CN108520139A - 一种多维度工装设计知识组件构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多维度工装设计知识组件构建方法，属于知识工程和数字化设计领域。该方法从工装设计过程的过程维度、对象维度的角度来构建多维度工装知识组件，实现工装设计过程知识的有效组织、管理和使用。主要包括设计规则知识、参数化和三维模型等工装设计领域的相关设计资源。根据不同类型的知识，采用一种结构化的方法来组织规则，明确知识组件内知识的运用并完成特定设计任务的运转模式。本发明实现了决策的自动化推理过程，减少了在工装设计过程中的人为干预。知识组件运行过程中，设计人员输入的参数值直接决定了知识组件的运行结果，实现从用户输入需求到输出结果的流程一体化，减少了知识组件内部执行任务时的人机交互部分。

Description

一种多维度工装设计知识组件构建方法

技术领域

本发明涉及一种多维度工装设计知识组件构建方法，属于知识工程和数字化设计领域。

背景技术

由于工装结构和功能的复合性，使得工装相关设计知识具有丰富的语义内涵和复杂多样的约束关系，工装设计领域的概念以及关系复杂而且存在多义性。为了实现工装设计领域知识在整个工装设计过程的唯一定义，在目前有关知识组件的技术中，董明明在《支持设计重用的知识组件构建方法研究》中建立的一些知识本体较为零碎化，没有建立一套程序化条理化自动化的体系，没有形成一种通用的，多维度的知识组织方式，不能很好地融合工装设计过程中的各种知识形式，不能有效地实现工装规划设计，结构设计等整个设计流程中的知识重用；高博在《基于知识组件的工装元件快速设计研究》中没有很好地组织和表示工装设计主体(工件)、设计需求(工装体及实例)和工装设计过程中需要用到的知识；Liu，Rosen，Yu在《Ontology based knowledge modeling and reuse approach inproduct redesign》中给出一种基于本体的知识建模方法，将变型设计活动分为参数化变型设计活动和结构变型设计活动，执行不同活动时会提供相应的知识，但是并未给出方法的详细解决步骤以及构建本体的方法；张田会在《基于本体和知识组件的工装结构智能设计》、《基于知识组件的工装智能设计技术研究》中提出一种工装元件知识组件建模方法，并对知识组件模型进行定义，但是没有细化出知识组件的结构，对设计知识的表达方式作深入制定、考虑如何将知识很好地组织管理起来，也都没有规定内部执行的详细动作。本发明以设计过程为维度，通过分析工装设计的不同过程对不同知识的需求,提出工装设计的多维度知识组件模型,将工装元件的参数、规则、实体模型和装配等知识封装为知识组件,为元件的规格确定、参数模型驱动及装配特征约束的构建提供知识支持接口,实现工装知识的高效利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种多维度工装设计知识组件构建方法，该方法以工装设计的设计流程为对象来实施多维度知识组件的构建技术。该方法将工装设计知识与工装设计流程相结合，以整个问题流程中的不同阶段为维度来组织设计知识，把设计过程中积累的多种不同类型知识(数据、规则、模板、标准、实例、流程、手册等)以结构化的方式表示，并以知识组件的方式进行封装，以实现知识的有效标识、索引、检索和使用，完成设计推理，辅助工装设计过程。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种多维度知识组件构建方法，具体步骤如下：

步骤一、搭建知识组件的组织与构架；

将知识组件从结构整体角度，划分为任务式指引模块、知识组件驱动引擎模块、知识数据库模块以及解算器模块，通过四个模块的交互迭代，逐步优化形成知识本体。知识组件的任务式指引模块功能包括：输入、解算和输出三个模块，每个模块之间互相独立，同时实现信息交互。

解算器模块中包含：输入解析翻译功能、语义匹配功能、数据传输与插入功能，主要实现对所有过程程序进行有效的监督与控制。本体库、推理规则库、运算方法库是知识数据库模块的三大组成部分，知识数据库模块主要为知识组件驱动提供所需要的检索数据内容，同时给出了推理逻辑和运算方法与推理规则。

步骤二、知识组件驱动引擎模块运作机理机制；

作为知识组件的核心，知识组件驱动引擎的运作步骤为：

Step1.获取输入模块中的需求内容，读取输入信息的类型与内容；

Step2.通过知识组件驱动引擎模块的信息解析单元对输入的需求信息进行翻译和解析，解析即系统提取用户输入需求的属性以及属性之间存在的各种关系，得到知识组件可以理解的知识或语言的方式，并通过对知识单元的解析，判断输入参数的范围和输入参数之间的相互约束关系；

Step3.将Step2得到的语言输入给“语义匹配”程序；从知识数据库模块中寻找与语言相关的推理规则库中的规则内容和当前所需的推理规则、推理逻辑和运算模型知识，“语义匹配”程序将Step2中得到的需求属性通过规则推理的方式，由如下推理：

IF(XX＝“XX”&&XX＝“XX”&&XX＝“XX”&&XX＝“XX”)

THEN(XX＝“XX”)

将输入信息属性与规则元属性进行相似检索，通过得到匹配的规则元属性获取符合Step2需求的规则，进而得到与规则相关联的目标结果；其中，“if then”语句为规则，语句中的XX为规则元属性；

