1 引言

　　工藝設(shè)計(jì)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的中問(wèn)環(huán)節(jié)，在企業(yè)生產(chǎn)制造過(guò)程中起著極其重要的作用。最開(kāi)始人們對(duì)CAPP的研究側(cè)重于工藝設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，后來(lái)又側(cè)重于計(jì)算機(jī)對(duì)工藝設(shè)計(jì)的輔助作用，現(xiàn)在人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到工藝知識(shí)在工藝設(shè)計(jì)中的重要性。

　　CAPP系統(tǒng)不但能利用工藝人員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和各種工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的決策、自動(dòng)生成工藝規(guī)程，還能自動(dòng)計(jì)算工序尺寸、繪制工序圖、選擇切削參數(shù)和對(duì)工藝設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化等，從而設(shè)計(jì)出一致性良好的、高質(zhì)量的工藝規(guī)程。國(guó)內(nèi)的制造業(yè)企業(yè)，通過(guò)學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的制造工藝和裝備技術(shù)，已積累了相當(dāng)豐富的工藝設(shè)計(jì)知識(shí)和大量的制造資源數(shù)據(jù)，但這些寶貴的工藝知識(shí)和制造資源數(shù)據(jù)，絕大多數(shù)都還停留在部分設(shè)計(jì)人員的腦子里或零散的紙質(zhì)文件中，不利于企業(yè)快速查找和重用這些寶貴的工藝設(shè)計(jì)知識(shí)和制造資源信息，制約了我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展速度和管理水平的提升，故急待解決行業(yè)共性技術(shù)與工藝知識(shí)管理問(wèn)題。如何利用現(xiàn)有、成熟的工藝知識(shí)，保證工藝方法的穩(wěn)定可靠是每個(gè)工藝工作者和軟件設(shè)計(jì)人員面臨的主要問(wèn)題，本文介紹了CAPP系統(tǒng)中工藝知識(shí)庫(kù)的設(shè)計(jì)及管理方法。

　　2 知識(shí)的表示方法

　　選擇系統(tǒng)所用的知識(shí)表示方法，不僅要考慮對(duì)知識(shí)表示的性能要求，還要考慮在制造工藝編制時(shí)涉及到的知識(shí)的特點(diǎn)，以提高知識(shí)處理的效率。根據(jù)專(zhuān)家工具的要求、產(chǎn)品制造工藝知識(shí)的特點(diǎn)以及系統(tǒng)編程與擴(kuò)充的要求，選擇面向?qū)ο蟊硎痉ê彤a(chǎn)生式表示法來(lái)進(jìn)行知識(shí)的描述。

　　2.1面向?qū)ο蟊硎痉?/P>

　　面向?qū)ο蟊硎痉ㄊ菍⒚嫦驅(qū)ο蟮乃枷搿⒎椒ㄓ糜谥R(shí)表示。所謂面向?qū)ο螅侵溉藗冊(cè)谡J(rèn)識(shí)問(wèn)題和分析問(wèn)題時(shí)，可以把問(wèn)題分解為一些對(duì)象以及對(duì)象之問(wèn)的組合和聯(lián)系。在面向?qū)ο蟮闹R(shí)系統(tǒng)中，一個(gè)對(duì)象具有的知識(shí)組成了該對(duì)象的靜態(tài)屬性，一個(gè)對(duì)象所具有的知識(shí)處理方法和各種操作描述了該對(duì)象的智能行為。可以使用面向?qū)ο蟊硎痉ū硎竟に噧?nèi)容知識(shí)、工藝裝備知識(shí)、加工設(shè)備知識(shí)、熱處理知識(shí)等。

　　2.2產(chǎn)生式表示法

　　產(chǎn)生式表示法又稱(chēng)為產(chǎn)生式規(guī)則表示法，通常用于表示具有因果關(guān)系的知識(shí)。由于產(chǎn)生式規(guī)則的知識(shí)庫(kù)是由一組獨(dú)立的知識(shí)組成的規(guī)則庫(kù)，而規(guī)則之間又是通過(guò)知識(shí)庫(kù)中的事實(shí)進(jìn)行通訊的，因此，改變一條規(guī)則雖會(huì)影響系統(tǒng)的特性，但不會(huì)影響系統(tǒng)的其他規(guī)則。用產(chǎn)生式規(guī)則表示形式所構(gòu)建的知識(shí)庫(kù)易于增加、修改、刪除，從而可以方便地實(shí)現(xiàn)更新信息的功能。

　　3 知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)

　　3.1知識(shí)庫(kù)的分類(lèi)

