基于知识模型的飞机复合材料构件设计知识库系统

基于知识模型的飞机复合材料构件设计知识库系统（共4篇）

基于知识模型的飞机复合材料构件设计知识库系统 篇1

该系统实现了与CATIA的无缝连接,对知识的浏览机制、检索策略、基于CAA的.三维模型预览、工程算法使用以及图表插值等关键技术进行了描述,可处理公式、图表、表格和文字等多种知识类型.最后,通过一个实例验证了该系统的可行性.

作 者：柳振兴 李原 余剑锋 Liu Zhenxing Li Yuan Yu Jianfeng  作者单位：西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 刊 名：航空制造技术  ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(2) 分类号：V2 关键词：CATIA   知识库   Oracle   CAA  

基于知识模型的飞机复合材料构件设计知识库系统 篇2

随着网络技术和数字化设计制造技术的发展,飞机的构件的设计趋向于无纸化和数字化,我国航空企业里对企业内部网(Intranet)的使用越来越普遍。

知识库是知识工程中结构化的,易利用且易操作,全面而有组织的知识集群,是根据某一(或某些)领域求解问题的需要,采用某种或若干知识表示方式在计算机存储器中存储、组织、管理和使用的相互联系的知识片集合[1]。采用知识库系统进行飞机复合材料典型构件设计可以帮助飞机设计人员检索、参考以往相关成功实例,在此基础上开发新产品,可以有效提高产品设计效率。

本文利用知识库系统和网络技术,开发了一个基于web的飞机复合材料典型构件设计知识库系统,它归纳总结了某航空企业内部以往典型构件设计经验和实例模型,初步实现了企业内部网络层面的信息共享和部门间协同设计,对航空产品开发具有明显的现实意义。

1 知识库系统总体设计

1.1 知识库系统逻辑结构

复合材料典型构件设计知识库系统根据面向对象的思想特点结合企业工业生产对降低系统升级与维护成本和工作量的要求,采用B/A/S结构,即由浏览器、逻辑应用层和服务器三层组成,其逻辑结构如图1所示。

1.2 知识库系统框架结构

复合材料典型构件设计知识库系统框架结构如图2所示,系统包括数据知识库、实例检索调用模块、辅助设计客户端和CATIA软件系统、知识库维护模块四个部分。

1)实例检索调用模块

实例由构件的基本属性数据集和.CATPart格式的模型文件构成。实例检索调用模块根据现有的企业内部总结的飞机典型构件实例添加到数据库中,用户通过网页界面输入检索条件,后台算法通过比较数据库中现有的实例选取相似度最高的实例从而进行筛选和调用,为设计人员进行新的设计提供参考。

2)辅助设计客户端和CATIA软件系统模块

该模块是 系统与C A T I A软件交互 和运用C A T I A软件进行二次开发的模块。主要作用是辅助设计人员快速准确的对典型构件进行建模,生成模型和图纸文件。设计人员可以根据客户端界面的提示输入构件相应的尺寸数据或者直接在CATIA软件界面中自行修改属性,建模完成后,经系统管理人员审核通过将.CATPart文件和构件的基本属性数据集一并保存上传到网络服务器端,生成新的实例。

3)知识库维护模块

知识库维护模块供系统维护人员对库中实例进行修改、删除、新增操作。将构件的基本属性数据如编号、尺寸、应用机型等数据和相应的.CATPart格式模型文件存入知识库的过程定义为入库过程。系统维护人员通过对构件实例的属性进行修改或者更新操作,新增实例或删除实例完成维护。

2 知识库实例信息组织形式

飞机复合材料典型构件指用户所归纳的结构上比较相似的飞机复合材料构件,典型构件不同于标准件,具有数量多,使用率高和在改型机上可重用的特点[2]。本文根据飞机复合材料典型构件的主要形状特征将其分为六大类:包括Ω型材、O型材、工字梁、T形梁、Z型梁和槽型梁。

复合材料典型构件的实例信息是对典型构件的具体描述和数据化,以特定的数据集形式存储于系统数据库中。为了唯一确定某个构件的实例信息,这里我们引入主键的定义:构件实例数据库中对所有构件的信息的总结组成一张数据表定义为Am×n=(aij)m×n (i=1,2,…,m;j=1,2,…,n),数据表中某行amj(j=1,2,…,n)表示某一个构件的全部信息;某列ain(i=1,2,…,m)表示构件的属性信息,有一个列ain或列的组合{aij}(j为任意可能的小于n的正整数),其值能唯一地标识表中的每一行amj,这样的一列或多列称为表的主键K。依据典型构件信息的特点,本文设定“构件编号”属性作为主键K。

