概述

門(mén)座起重機(jī)用途廣，構(gòu)造復(fù)雜且產(chǎn)品形式各異，因而生產(chǎn)批量少。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，對(duì)門(mén)機(jī)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率提出了愈來(lái)愈高的要求，所以需要有一個(gè)功能強(qiáng)大的CAD系統(tǒng)來(lái)支持門(mén)機(jī)的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程?？傮w方案沒(méi)計(jì)是門(mén)機(jī)設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因?yàn)殚T(mén)機(jī)的質(zhì)量和造價(jià)不僅取決于各機(jī)構(gòu)或結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì)水平，更重要的是取決于各零部件之間的相互匹配和協(xié)調(diào)，也就是門(mén)機(jī)總體方案的綜合水平和質(zhì)量。要得到最優(yōu)的或相對(duì)滿意的方案.除了利用CAD系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)方法庫(kù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算以及優(yōu)化設(shè)計(jì)外，還必須依靠設(shè)計(jì)人員的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷，才能作出決策。因此門(mén)機(jī)總體方案的優(yōu)劣與領(lǐng)域?qū)＜?包括設(shè)計(jì)人員)的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平有很大關(guān)系·在開(kāi)發(fā)門(mén)機(jī)總體方案CAD系統(tǒng)時(shí)需要把專家系統(tǒng)技術(shù)與目前成功的門(mén)機(jī)CAD系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，以構(gòu)成一個(gè)包括設(shè)計(jì)計(jì)算、參數(shù)繪圖、方案評(píng)估和決策功能的集成化的智能CAD系統(tǒng)，通過(guò)應(yīng)用該軟件設(shè)計(jì)出具有專家水平的門(mén)機(jī)方案。

1、門(mén)機(jī)方案設(shè)計(jì)過(guò)程與實(shí)例的應(yīng)用

門(mén)機(jī)產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)過(guò)程可歸納為下述幾個(gè)主要步驟：

(1)門(mén)機(jī)結(jié)構(gòu)型式的選擇；

(2)臂架系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)；

(3)決定主要構(gòu)件形式及初估幾何尺寸：

(4)總體輪壓及抗傾復(fù)穩(wěn)定性計(jì)算；

(5)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案及主要部件選型：

(6)門(mén)機(jī)總圖拼裝；

(7)總圖及文檔輸出。

在方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，除結(jié)構(gòu)有限元分析、零部件的校驗(yàn)、總體穩(wěn)定性及輪壓計(jì)算等可應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式或數(shù)值分析方法進(jìn)行計(jì)算外，其它如選擇臂架系統(tǒng)型式、優(yōu)化設(shè)計(jì)中初始點(diǎn)參數(shù)的確定，機(jī)構(gòu)布置及傳動(dòng)型式的確定，主要構(gòu)件結(jié)構(gòu)型式及構(gòu)型尺寸的確定等，在很大程度上是依靠設(shè)計(jì)人員的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理判斷才能決定的。如果某一部件不符合設(shè)計(jì)要求，則要進(jìn)行局部或全部修改，有時(shí)還要進(jìn)行多個(gè)方案的比較，通過(guò)不斷試探和反復(fù)修改，最后得到令設(shè)計(jì)者滿意的方案。

門(mén)機(jī)方案設(shè)計(jì)雖然是一個(gè)不斷試探和反復(fù)修改的過(guò)程，但基本上屬于變異性設(shè)計(jì)類(lèi)型，即設(shè)計(jì)者通常根據(jù)用戶提出的性能參數(shù)和要求，選擇一個(gè)或多個(gè)相近的產(chǎn)品實(shí)例資料，把設(shè)計(jì)對(duì)象與實(shí)例進(jìn)行類(lèi)比分析，對(duì)于實(shí)例中可以滿足設(shè)計(jì)對(duì)象某些要求的部分則直接引入，不滿足的部分予以修改后采用。有時(shí)需要調(diào)用兩到三個(gè)實(shí)例，逐步類(lèi)比匹配，通過(guò)適當(dāng)?shù)男薷暮途C合，形成一個(gè)新的方案.因此在門(mén)機(jī)產(chǎn)品實(shí)例的基礎(chǔ)上建成實(shí)例庫(kù)，并對(duì)經(jīng)過(guò)必要的修改匹配后綜合成新的設(shè)計(jì)方案，其求解過(guò)程的模型可用圖1表示。從求解過(guò)程中可以看出，解決問(wèn)題的關(guān)鍵是實(shí)例庫(kù)的建立，實(shí)例的提取和利用。已有的CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形庫(kù)、設(shè)計(jì)方法庫(kù)進(jìn)行必要的擴(kuò)充和完善，集成為基于實(shí)例推理的智能化門(mén)機(jī)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是開(kāi)發(fā)門(mén)機(jī)方案設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)的有效途徑。

