CBR在冲压工艺设计系统中应用分析

闫 波YAN Bo

（山西机电职业技术学院，长治 046011）

0 引言

对于广泛地应用于轻纺、汽车、机电、家用电器、仪器仪表等领域的冲压产品来说，冲压技术已成为国防工业及民用工业生产中必不可少的加工方法，在现代工业生产中占有十分重要的地位[1,2]。冲压工艺设计是连接产品设计与产品制造之间的桥梁，它对组织生产、保证产品质量、提高劳动生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有着直接的影响，因此是生产中的关键工作[3]。

CBR(Case Based Reasoning)作为人工智能的一种推理技术[4]，它的基本原理就是把以前的实例按照一定的方式组织起来，存储在知识实例库中，即直接模拟人类思维模式，利用相似实例的解来求解当前问题，当被检索出的事例与新问题相似但不一致时，可在旧的实例基础上做适当的调整和修改，以满足新的情况并获得问题的解，其解决问题的方法与以经验设计为主的工艺设计过程极为相似。CBR提供灵活的机制，使用户充分利用以往的成功经验，且易于变化和更新，将会在冲压工艺设计中显示出独特的优势。

1 基于CBR的冲压工艺设计系统的架构

1.1 基于CBR的冲压工艺设计系统的体系结构

对于基于CBR的冲压工艺设计系统来说，在用户需求的基础上，考虑相关冲压工艺实例和设计资源的特点，冲压工艺设计输入的零件模型。其主要由应用层、基础平台和数据接口三部分组成。对于应用层来说，主要由用户操作界面、功能实现层(包括实例表示、实例检索、实例参考、冲压工艺设计和实例管理)和支持层(包括设计流程向导、工艺设计知识库、设计资源管理、实例库)。由于CBR检索的复杂性和工艺设计影响因素的多样性，所以系统将在实现智能化的同时提供交互设计的平台，以帮助用户更优的完成设计。

1.2 基于CBR的冲压工艺设计系统的功能模型

根据CBR的基本原理以及冲压工艺设计的实际情况，将系统的任务分解为五个方面：

1）实例表示：主要完成部分包括冲压件产品的信息输入和特征分析两个部分。对于冲压信息来说，这是工艺设计的基础和依据，精度信息、生产批量、三维模型、材料信息等则为其信息；同时，用于自动识别冲压件的形状特征则是特征分析部分主要功能。

2）实例检索：在考虑目标冲压件的信息基础上，完成相关的检索的条件(包括权重设置和检索设置)，最相似的实例经过算法检索出，这就能够更好对于后续的工艺设计进行辅助。

3）实例参考：提供检索出的相似实例的基本信息及工艺设计成果，由用户选出最有参考价值与意义的实例作为最终设计的参考。

4）基于实例的工艺设计：参考所选择的相似实例的工艺设计描述，根据实际的情况，分别进行合理的设计工步排样、毛坯排样、弯曲件展开和工艺参数计算四部分工艺。

5）实例管理：为保证实例检索的效率和质量，由实例项的增加、修改、删除和实例类别的管理组成，同时防止出现实例库过于膨胀。

系统功能模型采用IDEF0方法建立。系统通过A-0图确定范围，同时建模的目的和观点也较为明显的体现出来。图1为基于CBR的冲压工艺设计系统的A-0功能模型，其中，对于一个冲压工艺设计系统来说，作为进一步功能分解的基础的外部接口和外部环境，其用4个方向的箭头来表示。

图1 基于CBR的冲压工艺设计系统的A-0功能模型

A-0图经过一次分解形成了A0图，整个系统的主要组成以及他们之间关系在A0图得以反映，其中， A0图由5个模块组成：实例表示A1、实例检索A2、实例参考A3、基于实例的工艺设计A4和实例管理A5。CAD软件系统、数据库和工作站等软硬件能够保证本系统顺利运行。

利用自顶向下逐层分解对于系统A0处理，这样系统总体结构及各个功能模块设计的主要依据的完整的系统功能模型就可以建立。

1.3 基于CBR的冲压工艺设计系统的运行流程

基于CBR的冲压工艺设计系统实现了CBR在冲压工艺设计领域中的应用。系统模型以CBR的一般流程为主线，包括实例表示、实例检索、实例修改、实例存储等技术，同时结合冲压工艺设计领域的特点，经研究和分析，在冲压工艺实例表示、实例检索中的权重设置、实例库的设计等方面作了符合冲压工艺设计特点的改进。基于CBR的冲压工艺设计流程如图2所示。

2 基于CBR的冲压工艺设计系统的应用实例

完成原型系统的设计与创建，基于CBR的冲压工艺设计系统主要包括实例表示、实例检索、实例参考、冲压工艺设计和实例管理五个模块。下面以冲压件为例，介绍系统运行流程。

图2 基于CBR的冲压工艺设计图

2.1 实例表示

实例表示模块由冲压件信息和特征识别组成，建立冲压件信息模型，并以此作为实例检索模块进行分析比较的基础。

1）冲压件信息

用户选择冲压件的三维模型、类型、生产批量等信息。其中，数据库中存有各种材料的名称、牌号、状态阻及抗剪强度、抗拉强度、屈服强度、伸长率和弹性模量等力学性能参数，用户既可直接调用这些数据，也可根据实际使用材料的性能进行更改。

