基于UG/KF技术的减速器设计知识重用系统.pdf
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1、基于U G K F技术的减速器设计知识重用系统 口江征风 口刘丽华 口丁毓峰 武汉理工大学 机电工程学 院武汉4 3 0 0 7 0 摘要 :针对传统减 速器设计 工作 的重复性和 资料 查阅的烦琐性 , 结合 V C和 U G K F技 术开发 一种减速 器设 计知 识重用 系统 。 采用基 于实例推 理的方 式进行 实例 检 索, 目的是缩短减速 器设 计周期 。 通过知识熔接技 术 , 将产品知识 直接 构建在 产品模 型 中, 构造完全可重复使 用的知识库 。 还介绍 了 U G K F技术 , 利用 U G O p e n A P I 进 行二次 开发 以及设 计知 识库和 实例库
2、的建 立, 包括设计知识的表 示、 获取和设计方案的综合评 价。 关键词 : U G K F技术知 识重 用系统 实例推理 知识熔接 中图分类号 : T P 3 9 1 7 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 9 9 8 ( 2 0 0 8 ) 1 0 0 0 1 9 0 4 减 速 器 是 一 种 应 用 极 为 广 泛 的 重 要 机 械 部 件 , 长 期 以 来 , 减 速 器 的 设 计 是 按 照 传 统 设 计 方 法 进 行 的 。 设 计 者 需 要 通 过 查 阅 大 量 资 料 文 献 , 参 照 同 类 产 品 , 结 合 自 己 的 经 验 ,
3、通 过 估 算 、 模 拟 或 试 验 完 成 产 品 的 设 计 。 整 个 设 计 过 程 是 人 工 试 凑 和 定 性 分 析 比较 的 过 程 , 并 且 在 一 系 列 的 设 计 过 程 中 有 许 多 工 作 都 是 重 复 的 。 减 速 器 零 部 件 中 有 许 多 系 列 零 件 , 其 结 构 不 变 , 只 是 尺 寸 呈 一 定 规 律 变 化 , 适 合 采 用 参 数 化 设 计 。 目前 C AD技 术 发 展 迅 猛 , 但 是 以几 何 模 型 为 主 的 C AD 系 统 无 法 将 领 域 设 计 原 理 和 知 识 、 同 类 设 计 以 及 专
4、家 经 验 等 融 人 到 几 何 模 型 中去 , 因 此 无 法 实 现 知 识 型 资 源 的重 用 。 目前 , 基 于 知 识 工 程 ( Kn o wl e d g e Ba s e d E n g i n e e r i n g , KB E) 技 术 是 解 决 这 一 问题 最 有 效 的方 案 “ 1 。 利用关 系数据 库建 立 丰 富的设 计知 识 库 和产 品实 例 库 , 结合 VC和 UGKF技术 , 开 发 出减 速 器 快 速设 计 系 统 , 可 将 设 计 人 员 从 费 时 、 重 复 、 烦 琐 的 设 计 计 算 和 绘 图 方 式 中 解 放 出
5、来 , 同 时 缩 短 了 减 速 器 的 设 计 周 期 , 提 高企 业 效率 , 能对 市 场 需 求 做 出快 速 响应 , 也 能 达 到 知 识 重 用 的 目的 。 1 UG K F技术 介绍 1 1 知 识 熔 接 ( KF ) 的 基 本 概 念 UGN X4 0 中 的知 识 熔 接 模 块 是 将 知 识 工 程 ( KB E) 技 术 集 成 到 UG系统 , 让 UG可 以利 用 工 程 知 识 库 和 工 程 演算 规 则 向用 户 提 供 强 大 的产 品 设计 应 用 系统 。 通 过 知识 熔 接技 术 , 一个 单 一 的产 品数 据 模 型就 能够 用 来
6、 管理 设 计参 数 和 知 识 信 息 。 知识 熔 接 技术 可 以从 2 1 2 程 师那 里 得 到 设 计 规则 和要 求 , 并 通 过 在 UG 内进 行 实例创 建 而将这 些设 计 规则 和要求 浑然 天成 地传 递 到 产 品设计 定 义 中。 KB E技术 把 参 数 化建 模 和 WAVE 收稿 日期 : 2 0 0 8 年4 月 机械制造4 6卷 第 S 3 0期 技 术 一 并 提 升 到 另 一 个 新 的 阶 段 。 有 了 知 识 熔 接 , 就 可 以在 模 型 内 以 参 数 化 方 式 操 作 , 同 时 也 可 以对 模 型 之 外 的 数 据 库 和