目前機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)型的專家系統(tǒng)難以在實(shí)際中推廣應(yīng)用的關(guān)鍵是知識(shí)獲取和表達(dá)尚未得到很好的解決。而設(shè)計(jì)中專家評(píng)價(jià)和決策的知識(shí)又難以用推理手段獲取，這樣由于系統(tǒng)中專家知識(shí)的不足從而不能滿足設(shè)計(jì)的需要?；趯?shí)例推理的設(shè)計(jì)方法把過(guò)去已有的大量設(shè)計(jì)實(shí)例作為知識(shí)的來(lái)源，用技術(shù)人員熟悉的直接表示方法來(lái)表示設(shè)計(jì)實(shí)例中的知識(shí)，通過(guò)調(diào)用這些知識(shí)來(lái)指導(dǎo)當(dāng)前的設(shè)計(jì)工作，符合工程技術(shù)人員的習(xí)慣，因而易于接受。由于這些原因，基于實(shí)例推理來(lái)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法近年來(lái)已成為智能化CAD特別是設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。

2、基于實(shí)例推理的過(guò)程模型

基于實(shí)例推理進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的過(guò)程是利用實(shí)例庫(kù)中的專家經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)，并用類(lèi)比推理的方法選擇與設(shè)計(jì)問(wèn)題相接近的設(shè)計(jì)實(shí)例，經(jīng)過(guò)必要的修改匹配后綜合成新的設(shè)計(jì)方案，其求解過(guò)程的模型可用圖1表示。從求解過(guò)程中可以看出，解決問(wèn)題的關(guān)鍵是實(shí)例庫(kù)的建立，實(shí)例的提取和利用。

圖1基于實(shí)例推理的求輝過(guò)程

3、實(shí)例庫(kù)的建立及實(shí)例的提取

實(shí)例庫(kù)中實(shí)例的數(shù)量影響到方案設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，因此應(yīng)具備一定數(shù)量的產(chǎn)品實(shí)例知識(shí)，包括設(shè)計(jì)的結(jié)果。設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝及調(diào)試過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)和使用中存在的問(wèn)題，即產(chǎn)品生命周期內(nèi)所用到的專家知識(shí)。實(shí)例庫(kù)的結(jié)構(gòu)又影響實(shí)例探索的成敗和速度，因此實(shí)例知識(shí)的表示應(yīng)使實(shí)例知識(shí)易于探索，又易于與設(shè)計(jì)問(wèn)題之間的信息傳輸。目前，使用面向?qū)ο蟮姆椒?，如用?guī)則和框架來(lái)表示復(fù)雜問(wèn)題的求解知識(shí)已被證明是行之有效的方法。對(duì)于門(mén)座起重機(jī)這樣復(fù)雜的設(shè)計(jì)對(duì)象，整個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題應(yīng)分解成不同層次的多個(gè)子對(duì)象問(wèn)題，并用框架表示出它們之間的聯(lián)系和制約關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，實(shí)例知識(shí)的表達(dá)可由三部分構(gòu)成。

(1)設(shè)計(jì)問(wèn)題的描述。即具體的設(shè)計(jì)要求，約束條件等。例如對(duì)整機(jī)而言，有各機(jī)構(gòu)的性能參數(shù)要求，整機(jī)的約束條件如最大尾部半徑、基礎(chǔ)許用最大壓力、軌距等。

(2)問(wèn)題的求解知識(shí)。方案的確定需要有一定的分析計(jì)算和評(píng)價(jià)手段。例如采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法或常規(guī)的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行部件設(shè)計(jì)，以及部件拼裝后的干涉檢查等。即使是用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行設(shè)計(jì)，式中系數(shù)的選取也需要用到專家的知識(shí)。因此在知識(shí)表示的框架中，實(shí)例中也應(yīng)根據(jù)需要列出評(píng)價(jià)方法。把設(shè)計(jì)對(duì)象與實(shí)例進(jìn)行類(lèi)比分析，并檢索出相關(guān)的實(shí)例后，需要修改協(xié)調(diào)時(shí)，可以從知識(shí)庫(kù)中得到相應(yīng)的求解知識(shí)，也可通過(guò)接口與集成系統(tǒng)中其它子系統(tǒng)如常規(guī)方法庫(kù)連接并求解。

