定范圍，同時建模的目的和觀點也較為明顯的體現(xiàn)出來。圖1為基于CBR的沖壓工藝設(shè)計系統(tǒng)的A-0功能模型，其中，對于一個沖壓工藝設(shè)計系統(tǒng)來說，作為進(jìn)一步功能分解的基礎(chǔ)的外部接口和外部環(huán)境，其用4個方向的箭頭來表示。

圖1 基于CBR的沖壓工藝設(shè)計系統(tǒng)的A-0功能模型

A-0圖經(jīng)過一次分解形成了A0圖，整個系統(tǒng)的主要組成以及他們之間關(guān)系在A0圖得以反映，其中， A0圖由5個模塊組成：實例表示A1、實例檢索A2、實例參考A3、基于實例的工藝設(shè)計A4和實例管理A5。CAD軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和工作站等軟硬件能夠保證本系統(tǒng)順利運行。

利用自頂向下逐層分解對于系統(tǒng)A0處理，這樣系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及各個功能模塊設(shè)計的主要依據(jù)的完整的系統(tǒng)功能模型就可以建立。

1.3 基于CBR的沖壓工藝設(shè)計系統(tǒng)的運行流程

基于CBR的沖壓工藝設(shè)計系統(tǒng)實現(xiàn)了CBR在沖壓工藝設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用。系統(tǒng)模型以CBR的一般流程為主線，包括實例表示、實例檢索、實例修改、實例存儲等技術(shù)，同時結(jié)合沖壓工藝設(shè)計領(lǐng)域的特點，經(jīng)研究和分析，在沖壓工藝實例表示、實例檢索中的權(quán)重設(shè)置、實例庫的設(shè)計等方面作了符合沖壓工藝設(shè)計特點的改進(jìn)?；贑BR的沖壓工藝設(shè)計流程如圖2所示。

2 基于CBR的沖壓工藝設(shè)計系統(tǒng)的應(yīng)用實例

完成原型系統(tǒng)的設(shè)計與創(chuàng)建，基于CBR的沖壓工藝設(shè)計系統(tǒng)主要包括實例表示、實例檢索、實例參考、沖壓工藝設(shè)計和實例管理五個模塊。下面以沖壓件為例，介紹系統(tǒng)運行流程。

圖2 基于CBR的沖壓工藝設(shè)計圖

2.1 實例表示

實例表示模塊由沖壓件信息和特征識別組成，建立沖壓件信息模型，并以此作為實例檢索模塊進(jìn)行分析比較的基礎(chǔ)。

1）沖壓件信息

用戶選擇沖壓件的三維模型、類型、生產(chǎn)批量等信息。其中，數(shù)據(jù)庫中存有各種材料的名稱、牌號、狀態(tài)阻及抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率和彈性模量等力學(xué)性能參數(shù)，用戶既可直接調(diào)用這些數(shù)據(jù)，也可根據(jù)實際使用材料的性能進(jìn)行更改。

2）特征識別部分

系統(tǒng)自動調(diào)出當(dāng)前作業(yè)的沖壓件，選擇“特征識別”按鈕，實現(xiàn)沖壓件的形狀特征的自動識別，識別的特征結(jié)果顯示于對應(yīng)的列表中。

2.2 實例檢索

1）權(quán)重設(shè)置

系統(tǒng)默認(rèn)的權(quán)重值在編輯框中顯示，用戶可以自行調(diào)整這些值?？傮w權(quán)重分為二維展開輪廓、拓?fù)潢P(guān)系、設(shè)計特征和板材精度四個部分，再分別對每一部分中的特征或?qū)傩赃M(jìn)行權(quán)重設(shè)置。在設(shè)置時保證每個方框中所設(shè)值之和為1。

2）檢索設(shè)置

用戶可以設(shè)定每一階段的相似度閥值，只有在該階段的相似度值大于所設(shè)閥值的實例，才能進(jìn)入下一階段的比較或者作為相似實例，系統(tǒng)默認(rèn)的值為0。在檢索結(jié)果的設(shè)定方面，既可以按數(shù)量只顯示相似實例。也可以選擇按相似度總體闊值，大于該閥值的實例列入相似實例列表中。

3）檢索計算

本系統(tǒng)檢索的實例按相似度的大小顯示在列表出，供用戶選擇。如用戶對檢索的結(jié)果不滿意，可以修政權(quán)重設(shè)置和檢索設(shè)置，重新檢索計算。