Step4.对Step3的结果进重新翻译成解算器格式的形式，并将翻译后的结果插入解算器模块中，然后将结果呈现在输出模板上。

步骤三、输入输出模块的定义；

知识组件的运行是靠输入输出模块来组织的，输入输出模块是知识组件的任务式指引的子模型。具体操作流程如下：

Step1.知识组件输入模板对输入信息进行验证和接收，获得用户需求；

Step2.知识组件驱动引擎模块将Step1获得的用户需求传递给解算器模块，并以步骤二Step2.解析后的内容为调用条件，调用解算器模块将其启动，解算器模块执行求解过程；

Step3.解算器模块将Step1.获得的用户需求与知识数据库模块里面的检索数据内容进行匹配，将相关的结果与输入数据进行关联，得到匹配结果；

Step4.知识组件驱动引擎模块将自身执行信息反馈给用户交互接口，将Step3.的匹配结果推送至输出模板；

Step5.输出数据接口获得求解器处理的数据,然后返回到用户交互的输出界面，呈现输出结果方案。

步骤四、多维度知识组件的构建；

以工装设计的不同阶段为维度，建立过程维度上的工装规划设计知识组件和对象维度上的工装结构设计知识组件。工装规划设计知识组件自动获取零件信息，规划结果，把结果输入给对象维；在结构设计知识组件中，建立功能字段，建立定位元件，夹紧元件，底板元件这些工装设计元素与具有工程含义的文字描述之间唯一确定的对应关系，并根据工装规划设计中关联的规则，从知识数据库中选取匹配的工装类型。本步骤结合上述步骤一、二、三构建出多维度知识组件。

1、过程维度：工装规划设计知识组件

工装规划时，用户从输入界面输入自己的需求参数或者需要的条件字句字段，然后通过内部驱动，将输入内容传输到知识数据库模块里面。其中，知识组件驱动引擎模块自动调用解算器模块，同时加载知识组件驱动引擎模块解析得到的输入信息，进而搜索并得到目标定位模式；最后知识组件驱动引擎模块推送目标定位模式到输出模板来展示给用户。在知识重用过程中，推理规则库中的推理结构用于连接知识组件驱动引擎模块与知识数据库模块中的定位模式知识。

1.1定位模式知识组件

Step1.输入模板接收包括工件类型、工件上的特征类型、特征数量以及需要限制的自由度在内的子输入信息fixture-concept_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，attribute 4}；

Step2.知识组件接收触发指令，调动知识组件驱动引擎模块执行运作步骤(步骤二)；

Step3.知识组件驱动引擎模块处理输入信息，根据定位模式规则元属性location-model_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，......，……}来匹配输入属性fixture-concept_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，attribute 4}；

Step4.根据匹配到的规则元属性获取规则location-model_component的type名称，确定工件所需定位模式；

定位模式设计知识组件配置完成后，需要通过设置输入与输出的传递关系来配置定位模式设计知识组件与定位基准选择知识组件之间的参数映射关系，即将定位模式设计知识组件生成的输出参数传递给定位基准选择知识组件作为定位基准选择知识组件的输入参数。

1.2定位基准选择知识组件

Step1.输入模板接收包括步骤1.1的定位模式信息、加工方法、加工方向、加工特征、主定位面这些子输入信息fixture-concept_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，......，……}；

Step2.知识组件接收触发指令，调动知识组件驱动引擎模块执行运作步骤(步骤二)；

Step3.知识组件驱动引擎模块处理输入信息，根据定位基准规则元属性location-standard_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，......，……}来匹配输入属性fixture-concept_component{attribute1,attribute 2,attribute3，......，……}；

Step4.根据匹配到的规则元属性获取规则location-standard_component的type名称，确定工件所需定位基准；

定位模式和定位基准知识组件配置完成后，需要通过设置输入与输出的传递关系来配置两个知识组件与结构设计中的元件选择知识组件之间的参数映射关系，即将两个知识组件生成的输出参数传递给元件选择知识组件作为其输入参数。

2、对象维度：工装结构设计知识组件

2.1元件选择知识组件

Step1.输入模板接收包括定位模式、定位元件的作用特征、定位元件限制的自由度、定位元件的功能类型、工件上用于定位的地方的几何类型在内的子输入信息fixture-structural_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，......，……}；

Step2.知识组件接收触发指令，调动知识组件驱动引擎模块执行运作步骤(步骤二)；

Step3.引擎处理输入信息，根据元件选择规则元属性select_component{attribute1, attribute 2,attribute 3，......，……}来匹配输入属性 fixture-structural_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，......，……}；

Step4.根据匹配到的规则元属性获取规则select_component的type名称，确定工件所需的工装元件类型；

元件选择知识组件完成元件规格确定功能后，需要通过设置输入与输出的传递关系来配置元件选择知识组件与元件尺寸驱动知识组件之间的参数映射关系，即将元件选择知识组件生成的输出结果与所需要的尺寸约束参数一起传递给元件尺寸驱动知识组件作为其输入参数。

