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基于实例的分布式水泵CAD系统的研究
作者:管理员    发布于:2017-03-28 14:00:26    文字:【】【】【

  基于实例的分布式水泵CAD系统的研究斌殷国富□陈田探讨了水泵实例的检索方法,并给出了其实现算法。

  水泵属于多品种、中小批量生产对象,设计工作量较大,且在水力模型设计中很大程度上依赖于设计人员的经验。对于这样的机械产品,其设计问题域是一个复杂多变的病态结构域(ill-structureddomain)很难从中抽象出形象化的规则和模型,这使得基于规则和基于模型的推理技术在解决相应部分的设计问题时显得乏力。同时,水泵的快速更新与集成化特点还要求参与设计的人员能快速拥有新的优秀设计实例。因此,本文提出将分布式的基于实例的推理技术(Case-basedReasoning,CBR)应用于水泵的分布式CAD系统,通过合理应用已有的设计经验、及时获取其它设计单元的优秀设计实例,达到快速开发水泵的目的。

  1. CBR技术是一种类比推理,其核心在于用过去的实例和经验来解决当前问题。CBR被作为一种实用的人工智能方法应用于构造智能CAD系统。在CBR中,以前的经验是以剧本的形式保存于库中,每一个经验称为实例,实例库则是设计的结晶,同时又是一种组织已有技术的工具。当要解决新问题时,从实例库中找出与新问题相似的一个或几个实例,通过修改实例来满足新问题。与基于规则的专家系统RBS(Rule-basedSystem湘比,CBR具有以下优点:1)更接近于人决策的实际过程;)可以自动处理与知识库不一致的新知识;3)实例库的建立比规则库建立更快;4)运行CBR的速度更快;5)提供良好的解释;6)特别适合于知识缺乏的领域。

  2.水泵的实例表示是基于CBR技术的水泵设计的基础。它涉及实例的内容和实例的结构组织形式。

  (2)设计的基本原理与方法。如水泵的基本设计理论、优化水力模型设计方法、各零件的设计、校核理算法对水泵进行相似设计。根据流量相似定律和扬程相似定律得到比转速ns的计算式:H―泵的设计扬程(m)n泵的转速(m/s)式(1)即可作为其中一个水泵设计实例,而具体的优化水力模型设计方法(如加大流量设计法、无过载设计法及面积比原理设计法等)则可作为相应的实例。

  (3)水泵的设计经验。它包括设计师通过长期的设计、试验工作而积累的技巧、方法等。实际的水泵叶轮轴面投影曲线的确定中,设计师通常在手工绘制中积累了丰富的经验,本系统采用适应手工绘制的方格网法来加以调整,在此手工设计的经验(如不同的设计目标与所调整的变化曲线,即F-L曲线的弯曲度、走向等具有一定的关系)则可作为实例来进行描述。

  (4)设计规范与标准。它是从《水泵设计手册》中得到的知识。

  (5)终的设计方案。包括不同工况下水泵的不同性能(水泵的性能特性曲线)、终的产品相关文档、图档等。

  (6)设计方案的评价和实例成功与失败的历史等。

  它是实例是否进行更新的依据,在存储评价较高实例的同时,对于评价较低的实例同样进行存储,并记录失索时间。

  实例的结构直接影响实例检索和维护的效率。对于水泵这类复杂机械产品的实例结构设计,为了在实例的检索过程中,既可以通过比较特性及其数值,也可以通过比较结构上的相似性来作为相似性的判断,以便提取实例,采用具有层次性的实例结构,且使之基本遵循“抽象的、共性的特性位于顶层、特性越具体、越个性化就越倾向于底层”的原则,由此大大提高了检索的效率、节省了存储空间。

  根据水泵的相似定律,可建立结构相似的泵在相似工况下,性能参数之间的关系。本文将代表相似定律换算的性能之间关系的综合参数一比转速ns作为实例层次结构的层(顶层)实例的属性,通过检索ns相似相等的泵,找出与所设计泵几何和运动相似的所有实例;将决定水泵系列的参数作为第二层实例的属性,由此检索出与所设计泵结构相同(如单级悬臂式泵、双吸式泵或节段式多级泵系列)或某种特殊用途的泵(如化工流程泵、锅炉给水泵系列)将水泵的规格(根据同一系列中尺寸和性能的不同来划分)作为第三级实例的属性;将其它一些结构等的细节要求作为第四级(也是后一级)实例的属性。由此对水泵进行了由抽象到具体的分层组织,建立水泵实例的分级模型。对于水泵的某一级实例可通过式(2)来表示:…,n.由此,水泵实例库表示为:在本系统中,级实例可表示为::i >,分别描述离心泵、混流泵和轴流泵等三大类实例。

  3.水泵的实例检索是影响整个水泵系统效率的重要因素,它是根据问题描述找出与当前设计相似的先前实例。基于实例的水泵系统的检索与常规的数据库检索不同,它是模糊定义的,可以应用不属于实例的变量,问题描述中的变量值可与匹配实例中的不同,并且条件和约束的限定是以相似度来衡量的,不要求完全等同。本文当前实例与实例库中实例之间的相似性判断是通过相似矩阵来实现,具体算法过程描述如下。

  在检索过程中,除需要满足限定的约束外,还要满足特定目标(如水泵的高扬程、大汽蚀余量等),检索条件可以表示为:目标权值。

  对于任何实例S/和约束Ci,实例的相似性可通过下式计算:由此通过比较内(S)即可检索出相似的实例。

  在进行第四级实例(S4)的检索中,根据上述提出的轴面投影手工设计经验,将不同设计目标下所要求的F-L曲线作为约束以达到不同的设计目标,如对于多数低比转速泵,为了保证其高抗汽蚀性,往往使其F-L曲线在进口部分凸起;对于大流量泵为了保证高效率,往往使F-L曲线从进口到出口有平稳上升的趋势,而对于曲线的具体形状及所要求达到的目标(高抗汽蚀性及高效率)的描述在量化过程中则必须加入相应的约束权值和目标权值。限于篇幅,具体的检索过程及相似性计算就不再详述。

  CBR技术就是为以过去某类问题的成熟方案为基础来解决目前的相似问题这一过程提供了一种行之有效的方法。本文通过将CBR技术应用于分布式水泵CAD系统中,分析了水泵实例的表示方法,探讨了水泵实例的检索方法。该设计思想已在为某水泵制造集团开发的分布式水泵CAD系统中得到成功运用,实践表明该设计思想对于开发其它复杂机械产品的分布式协同设计系统也有借鉴意义。

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