概述

門座起重機用途廣，構(gòu)造復(fù)雜且產(chǎn)品形式各異，因而生產(chǎn)批量少。隨著市場競爭的日趨激烈，對門機設(shè)計的質(zhì)量和效率提出了愈來愈高的要求，所以需要有一個功能強大的CAD系統(tǒng)來支持門機的整個設(shè)計過程。總體方案沒計是門機設(shè)計最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因為門機的質(zhì)量和造價不僅取決于各機構(gòu)或結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計水平，更重要的是取決于各零部件之間的相互匹配和協(xié)調(diào)，也就是門機總體方案的綜合水平和質(zhì)量。要得到最優(yōu)的或相對滿意的方案.除了利用CAD系統(tǒng)中的設(shè)計方法庫進行數(shù)值計算以及優(yōu)化設(shè)計外，還必須依靠設(shè)計人員的知識和經(jīng)驗進行推理和判斷，才能作出決策。因此門機總體方案的優(yōu)劣與領(lǐng)域?qū)＜?包括設(shè)計人員)的經(jīng)驗和知識水平有很大關(guān)系·在開發(fā)門機總體方案CAD系統(tǒng)時需要把專家系統(tǒng)技術(shù)與目前成功的門機CAD系統(tǒng)結(jié)合起來，以構(gòu)成一個包括設(shè)計計算、參數(shù)繪圖、方案評估和決策功能的集成化的智能CAD系統(tǒng)，通過應(yīng)用該軟件設(shè)計出具有專家水平的門機方案。

1、門機方案設(shè)計過程與實例的應(yīng)用

門機產(chǎn)品的方案設(shè)計過程可歸納為下述幾個主要步驟：

(1)門機結(jié)構(gòu)型式的選擇；

(2)臂架系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計；

(3)決定主要構(gòu)件形式及初估幾何尺寸：

(4)總體輪壓及抗傾復(fù)穩(wěn)定性計算；

(5)機構(gòu)傳動方案及主要部件選型：

(6)門機總圖拼裝；

(7)總圖及文檔輸出。

在方案設(shè)計過程中，除結(jié)構(gòu)有限元分析、零部件的校驗、總體穩(wěn)定性及輪壓計算等可應(yīng)用經(jīng)驗公式或數(shù)值分析方法進行計算外，其它如選擇臂架系統(tǒng)型式、優(yōu)化設(shè)計中初始點參數(shù)的確定，機構(gòu)布置及傳動型式的確定，主要構(gòu)件結(jié)構(gòu)型式及構(gòu)型尺寸的確定等，在很大程度上是依靠設(shè)計人員的知識和經(jīng)驗進行推理判斷才能決定的。如果某一部件不符合設(shè)計要求，則要進行局部或全部修改，有時還要進行多個方案的比較，通過不斷試探和反復(fù)修改，最后得到令設(shè)計者滿意的方案。

門機方案設(shè)計雖然是一個不斷試探和反復(fù)修改的過程，但基本上屬于變異性設(shè)計類型，即設(shè)計者通常根據(jù)用戶提出的性能參數(shù)和要求，選擇一個或多個相近的產(chǎn)品實例資料，把設(shè)計對象與實例進行類比分析，對于實例中可以滿足設(shè)計對象某些要求的部分則直接引入，不滿足的部分予以修改后采用。有時需要調(diào)用兩到三個實例，逐步類比匹配，通過適當?shù)男薷暮途C合，形成一個新的方案.因此在門機產(chǎn)品實例的基礎(chǔ)上建成實例庫，并對經(jīng)過必要的修改匹配后綜合成新的設(shè)計方案，其求解過程的模型可用圖1表示。從求解過程中可以看出，解決問題的關(guān)鍵是實例庫的建立，實例的提取和利用。已有的CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫、圖形庫、設(shè)計方法庫進行必要的擴充和完善，集成為基于實例推理的智能化門機方案設(shè)計系統(tǒng)，是開發(fā)門機方案設(shè)計CAD系統(tǒng)的有效途徑。

目前機械產(chǎn)品設(shè)計型的專家系統(tǒng)難以在實際中推廣應(yīng)用的關(guān)鍵是知識獲取和表達尚未得到很好的解決。而設(shè)計中專家評價和決策的知識又難以用推理手段獲取，這樣由于系統(tǒng)中專家知識的不足從而不能滿足設(shè)計的需要?；趯嵗评淼脑O(shè)計方法把過去已有的大量設(shè)計實例作為知識的來源，用技術(shù)人員熟悉的直接表示方法來表示設(shè)計實例中的知識，通過調(diào)用這些知識來指導(dǎo)當前的設(shè)計工作，符合工程技術(shù)人員的習(xí)慣，因而易于接受。由于這些原因，基于實例推理來進行計算機輔助設(shè)計的方法近年來已成為智能化CAD特別是設(shè)計型專家系統(tǒng)研究的熱點。

