案例的打开方向（Ｏ一无打开，１一单方向打开，２一两方向打开）；ｂ３ 代表加紧面个数（０一无加紧面，１一一个加紧面，２一两个加紧面）；ｂ４ 代表定位面个数；６，代表定位块和压块的定位方式（１一两销一钉， ２一两销两钉）；６。代表销类型（ｏ－无，ｌ一移动销，２一旋转销）；６，代表 销数量；６。代表旋转节次（ｏ＿无，ｌ一一节ｌｉｎｋ，２－二节ｌｉｎｋ）；６。代 表旋转次数（ｏ－无旋转，ｌ一一次旋转，２一二次旋转）；６，。代表支架 高度（１－１５０ｍｍ，２－２００ｍｍ，３－２５０ｍｍ…），ｂ。代表夹具厚度（１—
展。
智能化汽车焊接夹具设计－１等５个阶段。
从２０世纪７０年代开始，一些工业大国先后对夹具设计进 行了大量研究。德国的夹具ＣＡＤ系统、法国的面向夹具功能的 ＳＥＲＦ专家系统、美国的ＡＩＦＩＸ系统等对夹具智能化设计的开发 做出了贡献，他们结合Ｐｒｏｌｏｇ语言、Ｌｉｓｐ语言阐述了焊装夹具的 参数化设计方法及创成式设计方法旧。国内在２０世纪８０年代也 开始了这方面的研究，科研人员组合夹具设计系统ＭＦＤＳ— ＨＴＩ＇０１，科研人员开发的ＢＭＦＣＡＤ２．０系统，科研人员夹具敏捷设 计系统等在ＶＢ、ｖｃ＋＋等软件工具的辅助下进行了流程分析、结
作者简介：禹化宝，（１９８８一），男，山东泰安人，硕士研究生，主要研究方向：ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ；
万方数据
张俊华，（１９７１一），男，山东腾州人，博士，副教授，主要研究方向：ＣＡＤ／ＣＡＥ、车身工程
第２期
禹化宝等：汽车焊装夹具智能设计系统的研发
表１定位块元件编码表
Ｔａｂ．１ Ｅｎｃｏｄｉｎｇ Ｔａｂｌｅ ｏｆ Ｌｏｃａｔｅｄ Ｂｌｏｃｋ
来稿日期：２０１３－０７—２８ 基金项目：山东省科技发展计划项目（２０１２ＹＤ０３１ １３）
（３）推理研究方面多种模式联合较少，很多研究只停留在理 论层次，实际应用较少，定位方面很难实现，自动化程度较低。 因此，对汽车焊装夹具智能设计系统的研究与开发显得尤 为重要，它不仅具有一定的经济意义，而且具有很大的社会价值。 随着汽车工业的高速发展，人们对汽车的需求量越来越大，汽车
１６ｍｍ，２—１９ｒａｍ
①设计规则库主要是指零件选用规则、零件位置规则、设计
顺序规则、旋转点的相对位置规则、压块打开状态要求、夹紧力要 求等，如图１所示，旋转点与车身零件相对位置要求高度方向变 动小于２５ｍｍ，与汽车冲压件基本平齐，保证加紧的稳定性；压块
ｏ其中图ｌ的夹具单元，如表２所示。 表２案例库
３推理模式的研究
３．１
ＣＢＲ和ＲＢＲ混合推理模式
系统推理机的构建是系统运行的保证。系统推理机以外部知
识为原始依据，按照混合并且有一定优先次序的推理方法，进行推
万方数据
ＮＯ．２ ２４８
机械设计与制造
Ｆｅｂ．２０１４
理，完成夹具智能化设计。到目前为止，汽车焊装夹具的研究主要 有ＣＢＲ（Ｃａｓｅ—Ｂａｓｅｄ Ｒｅａｓｏｎｉｎｇ）和ＲＢＲ（Ｒｕｌｅ—Ｂａｓｅｄ Ｒｅａｓｏｎｉｎｇ） 两种推理模式。基于案例推理（ＣＢＲ）是近年来人工智能领域中兴 起的一项重要的推理技术，与基于规则模式不同的是，它通过访 问案例库中的同类案例（源案例）的求解从而获得当前问题（目标 案例）的解决方法。一个典型的ＣＢＲ问题求解过程基本步骤可以 归纳为Ｒ４：案例检索（Ｒｅｔｒｉｅｖｅ）、案例重用（Ｒｅｕｓｅ）、案例修改 （Ｒｅｖｉｓｅ）和案例保留（Ｒｅｔａｉｎ）ｍ。 基于规则的推理（ＲＢＲ）是指把相关领域知识形式转化为由 规则来描述出来，将相关领域问题与解答联系起来，再通过规则 来模仿专家在求解过程中的关联推理过程。２０世纪７０年代， Ｎｅｗｅｌｌ和Ｓｉｍｏｎ等学者在对人类认知模型研究中，开发了基于规 则的产生式系统等１８１。从那时开始，产生式系统成为专家系统的最 基本的结构。从此，产生知识表示在人工智能中得到了广泛的应 用，按推理方向分为正向推理、逆向推理和双向推理。 两种推理模式各有优缺点，在汽车焊装夹具智能设计系统 中将ＣＢＲ与ＲＢＲ联合使用能够形成互补，较好的解决单一推 理方式存在的孤立工作、冗余诊断等问题。其中流程，如图３ 所示。