完整的实例信息不仅包括构件编号、构件类型等基本参数信息,与构件设计相关如铺层情况和铺层材料的综合设计信息,还包括可表达构件三维造型的模型图和典型构件设计规则等附件信息。本文中实例库中采用具体实例信息描述如图3所示。

后台数据库的存储采用混合模式,即构件的基本参数信息和综合设计信息两类数据和文字信息存储采用数据库存储模式。构件的附件信息如模型图和设计规则利用数据库和文件保存模式:通过数据库存储附件文件的保存路径,附件通过文件保存的方式将上传至服务器端。

3 知识库推理机制与算法

3.1 知识库推理机制

知识库的推理机制是系统的重要支撑。知识库系统的推理机制包括完全匹配推理、投影匹配推理、最大连接匹配推理、和基于模糊逻辑的不确定性推理[3,4]。结合飞机典型构件知识库的特点,本文采用基于模糊逻辑的不确定性推理机制[5]。多检索条件单结论的模糊产生式规则可表示如下:

1)上式中R表示各子前提间逻辑组合关系,包括析去关系和合取关系等。

2)上式中ωm表示子前提Pm,(m=1,2,…,n)的权重,依据对Pm影响的程度决定ωm的大小,影响程度越大ωm越大,并且一般规定0≤ω m≤1,m=1, 2, …, n,权重应满足归一化条件即,Tj(0≤Tj≤1)为子前提Pm的真值。

3)CF(r)为规则强度,λ(0≤λ≤1)为规则的阈值,即对规则使用作出了限制。

3.2 实例检索模糊匹配算法

定义模糊 规则匹配 度表示证据 集E(E1,E2,…,En)与实例库中第l条实例记录前提集Pl=(P1,P2,…,Pn)的相似程度。模糊匹配由各子证据与对应的子前提匹配度决定[6]。匹配度算法公式为:

其中匹配度与权重ωn(n为正整数,表示作为检索条件的属性个数)和各属性子集匹配度相关,m表示对应的某属性。可用于检索的属性包括构件名称、所属组件、构件类型、使用环境、应用机型。本文规定根据加入检索的属性数量多少决定ωn的值,设定ωn=1/n。例如设计人员同时选择构件类型为“梁类”,使用环境为“湿热环境”,其他属性不做限定时n=2,ωn=0.5,后台算法将梁类和湿热环境作为匹配目标在后台实例数据库中进行检索,定义若实例库中第k条记录的构件类型属性为梁类时,否则为0,使用环境属性匹配于此类似,由此根据上面式(2)可以计算出总的匹配度MRl(E,P) ,依据匹配度值的大小供设计人员选择。

4 基于Web的数据库访问

该系统运用ASP.NET技术实现网页前台用户界面与后台Oracle数据库的交互。通过ADO.NET数据接口实现ASP.NET与Oracle数据库的连接,ADO.NET是在NET编程环境中优先使用的数据访问接口也是一个COM组件库[7]。对系统中数据库的调用编辑则使用结构化查询语言(SQL语言)。SQL语言是高级的非过程化编程语言,允许用户在高层数据结构上工作,它不要求用户指定对数据的存储方法,用户也不需要了解具体的数据存放方式,所以具有完全不同底层结构的不同数据库系统,可以使用相同的结构化查询语言作为数据输入与管理的接口,同时SQL具有极大的灵活性和强大的功能。

5 Web环境下的构件参数化设计

该系统设计在企业内联网上运行,设计人员通过网页调用客户端的CATIA软件进行实例建模,主要存在两方面的问题:一方面由于通过网页脚本进行CATIA二次开发无法实现实时的参数交互,不能使用网页直接对实例的参数值修改,无法满足设计人员的设计要求;另一方面由于网络浏览器安全性的限制,在网页用户界面上无法直接启动客户端本地的应用程序。

针对以上的问题复合材料典型构件设计知识库系统构件的参数化设计通过采用VB.NET进行CA TIA的二次开发,生成可与CA TIA实时交互进行参数化设计的可执行文件,作为构件参数化设计的主体。该系统要求用户预先通过网页下载VB.NET开发的与本地CATIA软件交互的可执行文件模块,保存到系统指定存储位置,通过Active X控件技术实现从网页启动已保存至本地的可执行文件,进而通过其间接调用CATIA软件进行参数化设计。构件具体参数化设计流程如图4所示。

Active X是微软公司对于一系列策略性面向对象程序技术和工具的称谓。Active X控件是一种可重用的软件组件(COM),通过使用Active X控件,可以很快地在网址、台式机应用程序、以及开发工具中加入特殊的功能。应用Active X控件可实现网页用户命令与本地应用程序的交换。