2.2元件尺寸驱动知识组件

在尺寸驱动的知识组件中，通过将工件与工装元件中的尺寸参数进行匹配来确定工装元件的尺寸大小。

Step1.输入模板接收步骤2.1的用户对于工件规格的需求的尺寸参数值

fixture-dimension_component{h,l,d，......，……}；所述尺寸参数值来自被加工工件的尺寸特征。

Step2.元件尺寸驱动知识组件接收触发指令，调动知识组件驱动引擎模块执行运作步骤(步骤二)；

Step3.将Step1需求的尺寸参数值与2.1确定的工装元件的模型中不同牌号的元件的尺寸参数进行匹配，根据匹配到的尺寸参数来确定满足目标匹配关系的工装牌号；

Step4.获取Step3得到的工装牌号的尺寸参数值与该元件模型的其他参数间的约束关系，计算该元件所有参数的尺寸值；

Step5.根据Step4.得到的尺寸值驱动2.1确定的工装元件的各个尺寸参数生成符合工件尺寸需求的工装三维模型；

2.3元件建模装配知识组件

对工装结构设计中的装配知识进行总结，将工装元件的典型装配关系封装为元件建模装配知识组件。在工装元件实例化的过程中，元件建模装配知识组件中的装配关系信息为工装元件的装配提供装配特征，便于工装元件标识集合与工装元件实体模型之间的装配约束的构建。工装元件标识是装夹特征的具体表示，元件建模装配知识组件将工件上简化表示的工装元件标识(点线集)，作为装配特征进行封装。

工装元件与工件的自动装配过程如下：

Step1.输入模板接收与工件相关的装配关系信息 fixture-assemble_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，......，……}；

Step2.元件建模装配知识组件接收触发指令，调动知识组件驱动引擎模块执行运作步骤(步骤二)；

Step3.引擎处理输入信息，匹配工装元件知识组件模型中的装配关系信息，通过选取工装元件模型里封装的装配关系中的装夹点，与其他元件的装配特征建立面与面和点与线的装配约束，装配形成工装组件模型；

Step4.将工件及与其装配的工装元件或组件的装配信息标识建立固定约束，实现装配功能；

在构建了多维度的知识组件之后，通过调用元件选择知识组件、元件尺寸驱动知识组件参数化驱动生成三维模型和元件建模装配知识组件，来实现对工装知识的重新利用，在其核心引擎的驱动调节下实现信息的自动获取接收，根据命令执行操作并能够自动反馈相应结果。

步骤五、推理规则库的组织与定义；

1.工装设计规则的分类与结构化定义

根据类型来组织规则，根据每类规则的特点来定义其结构化表达形式。

D为工装元件的特征与规则集合,包含了工装元件的若干组成特征,以及每个元件关联的相关规则。

Di＝{li，ci，bi|li∈L,ci∈C，bi∈B}

每种规则以如下形式构成：

规则功能类型＝{规则元属性1,规则元属性2,规则元属性3，......，……}；

将规则结构化表达形式中的各个组成部分称为规则元属性，规则元属性即为每条规则的最小组成单位。

1.1过程维度：工装规划设计规则

(1)定位模式决策规则

定位模式设计在工装规划设计的最初阶段，需求建模的目的是为了寻找适合待装夹工件的定位模式。工件的不同的属性值可以决定不同的定位模式。

(2)定位基准决策规则

在确定工件的定位模式之后，接着进行定位基准面的选择。以定位基准选择需求模型作为输入信息的设计系统期望输出结果包括：(1)选定一组备选的定位基准面；(2)从备选定位基准面中找出最优定位基准。

1.2对象维度：工装结构设计规则

1.2.1元件选取规则

(1)定位元件设计规则

定位元件的规则特征集合包括规则库中注入何种信息，需要考虑什么内容以及如何将规则表达，以帮助工装结构设计知识组件的实现。包括需要什么类型的定位、定位点、定位形式方式、夹紧点、常用力这些装夹信息，建立功能字段。

Li为定位元件的规则特征集合。

Li＝{qi,mi,ji，pi，si}

(2)夹紧组件设计规则

夹紧组件的规则特征集合包括夹紧方式与主夹紧面类型信息。

C为夹紧组件的规则特征集合。

Ci＝{ai,bi}

(3)底板设计规则

讨论了孔系槽系底板及各自的定位方式。

B为底板的规则特征集合。

Bi＝{ei,fi}

1.2.2元件尺寸驱动规则

工装选择只是为设计人员提供了工装类别，而工装结构设计过程还要根据需求生成合适尺寸的工装模型，并将其安装到其相对应的装夹点上。

Si为参数集，含有工装元件的尺寸信息，为建模与规格选取提供了基础的数据。

Si＝{ni,o i|ni∈N,wi∈W}.