(3)設(shè)計(jì)結(jié)果。對(duì)于門(mén)機(jī)方案設(shè)計(jì)問(wèn)題，設(shè)計(jì)結(jié)果就是新方案的具體信息，如技術(shù)性文檔，總圖及各機(jī)構(gòu)裝配的圖樣等。經(jīng)歸納、分類(lèi)并加以索引后編入知識(shí)庫(kù)中。

3.1實(shí)例層次的劃分

面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法需要把復(fù)雜的對(duì)象逐步分解為簡(jiǎn)單的相互制約較少的子對(duì)象，逐步分解為簡(jiǎn)單的相互制約較少的子對(duì)象，為保證系統(tǒng)的實(shí)用性，采用港口機(jī)械設(shè)計(jì)人員習(xí)慣的分析思路，即基于結(jié)構(gòu)功能及常規(guī)設(shè)計(jì)的步駿來(lái)決定分層的原則，同時(shí)也要考慮到設(shè)計(jì)對(duì)象與實(shí)例的分層原則是一致的，以便于對(duì)實(shí)例的檢索。圖2是起重機(jī)方案設(shè)計(jì)實(shí)例的總層次。該層次還需要進(jìn)一步細(xì)劃至部件為止。通過(guò)層次劃分，一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)問(wèn)題便可分解成不同層次上的子問(wèn)題，如回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的下一個(gè)層次是回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置和回轉(zhuǎn)支承裝置·回轉(zhuǎn)支承裝置又分為轉(zhuǎn)盤(pán)式和轉(zhuǎn)柱式支承。圖3是M1633門(mén)機(jī)起升機(jī)構(gòu)下的性能參數(shù)層次。

圖2起重機(jī)方案設(shè)計(jì)實(shí)例的總層次

3.2實(shí)例的提取

由于門(mén)機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難找到一個(gè)滿足設(shè)計(jì)對(duì)象所有要求的實(shí)例，事實(shí)上也只有在實(shí)例的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，才能有所創(chuàng)新。為了能提取到類(lèi)似的實(shí)例，首先要把設(shè)計(jì)問(wèn)題的層次劃分與實(shí)例庫(kù)中的層次結(jié)構(gòu)相一致，并將該相關(guān)層次利用其實(shí)例的特征屬性作為查找的索引，特征屬性是指在某一層次上影響產(chǎn)品(設(shè)計(jì)對(duì)象)性能(功能或特征)的主要因素。它可以是一個(gè)實(shí)例的設(shè)計(jì)要求·也可以是其機(jī)構(gòu)或部件的特征參數(shù)。由于影響某機(jī)構(gòu)的性能的因素是多種多樣的，因此特征屬性的確定應(yīng)考慮專家的意見(jiàn)，抓住反映問(wèn)題本質(zhì)的特征。

為了選取類(lèi)似的實(shí)例，需要把設(shè)計(jì)問(wèn)題所指定的特征屬性與實(shí)例的特征屬性進(jìn)行比較，由于特征屬性不只一個(gè)，而且實(shí)例的特征屬性與設(shè)計(jì)對(duì)象的特征屬性不可能完全相同，要調(diào)用相近的實(shí)例，還需要有匹配的方法。由于門(mén)機(jī)實(shí)例層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有時(shí)也不能只以某一種屬性便可選擇到類(lèi)似的實(shí)例，我們結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，按一定的規(guī)則把實(shí)例分成幾類(lèi)，如按起重量或臂架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式等，通過(guò)人機(jī)交互的方式，使用戶從屬性列表中比較并選擇出某些特征屬性以檢索出最接近的實(shí)例。另外也采用屬性值的匹配方法，如所選的某一特性屬性，在實(shí)例與設(shè)計(jì)對(duì)象在屬性值之間的絕對(duì)誤差之和或誤差平方和小于給定的誤差范圍，則認(rèn)為匹配成功。

門(mén)機(jī)實(shí)例中包括了圖形表示的知識(shí)，并按圖2所示的結(jié)構(gòu)分類(lèi)存放?？紤]到圖形占存儲(chǔ)量大，可存放于磁盤(pán)中，調(diào)用到實(shí)例時(shí)會(huì)顯示圖樣名稱，并提示用戶圖樣的查詢地址，用戶通過(guò)接口可調(diào)出圖樣選擇并修改。

4、實(shí)例庫(kù)的管理

為使基于實(shí)例推理的方法能有效地用于門(mén)機(jī)方案設(shè)計(jì)，實(shí)例庫(kù)中應(yīng)有豐富的實(shí)例，同時(shí)要不斷地對(duì)實(shí)例庫(kù)進(jìn)行維護(hù)和擴(kuò)充。實(shí)例采用框架表示，并按上述分層原則進(jìn)行分解，形成具有一定層次的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，實(shí)例管理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 M1633門(mén)機(jī)起重機(jī)構(gòu)性能叁數(shù)層次結(jié)構(gòu)

