产品结构的日益复杂化,功能的日益集成化促使了知识比重在新产品开发过程中的提高。面对激烈的市场竞争和产品设计开发要求的提高,以最快的速度将所需新知识融入新产品中已是各企业竞争成败的关键。设计的成功与否主要是由其所需知识决定的,特别是新知识的含量。
基于知识的机械产品开发的集成信息系统,是以支持知识管理及技术创新作为核心,是整个信息集成系统当前及今后的发展趋势。虽然当前不少机械企业都已开始进行CAX系统的实施和应用,但这些机械产品的开发集成系统的知识集成仍相当缺乏,也缺少相关知识管理系统的支持。因此,有必要就其相关内容进行相应的研究。
一、CAX集成信息
在机械产品的开发过程中,通过CAX分系统得出了组成产品零部件的主物料楣关的信息,此信息直接注明了零部件的相关物理特征,例如,零部件标号、名称、重量、单位等,此外,还产生了产品设计物料清单的相关内容,以及零件工艺路线、工序工步等相关信息。对于任一具体的机械零部件甚至整件,其都具有一些同CAD/CAPP/CAE等模型相对应的共同属性,并可抽象出新的CAD/CAPP/CAE模型的实体,具体的零部件或整件均继承了其所有的属性。所以,可将已有CAD/CAPP/CAE各分系统数据的模式进行相应的集成,使其形成一个整体模式。以下就CAX集成信息的主要内容进行介绍:
1.CAX集成信息的描述
CAX集成系统是集成的平台及其框架,管理企业中同产品相关的所有信息和同产品相关的所有过程都同其密切相关,如何将此类信息进行有效的组织以便对产品的开发集成技术的主要内容进行研究和查看。总体来看,机械产品的设计开发过程中,相关的数据管理信息可分为以下三个部分:
1)产品的信息。主要是指对产品的结构、设计信息以及相关文档的描述,包括了零件的分类信息、管理信息、BOM信息以及更改单、审批结果。
2)过程控制的信息。主要包括了需求的定义、相关技术要求、应用系统输出的信息以及工艺制造信息等。
3)组织绪构的信息。指的是对于产品整个开发过程中所参与的工作组、角色以及工作人员组织结构以及权限的相关描述。
2.CAX集成信息的组织
信息的一个重要的有效组织手段之一是根据对象的管理机制进行产品结构信息树的建立。机械产品进行开发的过程中,采用产品层层分解的方式对数据模型进行组织。层层间形成了类属或聚合的关系,并最终建立了一个基于产品结构树的产品结构信息树。此结构提供了一种单一形式的产品数据源,为所有数据的一致性以及共享性都打下了基础。如下图1的机械产品结构信息树。
图1 机械产品结构信息树
整个机械产品结构信息树除了根节点之外,均为对相应数据库中所独立存在的零部件的引用,仅有零部件一个存储实例在数据库中,而对此例的修改将会导致所有对此零部件进行引用的所有结构的联动修改,此联动修改对产品结构树的及时更新产生了极大地维护作用,确保了信息树相关数据的完整统一性。
此产品信息结构树的建立原则为“引用”。若尚不存在所需建立零部件的引用关系时,应先进行此零部件的创建,然后在通过引用关系来进行使用。因此,需进行相应子装配体和零件的组织,以便于查询。下图2为基于零部件单位的数据组织形式。
图2 机械零件及其关联属性引用模型
二、集成产品模型数据的结构
本文基于关系型数据库的基础上,在结合面向对象层法,先进行面向对象数据结构的建立,然后将对象分别映射至关系数据库的表格中,使CAX系统间的信息传递能够以集成平台为基础来进行,不必直接进行信息传递。
1.UML对象模型
为实现机械产品集成开发系统中产品数据的有效管理,采用面向对象法对产品信息进行了描述,对产品类、零部件类、视图类、工作组类以及人员类进行了相应的定义,通过类层次性结构对产品信息进行了表达,并采用了建模语言UML的类图对数据结构进行了设计。通过产品及零部件类的描述,可获得产品的大概信息,视图对象类则对面向产品开发的不同的阶段进行了描述。
2.对象映射
对照关系可实现对任意复杂机械产品零部件的对应关系进行描述,数据库的存储可通过E2R语义建模方法进行描述。新产品的设计其实就是一个反复的过程,产品设计的过程也是一个探索前进的过程。若要废弃某种设计,只需将相应引用关系进行切断即可,此设计实例仍保存在数据库中,若需重新使用时,只需重建其引用关系即可。
三、基于知识的机械产品开发集成体系的框架
1.体系描述
基于知识的机械产品开发集成体系的基本集成框架为产品数据的管理系统,同耐还融入了知识管理的相关理念,结合了机械产品设计的实例及其规则推理,将知识库及产品数据库的设计作为核心,人人交互式设计作为基础,实现了基于知识库管理的智能工具的集成化。此体系主要包含了设计知识管理系统以及产品数据管理两大系统,见下图3。
图3 基于知识的机械产品开发集成体系的框架
基于知识的机械产品开发集成体系为产品的开发提供了软件平台为基础、应用软件系统为核心、服务支持为保障的环境以及实时信息和决策的支持,实现了高效快速的智能管理。此系统主要是由CAD/CAE/CAPP/CAM系统进行大量产品相关生产信息的提供,然后通过管理系统中的知识数据库、联机分析处理及智能推理等系统进行相关数据和知识的处理,并通过决策支持系统进行准确和及时的响应。
2.技术体系的结构
基于知识的机械产品开发集成体系不仅仅在PDM中引入设计知识管理系统这么简单,其为PDM系统和KMS的一个融合体,是智能技术和产品数据管理系统的一个有机结合体。
基于知识的推理作为此体系结构的核心,其还包括了知识获取模块、知识库以及推理机。知识获取模块主要负责信息的筛选及其处理,通过数据挖掘算法进行大量信息的分析,以得到知识规则,然后将总结的知识存到知识库里。知识的表示可为产生式规则,也可使用框架结构或语义网络。相应的知识存储方式会由于知识表示的不同而出现不同,但其最终都是通过一个知识库的形式而存在的。形成知识库之后,如何以现有知识及条件推出有意义的结果,还需通过推理机的选挥作用。推理机即推理策略的实现方法,知识推理过程中,较为重要搜索策略的选择以及推理模型的建立都处于推理机的负责范畴之内。
基于知识的机械产品开发集成系统通过基础环境的支持,将企业知识库作为中心,不同的产品作为应用的对象,CAD、CAE、CAPP以及CAM作为基础,创新原理和技术等工程技术作为其创新的手段,通过信息技术、制造技术的综合应用,实现了机械产品的设计的创新性和快捷性。
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本文标题:试论基于知识的机械产品开发集成技术问题