式中:ni为内部参数，是该零件自身的相关的尺寸参数值，用于构建实体模型。W为建立零件外部实体特征的输出参数，W定义了尺寸驱动每个特征的建模过程，及参数描述的规则，以及需要输出的结果参数。W包含了输入输出参数，和规则关系(＝,>和<)。

1.2.3元件建模装配规则

装配关系是确定元件装配定义(外界如何应用、何时应用)及其特征(例如孔的圆柱面的特征与相应定位销的表面进行匹配)，建立工装零件、部件或者元件、组件之间内在约束关系的关键，也是完成工装功能的关键。

2.基于规则元属性的工装设计规则库构建

本专利定义的规则元属性是一种描述集合和解算器进行结果求解的索引，将规则元属性定义为对设计流程中的功能类型、处理对象、属性信息、工程语义定义的描述集合，对实体信息和属性信息分别进行完善的描述同时建立相关的对应关系。

2.1规则元属性

规则元属性的构建是将每一条规则细分成不同的部分，并详细定义了每一种规则的结构化模型，结构化模型中的元素为该条规则的标识，以作为标准化的属性描述。同时利用规则的判句，即在知识组件驱动引擎从知识数据库模块中寻找与语言相关的推理规则库中的规则内容和当前所需的推理规则和运算模型知识时，推理规则库将解析后得到的需求属性通过规则推理进行结果匹配的方式，由如下判句型式化描述方式：

IF(XX＝“XX”&&XX＝“XX”&&XX＝“XX”&&XX＝“XX”)

THEN(XX＝“XX”)

来描述这些模型元素的属性关系。其中，语句中的XX为规则元属性。

将输入信息属性与规则元属性进行相似检索，通过得到匹配的规则元属性来获取符合解析后的需求的规则，进而得到与规则相关联的目标结果。

2.2基于规则元属性的工装设计规则库构建

工装设计过程中每一类维度的规则的结构特点都不相同，针对每一类维度建立其推理规则库。

有益效果

1、本发明的多维度工装设计知识组件构建方法，该模型中的知识的获取依赖于在工装设计的不同阶段存在的不同辅助决策和知识推理问题中的设计经验，以不同的设计过程为维度，将不同维度涉及的知识参数化。参数化后的工装元件通过知识的定义与信息的封装，形成知识组件。

2、本发明的多维度工装设计知识组件构建方法，通过功能标识与工装元件标识映射，以及特征与语义的匹配来实现运作机制。匹配过程是针对设计要求，寻找目标对象的过程。将输入内容与规则进行匹配，把满足相应的匹配要求的结果推送至输出窗口。

3、本发明的多维度工装设计知识组件构建方法，使用规则的结构化表示为引擎的推理决策提供丰富的基础数据，是将文字定义与实体模型信息连接在一起的纽带，同时也为了规范统一知识组件中对各类别名称、属性等内容的描述定义。结构化模型是细分后的不同规则元属性的集合，以立体化的描述方式表达了每一类规则的各项基本属性信息，同时规范了统一的描述方式。

4、本发明的多维度工装设计知识组件构建方法，在分析工装设计的过程以后，把需要的过程分解为工装的类型选择、尺寸驱动与建模装配三部分，每一部分里面调用各自的知识组件模板来进行求解工作，各个知识组件引擎通过从上一步里面得到的结果，支持了下一步的界面输入的方式来进行交接。

5、本发明的多维度工装设计知识组件构建方法，建立工装设计中的典型概念间的关系，并且为工装设计领域内的信息处理与共享的模式提供一个具有一致性的、明确的规范化内部运作处理机制。基于规则主体及规则元属性的知识表示与处理方法提出了多维度工装设计知识组件的概念，研究了工装设计过程中相关知识的组织方式，结合设计过程将知识有效得进行组织管理。

6、本发明的多维度工装设计知识组件构建方法，实现了决策的自动化推理过程，减少了在工装设计过程中的人为干预。知识组件运行过程中，设计人员输入的参数值直接决定了知识组件的运行结果，实现从用户输入需求到输出结果的流程一体化，减少了知识组件内部执行任务时的人机交互部分。

附图说明

图1为工装设计知识组件的结构图，主要包括了输入参数、输出参数和模板三部分，以及输入输出参数的字段与规则元属性属性的映射关系。其中数据库即为工装设计中所需知识，包括定位模式库，定位基准库，工装元件库，实例库，推理规则库，运算库。图2为知识组件驱动引擎模块运行图

图3为工装定位模式设计图

图4为定位元件设计图

图5为夹紧组件设计图

图6为底板设计图

图7为标准件参数化预览图

图8为标准件装配过程图

图9为基于规则元属性的工装设计规则库构建图

具体实施方式

下面结合实例对本发明的一种多维度知识组件构建方法的工作流程进一步描述。以工件加工的某一道工序为例对所设计的多维度知识组件构建方法和系统进行性能和功能上的验证。

实施例1一种多维度知识组件构建方法，具体步骤如下：

待加工工件的加工工序为以底面定位，采用钻床钻孔加工锥孔2xφ8。加工阶梯孔。

步骤一、搭建知识组件的组织与构架；

将任务式指引模块、知识组件驱动引擎模块、知识数据库模块以及解算器模块结合，构成知识组件体系的结构，实现知识组件框架搭建如图1。

其中，参数转化、解算器模块启动和数据传输工作都由知识组件驱动引擎模块统一完成，如图2；知识的自动处理是引擎运转的核心，知识的自动处理包括三个方面的内容：

Step1.知识获取是指获取以往经验中积累的多种不同类型知识(数据、规则、模板、标准、实例、流程、手册等)，并将其转化成为一种位于计算机内的存储方式。

Step2.知识表达是将知识以结构化或非结构化的方式存储，以计算机可处理的模式来符号化描述知识规则或表示某种数据结构。

Step3.知识利用包括解析输入内容，在规则中搜索匹配出相关满足特定条件的对象或问题的解；对知识库的管理与维护，如求解、增加、修改与删除，以及如何保证知识库中知识的一致性与完整性。