圖4實(shí)例管衛(wèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5、門(mén)機(jī)方案設(shè)計(jì)智能化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

基于實(shí)例推理的門(mén)機(jī)方案設(shè)計(jì)智能化系統(tǒng)基本框架如圖5所示。

用戶界面提供方案議計(jì)過(guò)程的交互環(huán)境，以菜單方式提示用戶選擇實(shí)例、對(duì)調(diào)出的實(shí)例與設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行類(lèi)比，作出修改，并為用戶提供與數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)例庫(kù)及設(shè)計(jì)方法庫(kù)的交互環(huán)境。

設(shè)計(jì)過(guò)程控制子系統(tǒng)對(duì)整個(gè)方案生成過(guò)程進(jìn)行控制。包括各機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)、總圖拼裝等模塊。在每個(gè)模塊運(yùn)行過(guò)程都可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)例庫(kù)的訪問(wèn)，包括進(jìn)行實(shí)例檢索、實(shí)例列表及選取、實(shí)例修改等。各個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以并行而不一定要串行工作，通過(guò)人機(jī)交互協(xié)調(diào)不同層次之間以及不同子系統(tǒng)之間的信息交流。

圖5系統(tǒng)基本框架

運(yùn)用面向?qū)ο蟮姆椒ń⑾到y(tǒng)的實(shí)例庫(kù)·庫(kù)中包含實(shí)例的專家知識(shí)和相關(guān)的決策方法知識(shí)。如起升機(jī)構(gòu)實(shí)例中除了結(jié)構(gòu)紅成列表外，還有相關(guān)的選型及驗(yàn)算方法的索引，用戶可在實(shí)例知識(shí)的提示下調(diào)用方汰座的有關(guān)算法程序模訣進(jìn)行必要的分析計(jì)算。

數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)了設(shè)計(jì)過(guò)配所需的吵計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、常用的標(biāo)準(zhǔn)盡部件的扎六出港、幾何尺寸參數(shù)、設(shè)計(jì)結(jié)果等，圖形庫(kù)存儲(chǔ)了標(biāo)準(zhǔn)零部件的圖形模塊，通過(guò)C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的接口函數(shù)岸實(shí)現(xiàn)程序與數(shù)鈣庫(kù)、實(shí)例庫(kù)之間的連接。

設(shè)計(jì)方法庫(kù)存儲(chǔ)了門(mén)機(jī)方案設(shè)計(jì)所高要的優(yōu)化設(shè)計(jì)子系統(tǒng)，常規(guī)設(shè)計(jì)子程序等，由過(guò)程控制子系統(tǒng)調(diào)用。

6、結(jié)論

本文訶論了基廣實(shí)例推理進(jìn)行門(mén)座起重機(jī)方案設(shè)計(jì)的思路和實(shí)現(xiàn)方法，提出了實(shí)現(xiàn)智能設(shè)計(jì)的系統(tǒng)據(jù)架。目前系統(tǒng)時(shí)柒成，實(shí)例能Hub”,更有稱為超級(jí)集線器的產(chǎn)品出現(xiàn)、給網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)集成各項(xiàng)技術(shù)—從1 0Base-T到令牌環(huán)，到FDDI、ATM、100Mbps?LAN,以至交換，路由技術(shù)的平臺(tái)。這些高檔集線器幾乎都具備的端口交換能力與其大量端口(有時(shí)多于500個(gè))的結(jié)合·使其可獨(dú)立管理遍布園區(qū)內(nèi)虛擬局域網(wǎng)；它采用的高速背板(通常超過(guò)1Gbps)互連各種接口和功能模塊，既提供到用戶的LAN連接，還提供橋接、交換、路由和網(wǎng)關(guān)等高級(jí)服務(wù)。從共享式向交換式園區(qū)網(wǎng)解決方案的過(guò)渡中，超級(jí)集線器和廣泛技術(shù)支持和容錯(cuò)特性，提供了一個(gè)強(qiáng)有力的集成和遷移的平臺(tái)。

當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正處于一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)期，今天認(rèn)為是戰(zhàn)略性措施，明天看來(lái)也許只是一種戰(zhàn)術(shù)手段，因此應(yīng)當(dāng)密切注視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的動(dòng)向。當(dāng)然更重要的是注重網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，技術(shù)是為應(yīng)用服務(wù)的，不能離開(kāi)應(yīng)用的目標(biāo)而一味地迫求技術(shù)的先進(jìn)，在這一點(diǎn)上切不可本末倒置。