7、 计 算 表 格 进 行 相 似 的 操 作 , 可 以用 知 识 熔 接 来 驱 动 WAVE 控 制 结 构 从 而 控 制 整 个 产 品 模 型 【 2 。 1 2 KF语 言 的 特 点 UG知 识熔 接模 块 提供 了一 种 结构 简单 、 易学 易用 的解 释 性 的 面 向对 象 的语 言 , 称 为 KF语 言 , 通 过 KF 语 言 建 立 的对 象 模 型 与 通 过 UG系 统 建 立 的完 全 相 同 , 从 而 以 一 种 简 单 的 方 法 描 述 了熔 接 _3 2 程 规 则 的 三 维 设 计 构 思 , 增 强 了 UG 系 统 通 过 工 程 规 则
8、驱 动 产 品 设 计 的 能 力 。 KF模 块 中 知 识 主 要 体 现 为 DF A 文 件 的 形 式 , 整 个 设 计 过 程 中 的 几 何 和 非 几 何 信 息 都 被 转 化 成 规 则 的形 式 存 于 DF A文 件 中并 封 装 于 最 终 的产 品 模 型 。 K F语 言 的 特 点 如 下 : 知 识 熔 接 语 言 是 声 明 性 的 , 解 释 性 的 , 不 是 过 程 性 的 , 你 可 以 在 规 则 编 写 时 不 考 虑 顺 序 ; 它 是 面 向 对 象 的语 言 , 有 类 和 对 象 , 能 多 重 继 承 , 类 是对 象 的共 同特 征
9、 的抽 象 ; UG KF是 需 求驱 动 的执 行 机 制 , 比如 说 其公 式 在 不 用 时 是不 会 求 值 的 ; KF编 出 的程 序 作 为 P a r t 文 件 深 层 集 成 的 一 部 分 , 也 可 以 以 d f a格 式 单 独 存 储 。 2 在 V C环境 下开发 UG应用程序 VC+是 开 发 Wi n d o ws应 用 程 序 的主 流开 发 工 具 , 可 以 利 用 的 资 源 多 。 它 采 用 的 框 架 是 MF C, 而 MF C 提供 了丰 富 的类 库 , 这 使 得 应 用 程 序 中程 序 员 所 需要 编 写 的代 码 大 为减 少
10、 , 有 力 地 保 证 了 程序 良好 的可调 试性 。 基 于 利 用 VC进 行 开 发 的应 用 程 序 具 有 高 度灵 活 性 , 极 好 兼 容 性 和 稳 定 性 的 特 点 , 本 文 采 用 VC+ + 6 0 集 成 开 发 环 境来 创 建 UG Op e n AP I应 用 程 序 , 实 现 减 速 器 快 速 设 计 系 统 的 开 发 。 2 0 0 8 1 0回 UG提 供 了 强 大 的 二 次 开 发 工 具 U G Op e n, 主 要 包 括UG Op e n A P I 、 UG Op e n Me n u S c r i p t 、 UG Op
11、e n UI S t y l e r 、UGOp e n GRI P、UGOp e n GRI P NC 和UG Ope n C + + 。 UG Op e n Me n u S c r i p t 是 用 来 定 制 菜 单 的 专 用 模 块 , 本 文 将 采 用 该 模 块 完 成 菜 单 和 工 具 条 的定 制 , 将 开 发 的 应 用 程 序 嵌 入 到 UG系 统 中 】 。 UG Op e n AP I是 UG 与 外 部 应 用 程 序 之 间 的 接 口 , 是 UG O p e n最 常 用 的 开 发 工 具 。 使 用U G Op e n AP I开 发 的应 用
12、 程 序 分 为 内部 模 式 和 外部 模 式 两 种 。 内部 模 式 的 应 用 程 序 是 一 个 DL L文 件 , 只 能 被 加 载 到 UG 的 环 境 下 运 行 ; 外 部 模 式 的 应 用 程 序 是 一 个 E XE 文 件 。 外 部 模 式 更 多 地 用 于 数 据 的 管 理 而 不 是 几 何 的 操 控 , 为 此 , 本 文 采 用 内 部 模 式 。 u f u s r ( ) 和 u f s t a ( ) 是 内 部 模 式 应 用 程 序 标 准 的 入 口 函数 。 使 用 u f u s r作 为 入 口函 数 , 需 要 在 UG环境 下选
13、 择菜 单 “ 文 件 执 行 N X 打开 ”, 打 开 “ 执行 用 户 函数 ” 对话 框 , 选择 应 用 程 序 手 动加 载 ; 使用 u f s t a作 为 入 口 函数 , 可 以在 UG启 动后 自动加 载应 用程 序 。 本文 选择 u f s t a作 为入 口函数 。 内部 模 式 应 用 程 序 的一 般 格 式 为 : e x t e m D l l E x p o r t v o i d u f s t a ( c h a r p a r a m, i n tr e t u mC o d e , i n t r l e n ) I-k初始化 A P I 环境 i
