1 引言
2 蜗轮滚刀设计实例库的建立
- 实例的表达
- 由于实例结构的复杂性，一般需采用多视图方式表达实例。若采用二维视图表达方式，则只能包括实例图形等少数信息，导致实例修改繁琐，不能实时更新。尤其对于较复杂的实例，视图数量较多，进行实例评价后需对每一个视图进行修改，工作量较大，设计效率低，且容易出现人为错误。基于这一考虑，本文在Pro/ENGINEER支撑软件环境下，以三维特征模型的方式表达蜗轮滚刀实例。这种实例表达方式简明直观，可利用支撑软件的造型功能方便地进行实例的修改和实时更新，大大增加了系统的实用性。
- 建立初始实例时，首先需建立蜗轮滚刀的参数化特征模型，即构建内部工程数据库。由于初始实例参数需通过应用软件的用户界面输入，因此还需定制一个数据接口，将实例参数传递到支撑软件中。预先建立的参数化特征模型通过调用输入的参数，生成特定参数的模型，即可完成实例的表达。
- 由于实例结构的复杂性，一般需采用多视图方式表达实例。若采用二维视图表达方式，则只能包括实例图形等少数信息，导致实例修改繁琐，不能实时更新。尤其对于较复杂的实例，视图数量较多，进行实例评价后需对每一个视图进行修改，工作量较大，设计效率低，且容易出现人为错误。基于这一考虑，本文在Pro/ENGINEER支撑软件环境下，以三维特征模型的方式表达蜗轮滚刀实例。这种实例表达方式简明直观，可利用支撑软件的造型功能方便地进行实例的修改和实时更新，大大增加了系统的实用性。
- 实例的组织
- 设计实例的组织方式时主要应考虑实例的存储结构，由于检索参数和模型文件两部分相对独立，因此采用将实例的检索参数与实例模型分开保存的方式，即实例检索参数保存在数据库中，而实例模型则以Pro/ENGINEER模型文件的方式保存在特定目录下。这种实例库组织方式可简化实例库的检索机制，提高检索效率。
3 蜗轮滚刀设计实例的检索与存储
- 实例的检索
- 实例的检索就是根据给定的问题描述，利用实例索引，从实例库中寻找适合当前问题的最相似实例。为达此目的，实例索引必须具有高度概括性，能代表实例的主要特征；此外，索引内容必须充分、具体，便于识别和操作。索引的选取与应用领域密切相关，索引的选取也会影响实例的组织。检索算法的优劣直接影响CBD系统的效率和可用性。实例的检索需要依靠索引和实例库组织结构的指导。
- 根据对蜗轮滚刀相似性的分析，将蜗轮滚刀的检索参数定为滚刀类型、容屑槽类型、螺纹旋向、进给方式、滚刀结构、模数、头数、圆周齿数和滚齿机型号。通过这些关键特征参数即可使一个滚刀实例区别于其它滚刀实例。由于这些参数都包括在蜗轮滚刀特征参数数据库中，因此可直接将蜗轮滚刀特征参数数据库作为相似实例数据库。
- 本系统采用了并行检索方式。并行检索时，所有参数同时起作用，无主次之分，凡满足并行检索条件的实例均为最相似实例。检索出的最相似实例的数量与设定的检索参数有关，而检索参数的设定又取决于关键特征的确定。关键特征的相似程度越高，则确定的检索参数越多，即检索实例的相似度越高。并行检索的优点是不需要对实例进行事先分类预处理，可直接对数据库所有记录进行遍历以获得最佳实例，检索速度快，操作简单。
- 应用检索参数对实例库进行检索也是通过ODBC技术实现的。该技术采用标准函数和结构化查询语言对数据库进行操作，而不必关心“数据源”来自何种数据库管理系统，所有的数据库底层操作均由相应的驱动程序完成。
- 实例的检索就是根据给定的问题描述，利用实例索引，从实例库中寻找适合当前问题的最相似实例。为达此目的，实例索引必须具有高度概括性，能代表实例的主要特征；此外，索引内容必须充分、具体，便于识别和操作。索引的选取与应用领域密切相关，索引的选取也会影响实例的组织。检索算法的优劣直接影响CBD系统的效率和可用性。实例的检索需要依靠索引和实例库组织结构的指导。
- 实例的存储
- 将已完成设计的产品以实例形式保存在实例库中，扩充了实例库的内容，体现了CBR系统的自学习能力。基于实例的CAD系统必须具有实例检索环节，实例的检索又涉及到检索参数的存储问题，而在支撑软件环境下实例模型的表达又带来了实例模型的存储问题。由于实例的检索参数与实例模型互相独立，因此需要分别保存。本系统的实例存储采用参数与模型分别保存的方式，即滚刀参数保存在Microsoft Access数据库中，与滚刀的特征模型参数共用一个数据库；滚刀实例则以Pro/ENGINEER模型文件的形式保存在特定目录下。
4 蜗轮滚刀设计实例的评价与修改
- 实例的评价
- 从实例库中提取的实例(或重新创建的实例)均需经过实例评价，对于评价结果不满意的实例则应进行修改。实例评价内容主要包括功能评价和成本评价。成本评价主要是对生成的实例模型的制造和材料成本进行评价，判定其是否满足设计要求。蜗轮滚刀的成本评价主要是评价滚刀的材料成本和制造成本。功能评价主要用于评测生成的实例在功能方面对设计要求的满足程度以及参数的合理性等。
- 实例的修改
- 实例的修改是对实例提取阶段选取的相似实例进行必要的修改以适应新的设计要求的过程。实例的修改可分两步进行：首先确定新设计与检索出的实例之间的差异；然后以检索出的实例为起点进行修改(既可对某个实例进行修改，也可对多个实例进行重组和修改)。实例的修改可采用两种方法：一是人工干预法，即由设计者对设计实例进行人工修改；二是基于知识的修改方法，即修改过程中可使用具体的领域知识和与领域无关的知识。对蜗轮滚刀检索实例的修改主要采用人工干预法。本系统采用的是参数修改法和组合修改法。
蜗轮滚刀CAD系统的构成图
5 蜗轮滚刀CAD系统的构成
- 蜗轮滚刀初始实例建立模块
- 该模块的主要功能是创建蜗轮滚刀实例库的初始实例。它由参数输入模块、数据接口模块和初始实例生成模块三个子功能模块组成。
- 基于实例的蜗轮滚刀设计模块
- 该模块的主要功能是在建立蜗轮滚刀实例库后，利用初始实例进行蜗轮滚刀设计。它由实例检索模块、实例评价模块、实例修改模块和实例保存模块四个子功能模块组成。
6 结论
- 首次将基于实例推理(CBR)技术应用于蜗轮滚刀设计，以Pro/ENGINEER三维软件为平台，开发了基于实例的蜗轮滚刀CAD系统。该系统能有效利用以往的成功设计实例，并具有自学习功能，随着实例库的不断扩大，系统的设计能力可不断增强，设计效率可不断提高。
- 提出了基于并行处理方式的蜗轮滚刀检索以及实例的评价、修改和存储方法，对刀具CAD系统的开发具有一定指导意义。