2、基于實例推理的過程模型

基于實例推理進行方案設(shè)計的過程是利用實例庫中的專家經(jīng)驗、知識，并用類比推理的方法選擇與設(shè)計問題相接近的設(shè)計實例，經(jīng)過必要的修改匹配后綜合成新的設(shè)計方案，其求解過程的模型可用圖1表示。從求解過程中可以看出，解決問題的關(guān)鍵是實例庫的建立，實例的提取和利用。

圖1基于實例推理的求輝過程

3、實例庫的建立及實例的提取

實例庫中實例的數(shù)量影響到方案設(shè)計的質(zhì)量和效率，因此應(yīng)具備一定數(shù)量的產(chǎn)品實例知識，包括設(shè)計的結(jié)果。設(shè)計、生產(chǎn)、安裝及調(diào)試過程中的關(guān)鍵技術(shù)和使用中存在的問題，即產(chǎn)品生命周期內(nèi)所用到的專家知識。實例庫的結(jié)構(gòu)又影響實例探索的成敗和速度，因此實例知識的表示應(yīng)使實例知識易于探索，又易于與設(shè)計問題之間的信息傳輸。目前，使用面向?qū)ο蟮姆椒?，如用?guī)則和框架來表示復(fù)雜問題的求解知識已被證明是行之有效的方法。對于門座起重機這樣復(fù)雜的設(shè)計對象，整個設(shè)計問題應(yīng)分解成不同層次的多個子對象問題，并用框架表示出它們之間的聯(lián)系和制約關(guān)系。一般來說，實例知識的表達可由三部分構(gòu)成。

(1)設(shè)計問題的描述。即具體的設(shè)計要求，約束條件等。例如對整機而言，有各機構(gòu)的性能參數(shù)要求，整機的約束條件如最大尾部半徑、基礎(chǔ)許用最大壓力、軌距等。

(2)問題的求解知識。方案的確定需要有一定的分析計算和評價手段。例如采用優(yōu)化設(shè)計方法或常規(guī)的經(jīng)驗公式進行部件設(shè)計，以及部件拼裝后的干涉檢查等。即使是用經(jīng)驗公式進行設(shè)計，式中系數(shù)的選取也需要用到專家的知識。因此在知識表示的框架中，實例中也應(yīng)根據(jù)需要列出評價方法。把設(shè)計對象與實例進行類比分析，并檢索出相關(guān)的實例后，需要修改協(xié)調(diào)時，可以從知識庫中得到相應(yīng)的求解知識，也可通過接口與集成系統(tǒng)中其它子系統(tǒng)如常規(guī)方法庫連接并求解。

(3)設(shè)計結(jié)果。對于門機方案設(shè)計問題，設(shè)計結(jié)果就是新方案的具體信息，如技術(shù)性文檔，總圖及各機構(gòu)裝配的圖樣等。經(jīng)歸納、分類并加以索引后編入知識庫中。

3.1實例層次的劃分

面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法需要把復(fù)雜的對象逐步分解為簡單的相互制約較少的子對象，逐步分解為簡單的相互制約較少的子對象，為保證系統(tǒng)的實用性，采用港口機械設(shè)計人員習(xí)慣的分析思路，即基于結(jié)構(gòu)功能及常規(guī)設(shè)計的步駿來決定分層的原則，同時也要考慮到設(shè)計對象與實例的分層原則是一致的，以便于對實例的檢索。圖2是起重機方案設(shè)計實例的總層次。該層次還需要進一步細劃至部件為止。通過層次劃分，一個產(chǎn)品設(shè)計問題便可分解成不同層次上的子問題，如回轉(zhuǎn)機構(gòu)的下一個層次是回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置和回轉(zhuǎn)支承裝置·回轉(zhuǎn)支承裝置又分為轉(zhuǎn)盤式和轉(zhuǎn)柱式支承。圖3是M1633門機起升機構(gòu)下的性能參數(shù)層次。

圖2起重機方案設(shè)計實例的總層次

3.2實例的提取

由于門機產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難找到一個滿足設(shè)計對象所有要求的實例，事實上也只有在實例的基礎(chǔ)上加以改進，才能有所創(chuàng)新。為了能提取到類似的實例，首先要把設(shè)計問題的層次劃分與實例庫中的層次結(jié)構(gòu)相一致，并將該相關(guān)層次利用其實例的特征屬性作為查找的索引，特征屬性是指在某一層次上影響產(chǎn)品(設(shè)計對象)性能(功能或特征)的主要因素。它可以是一個實例的設(shè)計要求·也可以是其機構(gòu)或部件的特征參數(shù)。由于影響某機構(gòu)的性能的因素是多種多樣的，因此特征屬性的確定應(yīng)考慮專家的意見，抓住反映問題本質(zhì)的特征。