2.3 實例參考

在進(jìn)行工藝設(shè)計之前或者過程中，可以對系統(tǒng)檢索出的相似實例進(jìn)行查看獲得當(dāng)前設(shè)計的參考，包括實例的基本信息、三維模型以及工藝設(shè)計結(jié)果等，從而實現(xiàn)對工藝設(shè)計的支持。在列表中選擇某一實例，可以分別查看該實倒的基本信息、三維模型、詳細(xì)工藝設(shè)計、毛坯展開圖、毛坯排樣圖、毛坯刃口定義圖、刃口分布圖和工步排樣圖。

選擇點擊“實例基本信息”按鈕．彈出“實例基本信息”界面，在該界面中，系統(tǒng)調(diào)出該實例的名稱、類型、生產(chǎn)批量、模具類型、導(dǎo)向方式、材料名稱、牌號、厚度、各項特性等數(shù)據(jù)。

在“相似實例工藝設(shè)計參考”界面中，可查看該實例的沖壓工藝，包括詳細(xì)工藝數(shù)據(jù)以及工藝設(shè)計的各結(jié)果。通過以上對實例基本信息以及各項工藝數(shù)據(jù)、毛坯捧樣圖、工步排樣圖等工藝設(shè)計結(jié)果的查看，設(shè)計人員可以在設(shè)計之前或設(shè)計過程中對目標(biāo)沖壓件的工藝設(shè)計得到類似方案的指導(dǎo)與參考，避免重復(fù)性的勞動．提高設(shè)計的效率。

2.4 基于實例的工藝設(shè)計

毛坯彎曲件展開、毛坯排樣、工步排樣和工藝參數(shù)計算構(gòu)成了沖壓工藝設(shè)計主要過程。在基于CBR的沖壓工藝設(shè)計中，實例應(yīng)用主要體現(xiàn)在毛坯排樣和工步排樣這兩個環(huán)節(jié)。

2.5 實例管理

實例庫的管理和實例管理是實例管理的兩個部分，用于保證實例檢索的效率和質(zhì)量，防止出現(xiàn)實例庫過于膨脹。系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫中所有實例按類別顯示在列表中。

1）實例類別管理

實側(cè)類別表示功能或工藝相似的一類實例，方便用戶的管理和查看。實例類別的管理包括實例類別的增加、刪除等操作。用戶選擇“增加類別”按鈕，在新類別名稱中填入“特殊件”這一實例類型。點擊“確定”后，新增加的實例類別就會顯示在列表中。

在實例類別刪除的界面中，在列表中選擇要刪除的實例類別，點擊“刪除類別”按鈕，如果該實例下存有實例，則給出提示。

2）實例項管理

實例項管理包括實例的增加、刪除、瀏覽等操作。

在實例增加的操作界面中，用戶選擇新實例所屬的實例類別，點擊“增加實例”按鈕，彈出“增加實例”對話框，選擇作業(yè)表中未列為實倒的所有作業(yè)。所增加的實例必須是工藝設(shè)計完整的實例，否則作出提示。點擊“實例查看”按鈕，彈出“實例信息”界面，列表中顯示當(dāng)前實例庫中的所有實例，選擇的具體實例，查看需要了解的數(shù)據(jù)或圖解。

3 結(jié)束語

在考慮開發(fā)平臺背景以及功能需求的基于上，本文對于基于CBR的沖壓工藝設(shè)計系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，通過建立合理的系統(tǒng)的功能模型，探討了系統(tǒng)各個模塊的具體功能及模塊間的邏輯關(guān)系。比如，系統(tǒng)的應(yīng)用實例應(yīng)該包括實例表示、實例檢索、實例瀏覽、沖壓工藝設(shè)計和實例管理的運行流程。實例表明該系統(tǒng)，將基于實例推理的沖壓工藝設(shè)計的理念貫徹在整個設(shè)計過程中。實踐證明，本系統(tǒng)滿足工藝設(shè)計的智能化和快速化的要求，對于今后類似設(shè)計具有一定借鑒作用。

[1] 王哲英,馬明旭,楊遠(yuǎn)龍.基于Pro/E的液晶顯示器支架的沖壓工藝與模具設(shè)計[J].機(jī)械設(shè)計與制造,2009,(2).

[2] 沈凌,阮鋒.模糊評價在汽車覆蓋件沖壓工藝方案優(yōu)選中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計與制造,2006,(6).

[3] 羅意平,王玉國,楊岳.利用用戶定義特征實現(xiàn)的沖壓CAD/CAPP集成系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動化, 2003,25(8).

[4] 陳文勇,楊達(dá)飛.汽車引擎蓋板沖壓成形CAD技術(shù)研究[J].制造業(yè)自動化,2010,32(8).