基于案例学习的夹具设计石奇，杨海成，李元，国家重点实验室计算机辅助设计/计算机辅助制造，西北工业大学西安710072，中国【摘要】：夹具是生产活动中不可或缺的一部分。

本文提出了一个基于案例推理的夹具设计系统。

提出的一种新方法的基础上，案例的情况表示是由工件加工特征的知识，处理功能知识和夹具特征知识构成。

运行原型系统的知识表示方法，使用的情况下，是一个更好的方式来改造和解释的设计知识。

【关键词】：基于案例的推理，夹具设计，知识表示，案例检索1.引言工件夹持装置用于在大部分的制造操作，如机加工，装配，检查等。

作为制造规划的一部分，夹具设计的制造可以是一个主要因素。

夹具设计是一个可以在制造，交货时间和产品的成本上的主要贡献者。

由于种类繁多的零部件和制造业务，夹具设计的过程变得更加复杂和不加控制。

此外，设计一个夹具在很大程度上依赖于专业设计师和经验，以及生产，加工，技术，和零件的数据。

计算机辅助夹具设计（CAFD）技术的CAD/ CAM集成的一部分已经得到开发。

如今，CAFD柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）在其中起着重要的作用。

在夹具设计中采用计算机必须考虑的第一件事情是建立一个合适的设计规划模型。

同时也必须建立一个成功的夹具设计系统的知识表示方法，来用于设计和设计师的经验。

相对于经典的以规则为基础的推理和基于模型的推理，基于案例的推理（CBR）尝试使用以前的情况下，从案例库和适应的解决方案中类似的问题，根据新形势下的参数，解决新问题。

多以规则为基础的推理或基于模型的推理这种方法的主要优点是将减少规则或模型，设计中采用的多是比较复杂的知识。

解决机械设计问题的方法占有重要的好处。

有系统已设计系统CBR文献记载。

一个系统，称为DEJA VU使用基于案例的推理，以协助机械设计。

另一种的系统称为CADSYM是一个混合的情况为基础的设计模型，它建议将特定领域知识。

在本文中，案例主要来阐述专业知识和设计经验。

夹具设计的基础上灯具功能的情况下表示的方法的建议。

第2节介绍了基于案例推理的概念。

第3节提供夹具的设计和结构的情况下基体的情况下表示。

第4节提出的基于案例的夹具设计系统的体系结构的详细信息。

后面是结论。

2.基于案例推理基于案例的推理依赖于存储解决方案以及问题和适应这些新的类似问题的解决方案。

设计是一个结构不良的问题。

设计经验和启发式在设计过程中扮演着重要的角色。

然而，大多数的经验是难以阐明作为编制和制定的，所以在一个以规则为基础的系统，知识的获取将是一个障碍。

一个系统，与此相反，解决问题，直接利用获得的经验，解决类似的问题在过去而不是通过编写和推广。

一个案例不仅记录结果，还会记录下这个结果是如何获得的，如在什么情况下，根据什么样的条件等一些的工程师率先推出基于案例的推理作为一种替代传统的基于规则和基于模型的推理技术。

一个典型的推理过程包括步骤如图1所示。

首先，这个问题应要被确定和给出描述，然后这个描述信息用于从一个案例库中检索一个或多个类似的案件。

案例检索可以基于某些算法来提高精度。

检索的结果会显示给设计师。

所选择的案例调整时，需要满足新的问题的要求。

最后的解决方案，以及新的问题是作为一种新的情况存储在个案基础里。

图1 基于案例的设计系统3.代表性的设计实例和案例库的组织3.1夹具设计的特点在制造系统中，夹具设计包含三个方面：设置规划，夹具规划，和夹具配置的设计，如图2所示。

