基于关系数据库的机械零件智能设计系统研究

摘要：当今社会不断发展，促使制作也在逐步发展，在市场需求下，提高对产品的性能、产量、质量以及制造成本的要求，在此背景下，促使制造企业逐步向智能化、自动化发展。而前提基础是要提升设计系统中机器的智能水平。为此文章主要对机械零件智能设计系统的研制方法进行探讨，首先分析了智能设计系统的方案，而后提出一种基于关系数据的新知识表达方法以及实现方式，最后具体分析了知识的利用。

关键词：数据库;机械零件;智能设计系统;推理机

若想实现制作业智能化、产业化、自动化发展的目标，需要提高机械零件智能化水平，促使计算机可以在最大范围内发挥价值，完成对数据、信息、知识的处理，全面提升自动化水平，从而有效提升设计工作的效率和质量，更好的满足市场对产品的需求。在传统CAD系统基础上，通过知识处理技术的处理，形成智能CAD系统也就是1CAD系统，而后结合了人工智能技术、计算机绘图等各种参数计算技术，利用各自的优势，相得益彰。但是，现阶段我国智能设计系统仍处在1CAD初期阶段，存在一定的局限性。由此可见，本文对基于关系数据库的机械零件智能设计系统研究，有着十分重要的意义。

一、智能设计系统的总体方案

在智能设计系统中，需要具备计算分析、知识处理、图形处理、数据管理与服务等基础功能。是以专家系统为核心的CAD系统，实现了对知识系统的知识处理能力与常规的CAD功能的有机结合，为设计者不同阶段的设计任务提供帮助。

智能设计系统SIDS是建立在Windows平台基础上的进行开发的[1]，此系统可以为使用者提供简便、实用的方法，而后经过知识工程师的改动，在原有的知识库中融合进不同类型任务的知识库，从而实现设计各种不同的机械零件的功能。

二、知识的表示方法及实現方式

就目前情况看，关系数据库无论是在理论方面还是在实际应用上都趋于成熟，将其利用到设计专家系统知识中，可以更好的存储和管理知识。在S1DS系统中提出一种基于关系数据库的机械零件设计知识专家系统的解决方案，促使关系数据库式知识库和推理机的有机结合。在整个数据系统中，知识库主要存放于数据库中。那么问题就在于如何运用适宜的方式将知识呈现出来，并妥善存放于知识库中，促使其更好的被利用[2]。

全面分析不同的零件，不难发现，部分零件特点是共有的，而部门则是独有的。用来存储零件的共有属性以及特有属性分别称为动态参数、静态参数。其中的动态参数主要涉及到的是解决问题的知识，一种是推理判断性知识，主要针对的是特定问题及细节设计问题的解决，此种知识具有启发性但也无法保证精确性;另一种就是原理性知识，主要采用的是数值方法处理。这类知识一般情况下，主要体现在程序实现过程中，所以也称为过程性知识。在S1DS系统中，采用的是编程性函数表达方式。S1DS系统知识库树状图如下图所示。

在该框架下，通过多个节点和关系形成了网络。其中无论是主框架还是子框架，多相当于一个节点，对一个对象信息进行描述[3]。对于待求解的问题来说，其可以分解成多个子问题，并在子问题基础上再进行分解，而与子问题相关的信息主要体现在主框架中。所以，框架系统可以表达语言以及其他各种繁琐的问题。从结构上出现层次清晰，有利于存储。而知识的获取，主要就是提炼出能够解决问题的专门知识，并将其转化为可以在计算机内通过代码实现的方式。提炼知识并不是容易的，主要是因为，知识的提取需要在现有知识基础上进行理解、抽取、组织，而后进一步实现创新。

三、知识的利用

在专家系统知识和知识结构建立过程中，需要考虑到使用方法。其中在执行、处理知识过程中，推理机扮演着重要的角色，而实现推理机发生作用的关键便在于推理策略。本文研究的系统中采用的是正向推理。

（一）黑板

黑板属于全局数据区，主要作用就是用来存储系统控制信息、工艺过程信息、零件特征信息。具体涉及到了几种数据表：状态数据表、零件总体信息数据表、特征数据表三种。其中用来存储当前系统控制与黑板状态信息是状态数据表;零件总体信息数据表则主要存储零件的前段设计信息;而特征数据表则主要存储零件各特征数据。在S1DS1.0系统中，存储己经推理出来的结果使用的是一个Richtextbox控件。而用SQL server 2000的一个表“己知条件表”来做黑板的后备存储结构体。

（二）推理控制器

从目前的系统看，知识库有限，对应的搜索方法也没有发挥较好的作用，但在知识库不断扩充下，一个推理需要满足相应的搜索能力需求[4]，其中的状态空间的搜索思想可以直接影响到工作效率。在本系统中，主要运用的深度优先思想。也就是从初始节点出发，而后沿着一条分支进行一步一步深入，直到最低端找到目标节点为止。

（三）知识调度器

知识调度器主要用于工艺知识的调度和使用，其中控制的是元规则，而后以相应的数据结构得以实现。在本系统中属于1.0版本，所以此功能是通过人工实现。

（四）规则匹配器及触发器

其中规则匹配器主要用于检查规则的IF部分，判断其成立可能性。而S1DS中的规则是基于规则元的统一表示模式，所以规则匹配的核心便是规则元的匹配。

通过相应的推理决策作用下，推理机控制决定启用某条规则后，将规则触发器进行了激活，执行规则的THEN部分或ELSE部分所规定的动作，进而改变黑板状态。

（五）黑板读写接口

规则匹配器和规则触发器，主要就是利用黑板读写接口，实现最终的读取、写入数据。

结语：

总之，通过本文对基于关系数据库的知识表达方式分析，不难发现，与现有智能设计系统相比，更容易管理、扩充知识库。

参考文献：

[1]陈青，刘建钊.机械零件智能设计过程中知识表示的研究及应用[J].煤矿机械，2016，34（01）：235-237.

[2]杨兰松.机械零件智能设计系统的推理机研制[J].机械设计与制造，2017，56（01）：122-124.

[3]王丹，严玉涛，曾春耕，孙志礼.基于关系数据库的机械零件智能设计系统的研制[J].机械设计与制造，2016，45（06）：180-182.

[4]乔桂玲，李尚平.基于对象-关系数据库的甘蔗收获机械智能设计系统的研究[J].中国制造业信息化，2015，56（02）：104-106.

作者简介：何军（1972.04-），男，汉族，籍贯：湖北省十堰市，工作单位：湖北工业职业技术学院机电工程学院，职称：高级工程师，大学本科，研究方向模具CAD/CAM/CAE。

课题名称：冷冲模标准件库的开发和应用，编号：20142KA01