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面向变批量生产的基于实例工艺规划研究 张恒文1，段广洪2，向东3，戴丽萍4 (1，2，3．清华大学精密仪器与机械学系，北京100084： 4．北京航空航天大学，北京100083；) 摘要：在研究基于实例推理(CBR，Case-based Reasoning)基本原理基础上，引入批量因子描述生产 批量变化，建立了面向变批量生产的CBR的工艺规划模型，包括零件模型、实例工艺库、实例检索机制、 实例修正和存储等。根据CBR原理，提出了CBR工艺规划算法，采用层次分析法进行实例特征属性权重 的确定，并通过加大批量因子的权重来提高生产批量变化对工艺的影响。根据这种算法，最后以箱体类零 件为例对面向变批量生产的CBR技术在工艺规划中应用进行了验证。 关键词：基于实例推理批量因子实例匹配CBR工艺规划 1．引言 最近几年，由于人工智能技术的研究发展迅速，已经在CAPP领域得到广泛应用。基于 神经网络的CAPP系统主要应用并行推理、分布式存储、联想记忆、自适应学习等方面的优 点来解决工艺决策的复杂性，提高了工艺决策能力owlet张粥旧甄；基于Petri网理论的CAPP 系统p儿引，主要是为了实现非线性(柔性)的工艺规划；遗传算法(GA)把遗传学的基本思 想引入到二[艺规划领域，通过选择、交叉、变异、繁殖过程来求最优解； CAPP系统应用 模糊理论，来解决工艺设计的不确定性。尽管上述人工智能技术是目前CAPP的研究热点， 但在实用化方面还具有一定的差距。 在产品开发中，根据用户的不同需求，零件结构和功能经常笈生变化，但是经有关专家 分析论证，零件特征或零件在各种机械产品中70％-80％存在相似。因此在工艺设计时，可 以把这些相似的零件分成四种类型：(1)相似零件的工艺设计；(2)相近零件工艺设计；(3) 对一些专用的零件和工艺相对成熟的零件工艺设计：(4)对一些流程型的工艺设计(例如热 处理、冷冲压等)。针对这四类零件的工艺设计，为了加快产品的开发速度，提高产品的开 发质量，人们就把CBR技术应用到变批量生产的工艺规划中来，解决变型设计问题。 2．基于实例的工艺规划描述 CBR方法是近年来人工智能领域的重要研究方向。基于实例的工艺规划，是基于相似 性理论，采用类比的设计方法，利用过去存在的实例_jfIl经验，通过访问工艺库中过去同类问 题的解，从而获得当前问题解的一种推理模式o。由于它模拟人的思维方式来解决相似性问 题，从实例工艺库中获得的工艺包含了大量的知识，不经过修改或者稍加修改就可以作为新 零件的：[艺，因此这种工艺规划策略效率很高。为了准确描述面向变批量生产的基于实例的 工艺推理，下面给出常用的基本概念描述。 定义1 实例工艺：在满足特定设计要求下所获得的工艺设计结果，不足以形成典型工 艺，但还具有一定的代表性或参考价值的零件的工艺称为实例工艺。 定义2 实例工艺库：也称实例工艺空间，是所有实例工艺的集合，其中每个实例是实 例空间的一个元素。在CAPP系统中，所有的实例工艺保存到实例工艺库中。 定义3 相似度：又称相似系数，是对目标零件工艺和实例工艺之间相似程度的一种度 量。实例的相似性与实例相似的特征数目和每个特征的相似程度有关，而且常常是不确定的、 模糊的。 定义4 相似实例：满足一定相似度的实例。基于实例工艺规划就是从实例工艺库中寻 1638 求到与目标产品或零件有相似之处的实例。 定义5 实例匹配：按照一定的算法，从实例空间寻求与目标产品或零件相似的实例的 过程。 定义6 实例模型错误!未找到引用源。：基于零件模型的特征和特征属性值描述的实 特征分量，Pc(五)代表特征分量值。 定义7批量模糊集：在变批量生产中，给定批量论域u，u的下限设为0，上限理论 上可以无穷大，实际上根据企业情况而定。如果对于任意的批量q∈U，都能确定一个数 “A(q)∈【0，11，用以表示q属于A的模糊程度，A称为批量模糊集。数pA(q)称为u中元 素q对模糊集A的隶属度。例如对于变批量生产来说，“大量”就是一个模糊集。 定义8批量因子：按照批量大小，把论域分成N个批量模糊集Al，A2，…，AN，其中， 1，2，．．．，N构成的有序集合，称为批量论域上的批量因子集，用B来表示，B={1,2，．．．