6 系统功能模块的实现

复合材料典型构件设计知识库系统可供设计人员检索查询以往成熟的设计实例,在其基础上对构件信息或模型图进行修改或重新设计,具体设计流程如图5所示。

设计人员可以对设计成功的构件实例进行存储、修改或删除等维护操作也可进行全新设计。例如需要新建“蒙皮件一”,输入所属组件名、构件类型等构件参数信息;输入铺层顺序和角度、材料牌号等复合材料参数信息并上传模型图和铺层图,确认后提交保存入库。设计人员也可通过检索实例信息修改或删除包括模型图等图形文件的整个实例,运行界面如图6所示。

在进行重新设计时,设计人员可以通过输入单项或多项检索条件对知识库中现有实例进行检索,查看实例信息和下载构件相应模型图文件。例如检索时,设计人员单独选择所属组件“尾段”作为条件或者选择其他如构件名称、使用环境、机型等信息多重条件均可进行检索。点击选择,实例的详细信息将出现在各个属性后面的文本框中。检索结果界面如图7所示。

以典型结构件槽型梁为例进行设计,在客户端输入槽形梁相应的约束尺寸参数如梁厚度等参数,单击确认即生成模型文件。参数输入界面如图8所示,生成模型文件如图9所示。

7 结束语

飞机复合材料典型构件设计知识库系统实现了Web环境下飞机复合材料典型构件的辅助设计和快速建模,人机交互,知识总结建库和设计信息分享交流。可以为航空企业内部不同部门间协同设计与并行工程的开展提供帮助,有效减少设计人员工作量,提高产品设计效率。

参考文献

[1]梅中义,周俊,梅立,范玉青.复合材料构件设计实例库的研究[J].现代制造工程,2008(05):92-95.

[2]张开富,李丽萍,杨海成.基于国产数据库的飞机典型结构件库设计与实现[J].计算机辅助设计与图形学学报,2006(03):470-474.

[3]王睿,杜静,何玉林,杨显刚.一种模糊知识库系统及其推理机制研究[J].计算机技术与发展,2007(03):112-115.

[4]王共冬,王军,王巍.粗糙集在复合材料成型工艺事例推理中应用[J].武汉理工大学学报,2012(06):27-31.

[5]张俊,高燕,于素华.模糊逻辑在数据库信息检索中的应用研究[J].计算机科学,2013(10):183-189.

[6]丁雪峰,严洪森,薛朝改.基于近似匹配的知识化制造系统自重构研究[J].控制与决策,2008(01):70-74.

基于知识模型的飞机复合材料构件设计知识库系统 篇3

技术创新合作中基于知识位势的知识创造模型研究

本文从知识位势角度出发,在网络环境及企业技术创新合作的背景下,以Nonaka SECI模型的认识论、本体论为基础,修正与改进SECI模型,构造知识创造O-KP- PK模型,论述了企业技术创新合作中的`知识创造过程.

作 者：党兴华 李莉 DANG Xing-hua LI li  作者单位：西安理工大学,工商管理学院,陕西,西安,710048 刊 名：中国软科学  PKU CSSCI英文刊名：CHINA SOFT SCIENCE 年，卷(期)： “”(11) 分类号：G305 G302 关键词：知识创造   知识主体   知识位势   知识创造O-KP-PK模型  

基于知识模型的飞机复合材料构件设计知识库系统 篇4

1.1 系统功能模块设计

基于构件技术的信息管理系统应用浏览器和服务器结构，使用Tomcat 7.0 的Java 服务器页面部署网络。通过调研网络用户的实际需求，信息管理系统应拥有信息资源监控、用户任务管理、信息超负荷管理、任务日志处理以及登录管理五大项主功能。任务日志处理和登录管理模块属于前台主功能模块，信息资源监控、用户任务管理和信息超负荷管理属于后台主功能模块。基于构件技术的信息管理系统将上述五项功能划分成若干辅助功能模块.