14、 n t e r r o r C o d e=UF i n i t i a l i z e ( ) ; i f ( 0=e r r o r C o d e ) 在此处添加代码 终止 A P I 环境 -k e r r o r Co d e=UF t e r mi n a t e ( ) ; -k显示输 出函数 的错误信息 P r i n t E r r o r Me s s a g e ( e r r o r C o d e ) ; l 3 减速器设计知识重 用系统的设计 3 1 减 速 器 设 计 知 识 重 用 系统 的 总 体 结 构 减速器设 计 知识重 用 系统 的 总体 结构 如
15、图1 所示 。 减 速 器 设 计 知 识 重 用 系 统 的 知 识 框 架 如 图2 所 示 。 数据 库 是用 于存 放 用户 提 供 的初 始 事 实 、 问题 描 述 以及 系统 运 行 过程 中得 到 的 中 间结果 、 最 终 结果 和 运行 信 息 的工 作 存储 器 。 可 以根 据 系统 的不 同要求 采 用不 同 的数据 库结构 。 设 计 知 识 库 是 知 识 的存 储 机 构 , 用 于 存 储 领 域 内 的原 理 性 知 识 、 专 家 经 验 知 识 以及 有 关 的事 实 , 同 时 为 推理 机 提 供求 解 问题 的知 识 。 知识 库 管理 系统 负
16、责对 知识 库 中的知识 进行 组 织 、 检 索 、 维护 。 3 2设 计 知 识 的表 示 和 获 取 2 0 0 8 1 0 知识库 I Jr_一 推理机 实例库 上 下 文 数 据 库 输入基本设计参数 ( 需求) ; 择已有减速器 土 总体方案选用 Y 爿 Y 1 五 荟 卜 零部件选用 N r 一 4 新结构设计 生成模型 满足要求 二 = = 装配 干涉检查 保存 N 图1 减速器设计知识重用 系统 总体结构 图 数据库 产 品实例库 设计知识库 轴承设 计知识 库 减速器设 计系统 减速器 附件 知识库 传动方案知识库 带轮设计知识库 箱体设计知识库 传动方案设计 传 动比的
17、分 配 传动零件的 设计计算 传动零件 的 参数化建模 装 配干涉检查 图2 减速器设计知识重用系统的知识框架 知 识 表 示 就 是 把 所 采 集 的 专 家 知 识 和 经 验 用 计 算 机 可 识 别 的 适 当 形 式 表 示 出来 。 在 本 系 统 中 采 取 了 “ 产 生式 规则 +框 架结 构 +过程 式 ” 的混 合 知识 表示 技 术 。 利用 基于 面 向对象 的综 合表 示 方法 , 将 产 生式 规则 、 过 程 、 框 架 等表 示 方法 封 装 在 对象 中 , 即 以对 象 为 中心 , 将对 象 的属 性 、 动 态行 为 和特征 、 数 据处 理 方
18、法等有 关 知 识 “ 封 装 ” 在 对 象 的 结 构 中 , 并 通 过 对 象 的 消 息 传 递 机 制 实 现 x ,-j - 象 间 的 通 讯 。 下 面 以传动 轴 的设 计说 明具体 的实 现 方法 。 首 先 , 提 取 对 于 所 有 轴 共 同 具 有 的一 些 属 性 ( 例 如 机械制造4 6 卷 第5 3 0 期 一一一一一一一 轴 段 数 , 各 段 长 度 和 直 径 以 及 轴 径 的 估 算 公 式 : d A , ) , 建 立 轴 基 类 mya x l e ; 然 后 新 建 一 个 零 件 , 在 KF导航器 中添加一 个 基 于 my_a x
19、l e类 的规则 , 即该类 的 具 体 实 例 , 实 例 名 为 零 件 名 , 提 取 该 轴 特 有 的结 构 参 数 和 装 配 关 系 , 根 据 具 体 零 件 结 构 添 加 属 性 和 规 则 ; 最 后 我 们 可 以通 过 修 改属 性 值 实 现模 型 结 构 的驱 动 , 也 可 以利 用 表 格 和 数 据 I I -I 动 几 何 模 型 , UG KF语 言 提 供 了访 问 电子 表 格 的类 u g_s p r e a d s h e e t 和访 问 ODBC 数 据 库 的类 u g_ o d b c d a t a b a s e和 u g o d b
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