一种基于知识的可重构机床模块选择方法技术

本发明专利技术公开了一种基于知识的可重构机床模块选择方法，通过建立零件特征库，根据专家知识确定零件特征所需的加工操作；再根据操作确定运动模块，并生成一组RMT配置，支持设计者找出最小且足够的模块来形成用于加工零件族的不同RMT配置，降低了对设计人员的设计经验要求，能够极大提高设计效率，具有很强的实用性；还将可重构机床(RMT)设计过程中包含的离散知识进行综合到protégé软件中，形成针对RMT配置设计的零件特征库、加工操作库、RMT模块库，用于在可重构机床(RMT)的初步设计中选择必要的模块，以便在设计过程中根据给定的零件族快速设计RMT配置，缩短机床设计周期，提高企业竞争力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于知识的可重构机床模块选择方法
本专利技术属于机床设计领域，具体涉及一种基于知识的可重构机床模块选择方法。
技术介绍
随着日益激烈的企业竞争和多样化的客户需求，企业亟待寻求快速转的变生产方式，以更低成本快速响应客户需求，同时保持产品质量。可重构机床(RMTs，ReconfigurableMachineTools)的开发是制造企业增加对市场变化响应能力的有效的替代方案之一。可重构机床是面向特定需要的、定制化操作范围而设计，并且在需求变化时可以经济高效地进行转换的新一代机床。可重构机床与传统的数控机床和通用机床相比，具有更好的成本效益和制造柔性。目前，RMT已经获得了大量的研究注意力，并且已经开发了各种RMT构型。在相关研究工作中，RMT的模块化设计具有重要意义，对此，给出了多种方式来表示预编译模块库，主要可分为以下四大类：基于矩阵的表示。为了模拟不同RMT结构的运动学，Moon和Kota(Moon&Kota，1999.Reconfigurablemachinetool.)提出了一种基于基于矩阵方法的旋量理论，该方法包括初始位置旋量矩阵，连接旋量矩阵，运动旋量矩阵，和配置旋量矩阵。这些矩阵有助于在给定一组操作任务的情况下搜索所需的机床模块，其中操作任务也被表示为矩阵。但是这种方法对于任务矩阵确定缺乏明确的指导，当加工操作数量的增加，确定最小但足够的一组任务矩阵变得相当困难。基于符号的表示。Mpofu等人(Mpofu，2012.MachineMorphologyinReconfigur-ableMachineTools.；Mpofu&Tlale，2014Mpofu,K.,&Tlale,N.(2014).Amorpho-logyproposalincommercial-off-the-shelfreconfigurablemachinetools.Interna-tionalJournalofProductionResearch,)提出了一种基于符号的表示方案，以从形态学角度对原始RMT模块进行建模，其中RMT配置被简化为刀具夹具和工件夹具的组合。这种方法操作简单，对设计者的技能要求不高，易于生成一组具有特定数量自由度的RMT配置。然而，该方法中的RMT配置使用自由度的数量进行索引，而不是将加工要求直接映射到必要的RMT模块的机加工操作或特征，这限制了该方法在仅有一组给出了所需的部件数量，未指定所需的自由度数量。基于CAD模型的表示。为了便于使用基于仿真方法(如有限元法(FEM))在不同RMT配置上进行性能分析，一些研究人员使用捕获几何信息的CAD模型来表示RMT模块和配置。基于CAD模型的表示法的问题在于，它只捕获几何信息，这些信息不足以推理出有一组满足制造要求所需的模块。它必须将元信息(例如功能，行为等)纳入模块信息模型中，这样才能便于在模块选择过程中进行推理。基于数据库的表示。Chen等人(Chen,L.,Xi,F.J.,&Macwan,A.(2005).Optimalmoduleselectionforpreliminarydesignofreconfigurablemachinetools.Journalofmanufacturingscienceandengineering,127(1),104-115.)创建了一个“FR-DP”数据库，用于索引机床的几何特征和结构组件模块。根据“FR-DP”数据库，他们开发了一种“隶属等级”的矩阵，定义了度量指标以量化几何特征与机器模块之间的关联程度。这种方法的优点在于以公理化设计的理论指导建立功能需求(即特征)和设计参数(即模块)之间的映射，用于选择最小但足够的RMT模块。然而，这种方法的局限性在于使用成对比较法确定特征和模块之间的关联程度很可能会引起误导，而且由于有大量的替代方案，导致决策制定不一致。RMT只有模块化并且具有开放的架构才能实现灵活性。模块化RMT的研究是基于一个假设，即一个模块库可供企业根据不同的操作要求，生成不同的配置示例模块，包括在操作过程中发挥不同功能的主轴头，旋转台，滑块等模块。