步骤二、知识组件驱动引擎模块运作机理机制；

当用户已知加工工件的信息后，首先通过加载定位模式知识组件搜索并得到目标定位模式；

Step1.输入模板读取输入信息的类型与内容，接收包括工件类型、工件上的特征类型、特征数量以及需要限制的自由度在内的子输入信息 fixture-concept_component1{P1＝“箱体类”&&P2＝“孔”&&P3＝“特征数量≥2”&& P4＝“6”}；

Step2.知识组件接收触发指令，调动知识组件驱动引擎模块执行运作，通过定位模式知识组件驱动引擎模块的信息解析单元对输入的需求信息进行翻译和解析，提取用户输入需求的属性：P1＝“箱体类”&&P2＝“孔”&&P3＝“特征数量≥2”&& P4＝“6”

Step3.知识组件驱动引擎模块将Step2得到的语言输入给“语义匹配”程序；“语义匹配”程序处理输入信息，根据定位模式规则元属性IF(P1＝“箱体类”&&P2＝“孔”&&P3＝“特征数量≥2”&&P4＝“6”)THEN(Cn＝“3-2-1定位”|| Cn＝“一面两销定位”)来匹配输入属性fixture-concept_component1{P1＝“箱体类”&&P2＝“孔”&&P3＝“特征数量≥2”&&P4＝“6”}；

Step4.根据匹配到的规则元属性获取规则location-model_component1的type名称，确定工件所需定位模式为3-2-1定位或者一面两销定位；

Step5.对Step4的结果进重新翻译成解算器格式的形式，并将翻译后的结果插入解算器模块中，然后将结果呈现在输出模板上。

将确定的定位模式结果连同加工方法、加工方向、加工特征、主定位面这些子输入信息作为定位基准选择知识组件的输入需求信息，同理可获得工件的定位基准；再将确定的定位模式与定位基准结果作为结构设计中的元件选择知识组件的输入信息，以此来确定需要的工装元件类型，执行元件选择知识组件的相关功能。

如图3所示，将工件特征输入定位模式知识组件模板，得到相应的定位模式。根据工件所需定位模式及作用特征，功能类型，几何类型等需求，在定位元件知识组件中求解得到合适的定位元件结果为支承板A，支承板B，圆柱短销，菱形短销，如图4。再根据工件的主定位面的类型，和夹紧的作用对象的特征，求解得到夹紧知识组件的合适结果，如图5。并根据工件的定位方式，在底板知识组件中求解得到合适的底板结果为孔系底板，如图6。

步骤三、输入输出模块的运作；

Step1.知识组件输入模板对输入信息“箱体类”，“孔”，“特征数量≥2”，“自由度为6”，“以底面定位，采用钻床钻孔加工锥孔2xφ8，加工阶梯孔”进行验证和接收，获得用户需求；

Step2.知识组件驱动引擎模块将Step1获得的用户需求传递给解算器模块，并以步骤二Step2.解析后的内容为调用条件，调用解算器模块将其启动，解算器模块执行求解过程；

Step3.解算器模块将Step1.获得的用户需求与知识数据库模块里面的检索数据内容进行匹配，执行步骤二的将相关的结果与输入数据进行关联的动作，得到匹配结果；

Step4.知识组件驱动引擎模块将自身执行信息反馈给用户交互接口，将Step3.的匹配结果推送至输出模板；

Step5.输出数据接口获得求解器处理的数据,然后返回到用户交互的输出界面，呈现输出结果方案。

步骤四、元件尺寸驱动知识组件

对圆柱短销的尺寸选择：

Step1.输入模板接收步骤2.1的用户对于工件规格的需求的尺寸参数值fixture-dimension_component{h＝6,d＝10}；所述尺寸参数值来自被加工工件的尺寸特征；

Step2.元件尺寸驱动知识组件接收触发指令，调动知识组件驱动引擎模块执行运作步骤(步骤二)；

Step3.将Step1需求的尺寸参数值与2.1确定的圆柱短销模型中不同牌号的元件的尺寸参数进行匹配，根据匹配到的尺寸参数h＝6,d＝10来确定满足目标匹配关系的工装牌号；

Step4.获取Step3得到的工装牌号的尺寸参数值与该元件模型的其他参数间的约束关系d_(1max)＝D_(1min)-△_(1min)，计算该元件所有参数的尺寸值D、L1+h；

Step5.根据Step4.得到的尺寸值驱动2.1确定的工装元件的各个尺寸参数生成符合工件尺寸需求的工装三维模型；

同理，赋予其他工装元件参数值驱动生成三维模型。

如图7所示，目录中包含不同类型的标准件，同一名称下又根据关键参数值的不同分为不同规格的元件，点击所需规格的标准件，或输入需要的标准件名称后点击【求解】控件，可在“图片预览”框中看到显示的预览图，用户可通过选择参数驱动元件的生成。