(1)信息资源监控模块。负责进行计算机操作系统中设备和软件的资源管理与监控，由设备监控、软件划分和信息提取三个子模块组成。设备监控模块对设备的增减情况和资源分配情况进行监控，获取设备的规格、工作状态、安装方位和串口类型。软件划分模块在基于构件技术的信息管理系统的作用主要是对计算机操作系统中的软件资源进行整理，按照工作类型、内存、资源占用率等项目将软件分类，网络用户也可以直接指定分类类型，或以某一区域为约束对软件进行划分。信息提取模块负责将设备监控模块和软件划分模块的监控和分类结果提取出来，并传送给用户任务管理模块。

(2)用户任务管理模块。负责对设备监控结果和软件分类结果进行细致分析，给出用户任务合理分配结果，由虚拟专用网络管理、软件任务管理以及任务分配与管理三个子模块组成。计算机操作系统使用虚拟专用网络进行信息通信，虚拟专用网络管理模块可对不同类型和状态下的虚拟专用网络信息通信进行定义，再通过分析设备监控结果，输出信息通信中设备的使用情况，对处于虚拟专用网络中的设备进行标记，防止设备被网络用户误删，造成计算机操作系统崩溃。软件任务管理在软件分类结果中挑选出存在重复信息管理工作的相似软件，将相似软件的同类型信息合并在同一条处理通道中，当通道内信息达到饱和状态时进行信息管理工作。任务分配与管理模块提取出虚拟专用网络管理模块中的数据，将虚拟专用网络分为局域网、租用网和桥接网三种类型，在不同类型的网络中为网络用户信息的管理任务分配不同的构件资源。

(3)信息超负荷管理模块。监控网络信息通信通道，设置阈值，当信息超出阈值后进行报警。

(4)任务日志处理模块。对用户任务管理模块分配出的网络用户信息管理任务日志进行管理，包括对日志进行登记、删除和修正。

(5)登录管理模块。负责限制网络用户的功能使用权限、分配新用户IP地址、对系统构件进行导入和导出，由网络用户列表、用户信息修改和用户信息新建三个子模块组成。其中，网络用户列表模块和用户信息修改模块只有系统管理员才能使用，用户信息新建模块的使用权限无限制。

1.2 系统前台构件的设计与实现

基于构件技术的信息管理系统的前台构件是一种典型的MVP结构，它对信息的管理方式共分为三个等级，三个等级提供的功能模块实现方式也不同，第1、2 等级前台构件的信息管理工作是自动进行的，网络用户无需对其中的数据进行调用。而第3等级前台构件需要提供用户使用界面，因而必须进行调用功能的开发，构件技术为其提供了JSF框架实现调用功能。由于三个等级前台构件的功能实现方式存在差异，基于构件技术的信息管理系统对前台构件的设计要求也不尽相同，，经由第3等级构件汇总所有前台构件的信息管理程序，程序以代码方式进行传送，基本的信息管理程序代码表示如下：

ManageMentauxiliaryWeightGrade2

{

PersonalCharacter?stringinvalidDesignation;}

ManagementCharacter?stringMeans2

{

//获取功能模块的信息管理对象

WeightGradeAmanagedInvalid=(WeightGrade2)

GainComponentManaged“(invalidDesignation);

//依次给出构件管理方式

feedbackmanagedInvalid.means2;

ManagemenTauxiliaryUserGradeBextexldsWeightGrade2

//反馈构件程序内容

ManagementCharacter?stringMeans2()

//复写网络中设备与软件程序

系统前台构件以第2等级构件为父节点，即信息管理程序代码使用的管理方式等同于第2等级构件管理方式，其能够利用子节点的软件分类结果采集信息管理对象，从而完成构件技术对网络中设备与软件的程序复写，实现不同管理程序之间的信息融合。

1.3 系统后台构件的设计与实现

基于构件技术的信息管理系统的所有后台构件均能对前台构件的信息进行接收，并可根据前台构件给出的信息管理程序代码完成构件配置。但前台构件往往需要与多个网络用户进行沟通，信息结构极其不统一。为了确保网络用户信息管理任务的准确性，后台构件需要将信息结构定义成标准格式，图3给出的是后台构件信息结构标准格式。

，系统后台构件使用了一种名为JGroups的群组通信工具定义了信息结构的标准格式，给出的格式具有通信敏感度高、信息同步性强的优点，可进行系统各功能模块之间高可靠性的信息通信。标准格式的信息头中包含网络用户信息中的专属特征数据，优先级标记用于写入信息通信顺序，通信目标方位和初始方位可由后台构件自行填写。

2 实验结果与分析

为了确保本文设计的基于构件技术的信息管理系统具有良好的应用价值，现通过一次实验分析系统的资源分配效果和功能需求度。在某市的路政单位、教学单位和公安单位分别安装本文系统，实验中的系统管理对象为上述三个单位计算机操作系统中产生的信息，将三者分别标记为路政信息、教学信息和公安信息。实验持续7 天，7 天内本文系统同时进行三种信息的管理工作。实验结束后，分析本文系统的资源分配效果和功能需求度并进行汇总。

3 结语