基于实例推理的冲模智能CAD系统关键技术的研究

副标题#e#    1 前言
   
    模具在机械、电子、轻工、纺织、航空、航天等工业领域里，已成为使用广泛的工业化生产的主要工艺装备。冲压模具作为模具行业的重要组成部分之一，其设计的效率、品质及其设计方法的改善一直都备受关注。而长期以来一直被广泛使用的模具设计的传统程序，因其复杂费时、在很大程度上依靠设计人员的经验和对设计人员要求高等弊端，不能满足现代工业快速发展的需要，正面临着前所未有的挑战。应此在保证设计品质的基础上如何实现模具的快速设计，实现模具设计的智能化，一直以来都是模具设计的一项长期研究任务。
   
    基于实例推理(Case-BasedReasoning，CBR)是人工智能领域(AI)近年来发展起来的一种较新的设计推理方法。它以已有的设计实例为基础，通过类比和联想，从实例库中选择与当前设计要求最相近的实例，并调整选定实例中不能满足要求的因素，最终形成新的设计并作为新的实例存储于实例库中。由此可见，将CBR的设计思想应用于冲模智能CAD系统中，将有助于解决上述问题。本文以三维软件为平台，对基于实例推理的智能冲模CAD系统关键技术-冲模建模、实例库建立、实例检索、实例存储、实例评价、实例修改等方面进行了深人研究。
   
    2 智能冲模 CAD系统结构
   
    智能冲模 CAD系统设计包括四个模块:冲模的知识建模模块，实例检索模块，实例修改模块和知识更新模块。基于实例推理的智能冲模 CAD设计过程:分析冲模的设计任务，提取作为检索条件的冲模相似特征，并作为设计要求输人系统;根据输入的设计要求，经过基于实例的推理，寻找与冲模最相似的实例，从实例库中提取出来;根据设计要求，对提取的冲模实例进行修改，设计出满足要求的冲模;最终形成的冲模实例作为新的实例存储于实例库中。基于实例推理的冲模设计过程，如图1所示。
   

    基于实例推理的智能冲模CAD系统需要实例库的支持，因而首先需要建立冲模的原形实例。原形实例就是在进行基于实例推理设计之前，实例库中已经建立好的实例，它是用作检索源的原型实例模型。实例库的建立方法与冲模的建模方式有关，冲模特征建模和原形实例库的建立是基于实例推理智能冲模CAD系统的，同时也决定了实例的表达，检索和修改所使用的方法。
   
    3 基于实例的冲模建模和实例库的建立
   
    3.1冲模特征建模及参数化的实现
   
    3.1.1冲模特征建模
   
    在Solidworks 2003软件环境下，将冲模进行特征分解后，按一定的顺序生成各个子特征，同时对这些子特征进行特征布尔运算，将特征融合，就可以生成冲模的三维特征模型。建立冲模模型，首先要建立默认基准面特征，默认基准面特征是系统在默认位置产生的三个互相垂直的平面，它们虽然不是冲模的组成部分，但却是重要的辅助特征，其它特征都是建立在基准面上的子特征。基准面特征建立后，建立冲模的基圆柱特征，基圆柱特征的直径等于某一冲模的直径;再根据旋向分别建立左旋和右旋的某一冲模模型，具体的冲模是左旋还是右旋，则由参数化技术进行控制。
   
    3.1.2冲模特征模型参数化的实现
   
    冲模的特征信息在模型建立之后存储在支撑软件的内部工程数据库中，冲模模型实现参数化后，用户通过输人冲模的参数，得到某一特定冲模模型，这些参数就是特征的外部信息，这些外部参数信息以数据表的形式存储在我们选用的数据库(IBMDB2)中。
   
    在实现冲模参数化时，其参数的外部变量主要在模型设计列表的第一部分定义。然而，由于冲模的特征复杂，需要定义的特征参数太多，导致了用户在操作时很容易混淆。所以本文采了以全中文的方式从系统的输人界面输人参数。这样就需要定制系统与SolidWorks软件的接口，根据SolidWorks软件的要求，采用了数据接口文件来实现。从用户界面输人的外部参数，直接保存到BD2数据库中，同时生成数据接口文件，也可以由数据库导出数据接口文件，由SolidWorks软件调用，数据接口文件有固定格式。
   
    3.2原形实例库的建立
   
    3.2.1实例库的建立过程
   
    本文以基于实例的方法建立冲模的原形实例模型;以SliodW0rks软件为支撑环境，表达实例的三维模型，并以模型文件的形式存储实例，以关系数据库的方式来建立实例库。在建立原形实例时，需要在计算机中将实例的完整信息表达，本文采用了特征建模的方法，由于原形实例是实例库的检索源，需要有一定数量的原形实例，而冲模型号较多，且结构复杂，模型建立困难，不适合采用对每种型号的冲模都逐个建模的方法进行建模。根据专门的支撑软件，利用支撑软件内部的工程数据库，将所有可能出现的冲模模型都建立在支撑软件的内部工程数据库中，在需要的时候，通过设定参数的方法，从工程数据库中提取需要的部分。在支撑软件的环境下建立模型，然后通过适当的修改，就可以方便的建立各种型号的冲模模型。基于以上分析，本文提出了以特征建模和参数化相结合的方法，建立冲模的初始实例。原形实例建立的过程是:首先建立冲模的参数化特征模型，然后通过参数输人生成特定的冲模，再对该冲模进行一定的修改，得到可用的冲模产品，最后将它存储在数据库中。这种方法的优点是采用了建模的方法，有效的解决了实例的表达问题;采用了参数化方法，解决了多种型号冲模的建模问题。