PDM环境下基于实例推理的变型设计技术研究

1、引言

基于实例推理的变型设计技术是实现大规模定制的一项关键技术。目前，国内外相继出现了一些基于实例推理为基本方法的变型设计求解方法。但是这些方法普遍存在着一个问题，即实例库的建立存在着不足。建立实例库时，一方面，要求实例库必须十分完善，以便进行变型设计时能够找到模板，另一方面，要求实例库尽可能简洁，减少不必要的和重复的实例，避免实例库过于庞大，影响设计效率。以往提出的变型设计求解方法，在建立实例库时，这两点很难兼顾。针对这个问题，本文提出了一种在产品数据管理(Product Data Management, PDM)环境下，基于实例推理(Case-Based Reasoning，CBR)的变型设计系统。应用PDM 系统有很多优点，第一，可以解决大量的信息管理问题; 第二，可以充分利用企业现有资源，使实例库的建立过程大大简化p 第三，使实例库包含的内容更全面，以便进行变型设计时能够做到有例可查，保证变型设计的质量和效率。第四，避免实例库的内容繁冗、重复，第五，实例库本身需要不断更新。随着时间的推移，有些实例会失去其典型性，需要删除，而新的实例又需要补充进来。在PDM环境下，容易实现实例库的更新。

2、CSR变型设计

基于实例的推理技术是人工智能(Arficial Intelligence，AI)方向的一个重要研究领域，基本原理是:在实例库中预先存入大量已有的、成熟的实例，根据待设计产品的要求和特征，按照相似度从实例库中检索出一个最相似实例，进行必要的修改、组合和处理后，即可形成新的产品设计方案，并且，其中具有可扩展性的方案又可作为新的实例不断丰富实例库。CBR技术的
核心在于利用过去的实践经验来解决新问题。

CBR变型设计过程包含以下四个步骤:识别阶段、实例检索、实例修改和实例存储。

1)识别阶段:对顾客要求进行分析并转化为初始条件，连同其他相关信息输入到实例库；

2)实例检索:根据问题要求和初始条件，从实例库中检索出与当前问题最相似的实例。实例相似包括:功能相似；结构相似；事物特性参数相似。包括表征功能结构几何特性、功能特性和制造特性的信息集合。

3)实例修改:对检索出的最相似实例，进僧制或功能上的修改，形成解决问题的方案，目前，实例的修改有以下几种方法:人工干预，即设计人员人工修改设计实例；基于知识的修改；实例组合。

4)实例存储:新产品方案实施后，对其进行盼，如果该方案具有可扩展性，则将其作为新实例存储到实例库中，同时，作为企业的资源，该方案还要存储到POM当中，如果该方案不具有可扩展性，则直接存入POM当中。

本系统利用SmarTeam这种PDM软件建立实例库。设计人员根据需要从实例库中通过实例检索求出一个最相似实例作为实例模板，进行变型设计。求解模型如图1所示。

3、在SmarTeam环境下建立实例库

SmarTeam软件提供了强大的数据管理功能，包括:项目管理；计划管理；产品结构管理，文档管理;更改管理，工艺管理；供应商管理，资源库管理，人员管理，编码管理等。在这些功能的基础上，本系统通过Visu且1Basic编程工具开发了实例存储和实例检索功能，通过实例存储功能来实现实例库的构建，通过实例检索功能来实现实例的提取。

SmarTeam中的产品数据，并不能直接拿来建立数据库。首先，需要对SmarTeam中的设计数据进行分析，选取那些典型的，具有可扩展性的零部件作为设计实例，建立实例库。其次，实例是CBR技术的基础，其包含信息的内容和存储结构直接影响到求解的质量和效率。实例的内容和表达方式与CBR技术的应用领域密切相关，对于应用在变型设计中的CBR实例信息，必须能有效地表达在变型设计过程中所需的各类信息从而为设计问题的求解提供支持。虽然SmarTeam中的产品数据本身包含了很多信息，fj且还需要对这些产品信息进行必要的补充和修改.修改后的产品信息应包含以下内容:属性类信息.包含了基于实例推理所需要的基本信息，结构类信息，这和土信息、构成了该实例的主要住息，为了保证在变型设计中信息的准确性和一致性，必须将这部分信息合理;有效地存储在一个统一、全关联的数据库中，SmarTearn就是这样一个理想的数据库；方法类信息，包含了求解对象时的算法和策略。

4、汽车产品变型设计的实例检索

实例检索就是根据给定的问题，利用实例的索引，从实例库中寻找适合当前问题的最相似实例。本文采用近似匹配算法来实现实例检索。下面以汽车座椅为例来说明实例的检索过程。图2为本系统的座椅实例检索界面。

例如对于汽车座椅，其属性参数包括:长度价格高度调整角度，各参数的权值依次定为:1，0.5，0.25，0.25。并且把匹配值T设为0.75，

实例库中座椅实例的参数设定见表1。

设变型设计任务为{长度:950，价格:180，高度:850，调整角度90}由近似匹配算法可以得到各实例匹配值，见表2。

由匹配阙值为0.75，可知型号为{H盯臼5l}的座椅实例是与设计要求最相近的实例。

5、结束语

基于实例推理的变型设计技术是实现大规模定制的一项关键技术。本文提出了在PDM环境下建立实例库的思想，不仅使实例库的建立和更新过程大为简化，提高了企业实施变型设计的质量和效率，而且充分利用了企业的现有资摞，拓展了PDM的功能。在理论研究的基础上，建立了汽车产品的变型设计模型。随着汽车日渐走人寻常百姓家，在汽车行业实施大规模定制具有重要意义和广阔的前景。由于汽车产品的很多零部件都已经系列化、标准化和模块化，基于实例推理的变型设计将最大限度地利用设计人员的设计经验，快速、智能化地开发新型的、令客户满意的汽车产品。此外，基于实例推理的变型设计技术还可以有效地缩短产品的设计周期，提高产品的质量，增强企业的竞争力。

来源：e-works

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