设置规划的目的是建立确定的操作序列，对其工件的位置和方向在每个位置和数量的调校。

夹具规划确定的定位和夹紧点在工件表面。

夹具配置设计的任务是决定如何定位，如何钳制。

夹具元件也被选来放入适当位置，以定位和夹持工件。

夹具设计图2 夹具设计过程设置规划和夹具规划的主要目的，是完成夹具配置。

设置和夹具的规划工作过程中需要两种信息。

一个是工件信息，另一个是其他的处理信息。

这两种信息都来自原始的CAD模型和产品的工艺规划模型。

一个CBR夹具设计系统的案例结合了工件的结构信息，处理信息，和夹具配置信息。

3.2摘要功能特点基于案例推理的最重要的问题是信息描述的设计案例。

基于特征的技术被用于描绘零件的形状，功能和结构。

传统上，由于CAD系统的几何模型的局限性，它只能描述零件的几何信息，而不是设计经验。

而基于特征的技术，可以描述两种知识；数据关系的知识形态，如形状，功能，精度，材料，等等和数据之间的关系，如设计领域的知识，设计者的经验和公式的知识。

此类案例具有这一组功能。

对于案例库的设计问题和设计规划的说明，必须保持两部分的知识。

设计问题的描述包括一系列案件在设计问题中的特点。

设计规划是从方案中提取特征。

在夹具设计中，夹具模型集成了三种类型的知识：夹具的解决方案，工件信息和处理信息。

根据减少人工智能问题的方法，复杂的设计问题可以分成几个不太复杂的问题，可以分为更简单的子子问题等。

在这个系统中，一个设计案例的组织有三种不同的特征信息：夹具的特征，工件的特征，和处理特征，夹具的特征在系统中可以分为功能特征，行为特征，和结构特征。

夹具的行为特征体现了夹具的功能和结构之间的关系。

夹具功能特征可以进一步分为定位特征，夹紧特征，辅助特征和导向特征。

夹具实例模型的信息显示在表1。

案件特点的重要性是指控制系统知识库。

案例表示只总结设计特点，其中的重要性和相互关系不需要考虑。

有两个优点：（1）它简化了存储在数据库中的案例结构与案例，（2）可以建立一个基于组织的新的独立的推理策略案例。

3.3案例表示基于案例的知识表示的方法，通常不是一个新方法，而是更高级的抽象的知识表示，如一阶逻辑，规则，框架和语义网络。

执行案件的代表是基于这些共同的知识表示方法。

本文提出了一种面向对象的知识表示法是用来描述夹具设计案例。

本质上，就面向对象的技术方面而言，面向对象的知识表达结合了一套共同的知识表示方法。

案例知识可以分为两个部分：一个是特征值对特定的元组，另一个是其他的设计经验和规则。

类的概念，在面向对象技术的情况是类似的表示。

特征值对中的属性类，它包含前提和解决方案的信息。

设计经验和极大似然估计是类的方法。

面向对象技术的说明内容如下。

Class <CASE_NAME){ [ (FEATURE_VALUE_PAIR_LIST> ]/ *名单案例特征值对* /结构[ (STATIC_STRUCTURESJMPL) ] / *静态结构用来描述特定的设计功能*/方法[ (CASE_FUNCT101VS_LIST) ] / *名单的情况*/}；地方(CASE_NAME):: =(CASE_NAME BY DEFAULT) |(CASE_NAME BY USER) (FEATURE_VALUE_PAIR_LIST ):: ={( FEATURE _TYPE) (FEATURE_NAME)(FEATURE_VALUE)}(STATIC_STRUCTURESJMPL> :: = {STRUCTURE( STRUCTURE_NAME)( STRUCTURE_VARIABLES_LIST)} *( CASE_FUNCTIONS_LIST) :: = {(FUNCTION_NAME)(FUNCT10N_C0NDITI0N)(FUNCTION_CONCLUSION) }功能列表中包含设计经验和设计规则的方法。

应考虑的另一个问题是基体的结构。

案例库可以作为内衬结构具有层次结构的列表或一个框架。

我们选择了后者，它使用关系数据库来存储。

关系型数据库管理的优势有三点：（1）先进的数据管理能力;（2）高性能的数据检索和数据维护;（3）直接关系演算和逻辑演算之间的关系。

4.夹具设计系统在上述实例的表示模型的基础上，基于案例的夹具设计系统建立了，其结构如图3所示。

该系统主要由四部分组成，系统控制模块，基于案例的推理，夹具设计的记忆和设计评价模块。

基于案例的推理是系统的核心，它执行案例检索，案例的选择和改造。

图4是一个屏幕的工作过程。

这个系统的输入有三种信息：工件的一般信息，如名称，类型，材料等工件的加工信息，如加工信息，精度和机器类型；夹具特征信息，如钳制条件下，接触类型，电源类型等。

系统模块包含以下内容：控制模块：用于监控和管理其他模块之间的数据流和信息流;案例推理模块：可以分为六个子模块：重生产，功能相似的判断，判断结构相似性，检索模块，适应夹具的情况下，和该情况下的储存;案例库：用于夹具实例存储，建立索引，并进行实例维护；设计评价：评价推理结果并提交解决方案。

5.结论CBR技术是更接近人类思维的。

本文描述了夹具设计系统使用的技术。

新方法的情况下表示的固定功能的基础由表示构成的工件知识，处理功能的知识和夹具特征知识构成。

原型系统运行表明，知识表示方法使用的情况下是一个更好的方式来改造和解释的设计知识。

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计算机与工程，13卷，153页~ 164，1997英文原文：《Study on Case-Based Fixture Design》需要此英文原文的朋友可以通过百度文库，或者万方数据库以及cnki 数据库（中国知网）下载。

将英文名字复制搜索即可～～。