基于工艺知识网格的可重构CAPP系统关键技术研究

论文摘要

计算机辅助工艺设计（CAPP）系统可以提升制造企业的工艺设计和管理能力。在制造模式的快速化和网络化趋势下,CAPP系统存在着快速应变的需求,但由于自身的复杂性和个性化,CAPP系统的可重构一直是该领域研究的难点。本文针对国家863项目等项目的科研目标,结合企业工艺设计过程的网络化和工艺知识快速重用需求,研究支持灵活应变和快速重构的CAPP系统以及工艺知识管理体系的相关理论、方法和关键技术。本文主要研究内容和成果如下:1)在总结现有CAPP系统的研究现状、存在问题和发展趋势的基础上,提出分别从工艺知识管理理论和可重构软件技术实现的两个方面进行研究,实现CAPP快速重构的方法。2)研究了工艺知识的来源、层次、分类和特点,提出了一种动态工艺知识网格模型（APKGA）,该模型可实现工艺知识的统一描述,在工艺知识的动态使用过程中获取活跃知识和分布规律,实现工艺知识从低级形态向高级形态的进化。基于XML定义了模型中知识对象的形式化方法,给出了常用工艺知识集的形式化描述实例。3)为了在工艺知识网格中动态获取活跃知识,借鉴了人脑的记忆和遗忘的规律,建立了基于持续激励和长效学习机制的复合记忆-遗忘模型（CMFM）,该模型可以实现知识网格中的工艺知识单元在持续激励学习环境下的生命周期演化。在模型求解的基础上,研究了模型的参数估值和数学特性、适用于计算机模拟的等效和简化算法,以及工艺知识的获取、更新和遗忘的处理技术。结合新旧知识的对比实例,验证了模型的有效性。4)在工艺知识单元演化的基础上,研究了知识网格中复杂工艺知识的进化和知识提取,该流程可分为知识元分解、知识整理、知识聚类和知识聚合等过程。通过知识视图和知识篇章,可以实现知识网格中工艺知识的动态聚合和超文本方式浏览,实现工艺知识从无序到有序的自组织进化过程。给出了工艺知识提取和知识篇章的实例。5)与网络化技术相结合,研究并开发了CAPP.Net系统,该系统以面向服务方式封装CAPP的功能单元,通过基于动态服务列表的应用系统软装配技术,实现CAPP系统的快速重构。结合实例研究了系统实现中的服务分解与软装配、工艺路线设计、资源管理、工艺文档电子签名等关键技术。该系统已在多家企业应用,效益显著。本文的工作为CAPP中工艺知识管理与重用,网络化、可重构的快速系统定制等的理论研究和系统开发提供了方法、模型和基础框架。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 CAPP 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 CAPP 系统研究国内外现状
• 1.2.2 CAPP 系统面临的问题和发展趋势
• 1.3 CAPP 工艺知识管理技术
• 1.3.1 工艺知识建模的一般方法
• 1.3.2 现有工艺知识建模方法存在的不足
• 1.3.3 工艺知识的检索与重用
• 1.4 CAPP 可重构技术
• 1.4.1 CAPP 可重构技术研究现状
• 1.4.2 CAPP 可重构技术发展趋势
• 1.5 课题背景及研究意义
• 1.6 论文的研究思路与内容安排
• 第二章 工艺知识管理技术框架
• 2.1 引言
• 2.2 工艺知识管理定义与层次分析
• 2.2.1 工艺知识管理定义
• 2.2.2 工艺知识的来源和层次分析
• 2.2.3 工艺知识的分类及特点
• 2.3 工艺知识特性分析
• 2.3.1 工艺知识一般特性
• 2.3.2 工艺知识的生命周期
• 2.3.3 工艺知识的学习和遗忘机制
• 2.3.4 工艺知识的网络化形态
• 2.4 工艺知识管理技术框架
• 2.4.1 工艺知识管理发展现状