打开之后可以完成参数化修改，生成新的部件或者部件族。最终调用出包含整体一套的工装装配体(含有基础板、定位件、夹紧件等)。

步骤五、元件建模装配知识组件

Step1.输入模板接收与工件相关的装配关系信息 fixture-assemble_component{catCstTypeon,Null}；

Step2.元件建模装配知识组件接收触发指令，调动知识组件驱动引擎模块执行运作步骤(步骤二)；

Step3.引擎处理输入信息，匹配圆柱短销模型中的装配关系信息 MatingPlane、MatingPoint，由于圆柱短销直接装配在工件上，省略了与其他元件的装配特征建立面与面和点与线的装配约束，装配形成工装组件模型的步骤；

Step4.将工件及与其装配的工装元件或组件的装配信息标识建立固定约束，实现装配功能；根据它们之间的装配约束catCstTypeOn(相合)，以面面相合、点点相合的形式驱动工件和圆柱短销进行装配，如图8。

同理完成工件上其他工装元件组件的装配工作。

上述构建的多维度知识组件通过对知识的应用，执行工装设计不同阶段的决策的自动推理，其中过程维度的工装规划设计知识组件通过依次调用定位模式知识组件与定位基准选择知识组件，对象维度的结构设计知识组件通过依次调用元件选择知识组件、元件尺寸驱动知识组件与元件建模装配知识组件，来实现运转功能，直至最终完成完整的工装设计工作，输出完整的工装装配体。该方案可行且能达到预期效果。

步骤六、规则库的构建

结合工装设计过程，针对工装每一类维度的知识组件建立其推理规则库如图9。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多维度知识组件构建方法，其特征在于：以工装设计的过程为维度的知识组件构建方式，具体步骤如下：

步骤一、搭建知识组件的组织与构架；

将知识组件从结构整体角度，划分为任务式指引模块、知识组件驱动引擎模块、知识数据库模块以及解算器模块，通过四个模块的交互迭代，逐步优化形成知识本体；知识组件的任务式指引模块功能包括：输入、解算和输出三个模块，每个模块之间互相独立，同时实现信息交互；

解算器模块中包含：输入解析翻译功能、语义匹配功能、数据传输与插入功能，主要实现对所有过程程序进行有效的监督与控制；本体库、推理规则库、运算方法库是知识数据库模块的三大组成部分，知识数据库模块主要为知识组件驱动提供所需要的检索数据内容，同时给出了推理逻辑和运算方法与推理规则；

步骤二、知识组件驱动引擎模块运作机理机制；

作为知识组件的核心，知识组件驱动引擎的运作步骤为：

Step1.获取输入模块中的需求内容，读取输入信息的类型与内容；

Step2.通过知识组件驱动引擎模块的信息解析单元对输入的需求信息进行翻译和解析，解析即系统提取用户输入需求的属性以及属性之间存在的各种关系，得到知识组件可以理解的知识或语言的方式，并通过对知识单元的解析，判断输入参数的范围和输入参数之间的相互约束关系；

Step3.将Step2得到的语言输入给“语义匹配”程序；从知识数据库模块中寻找与语言相关的推理规则库中的规则内容和当前所需的推理规则、推理逻辑和运算模型知识，“语义匹配”程序将Step2中得到的需求属性通过规则推理的方式，由如下推理：

IF(XX＝“XX”&&XX＝“XX”&&XX＝“XX”&&XX＝“XX”)

THEN(XX＝“XX”)

将输入信息属性与规则元属性进行相似检索，通过得到匹配的规则元属性获取符合Step2需求的规则，进而得到与规则相关联的目标结果；其中，“if then”语句为规则，语句中的XX为规则元属性；

Step4.对Step3的结果进重新翻译成解算器格式的形式，并将翻译后的结果插入解算器模块中，然后将结果呈现在输出模板上；

步骤三、输入输出模块的定义；

知识组件的运行是靠输入输出模块来组织的，输入输出模块是知识组件的任务式指引的子模型；具体操作流程如下：

Step1.知识组件输入模板对输入信息进行验证和接收，获得用户需求；

Step2.知识组件驱动引擎模块将Step1获得的用户需求传递给解算器模块，并以步骤二Step2.解析后的内容为调用条件，调用解算器模块将其启动，解算器模块执行求解过程；

Step3.解算器模块将Step1.获得的用户需求与知识数据库模块里面的检索数据内容进行匹配，将相关的结果与输入数据进行关联，得到匹配结果；

Step4.知识组件驱动引擎模块将自身执行信息反馈给用户交互接口，将Step3.的匹配结果推送至输出模板；

Step5.输出数据接口获得求解器处理的数据,然后返回到用户交互的输出界面，呈现输出结果方案；

步骤四、多维度知识组件的构建；

以工装设计的不同阶段为维度，建立过程维度上的工装规划设计知识组件和对象维度上的工装结构设计知识组件；工装规划设计知识组件自动获取零件信息，规划结果，把结果输入给对象维；在结构设计知识组件中，建立功能字段，建立定位元件，夹紧元件，底板元件这些工装设计元素与具有工程含义的文字描述之间唯一确定的对应关系，并根据工装规划设计中关联的规则，从知识数据库中选取匹配的工装类型；本步骤结合上述步骤一、二、三构建出多维度知识组件；