　　專(zhuān)家系統(tǒng)的推理過(guò)程需要用知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)規(guī)則庫(kù)中規(guī)則的條件進(jìn)行匹配，這就需要大量的知識(shí)和數(shù)據(jù)。系統(tǒng)不但能夠從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取數(shù)據(jù)，而且能夠向數(shù)據(jù)庫(kù)中加人專(zhuān)家總結(jié)的新的知識(shí)，新的規(guī)則，更新數(shù)據(jù)庫(kù)中陳舊過(guò)時(shí)的數(shù)據(jù)。根據(jù)專(zhuān)家系統(tǒng)中知識(shí)的形態(tài)，可以將知識(shí)劃分為：關(guān)于對(duì)象的事實(shí)知識(shí)即狹義的知識(shí)，關(guān)于方法的知識(shí)即通常所指的規(guī)則。上述2種形態(tài)的知識(shí)分別對(duì)應(yīng)存入知識(shí)庫(kù)和規(guī)則知識(shí)庫(kù)。知識(shí)庫(kù)分類(lèi)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　工藝流程庫(kù)存儲(chǔ)產(chǎn)品加工工藝流程圖上工藝節(jié)點(diǎn)(即工序)處理順序的邏輯關(guān)系。工藝規(guī)則庫(kù)存儲(chǔ)關(guān)于工藝處理的若干規(guī)則，例如：工藝生成時(shí)提取信息的一系列規(guī)則和制造序號(hào)生成規(guī)則等。這些規(guī)則是在系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)過(guò)分析和綜合設(shè)計(jì)出的一套完善的規(guī)則，可以處理系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的各種情況。

　　工藝內(nèi)容知識(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)工藝節(jié)點(diǎn)對(duì)象的屬性知識(shí)，這些知識(shí)包括工藝節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型、輸入項(xiàng)和專(zhuān)家提示信息，以及等同工藝節(jié)點(diǎn)、上級(jí)工藝節(jié)點(diǎn)、工藝的具體內(nèi)容(即工步內(nèi)容)等。工藝裝備知識(shí)庫(kù)與加工設(shè)備知識(shí)庫(kù)分別存儲(chǔ)加工工藝中所用到的工藝裝備與加工設(shè)備的相關(guān)知識(shí)和信息。熱處理知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)加工工藝熱處理相關(guān)知識(shí)。另外還有標(biāo)準(zhǔn)件知識(shí)庫(kù)等其他知識(shí)庫(kù)分別存儲(chǔ)相關(guān)知識(shí)。這些知識(shí)是工藝專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)提供修改接口，可方便地加入專(zhuān)家的新知識(shí)、新規(guī)則，以及更新或刪除陳舊過(guò)時(shí)的數(shù)據(jù)等。知識(shí)庫(kù)需要一定的存儲(chǔ)載體。專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)是將關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)作為其存儲(chǔ)載體。

　　3.2規(guī)則庫(kù)的設(shè)計(jì)

　　規(guī)則庫(kù)的功能是匯總工藝設(shè)計(jì)規(guī)則，包括典型幾何要素的加工方法、機(jī)床選擇規(guī)則、尺寸精度選擇規(guī)則、工藝排序邏輯判斷原則以及相關(guān)的加工類(lèi)型。數(shù)據(jù)庫(kù)用于存放加工數(shù)據(jù)，包括加工余量、刀(模)具參數(shù)、切削用量參數(shù)、輔具代碼、量具代碼、機(jī)床參數(shù)和臺(tái)數(shù)、工裝代碼、工時(shí)數(shù)等。這些數(shù)據(jù)的來(lái)源可由用戶(hù)根據(jù)本企業(yè)的產(chǎn)品特征和制造資源的環(huán)境新建，也可建立在已有數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上。

　　由于工藝過(guò)程設(shè)計(jì)本身是一個(gè)多參數(shù)、多約束、依賴(lài)于經(jīng)驗(yàn)的、復(fù)雜的思維創(chuàng)作過(guò)程，其知識(shí)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，這里提出用多層次、多種表達(dá)模式的、有機(jī)集合的知識(shí)表達(dá)方法。即把上述工藝規(guī)則和加工數(shù)據(jù)知識(shí)收集起來(lái)，采用分層方式排列。第1層是零件族特征獲取;第2層是加工方法、工藝選擇等工藝知識(shí)庫(kù);第3層是機(jī)床選擇、加工類(lèi)型、工裝夾具的選擇等制造資源庫(kù);第4層是加工數(shù)據(jù)、加工工時(shí)等工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)低層知識(shí)用數(shù)據(jù)庫(kù)表達(dá)方法;對(duì)高層知識(shí)如加工順序、工裝設(shè)備、切削用量、工序設(shè)計(jì)等用框架式、產(chǎn)生式、邏輯式、過(guò)程式集成表達(dá)模式。工藝推理不宜采用目標(biāo)驅(qū)動(dòng)模式(反向推理策略)，而適宜采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式(正向推理策略)，即從零件的毛坯開(kāi)始(此時(shí)工藝規(guī)程為空)，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)策略方式，引入啟發(fā)性知識(shí)進(jìn)行多層次搜索分級(jí)推理。這樣形成的知識(shí)庫(kù)不僅具有邏輯原則，而且具有創(chuàng)成功能，即有從低層知識(shí)推理出高層知識(shí)的功能。工藝決策模塊知識(shí)表達(dá)形式主要采用產(chǎn)