选择合适的模块是生成RMT配置的关键步骤。选择RMT模块的标准是满足操作要求，同时尽量减少冗余，最优模块集合应该是最小但足够的。选择最优的RMT模块组的现有方法有基于“成员等级矩阵”，其表示加工特征与“贡献度”机床模块之间的关系，以促进设计师在给出加工特征后选择最相关的模块。而构建一个巨大(40*43)隶属度矩阵的难度限制了该方法的实际应用。此外，不一致是另一个不可避免的问题，因为矩阵的构建基于层次分析法(AHP)，在选择RMT模块时，需要一种实用且内在一致的方法来为决策提供支持。综上所述，现有的RMT模块选择和推理缺乏全面、快速的支持手段，而且缺乏面向更广范围RMT模块选择问题的支持能力。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于知识的可重构机床模块选择方法，可以找到最小且足够的模块来形成用于加工零件族的不同RMT配置，提高设计效率。一种基于知识的可重构机床模块选择方法，包括如下步骤：步骤1、搜集制造工艺中所有可能形式零件的所有可能特征，建立特征数据库；步骤2、针对给定的所有零件，根据步骤1中建立的特征数据库，寻找给定零件与特征数据库中对应的特征，并确定每个特征的特征属性，并以集合的形式表示：其中，表示特征i的第n个特征属性；步骤3、根据加工知识，确定零件的特征属性与对应的机床加工操作之间的映射关系；再根据映射关系确定给定零件的特征属性对应的加工操作；步骤4、根据步骤3确定的给定零件对应的加工操作，推理每个加工操作所需的机床类型以及表征的运动方式，根据运动方式继而确定每一个加工操作所需的一组机床运动模块，将所有组运动模块存储到集合M中；步骤5、针对集合M中的各组运动模块，当有2组或者2组以上运动模块完全相同时，只保留一组运动模块，其它从集合M中删除，如此集合M中剩余的各组模块即为选择出来的RMT构型。较佳的，采用protégé软件实现零件特征、加工操作以及运动模块的表达。较佳的，所述步骤3中，将所述映射关系整成规则，根据所述规则确定给定零件的特征属性对应的加工操作。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过建立零件特征库，根据专家知识确定零件特征所需的加工操作；再根据操作确定运动模块，并生成一组RMT配置，支持设计者找出最小且足够的模块来形成用于加工零件族的不同RMT配置，降低了对设计人员的设计经验要求，能够极大提高设计效率，具有很强的实用性。本专利技术将可重构机床(RMT)设计过程中包含的离散知识进行综合到protégé软件中，形成针对RMT配置设计的零件特征库、加工操作库、RMT模块库，用于在可重构机床(RMT)的初步设计中选择必要的模块，以便在设计过程中根据给定的零件族快速设计RMT配置，缩短机床设计周期，提高企业竞争力。附图说明图1为本专利技术所述的基于知识的可重构机床模块选择概述示意图。图2为本专利技术所述的零件特征库、加工操作库、RMT模块库在protégé中的示意图。图3为本专利技术中RMSO本体的属性定义和实例总体示意图。图4为本专利技术用于“锥形孔”特征零件的模块选择RDF示意图。图5为本专利技术所述的基于知识的RMT本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于知识的可重构机床模块选择方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、搜集制造工艺中所有可能形式零件的所有可能特征，建立特征数据库；步骤2、针对给定的所有零件，根据步骤1中建立的特征数据库，寻找给定零件与特征数据库中对应的特征，并确定每个特征的特征属性，并以集合的形式表示：

【技术特征摘要】
1.一种基于知识的可重构机床模块选择方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、搜集制造工艺中所有可能形式零件的所有可能特征，建立特征数据库；步骤2、针对给定的所有零件，根据步骤1中建立的特征数据库，寻找给定零件与特征数据库中对应的特征，并确定每个特征的特征属性，并以集合的形式表示：其中，fin表示特征i的第n个特征属性；步骤3、根据加工知识，确定零件的特征属性与对应的机床加工操作之间的映射关系；再根据映射关系确定给定零件的特征属性对应的加工操作；步骤4、根据步骤3确定的给定零件对应的加工操作，推理每个加工操作所需的机床类型以及表征的运动方式，根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：明振军，曾聪，王国新，郝佳，阎艳，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11