1、过程维度：工装规划设计知识组件

工装规划时，用户从输入界面输入自己的需求参数或者需要的条件字句字段，然后通过内部驱动，将输入内容传输到知识数据库模块里面；其中，知识组件驱动引擎模块自动调用解算器模块，同时加载知识组件驱动引擎模块解析得到的输入信息，进而搜索并得到目标定位模式；最后知识组件驱动引擎模块推送目标定位模式到输出模板来展示给用户；在知识重用过程中，推理规则库中的推理结构用于连接知识组件驱动引擎模块与知识数据库模块中的定位模式知识；

1.1 定位模式知识组件

Step1.输入模板接收包括工件类型、工件上的特征类型、特征数量以及需要限制的自由度在内的子输入信息fixture-concept_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，attribute 4}；

Step2.知识组件接收触发指令，调动知识组件驱动引擎模块执行运作步骤(步骤二)；

Step3.知识组件驱动引擎模块处理输入信息，根据定位模式规则元属性location-model_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，......，……}来匹配输入属性fixture-concept_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，attribute 4}；

Step4.根据匹配到的规则元属性获取规则location-model_component的type名称，确定工件所需定位模式；

定位模式设计知识组件配置完成后，需要通过设置输入与输出的传递关系来配置定位模式设计知识组件与定位基准选择知识组件之间的参数映射关系，即将定位模式设计知识组件生成的输出参数传递给定位基准选择知识组件作为定位基准选择知识组件的输入参数；

1.2 定位基准选择知识组件

Step1.输入模板接收包括步骤1.1的定位模式信息、加工方法、加工方向、加工特征、主定位面这些子输入信息fixture-concept_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，......，……}；

Step2.知识组件接收触发指令，调动知识组件驱动引擎模块执行运作步骤(步骤二)；

Step3.知识组件驱动引擎模块处理输入信息，根据定位基准规则元属性location-standard_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，......，……}来匹配输入属性fixture-concept_component{attribute1,attribute 2,attribute3，......，……}；

Step4.根据匹配到的规则元属性获取规则location-standard_component的type名称，确定工件所需定位基准；

定位模式和定位基准知识组件配置完成后，需要通过设置输入与输出的传递关系来配置两个知识组件与结构设计中的元件选择知识组件之间的参数映射关系，即将两个知识组件生成的输出参数传递给元件选择知识组件作为其输入参数；

2、对象维度：工装结构设计知识组件

2.1 元件选择知识组件

Step1.输入模板接收包括定位模式、定位元件的作用特征、定位元件限制的自由度、定位元件的功能类型、工件上用于定位的地方的几何类型在内的子输入信息fixture-structural_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，......，……}；

Step2.知识组件接收触发指令，调动知识组件驱动引擎模块执行运作步骤(步骤二)；

Step3.引擎处理输入信息，根据元件选择规则元属性select_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，......，……}来匹配输入属性fixture-structural_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，......，……}；

Step4.根据匹配到的规则元属性获取规则select_component的type名称，确定工件所需的工装元件类型；

元件选择知识组件完成元件规格确定功能后，需要通过设置输入与输出的传递关系来配置元件选择知识组件与元件尺寸驱动知识组件之间的参数映射关系，即将元件选择知识组件生成的输出结果与所需要的尺寸约束参数一起传递给元件尺寸驱动知识组件作为其输入参数；

2.2 元件尺寸驱动知识组件

在尺寸驱动的知识组件中，通过将工件与工装元件中的尺寸参数进行匹配来确定工装元件的尺寸大小；

Step1.输入模板接收步骤2.1的用户对于工件规格的需求的尺寸参数值fixture-dimension_component{h,l,d，......，……}；所述尺寸参数值来自被加工工件的尺寸特征；

Step2.元件尺寸驱动知识组件接收触发指令，调动知识组件驱动引擎模块执行运作步骤(步骤二)；

Step3.将Step1需求的尺寸参数值与2.1确定的工装元件的模型中不同牌号的元件的尺寸参数进行匹配，根据匹配到的尺寸参数来确定满足目标匹配关系的工装牌号；

Step4.获取Step3得到的工装牌号的尺寸参数值与该元件模型的其他参数间的约束关系，计算该元件所有参数的尺寸值；

Step5.根据Step4.得到的尺寸值驱动2.1确定的工装元件的各个尺寸参数生成符合工件尺寸需求的工装三维模型；

2.3 元件建模装配知识组件

对工装结构设计中的装配知识进行总结，将工装元件的典型装配关系封装为元件建模装配知识组件；在工装元件实例化的过程中，元件建模装配知识组件中的装配关系信息为工装元件的装配提供装配特征，便于工装元件标识集合与工装元件实体模型之间的装配约束的构建；工装元件标识是装夹特征的具体表示，元件建模装配知识组件将工件上简化表示的工装元件标识(点线集)，作为装配特征进行封装；

工装元件与工件的自动装配过程如下：

Step1.输入模板接收与工件相关的装配关系信息fixture-assemble_component{attribute1,attribute 2,attribute 3，......，……}；

Step2.元件建模装配知识组件接收触发指令，调动知识组件驱动引擎模块执行运作步骤(步骤二)；

Step3.引擎处理输入信息，匹配工装元件知识组件模型中的装配关系信息，通过选取工装元件模型里封装的装配关系中的装夹点，与其他元件的装配特征建立面与面和点与线的装配约束，装配形成工装组件模型；

