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作者：孙家坤 李兆前 黄传真 高琦 杨超英
1、引言
为了保证企业具有持续的创新能力和经济效益,如何创造、积累和使用知识已经成为当前企业成功的关键因素。企业的发展逐渐从依靠资本积累转向依赖于知识积累和更新,在产品开发领域,已有知识的有效利用是企业产品创新以及保持相对竞争优势的源泉。
有效地利用覆盖件模具开发过程中的经验知识,能够极大地提高模具开发的效率,但是如何获取这些知识,特别是经验知识是一项十分困难的事情。传统知识管理根据知识本身的内容进行分类, 分别存放于各子知识库中, 忽略了不同内容的知识之间可能存在的内在联系。因此,寻找一种较为理想的设计经验知识的计算机表达方法是很有意义的。使设计者能方便、灵活地进行模具开发,并且模具开发经验可随着时间、环境和领城的变化得到不断的更新和补充。实例本身包含了大量的设计经验知识,通过实例不仅可以充分利用隐含在实例中的设计经验,而且也更符合人类的设计思维习惯和工程实际。在对覆盖件模具开发时, 通过对覆盖件及其模具进行特定的描述, 然后从实例库中能够提取与之相似的成功实例, 根据实例中的模具遇到的问题及其解决方案,来对相关问题进行预测并消除潜在的问题,提高模具开发的效率。
2、基于特征的覆盖件模具实例描述
在覆盖件模具产品开发环境中, 特征不仅包括几何/ 拓扑信息, 而且包括一些非几何的属性信息,如尺寸公差、粗糙度、材料等,它还包括与产品开发过程有关的信息,如设计意图、设计版本等,以及关于功能、性能及约束条件等的信息。但到目前为止,对特征定义和分类的研究还没有形成一个统一的标准, 这是因为特征的定义和分类受到特征研究应用背景的制约,不同类型的产品生产流程有所不同,抽象和提取的属性也就各不相同。模具产品开发过程中的特征建模究竟应当包含哪些特征,各说不一。根据流程及模具开发的特点,对产品(模具)开发过程中所涉及到的特征进行了总结和划分, 覆盖件模具基本分为:冲裁、拉延、修边、翻边、弯曲等几大类以及由这几个大类组合出多种类型的模具。并结合覆盖件模具开发的实际过程, 确定影响模具的典型特征因素为:模具尺寸、覆盖件形状、覆盖件类型、模具类型、覆盖件精度、模具材料、自动装置、覆盖件料厚等18 个特征。因此,覆盖件模具实例可以通过下面的四元式来描述。
DieCASE={P,D,Q,O}
式中:P－－有限非空集,为覆盖件的特征集合,包括覆盖件大类(轿车、货车等)、覆盖件小类(车门、发动机罩等)、材料、形状、精度等,还包括覆盖件的数字模型,P={P1,P2……Pm},
D－－非空有限集,为模具的特征信息,包括模具大类如冲压、整形,模具小类如落料、修边等、模具材料等以及模具的数字模型,D={d1，d2，……dm}
Q－－相关问题集合,即在模具开发过程中遇到的相关问题及其解决方案,该集合至少包括产品及其模具的设计说明文档,为非空有限集合,Q={q1，q2，……qm}；
O－－非空有限集,是与销售、报价相关的特征信息,O={O1,O2……Om}。
其中P、D特征集作为实例的索引集。
3 、实例信息在PDM 中的组织
在PDM系统Teamcenter环境下, 用于描述一个产品的全部数据(如图档、分析报告、测试报告、工艺文档等)被捆绑到一起(在Teamcenter 中称之为Item),从而形成该产品的完整信息模型。覆盖件及其模具特征信息可以分为三部分:属性信息、数模和问题描述及其解决方法文档。
(1)属性信息:即特征集合P和D所涉及的信息如覆盖件类型、模具类型等。对于属性信息的名称、类型信息,通过对item 的名字可以实现。而其他属性信息如覆盖件类型、材料名称等则可通过定制form 的方式显示,首先在Teamcenter 中创建相关的值列表,配置form 类型所需pom_class类,然后创建新的MasterForm 类, 该form类继承于MasterForm 类,将定制信息写入,其代码实现如下：
结果如图1所示。
(2)覆盖件及模具的数字模型:即实例描述特征集P和D中的数字模型信息,包括三维数模、二维图纸等。数字模型作为item下的数据集(dataset)导入数据库。
(3)相关问题描述:即实例描述特征集中o中的特征,一般为word文档,包括问题类型、问题描述及解决方案等。与数字模型类似,以数据集的形式依附于item。
结合Teamcenter 的信息组织模式,将实例特征信息进行了合理的安排, 符合企业内产品开发人员的习惯。
4 基于相似度的覆盖件模具实例检索
4.1 相似度的计算
通过对两个模具在许多方面进行比较来判断一个模具与已有模具的相似程度。相似程度的比较就是两个模具在多少、哪些因素上具有一致性。实例相似度是判别实例间相似性的尺度, 用来查找实例库中与当前模具最相似的实例。在实际求解问题中,实例的属性信息并不都是数值型的, 因而直接利用计算公式计算相似度并不可行, 针对不同的属性域采用不同的相似度计算方法。尺寸相似度计算方法是计算,|l1-l2|/l2=a。
与几何尺寸相关的特征一般通过这种方法确定相似度。而对于枚举类型的特征信息则需要根据专家经验对其两两选项之间进行规定, 如拉深方式的相似度规定如下:其他依此类推, 建立了各个特征不同属性值的相似度表。在相似度量时, 特征属性的重要性通常被称为权重值,一般在实际中很难判断,通常是在经验知识的基础上通过事先假设来处理, 这些权重值的处理方法都无法证明其正确性, 无疑会给产品实例的相似度量增加人为因素, 给计算结果的准确性造成影响,我们采用分级权重[5]的方法实现不同的特征对解决方案的影响值。其中：
(1)车型、制件类型为一级。
(2)制件批量、制件形状复杂度、制件最大长度、制件最大宽度、制件最小圆角、制件高度等为第二级。
(3)定位要求、精度、粗糙度、平整度、制件材料牌号等为第三级。
第一级权重为30,第二级权重为5,第三级权重为1。
每个特征的权重及其权重级别可以根据实际情况在系统设置中进行调整,以适合不同企业、不同部门的实际情况。通过设置权重级别的办法将覆盖件及其模具不同特征对最后方案的影响程度体现出来,增强了实例检索的针对性。
4.2 实例检索
根据设置的特征权重及其级别, 通过检索相应的实例数据库, 并对当前特征属性值与检索到的特征属性值进行相似度检索。其总体相似度的计算式如下：
式中:n－－计算相似度的所有属性数目;
w(i)－－－第i个特征的权重;
e(i)－－－该特征的权重级别;
sim (u,v)－－－当前特征属性与检索到的特征属性的相似度。
检索实例库, 并将检索到的实例及其解决方案按照总体相似度的大小列出来, 对不同的设计指导与评价模块给出相应的实例及解决方案。
5、结论
本文在对覆盖件模具开发特点进行分析的基础上,对覆盖件模具的特征进行了分析,通过一个四元式对覆盖件模具进行了描述,并对特征信息在PDM系统 Teamcenter 中的组织进行了探讨,最后针对不同的属性域采用不同的相似度计算方法, 通过分级权重的方法实现了不同特征对解决方案的影响,实现了实例检索算法。覆盖件模具实例库的建立,可以方便地为后续工作中模具的报价、模具设计、制造等提供指导, 并且为实现模具企业的知识管理奠定了基础。(end)
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