　　生式規(guī)則。產(chǎn)生式規(guī)則是根據(jù)一組由條件和結(jié)論組成的語(yǔ)句來(lái)判斷，并按順序、相應(yīng)條件自上而下組織的規(guī)則，這種規(guī)則比較符合專(zhuān)家的思維方式。它的一般形式為：IF(條件1)AND(條件

　　2) AND(條件N)存在THEN(結(jié)論)成立。

　　為了解決工藝規(guī)則的沖突性、冗余性和表達(dá)不足，通過(guò)命題邏輯的表達(dá)來(lái)彌補(bǔ)。例如：在搜索工藝規(guī)則時(shí)，根據(jù)產(chǎn)生式的條件有高頻淬火工序存在，其前面的工序排列中必須有與調(diào)質(zhì)有關(guān)的工序存在，因此高頻淬火工序和調(diào)質(zhì)有關(guān)的工序問(wèn)存在著一個(gè)""'的關(guān)系。

　　4 知識(shí)庫(kù)管理

　　4.1知識(shí)管理

　　擁有知識(shí)是專(zhuān)家系統(tǒng)有別于其他計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的重要標(biāo)示，而知識(shí)的質(zhì)量和數(shù)量又是決定專(zhuān)家系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。知識(shí)管理主要包括知識(shí)獲取、知識(shí)查詢(xún)、知識(shí)修改、知識(shí)的一致性維護(hù)等主要內(nèi)容。專(zhuān)家系統(tǒng)中，通過(guò)友好的人機(jī)交互界面，用面向?qū)ο蟮姆椒?gòu)建了專(zhuān)家系統(tǒng)知識(shí)管理模塊，將工藝專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可以理解的知識(shí)和規(guī)則，并同知識(shí)庫(kù)聯(lián)系在一起，方便地實(shí)現(xiàn)了知識(shí)和規(guī)則的獲取、知識(shí)的查詢(xún)、知識(shí)的修改、知識(shí)的維護(hù)等工作。在人機(jī)界面的引導(dǎo)下，用戶(hù)不需要了解產(chǎn)生式規(guī)則所要求的語(yǔ)法，就可以方便地添加、瀏覽、修改和刪除知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)和規(guī)則，使知識(shí)庫(kù)不斷得到充實(shí)和完善，從而提高軟件的靈活性和實(shí)用性。

　　4.2知識(shí)獲取

　　知識(shí)獲取的基本任務(wù)是為專(zhuān)家系統(tǒng)獲取知識(shí)，建立起健全、完善、有效的規(guī)則庫(kù)，以滿(mǎn)足求解領(lǐng)域問(wèn)題的需要。知識(shí)庫(kù)獲取提供了對(duì)知識(shí)庫(kù)中的內(nèi)容不斷擴(kuò)充的途徑，按照從專(zhuān)家或相關(guān)資料中獲取的知識(shí)，經(jīng)一定的整理后可通過(guò)知識(shí)獲取模塊輸入到知識(shí)庫(kù)中去。知識(shí)獲取模塊在獲得知識(shí)的過(guò)程中負(fù)責(zé)對(duì)知識(shí)的完整性和一致性進(jìn)行檢測(cè)。知識(shí)獲取模塊的內(nèi)部是由對(duì)若干規(guī)則類(lèi)對(duì)象或知識(shí)類(lèi)對(duì)象的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)知識(shí)的整理、完整性和一致性的檢測(cè)以及將知識(shí)輸入到相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)或規(guī)則庫(kù)中。

　　4.3知識(shí)的查詢(xún)、修改與維護(hù)

