KBE技術在成形刀具設計制造中的應用
時間:2011-05-26 08:08:56 來源:未知
0 引言
成形刀具設計是一種以零件加工為目標的思維決策過程。該過程需要大量的領域知識和很強的求解問題技巧，專家的經驗知識在其中將起關鍵性作用。成形刀具設計是經驗知識的應用過程。其不僅是參考經驗知識輔助設計的過程，更是在現有經驗知識基礎上進行創新的過程。將KBE技術引入成形刀具設計領域適應了這一發展趨勢。
1 KBE技術
- KBE的定義與內涵
- 基于知識的工程KBE(knowledge based engineering)，是面向現代設計要求而產生發展的新型智能設計方法和設計決策自動化的重要工具，已成為促進工程設計智能化的重要途徑。
- 比較通用的定義是： KBE是通過知識驅動和繁衍，對工程問題提供最佳解決方案的計算機集成處理技術，是領域專家知識的集成、繼承、創新和管理，是CAX技術與AI技術的集成。其特點在于： KBE是一個知識的處理過程，包含了知識的繼承、繁衍、集成和管理，不僅是處理知識，更關注Know how等隱性知識的顯形化；是處理多領域知識和多種描述形式的知識；是一個面向整個設計過程的開放的體系結構；是多領域、多學科的知識范疇。
圖1 KBE系統的組織結構
- KBE系統的組織結構
- KBE系統組織結構如圖1所示。用戶在進行產品設計開發時，通過圖形化用戶界面與系統進行通訊。通過集成平臺，將CAD/CAM/CAE與AI集成結合起來，實現設計、分析與智能技術的結合。
2 成形刀具設計制造中的KBE技術
成形刀具包括成形車刀、成形銑刀和成形齒輪刀具等。復雜型面成形法加工中成形刀具的精度直接決定了加工零件的精度，其設計過程如圖2所示。
圖2 設計過程
復雜型面的成形刀具的設計是一項復雜煩瑣的工作，尤其是廓形設計，需要反復修正才能克服近似設計所造成的廓形精度誤差。考慮到制造刀具和加工零件過程中機床、工件和刀具等各種因素的影響，要保證零件的廓形精度，成形刀具廓形的設計是非常關鍵的，是集知識、經驗決策于一體的過程。知識工程基于特定領域內的大量知識并通過符號模型推理可實現相應領域復雜問題的專家級水平的解決。將KBE技術引入到成形刀具的設計領域將會極大地提高刀具的設計水平。
KBE刀具設計系統主要是KBE技術在刀具設計制造領域的實施，它以AutoCAD、Windows操作系統作為協作平臺，其功能主要取決于其集成技術和各項單元技術，KBE關鍵技術包括知識建模、知識表示和推理、知識獲取和繁衍、知識管理和集成。
設計知識庫系統是一種用戶/服務器機制，是通過客戶和知識庫系統的數據交換機制來實現知識的獲取。知識庫是開放的，用戶可以擴充，即設計制品知識庫中知識都是按照一定的規則和標準來定義和描述，并采用面向對象的設計表示，任何用戶都可以利用知識庫中提供的知識，同時也可以按照標準將自己的特有的知識定義，形成自己的知識子庫。以下以某大型企業60kW機組的菌形葉根成形銑刀為例，說明一個基于AutoCAD平臺開發的智能成形銑刀設計KBE系統。
- KBE刀具推理設計子系統
- 推理系統是人類進行問題求解的主要思維方法，智能系統的推理主要是通過推理機制完成的。推理機制的基本任務就是在一定的控制策略指導下搜索知識庫中可以利用的知識，與數據庫相匹配。搜索和匹配是推理機制的兩大基本任務。推理機制應滿足的基本要求是：高效率搜索和匹配機制；可控制性；可觀測性；啟發性。
- KBE刀具設計知識庫
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- 主要包括設計過程中的各種工藝知識，幾何參數的選取、數學模型的建立以及在加工前的準備工作、設計的實例等。一般采取面向對象的方式建立，集成各種知識表示模式。
- KBE刀具智能繪圖子系統
- 智能繪圖就是根據現有的1幅圖形，改變其尺寸數值，自動生成形狀相同而大小不同的另1幅新圖。新圖的生成可通過修改原圖形數據庫中的數據來實現。
- KBE刀具基本圖形庫
- 主要包括一些繪圖所用的基本的信息，如一些點、線和面的子程序以及一些常用的各種刀具的基本的二維、三維幾何圖形。
圖3 刀具設計加工的KBE系統總體框架
- KBE刀具加工子系統
- 刀具的加工階段包括加工、檢測和修正3個階段。加工完的刀具廓形經過投影儀檢測后再修改設計，對廓形進行最后的修正。刀具設計的KBE系統總體框架如圖3所示。
3 結束語
KBE設計系統是一個新興的智能設計系統，其系統開發在我國尚處于起步階段，更多關鍵技術的研究還需要深入。隨著KBE技術在工程設計中的不斷應用，將對我國工程領域中設計方法的改變，設計制造質量和效率的提高起到推動作用。