為了選取類似的實例，需要把設(shè)計問題所指定的特征屬性與實例的特征屬性進行比較，由于特征屬性不只一個，而且實例的特征屬性與設(shè)計對象的特征屬性不可能完全相同，要調(diào)用相近的實例，還需要有匹配的方法。由于門機實例層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有時也不能只以某一種屬性便可選擇到類似的實例，我們結(jié)合設(shè)計經(jīng)驗，按一定的規(guī)則把實例分成幾類，如按起重量或臂架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式等，通過人機交互的方式，使用戶從屬性列表中比較并選擇出某些特征屬性以檢索出最接近的實例。另外也采用屬性值的匹配方法，如所選的某一特性屬性，在實例與設(shè)計對象在屬性值之間的絕對誤差之和或誤差平方和小于給定的誤差范圍，則認為匹配成功。

門機實例中包括了圖形表示的知識，并按圖2所示的結(jié)構(gòu)分類存放?？紤]到圖形占存儲量大，可存放于磁盤中，調(diào)用到實例時會顯示圖樣名稱，并提示用戶圖樣的查詢地址，用戶通過接口可調(diào)出圖樣選擇并修改。

4、實例庫的管理

為使基于實例推理的方法能有效地用于門機方案設(shè)計，實例庫中應(yīng)有豐富的實例，同時要不斷地對實例庫進行維護和擴充。實例采用框架表示，并按上述分層原則進行分解，形成具有一定層次的樹狀結(jié)構(gòu)，實例管理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 M1633門機起重機構(gòu)性能叁數(shù)層次結(jié)構(gòu)

圖4實例管衛(wèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5、門機方案設(shè)計智能化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

基于實例推理的門機方案設(shè)計智能化系統(tǒng)基本框架如圖5所示。

用戶界面提供方案議計過程的交互環(huán)境，以菜單方式提示用戶選擇實例、對調(diào)出的實例與設(shè)計對象進行類比，作出修改，并為用戶提供與數(shù)據(jù)庫、實例庫及設(shè)計方法庫的交互環(huán)境。

設(shè)計過程控制子系統(tǒng)對整個方案生成過程進行控制。包括各機構(gòu)、結(jié)構(gòu)件的設(shè)計、總圖拼裝等模塊。在每個模塊運行過程都可實現(xiàn)對實例庫的訪問，包括進行實例檢索、實例列表及選取、實例修改等。各個機構(gòu)的設(shè)計可以并行而不一定要串行工作，通過人機交互協(xié)調(diào)不同層次之間以及不同子系統(tǒng)之間的信息交流。

圖5系統(tǒng)基本框架

運用面向?qū)ο蟮姆椒ń⑾到y(tǒng)的實例庫·庫中包含實例的專家知識和相關(guān)的決策方法知識。如起升機構(gòu)實例中除了結(jié)構(gòu)紅成列表外，還有相關(guān)的選型及驗算方法的索引，用戶可在實例知識的提示下調(diào)用方汰座的有關(guān)算法程序模訣進行必要的分析計算。

數(shù)據(jù)庫存儲了設(shè)計過配所需的吵計標準、規(guī)范、常用的標準盡部件的扎六出港、幾何尺寸參數(shù)、設(shè)計結(jié)果等，圖形庫存儲了標準零部件的圖形模塊，通過C語言開發(fā)的接口函數(shù)岸實現(xiàn)程序與數(shù)鈣庫、實例庫之間的連接。

設(shè)計方法庫存儲了門機方案設(shè)計所高要的優(yōu)化設(shè)計子系統(tǒng)，常規(guī)設(shè)計子程序等，由過程控制子系統(tǒng)調(diào)用。

6、結(jié)論

本文訶論了基廣實例推理進行門座起重機方案設(shè)計的思路和實現(xiàn)方法，提出了實現(xiàn)智能設(shè)計的系統(tǒng)據(jù)架。目前系統(tǒng)時柒成，實例能Hub”,更有稱為超級集線器的產(chǎn)品出現(xiàn)、給網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者提供了一個集成各項技術(shù)—從1 0Base-T到令牌環(huán)，到FDDI、ATM、100Mbps?LAN,以至交換，路由技術(shù)的平臺。這些高檔集線器幾乎都具備的端口交換能力與其大量端口(有時多于500個)的結(jié)合·使其可獨立管理遍布園區(qū)內(nèi)虛擬局域網(wǎng)；它采用的高速背板(通常超過1Gbps)互連各種接口和功能模塊，既提供到用戶的LAN連接，還提供橋接、交換、路由和網(wǎng)關(guān)等高級服務(wù)。從共享式向交換式園區(qū)網(wǎng)解決方案的過渡中，超級集線器和廣泛技術(shù)支持和容錯特性，提供了一個強有力的集成和遷移的平臺。

當今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正處于一個飛速發(fā)展的時期，今天認為是戰(zhàn)略性措施，明天看來也許只是一種戰(zhàn)術(shù)手段，因此應(yīng)當密切注視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的動向。當然更重要的是注重網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的開發(fā)，技術(shù)是為應(yīng)用服務(wù)的，不能離開應(yīng)用的目標而一味地迫求技術(shù)的先進，在這一點上切不可本末倒置。