Ｔａｂ．２ Ｃａｓｅ Ｄａｔａｂａｓｅ
端夹紧力大于５００Ｎ；夹具设计顺序规则：断面信息一定位块、压
块一压臂、连接板—选取气缸、支架；压块打开状态与车身零件 最小边距大于２５ｍｍ。
裂骠嚣蛩繁嚣譬警赣髅麓器
Ｃ２Ｂｌｉｌｌｌｌ２１１１ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ ２ ｌ ｌ ｌ ２ ｌ
２．２构建汽车焊装夹具智能设计系统的数据库
２４７
车身是汽车的重要组成部分，是整个汽车零部件的载体，它通常 是由（３００～５００）个具有复杂空间曲面的薄板焊装而成，焊装夹具 是保证车身焊接质量的重要因素，影响整个汽车的制造精度和生 产周期，我国每年投入汽车焊装线的资金多达上千万，汽车焊装 夹具智能系统的开发不仅能降低成本、缩短设计周期还能保证质
量保证精度，按将设计失误率降低１０％其带来的经济效益非常可 观。汽车焊装夹具智能系统的研究内容涉及计算机辅助设计、计
算机辅助工程、人工智能和车身制造工程等，是多项前沿科学在 汽车开发中的应用基础研究。
２焊装夹具智能系统基础类库的构建
２．１构建汽车焊装夹具智能设计系统的知识库
主要包括汽车焊装夹具系统工艺知识库和设计知识库。 （１）工艺知识库主要是指焊装夹具工艺方案知识和设计规 范知识，即焊装夹具式样书中的夹具单元数量、断面位置信息、夹 具的打开方向、夹具加紧方式以及生产数量、生产周期、上料顺序 等。 （２）设计知识库主要包括规则库、模块库、案例库和元件库。
ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ
Ｃａｎ
ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ
ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ
ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ
ｆｒｏｍ
ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ
ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇｆｉｘｔｕｒｅ，ｗｈ＆ｈ
ｅｒｒｏｒ
ｓａｔ＠ｔｈｅ
ｏｆｄｅｓｉｇｎ
ｐｏｒｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ
ｓｔａｎｄａｒｄ ｐａｒｔｓ ｌｉｂｒａｒｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ
图１汽车焊装夹具单兀
Ｆｉｇ．１ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ
定位块长，Ⅳ指定位块宽，Ｂ．指定位块两孔之见的距离。
ｋ——Ｊ
ｌ＝Ｉ ５
Ｗｅｌｄｉｎｇ
Ｆｉｘｔｕｒｅ Ｕｎｉｔ
②模块库主要指各种销模块，包括固定定位销模块、旋转定 位销模块、移动定位销模块等。
③元件库主要包括定位块、压块、连接板、压臂。
焊装夹具的设计研发在保证质量、降低成本的前提下，采用 原有经证明有效的零部件约占全部零件的６０％以上，因此建立可 移植性好的元件库必不可少，现采用成组技术（ＧＴ）构建公司内 部的标准元件库，能够缩短建模时间，便于管理调用。 首先，我们将具有相同功能的元件划为一组，并进行编码，
ｏｎ
ｓｙｓｔｅｍｆｏｒ ｗｅｌｄｉｎｇｆｉｘｔｕｒｅ
￡ｋ如肌ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ
ＮＸ８．０ ＣＡＤ ａｎｄ ｅａｓｅ ｄａｔａｂａｓｅ ｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇ Ｋｅｙ
ｏｆ
Ｖｃ＋＋６．０ ｂａｓｅｄ
ｅｘｐｏｒｔ