　　與知識(shí)獲取一樣，知識(shí)的查詢(xún)、修改與維護(hù)同樣是通過(guò)規(guī)則類(lèi)對(duì)象或知識(shí)類(lèi)對(duì)象進(jìn)行的。知識(shí)的查詢(xún)提供了對(duì)規(guī)則及規(guī)則元素的查詢(xún)。對(duì)規(guī)則可按規(guī)則編號(hào)、規(guī)則名稱(chēng)及規(guī)則所包含的規(guī)則元素進(jìn)行查詢(xún);對(duì)規(guī)則元素的查詢(xún)可按規(guī)則元素名稱(chēng)、規(guī)則編碼及自然語(yǔ)言描述來(lái)查詢(xún)。在知識(shí)維護(hù)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)不一致時(shí)，知識(shí)的查詢(xún)可以對(duì)知識(shí)進(jìn)行快速定位，以便于知識(shí)的修改。知識(shí)的修改在一致性檢查發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，提供一個(gè)修正錯(cuò)誤規(guī)則的機(jī)制。同時(shí)，對(duì)修改后的知識(shí)進(jìn)行一致性檢測(cè)，修改過(guò)的知識(shí)只有檢測(cè)通過(guò)后方可存人相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)可能遭到意外的破壞，使知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)不一致，為保證知識(shí)庫(kù)的一致性及完整性，要定期對(duì)知識(shí)進(jìn)行一致性與完整性維護(hù)。

　　5工藝設(shè)計(jì)中的工藝知識(shí)應(yīng)用方法

　　在基于知識(shí)CAPP系統(tǒng)中，零部件的工藝設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的核心。它的主要特點(diǎn)在于：在基于知識(shí)的工藝設(shè)計(jì)中，工藝設(shè)計(jì)人員可以查詢(xún)和引用工藝知識(shí)庫(kù)中的各種工藝知識(shí)，為當(dāng)前的工藝設(shè)計(jì)服務(wù)。如圖2所示，基于知識(shí)的工藝設(shè)計(jì)通過(guò)2種途徑產(chǎn)生工藝文件。

　　5.1零件的毛坯圖設(shè)計(jì)

　　即通過(guò)快速查詢(xún)引用毛坯參數(shù)庫(kù)中的毛坯參數(shù)，在工序簡(jiǎn)圖參數(shù)化設(shè)計(jì)環(huán)境(AutoCAD)中參數(shù)化生成毛坯圖和毛坯工序簡(jiǎn)圖并對(duì)生成的毛坯圖/I序簡(jiǎn)圖進(jìn)行編輯，直至滿(mǎn)足新零件毛坯圖工藝參數(shù)要求。在毛坯圖的參數(shù)化設(shè)計(jì)和編輯過(guò)程中，工藝設(shè)計(jì)人員可以快速查詢(xún)和引用毛坯成型工藝知識(shí)庫(kù)中的工藝知識(shí)，以輔助毛坯圖/工序簡(jiǎn)圖的參數(shù)化編輯。零件毛坯圖設(shè)計(jì)最終產(chǎn)生毛坯圖、工序簡(jiǎn)圖等工藝文件，審簽通過(guò)后，歸檔并發(fā)放到相關(guān)制造部門(mén)。對(duì)于不符合要求的毛坯圖、工序簡(jiǎn)圖等工藝文件打回到編輯環(huán)境重新編輯，直至審簽合格。

　　5.2零件的工藝設(shè)計(jì)

　　在零件工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于全新零件工藝設(shè)計(jì)，企業(yè)可根據(jù)自身的特點(diǎn)，利用本系統(tǒng)提供的工藝模板編輯工具，自定義出通用的工藝設(shè)計(jì)模板。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，工藝人員可引用工藝模板后進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。這樣有利于促進(jìn)企業(yè)提高工藝文件的規(guī)范性和統(tǒng)一性。對(duì)于典型零件的工藝設(shè)計(jì)，可從典型工藝知識(shí)庫(kù)中快速查詢(xún)并引用適用的典型工藝;對(duì)于形狀或工藝屬性具有標(biāo)準(zhǔn)性的零件工藝設(shè)計(jì)時(shí)，工藝人員可根據(jù)相似性推理規(guī)則在系統(tǒng)中通過(guò)成組編碼查詢(xún)相似零件引用典型工藝。在典型工藝引用后再進(jìn)行編輯，即派生出了新零件的工藝文件。

　　6 結(jié)論

　　工藝知識(shí)是工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，對(duì)工藝知識(shí)的管理有利于企業(yè)工藝知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累和工藝優(yōu)化。在系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，知識(shí)庫(kù)可以根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況修改、增刪，提高了CAPP系統(tǒng)對(duì)不同制造環(huán)境的適應(yīng)能力(即柔性)。隨著技術(shù)的進(jìn)步、設(shè)備的更新和知識(shí)的積累，不斷豐富和修改知識(shí)庫(kù)，從而不斷完善系統(tǒng)的性能。