基于本体的夹具设计知识获取和重用及研究

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1、基于本体的夹具设计知识获取和重用研究王玲1，殷国富2，徐雷3（1.2.3四川大学制造科学与工程学院，四川成都610065）摘要：现有的计算机辅助夹具设计系统在夹具设计过程的集成、设计资源的共享、知识的处理和重用等方面还不能为集成设计和制造提供有效的和全面的支持，而对提高产品质量和减少产品生命周期而言，夹具设计知识的管理是至关重要的。该论文针对产品设计与制造各阶段中夹具设计知识的不同作用，提出一种基于本体的夹具设计知识获取和重用策略。该策略在现有的计算机辅助夹具设计系统基础上嵌入本体服务器，解决知识需求与知识语义异构问题，从而实现知

2、识重用；同时，提出了夹具设计知识重用概念模型和夹具知识本体模型。最后，建立该策略的原型，并给出应用实例。关键词：知识获取；知识重用；本体；夹具设计知识知识资源的元数据技术和知识的业务1引言夹具对产品精度和制造系统的柔性起着重要的作用[1]。夹具是制造系统的一个关键部件，其作用是在加工中，定位工件在机床上，在切削力作用下夹紧工件，以及支撑工件，防止工件变形[2]。夹具设计确定工件切削加工的难易程度。在实现设计与制造的集成中，切实有效的夹具设计知识应与其它工程领域分享和交换，全面优化产品的设计和制造。在产品设计和制造过程中，为提高产品质

3、量和减少产品制造时间，切实有效地从夹具中获取和重用知识是必不可少的。各种知识获取和重用技术的开发着重在知识的组织和管理。文献[3]研究在分布式设计知识资源中，以设计任务为核心的共享策略和实现方法，建立于功能矩阵的虚拟原理解知识资源的表达结构；文献[4]提出了一种基于知识管理的、以工作流驱动的、产品设计的知识主动推送方式，也提出了基于设计对象的文本相似度计算方法；文献[5]利用基金项目：国家自然科学基金项目（编号：50575153）和国家863计划项目（编号：2006AA04Z108）作者简介：王玲1(1971-)，女，讲师，硕士。殷

4、国富2(1956-)，男,，教授,，博导。视图技术，实现知识资源与特定设计过程的集成，支持协同设计过程；文献[6]分析了各种现有的商业软件解决方案，总结了现没有一种商业软件能提供如它所标榜的那样支持知识管理。从文献可知，很明显，由于缺乏适当的知识模型和有效的检索，知识重用较差，因而，知识管理系统未能为设计和制造知识管理提供有力的支持。一方面的原因是大量的设计知识是由传统工具处理，存储上存在着语义异构。另一方面的原因是不同领域知识表示是不同的。因此，知识管理系统应采用某种机制，容易从原始知识库中检索更详细的知识。本论文分析了夹具设计

5、知识体系，在此基础上将本体论引入到现有的传统知识管理系统中，有利于知识获取和重用。第2节介绍夹具设计知识体系；第3节阐述基于本体的夹具设计获取和重用；第4节案例；最后总结。2夹具设计知识体系夹具设计是一个知识密集的过程。根据夹具设计活动，提出了夹具设计知识模型见图1。概念夹具设计的输入是产品信息；产品信息主要是指产品模型，估计批量，夹具库存和夹具设计知识；其输出是给产品设计师反馈夹具问题，同时给产品设计师提供一个尺度-从设计信息输入夹具方面比较不同的原始设计。并且，详细夹具设计的输出有三个作用：工艺规划优化，刀具路径与夹具元件干涉

6、检查和提供夹具安装信息给车间。字符识别字符映射模式转换定位和限位提取夹具设计资源定位和限位信息定位和限位提取和交互概念夹具设计基于案例/规则的夹具设计夹具设计规则定位和限位提取和交互设计结果智能夹具装置设计夹具设计案例详细夹具设计夹具性能评价夹具干涉验证计算和修改反馈交互式夹具修改知识库设计过程图纸和文档输出设计对象图1基于知识的夹具设计系统体系Fig.1AArchitectureofFixtureDesignSystemBasedonKnowledge3基于本体的夹具设计知识获取和重用在知识获取和重用过程中，设计知

7、识必须保证是可靠的，完整的和一致的，否则毫无参考价值，因此，知识获取和重用方法必须不仅能高度概括知识，还必须能详细表达知识间的关系。在计算机科学中，本体通常被认为是一种共享知识公式化、概念化的技术，也就是说，本体是能清楚地表示领域中共享知识的规范模型。领域本体就是类和关系的模型。通过本体概念实例化，具体的事实和信息存储在本体中。因而，本体应镶嵌在现有的知识管理系统，如图2所示。夹具设计知识表示采用将面向对象与实例知识、产生式规则等表达方法相结合加以应用形成一种混合知识表达方法，该表示法有利于夹具知识体系表达，并加强与夹具有关的知识

8、源集成。它的BMF范式如下：<夹具知识表达模型>：：=<结构模型><行为模型><结构模型>：：=<夹具部件、零件及其关系><夹具设计的几何信息>[<分析结果>][<技术说明>][<工艺文件>][<制造数据>][<成本数据>][<……>