ｓｉｍｉｌａｒｉｔ）’ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｍａｔｒｉｘ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｍｏｄｅｌｓ ｉｎ ｄａｔａｂａｓｅ，ｍｏｄｕｌｅ ｄａｔａｂａｓｅ
Ｉ
一，篇
亘
””。Ｉ斗１１、！，２＝９川Ｉ甲
图２定位块数据厍
Ｆｉｇ．２ Ｄａｔａｂａｓｅ Ｆｉｌｅ ｏｆ Ｌｏｃａｔｅｄ Ｂｌｏｃｋ
定位块一ｌ，压块一２，连接板一３，压臂—４；然后根据不同的形状 对同一组的元件编号，其中定位块分为Ｌ型定位块一ｌ，Ｔ型定位
块一２，ｕ型定位块一３；最后对不同型号的元件根据具体的尺寸 进行编码，具体如表１所示。
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙａｎｔａｉ
２６４００５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｗｈｗｈ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ
ｏｆ￡＾ｅ
ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｖｅｒｖｉｅｗ
ｏｆａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｗｅｌｄｉｎｇｆｉｘｔｕｒｅｓ，ｉｔ ｏｆ
ｎｏｔｅｓ
ｔｈｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｉｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ，
构变异、资源管理、误差校验等各方面的开发和研究㈣，但国内的 研究普遍存在以下问题： （１）目前的夹具设计主要集中在组合夹具和敏捷夹具设计 上，针对汽车焊装夹具的智能化ＣＡＤ设计非常少，对基于知识的 汽车车身焊装生产线的研究还处于初始阶段。 （２）知识的获取不够完善。知识获取一直是构造基于知识的 汽车焊装夹具系统的“瓶颈”问题，设计领域的知识复杂多变，相 当一部分是非文字数据，设计经验占有很重要的地位，而设计经 验只能从设计专家那里获得，一些公司出于保密使得设计经验很 难公开，也难以表示成数据的形式，很大程度上制约了ＣＡＤ的发
ｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ．Ｕｓｉｎｇ
ｈｙｂｒｉｄ ｒｅａｓｏｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ
ｏｆＲＢＲ
ＣＢＲ，ｔｈｅｆｌｏｗｃｈａｒｔ ｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ
ｌｉｎｋ ｌｉｂｒａｒｙ ｓｙｓｔｅｍ
ｉｓ ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ
④案例库主要是按照夹具单元功用、加紧方式、旋转次数、
压紧面个数等分类，建立案例的三维模型库，并以参数驱动，对于 不同的案例考虑其属性参数，用成组技术进行编码可以表示为 ＣＢｂｌｂ２ｂ３ｂ４ｂ５ｂ６ｂ７ｂ８ｂ９ｂ１０其中以大写字母ＣＢ开头，ｂ。代表该
案例的加紧方式（ｏ－无动力，ｌ一气动打开，２一手动打开）；６：代表该
Ｆｏｒ ｔｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ
Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｊｉｇ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｙａｎｔａｉ
ＹＵ Ｈｕａ—ｂａｏ，ＺＨＡＮＧ Ｊｕｎ—ｈｕａ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｅｈａｔｒｏｎｉｅａｌ ａｎｄ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