Step4.将工件及与其装配的工装元件或组件的装配信息标识建立固定约束，实现装配功能；

在构建了多维度的知识组件之后，通过调用元件选择知识组件、元件尺寸驱动知识组件参数化驱动生成三维模型和元件建模装配知识组件，来实现对工装知识的重新利用，在其核心引擎的驱动调节下实现信息的自动获取接收，根据命令执行操作并能够自动反馈相应结果。

2.如权利要求1所述的一种多维度知识组件构建方法，其特征在于：从工装设计过程的过程维度、对象维度的角度来构建多维度工装知识组件，实现工装设计过程知识的有效组织、管理和使用；所述推理规则库的组织与定义如下；

1.工装设计规则的分类与结构化定义

根据类型来组织规则，根据每类规则的特点来定义其结构化表达形式；

D为工装元件的特征与规则集合,包含了工装元件的若干组成特征,以及每个元件关联的相关规则；

Di＝{li，ci，bi|li∈L,ci∈C，bi∈B}

每种规则以如下形式构成：

规则功能类型＝{规则元属性1,规则元属性2,规则元属性3，......，……}；

将规则结构化表达形式中的各个组成部分称为规则元属性，规则元属性即为每条规则的最小组成单位；

1.1 过程维度：工装规划设计规则

(1)定位模式决策规则

定位模式设计在工装规划设计的最初阶段，需求建模的目的是为了寻找适合待装夹工件的定位模式；工件的不同的属性值可以决定不同的定位模式；

(2)定位基准决策规则

在确定工件的定位模式之后，接着进行定位基准面的选择；以定位基准选择需求模型作为输入信息的设计系统期望输出结果包括：(1)选定一组备选的定位基准面；(2)从备选定位基准面中找出最优定位基准；

1.2 对象维度：工装结构设计规则

1.2.1 元件选取规则

(1)定位元件设计规则

定位元件的规则特征集合包括规则库中注入何种信息，需要考虑什么内容以及如何将规则表达，以帮助工装结构设计知识组件的实现；包括需要什么类型的定位、定位点、定位形式方式、夹紧点、常用力这些装夹信息，建立功能字段；

Li为定位元件的规则特征集合；

Li＝{qi,mi,ji，pi，si}

(2)夹紧组件设计规则

夹紧组件的规则特征集合包括夹紧方式与主夹紧面类型信息；

C为夹紧组件的规则特征集合；

Ci＝{ai,bi}

(3)底板设计规则

讨论了孔系槽系底板及各自的定位方式；

B为底板的规则特征集合；

Bi＝{ei,fi}

1.2.2 元件尺寸驱动规则

工装选择只是为设计人员提供了工装类别，而工装结构设计过程还要根据需求生成合适尺寸的工装模型，并将其安装到其相对应的装夹点上；

Si为参数集，含有工装元件的尺寸信息，为建模与规格选取提供了基础的数据；

Si＝{ni,o i|ni∈N,wi∈W}.

式中:ni为内部参数，是该零件自身的相关的尺寸参数值，用于构建实体模型；W为建立零件外部实体特征的输出参数，W定义了尺寸驱动每个特征的建模过程，及参数描述的规则，以及需要输出的结果参数；W包含了输入输出参数，和规则关系(＝,>和<)；

1.2.3 元件建模装配规则

装配关系是确定元件装配定义(外界如何应用、何时应用)及其特征(例如孔的圆柱面的特征与相应定位销的表面进行匹配)，建立工装零件、部件或者元件、组件之间内在约束关系的关键，也是完成工装功能的关键。

3.如权利要求1所述的一种多维度知识组件构建方法，其特征在于：从工装设计过程的过程维度、对象维度的角度来构建多维度工装知识组件，实现工装设计过程知识的有效组织、管理和使用；所述基于规则元属性的工装设计规则库构建如下：

所述规则元属性是一种描述集合和解算器进行结果求解的索引，将规则元属性定义为对设计流程中的功能类型、处理对象、属性信息、工程语义定义的描述集合，对实体信息和属性信息分别进行完善的描述同时建立相关的对应关系；

2.1 规则元属性

规则元属性的构建是将每一条规则细分成不同的部分，并详细定义了每一种规则的结构化模型，结构化模型中的元素为该条规则的标识，以作为标准化的属性描述；同时利用规则的判句，即在知识组件驱动引擎从知识数据库模块中寻找与语言相关的推理规则库中的规则内容和当前所需的推理规则和运算模型知识时，推理规则库将解析后得到的需求属性通过规则推理进行结果匹配的方式，由如下判句型式化描述方式：

IF(XX＝“XX”&&XX＝“XX”&&XX＝“XX”&&XX＝“XX”)

THEN(XX＝“XX”)

来描述这些模型元素的属性关系；其中，语句中的XX为规则元属性；

将输入信息属性与规则元属性进行相似检索，通过得到匹配的规则元属性来获取符合解析后的需求的规则，进而得到与规则相关联的目标结果；

2.2 基于规则元属性的工装设计规则库构建

工装设计过程中每一类维度的规则的结构特点都不相同，针对每一类维度建立其推理规则库。