2）特征识别部分

系统自动调出当前作业的冲压件，选择“特征识别”按钮，实现冲压件的形状特征的自动识别，识别的特征结果显示于对应的列表中。

2.2 实例检索

1）权重设置

系统默认的权重值在编辑框中显示，用户可以自行调整这些值。总体权重分为二维展开轮廓、拓扑关系、设计特征和板材精度四个部分，再分别对每一部分中的特征或属性进行权重设置。在设置时保证每个方框中所设值之和为1。

2）检索设置

用户可以设定每一阶段的相似度阀值，只有在该阶段的相似度值大于所设阀值的实例，才能进入下一阶段的比较或者作为相似实例，系统默认的值为0。在检索结果的设定方面，既可以按数量只显示相似实例。也可以选择按相似度总体阔值，大于该阀值的实例列入相似实例列表中。

3）检索计算

本系统检索的实例按相似度的大小显示在列表出，供用户选择。如用户对检索的结果不满意，可以修政权重设置和检索设置，重新检索计算。

2.3 实例参考

在进行工艺设计之前或者过程中，可以对系统检索出的相似实例进行查看获得当前设计的参考，包括实例的基本信息、三维模型以及工艺设计结果等，从而实现对工艺设计的支持。在列表中选择某一实例，可以分别查看该实倒的基本信息、三维模型、详细工艺设计、毛坯展开图、毛坯排样图、毛坯刃口定义图、刃口分布图和工步排样图。

选择点击“实例基本信息”按钮．弹出“实例基本信息”界面，在该界面中，系统调出该实例的名称、类型、生产批量、模具类型、导向方式、材料名称、牌号、厚度、各项特性等数据。

在“相似实例工艺设计参考”界面中，可查看该实例的冲压工艺，包括详细工艺数据以及工艺设计的各结果。通过以上对实例基本信息以及各项工艺数据、毛坯捧样图、工步排样图等工艺设计结果的查看，设计人员可以在设计之前或设计过程中对目标冲压件的工艺设计得到类似方案的指导与参考，避免重复性的劳动．提高设计的效率。

2.4 基于实例的工艺设计

毛坯弯曲件展开、毛坯排样、工步排样和工艺参数计算构成了冲压工艺设计主要过程。在基于CBR的冲压工艺设计中，实例应用主要体现在毛坯排样和工步排样这两个环节。

2.5 实例管理

实例库的管理和实例管理是实例管理的两个部分，用于保证实例检索的效率和质量，防止出现实例库过于膨胀。系统将数据库中所有实例按类别显示在列表中。

1）实例类别管理

实侧类别表示功能或工艺相似的一类实例，方便用户的管理和查看。实例类别的管理包括实例类别的增加、删除等操作。用户选择“增加类别”按钮，在新类别名称中填入“特殊件”这一实例类型。点击“确定”后，新增加的实例类别就会显示在列表中。

在实例类别删除的界面中，在列表中选择要删除的实例类别，点击“删除类别”按钮，如果该实例下存有实例，则给出提示。

2）实例项管理

实例项管理包括实例的增加、删除、浏览等操作。

在实例增加的操作界面中，用户选择新实例所属的实例类别，点击“增加实例”按钮，弹出“增加实例”对话框，选择作业表中未列为实倒的所有作业。所增加的实例必须是工艺设计完整的实例，否则作出提示。点击“实例查看”按钮，弹出“实例信息”界面，列表中显示当前实例库中的所有实例，选择的具体实例，查看需要了解的数据或图解。

3 结束语

在考虑开发平台背景以及功能需求的基于上，本文对于基于CBR的冲压工艺设计系统的体系结构进行详细分析，通过建立合理的系统的功能模型，探讨了系统各个模块的具体功能及模块间的逻辑关系。比如，系统的应用实例应该包括实例表示、实例检索、实例浏览、冲压工艺设计和实例管理的运行流程。实例表明该系统，将基于实例推理的冲压工艺设计的理念贯彻在整个设计过程中。实践证明，本系统满足工艺设计的智能化和快速化的要求，对于今后类似设计具有一定借鉴作用。

[1] 王哲英,马明旭,杨远龙.基于Pro/E的液晶显示器支架的冲压工艺与模具设计[J].机械设计与制造,2009,(2).

[2] 沈凌,阮锋.模糊评价在汽车覆盖件冲压工艺方案优选中的应用[J].机械设计与制造,2006,(6).

[3] 罗意平,王玉国,杨岳.利用用户定义特征实现的冲压CAD/CAPP集成系统[J].制造业自动化, 2003,25(8).

[4] 陈文勇,杨达飞.汽车引擎盖板冲压成形CAD技术研究[J].制造业自动化,2010,32(8).