• 2.4.2 工艺知识管理技术框架
• 2.5 小结
• 第三章 动态工艺知识网格模型体系研究
• 3.1 引言
• 3.2 动态工艺知识网格模型（APKGA）
• 3.2.1 广义知识元（GKU）
• 3.2.2 工艺知识网格（PKG）
• 3.2.3 扩展对象
• 3.2.4 模型的特点
• 3.2.5 实现结构
• 3.3 APKGA 的形式化方式
• 3.3.1 基于XML 的工艺知识形式化
• 3.3.2 制造知识描述语言（MKML）
• 3.3.3 MKML 与知识元的映射
• 3.4 MKML 的常用工艺知识集
• 3.4.1 产品结构知识描述
• 3.4.2 零件知识描述
• 3.4.3 工艺流程知识描述
• 3.4.4 装配知识描述
• 3.4.5 工艺统计与知识透视图
• 3.5 小结
• 第四章 基于复合记忆—遗忘模型的工艺知识单元演化
• 4.1 引言
• 4.2 复合记忆—遗忘模型
• 4.2.1 复合记忆—遗忘模型（CMFM）
• 4.2.2 记忆的原始激励与再激励
• 4.2.3 模型参数设计
• 4.2.4 CMFM 模型的数学特性
• 4.3 CMFM 模型的等效简化与模拟
• 4.3.1 记忆衰减的等效表达
• 4.3.2 复合记忆强度
• 4.3.3 记忆强度的读取
• 4.3.4 遗忘记忆的处理
• 4.4 CMFM 模型与工艺知识元
• 4.4.1 支持CMFM 的知识系统架构
• 4.4.2 记忆的重复和更新
• 4.5 知识元学习—遗忘过程实例
• 4.6 小结
• 第五章 工艺知识网格的进化
• 5.1 引言
• 5.2 工艺知识网格的进化算法模型
• 5.2.1 模型原理结构
• 5.2.2 模型的实现思路
• 5.3 工艺知识元分解
• 5.3.1 知识元的简化表示与激励来源
• 5.3.2 复杂工艺信息的知识元分解
• 5.3.3 链接分解与链接集
• 5.4 工艺知识网格知识整理算法
• 5.4.1 观察集
• 5.4.2 网格空间的动态调整
• 5.4.3 活跃知识的提取
• 5.4.4 模式提取
• 5.5 工艺知识聚类
• 5.5.1 基于中文分词的零件聚类
• 5.5.2 基于标签的聚类
• 5.6 知识篇章
• 5.7 小结
• 第六章 CAPP 可重构系统构建与开发
• 6.1 引言
• 6.2 CAPP 可重构系统体系结构设计
• 6.2.1 企业应用抽象功能模型分析
• 6.2.2 面向服务的体系结构简述
• 6.2.3 CAPP.Net 系统简介及开发思路
• 6.2.4 CAPP.Net 的运行模式
• 6.3 CAPP.Net 系统实现
• 6.3.1 CAPP.Net 系统总体结构
• 6.3.2 系统运行环境
• 6.3.3 系统的技术体系结构
• 6.3.4 Web 服务实现技术
• 6.3.5 通用服务的分解
• 6.3.6 Web 服务的软装配
• 6.4 若干关键技术
• 6.4.1 基于知识的工艺过程设计
• 6.4.2 CAPP.Net 系统的安全技术与工艺文档的数字签名
• 6.5 小结
• 第七章 应用与实例
• 7.1 应用背景介绍
• 7.2 系统应用实例
• 7.2.1 应用系统的快速重构
• 7.2.2 产品结构管理
• 7.2.3 零件知识描述
• 7.2.4 工艺卡片模板定义
• 7.2.5 用户与权限管理
• 7.2.6 工艺资源管理
• 7.2.7 机加工工艺生成向导
• 7.2.8 工艺编辑
• 7.2.9 工艺文档电子签名
• 7.3 小结
• 第八章 全文总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文