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基于知识和可视化技术的油泵设计研究

提出了基于知识和可视化技术的油泵设计方法。在方案设计阶段,可采用基于实例的设计方法或基于模型的设计方法,实例的设计方法将利用大量方案设计实例库支持主参数的设计,基于模型的方案设计是利用长期总结出来的设计流程、设计模型设计的。由于燃油喷射系统的复杂性,设计模型中存在大量的经验系数。我们利用数据库知识发现技术,从以往的设计任务、产品结构及调试评价等数据库中挖掘设计知识,找出设计经验系数的选取规律。燃油喷射过程以动画形式表现,喷射性能结果以模糊评价技术进行评判,并由模糊再设计专家系统辅助进行再设计。提出了基于约束的产品族设计方法来支持详细设计,并以装配仿真来评价。本文研究了这些关键技术,开发了相应的软件,并在工厂得到应用。

关键词:计算机辅助设计;仿真;基于实例的设计;知识库数据发现;模糊推理

中图分类号:TP391.72;TK242.8文献标识码:A

1基于知识和可视化技术的油泵设计方法

目前,油泵行业的科研单位侧重于喷射机理、配试机理等基础性研究,生产单位侧重于产品仿制和改型,很少研究油泵类产品设计开发过程。国内大多数生产厂家的新产品从设计到定型经历很长时间,造成产品开发周期长,质量不佳。

针对油泵生产行业在产品开发过程中的不足,我们提出了基于知识和可视化技术的油泵设计方法(如图1)。该方法通过改进和完善油泵产品的设计过程,使产品开发过程模型能覆盖用户需求、初步设计、喷射性能分析、详细设计和装配分析等过程。

从图1可见,在方案设计阶段,可采用基于实例的设计方法或基于模型的设计方法进行主关键参数的设计。前者将充分利用方案设计实例库,按照适宜的检索方法进行方案的检索,并按需求变化改变实例;后者则基于数学模型,选用不同的经验系数进行设计。方案设计后,可进行喷射性能仿真,由性能评价及再设计系统决定对某些主参数的修改。详细设计中,主要通过基于约束的产品族设计方法,进行各部件的结构设计及全部零件的参数设计后,即可进行装配仿真分析等工作。各种要求满足后,就可得到比较满意的数字化油泵产品优选方案。

应用仿真技术和人工智能技术,将使产品开发提高到“虚拟产品开发”的高度,并在设计阶段就能考虑设计后期活动中许多需求,从而缩短产品开发周期,提高配试成功率。
2基于实例的油泵设计

国内从50年代生产油泵油嘴以来,走过了一条从仿制到改型的技术开发之路,其特点是充分利用设计经验和实例,因而基于实例的设计(CaseBesedDesign,CBD)是油泵开发中比较适用的方法。其设计过程是根据设计任务,从实例原型空间中选定实例原型并产生到当前工作区[1,2]。实例原型依据其实例检索模型从实例空间中检索相似实例。如果找到相似实例,则提取它并映射到相似目标方案;如果经检验该目标方案完全满足当前设计任务要求,则该实例可作为最终设计方案匹配设计任务并存入实例库中;如果不完全满足设计任务要求,则对它进行分析和修改,直到所有设计任务要求全部满足为止。由此可见,基于实例的设计分为实例表达、相似实例检索、实例修改、实例检验等过程。

设计实例由设计实例的数据、实例的求解知识和实例的索引三部分组成。油泵设计采用面向对象的知识表达方法,即将多种单一知识表达方法(规则、框架和过程),按照面向对象设计原则组成一种混合的知识表达形式。以油泵为中心,将静态属性和动态行为特征,以及设计处理知识“封装”在表达对象的结构中。该方法允许将复杂的油泵对象分解成若干个简单对象,成为一个树状结构(如图2)。同时,一个复杂的实例也可逐步分解为一些较为简单的实例。
分解程度有两种情况:①如果支持详细设计,可分解至零件级,但可能导致实例库结构庞大、复杂;②如果支持方案设计,可分解至能进行方案设计评价(喷射性能评价)的结构特征和主关键零件特征参数一级。

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