1 引言

　　工藝設計作為產品設計與制造的中問環節，在企業生產制造過程中起著極其重要的作用。最開始人們對CAPP的研究側重于工藝設計的自動化，后來又側重于計算機對工藝設計的輔助作用，現在人們越來越認識到工藝知識在工藝設計中的重要性。

　　CAPP系統不但能利用工藝人員的經驗知識和各種工藝數據進行科學的決策、自動生成工藝規程，還能自動計算工序尺寸、繪制工序圖、選擇切削參數和對工藝設計結果進行優化等，從而設計出一致性良好的、高質量的工藝規程。國內的制造業企業，通過學習國外先進的制造工藝和裝備技術，已積累了相當豐富的工藝設計知識和大量的制造資源數據，但這些寶貴的工藝知識和制造資源數據，絕大多數都還停留在部分設計人員的腦子里或零散的紙質文件中，不利于企業快速查找和重用這些寶貴的工藝設計知識和制造資源信息，制約了我國制造業的發展速度和管理水平的提升，故急待解決行業共性技術與工藝知識管理問題。如何利用現有、成熟的工藝知識，保證工藝方法的穩定可靠是每個工藝工作者和軟件設計人員面臨的主要問題，本文介紹了CAPP系統中工藝知識庫的設計及管理方法。

　　2 知識的表示方法

　　選擇系統所用的知識表示方法，不僅要考慮對知識表示的性能要求，還要考慮在制造工藝編制時涉及到的知識的特點，以提高知識處理的效率。根據專家工具的要求、產品制造工藝知識的特點以及系統編程與擴充的要求，選擇面向對象表示法和產生式表示法來進行知識的描述。

　　2.1面向對象表示法

　　面向對象表示法是將面向對象的思想、方法用于知識表示。所謂面向對象，是指人們在認識問題和分析問題時，可以把問題分解為一些對象以及對象之問的組合和聯系。在面向對象的知識系統中，一個對象具有的知識組成了該對象的靜態屬性，一個對象所具有的知識處理方法和各種操作描述了該對象的智能行為。可以使用面向對象表示法表示工藝內容知識、工藝裝備知識、加工設備知識、熱處理知識等。

　　2.2產生式表示法

　　產生式表示法又稱為產生式規則表示法，通常用于表示具有因果關系的知識。由于產生式規則的知識庫是由一組獨立的知識組成的規則庫，而規則之間又是通過知識庫中的事實進行通訊的，因此，改變一條規則雖會影響系統的特性，但不會影響系統的其他規則。用產生式規則表示形式所構建的知識庫易于增加、修改、刪除，從而可以方便地實現更新信息的功能。

　　3 知識庫設計

　　3.1知識庫的分類

　　專家系統的推理過程需要用知識庫中的知識和動態數據庫中的數據對規則庫中規則的條件進行匹配，這就需要大量的知識和數據。系統不但能夠從數據庫中獲取數據，而且能夠向數據庫中加人專家總結的新的知識，新的規則，更新數據庫中陳舊過時的數據。根據專家系統中知識的形態，可以將知識劃分為：關于對象的事實知識即狹義的知識，關于方法的知識即通常所指的規則。上述2種形態的知識分別對應存入知識庫和規則知識庫。知識庫分類結構如圖1所示。

　　工藝流程庫存儲產品加工工藝流程圖上工藝節點(即工序)處理順序的邏輯關系。工藝規則庫存儲關于工藝處理的若干規則，例如：工藝生成時提取信息的一系列規則和制造序號生成規則等。這些規則是在系統詳細設計時經過分析和綜合設計出的一套完善的規則，可以處理系統運行時可能出現的各種情況。

　　工藝內容知識庫中存儲工藝節點對象的屬性知識，這些知識包括工藝節點的類型、輸入項和專家提示信息，以及等同工藝節點、上級工藝節點、工藝的具體內容(即工步內容)等。工藝裝備知識庫與加工設備知識庫分別存儲加工工藝中所用到的工藝裝備與加工設備的相關知識和信息。熱處理知識庫存儲加工工藝熱處理相關知識。另外還有標準件知識庫等其他知識庫分別存儲相關知識。這些知識是工藝專家的經驗總結，在系統設計時提供修改接口，可方便地加入專家的新知識、新規則，以及更新或刪除陳舊過時的數據等。知識庫需要一定的存儲載體。專家系統的知識庫是將關系型數據庫作為其存儲載體。

　　3.2規則庫的設計

　　規則庫的功能是匯總工藝設計規則，包括典型幾何要素的加工方法、機床選擇規則、尺寸精度選擇規則、工藝排序邏輯判斷原則以及相關的加工類型。數據庫用于存放加工數據，包括加工余量、刀(模)具參數、切削用量參數、輔具代碼、量具代碼、機床參數和臺數、工裝代碼、工時數等。這些數據的來源可由用戶根據本企業的產品特征和制造資源的環境新建，也可建立在已有數據庫的基礎上。

　　由于工藝過程設計本身是一個多參數、多約束、依賴于經驗的、復雜的思維創作過程，其知識結構十分復雜，這里提出用多層次、多種表達模式的、有機集合的知識表達方法。即把上述工藝規則和加工數據知識收集起來，采用分層方式排列。第1層是零件族特征獲取;第2層是加工方法、工藝選擇等工藝知識庫;第3層是機床選擇、加工類型、工裝夾具的選擇等制造資源庫;第4層是加工數據、加工工時等工藝數據庫。對低層知識用數據庫表達方法;對高層知識如加工順序、工裝設備、切削用量、工序設計等用框架式、產生式、邏輯式、過程式集成表達模式。工藝推理不宜采用目標驅動模式(反向推理策略)，而適宜采用數據驅動模式(正向推理策略)，即從零件的毛坯開始(此時工藝規程為空)，采用數據驅動策略方式，引入啟發性知識進行多層次搜索分級推理。這樣形成的知識庫不僅具有邏輯原則，而且具有創成功能，即有從低層知識推理出高層知識的功能。工藝決策模塊知識表達形式主要采用產

