CAD平台下基于免疫过程的知识主动推送模型

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)西北工业大学机电学院 作者:董思洋

  为实现航空产品可制造性设计中工艺知识的主动推送,根据知识主动推送和机体免疫过程的相似性,构建了CAD平台下基于免疫过程的工艺知识主动推送模型,阐述了模型中各个子模块的特点、功能和实现方法。对传统免疫算法中抗原识别、浓度、亲和力等概念进行重新定义,提出能够实现工艺知识与需求自主匹配的KMIRA算法。以某航空产品可制造性设计为例,实现了主动推送模型的应用,并验证了KM-IRA算法的可行性和有效性。

  引言

  航空产品的可制造性设计是一个典型的知识密集型活动,该活动中的设计人员需要制造知识的支持。但是由于制造知识种类繁多、信息量大,使得产品设计过程中工艺知识的获取效率和准确率都较低。另外,现阶段的实际工作情况是,知识的获取常常被动查询,不能准确表达设计人员的需求,存在输出结果过多和查全率有余、查准率不足等弊端,导致设计人员需要花费大量时间来查找和甄别所需要的知识。因此,需要一个面向产品设计过程的知识管理平台,以主动、及时、准确地向设计人员推送所需要的知识。

  可制造性设计一直是学术研究的热点,例如文献分别针对制造系统的各个领域进行了大量的评价研究,提出了许多理论和方法;文献针对钣金成型和注塑模进行了可制造性评价的研究,按照定量评价和定性评价两个不同层次对零件进行可制造性评价;文献采用可冲压性评价编码的方法,对零件的冲压工艺性进行评价,给出了冲压工艺性评价的流程图。但上述研究工作是在不同时期面向不同应用领域进行的、侧重于评价方法的研究,从实用性角度来看,没有更多地从零件设计方面考虑产品的可制造性设计,未考虑计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)环境下零件的结构工艺性和加工工艺性。

  目前,很多学者对知识的主动推送问题从不同角度进行了研究,为了改变知识被动查询过程中的效率低下等现状,解决知识管理系统中存在的知识泛滥、知识迷航等问题,文献从不同角度提出了知识主动推送的概念。例如文献提出基于粗糙集的产品协同设计知识推送方法;文献提出一种基于知识属性相似度的知识推送方法,通过计算知识的属性相似度获取用户的感兴趣信息,实现了无须人工干预的知识自动推送;文献提出一种集人、过程和知识为一体的知识主动推送服务系统的方法,在结构化元知识和知识地图模型的构建基础上,提出基于工作流引擎和知识引擎的双驱动知识主动推送策略;文献利用知识表达、关联等方式,开发了基于知识的飞机设计引导系统,在一定程度上解决了飞机设计过程中的经验知识传承、设计知识推送等问题。但是如何结合CAD软件平台实现可制造性设计中知识的主动推送,从而进一步实产品零件的可制造性判断等,上述文献均没有提出具体的解决方法。鉴于此,本文将重点研究如何在CAD软件平台上实现制造知识的主动推送和利用。

  机体免疫系统(immune system)是一个由众多免疫器官、细胞和分子共同组成的分布式自治系统,在免疫反应性异物(如抗原)侵入机体时,能够自主调动免疫细胞对入侵抗原进行识别和排除,以此维持机体的生理平衡,文献[17-18]从不同角度对免疫系统进行了利用。可制造性设计中知识的主动推送过程和机体的免疫过程有很多相似之处,笔者基于对这种相似现象的考虑,构建了CAD平台上的可制造性设计模型框架,在此基础上针对如何获得相关的制造知识环节,借鉴机体的免疫应答机制(Immune Response Mechanism,IRM),提出一种基于免疫过程面向航空产品的制造知识主动推送模型。该模型分别提出知识的免疫细胞表达模型和知识需求的抗原表达模型,设计了知识主动推送的应答免疫机制,使得针对不同需求时能建立快速、准确的响应,并结合SolidWorks实现可制造性设计中的知识推送。由于制造知识种类繁多,本文重点针对其中的工艺知识进行研究。

1、基于免疫过程的工艺知识主动推送模型

  为实现航空工艺知识的主动推送,必须首先考虑三个方面的问题:①知识需求与工艺知识匹配过程模型的构建;②知识需求的分析、获取与表达;③工艺知识的组织模型与表达。结合生物体免疫过程中的相关概念,本文以航空产品设计与制造为对象,提出基于免疫过程的工艺知识主动推送模型(记为OP),如图1所示。

  图1 所示的模型完整地表达了工艺知识的主动推送过程,该模型包括知识输入模块(KnowledgeInput Module,KIM)、工艺知识的免疫细胞化表达模块(Immune Cells express of ManufacturingKnowledge Module,ICMKM)、知识需求的抗原化表达模块(Antigen expression of Knowledge Demand Module,AKDM)、知识需求分析模块(Knowledge Demancl Analysis Module,KDAM)以及知识推送的免疫过程模块(Immune Process ofKnowledge Push Module,IPKPM)等诸多单元,以集合形式表示为OP={KIM,ICMKM,AKDM,KDAM,IPKPM}。下面针对图1中涉及的各个子模块进行详细分析和设计,并分析各子模块构建过程中需要考虑的关键因素。

5、结束语

  本文研究了航空产品在CAD平台下可制造性设计中的知识推送问题,提出了基于免疫过程的工艺知识主动推送模型。类比于机体免疫过程中的抗原、免疫细胞等概念,构建了知识需求的抗原表达模型和工艺知识的免疫细胞表达模型;提出了成功适用于该模型的KM-AIA算法,通过实验发现,与传统IA算法相比,KM-AIA算法在改善知识推送效果的同时,实现了工艺知识向产品设计推送的主动性、精确性和及时性,获得了满意的效果。下一步的工作重点是:①如何结合工作流程及时获取所需要的知识进行推送,增强企业的竞争优势;②进一步考虑复杂CAD模型下的知识推送,提高设计效率和质量。

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