　　生式規則。產生式規則是根據一組由條件和結論組成的語句來判斷，并按順序、相應條件自上而下組織的規則，這種規則比較符合專家的思維方式。它的一般形式為：IF(條件1)AND(條件

　　2) AND(條件N)存在THEN(結論)成立。

　　為了解決工藝規則的沖突性、冗余性和表達不足，通過命題邏輯的表達來彌補。例如：在搜索工藝規則時，根據產生式的條件有高頻淬火工序存在，其前面的工序排列中必須有與調質有關的工序存在，因此高頻淬火工序和調質有關的工序問存在著一個""'的關系。

　　4 知識庫管理

　　4.1知識管理

　　擁有知識是專家系統有別于其他計算機軟件系統的重要標示，而知識的質量和數量又是決定專家系統性能的關鍵因素。知識管理主要包括知識獲取、知識查詢、知識修改、知識的一致性維護等主要內容。專家系統中，通過友好的人機交互界面，用面向對象的方法構建了專家系統知識管理模塊，將工藝專家的經驗轉化為系統可以理解的知識和規則，并同知識庫聯系在一起，方便地實現了知識和規則的獲取、知識的查詢、知識的修改、知識的維護等工作。在人機界面的引導下，用戶不需要了解產生式規則所要求的語法，就可以方便地添加、瀏覽、修改和刪除知識庫中的知識和規則，使知識庫不斷得到充實和完善，從而提高軟件的靈活性和實用性。

　　4.2知識獲取

　　知識獲取的基本任務是為專家系統獲取知識，建立起健全、完善、有效的規則庫，以滿足求解領域問題的需要。知識庫獲取提供了對知識庫中的內容不斷擴充的途徑，按照從專家或相關資料中獲取的知識，經一定的整理后可通過知識獲取模塊輸入到知識庫中去。知識獲取模塊在獲得知識的過程中負責對知識的完整性和一致性進行檢測。知識獲取模塊的內部是由對若干規則類對象或知識類對象的操作來實現知識的整理、完整性和一致性的檢測以及將知識輸入到相應的知識庫或規則庫中。

　　4.3知識的查詢、修改與維護

　　與知識獲取一樣，知識的查詢、修改與維護同樣是通過規則類對象或知識類對象進行的。知識的查詢提供了對規則及規則元素的查詢。對規則可按規則編號、規則名稱及規則所包含的規則元素進行查詢;對規則元素的查詢可按規則元素名稱、規則編碼及自然語言描述來查詢。在知識維護過程中發現不一致時，知識的查詢可以對知識進行快速定位，以便于知識的修改。知識的修改在一致性檢查發現錯誤時，提供一個修正錯誤規則的機制。同時，對修改后的知識進行一致性檢測，修改過的知識只有檢測通過后方可存人相應數據庫中。知識庫中的知識可能遭到意外的破壞，使知識庫中的知識不一致，為保證知識庫的一致性及完整性，要定期對知識進行一致性與完整性維護。

　　5工藝設計中的工藝知識應用方法

　　在基于知識CAPP系統中，零部件的工藝設計是整個系統的核心。它的主要特點在于：在基于知識的工藝設計中，工藝設計人員可以查詢和引用工藝知識庫中的各種工藝知識，為當前的工藝設計服務。如圖2所示，基于知識的工藝設計通過2種途徑產生工藝文件。

　　5.1零件的毛坯圖設計

　　即通過快速查詢引用毛坯參數庫中的毛坯參數，在工序簡圖參數化設計環境(AutoCAD)中參數化生成毛坯圖和毛坯工序簡圖并對生成的毛坯圖/I序簡圖進行編輯，直至滿足新零件毛坯圖工藝參數要求。在毛坯圖的參數化設計和編輯過程中，工藝設計人員可以快速查詢和引用毛坯成型工藝知識庫中的工藝知識，以輔助毛坯圖/工序簡圖的參數化編輯。零件毛坯圖設計最終產生毛坯圖、工序簡圖等工藝文件，審簽通過后，歸檔并發放到相關制造部門。對于不符合要求的毛坯圖、工序簡圖等工藝文件打回到編輯環境重新編輯，直至審簽合格。

　　5.2零件的工藝設計

　　在零件工藝設計過程中，對于全新零件工藝設計，企業可根據自身的特點，利用本系統提供的工藝模板編輯工具，自定義出通用的工藝設計模板。在工藝設計時，工藝人員可引用工藝模板后進行工藝設計。這樣有利于促進企業提高工藝文件的規范性和統一性。對于典型零件的工藝設計，可從典型工藝知識庫中快速查詢并引用適用的典型工藝;對于形狀或工藝屬性具有標準性的零件工藝設計時，工藝人員可根據相似性推理規則在系統中通過成組編碼查詢相似零件引用典型工藝。在典型工藝引用后再進行編輯，即派生出了新零件的工藝文件。

　　6 結論

　　工藝知識是工藝設計的基礎，對工藝知識的管理有利于企業工藝知識和經驗的積累和工藝優化。在系統的應用過程中，知識庫可以根據企業的實際情況修改、增刪，提高了CAPP系統對不同制造環境的適應能力(即柔性)。隨著技術的進步、設備的更新和知識的積累，不斷豐富和修改知識庫，從而不斷完善系統的性能。