基于平面盘形凸轮CAD系统知识库的构建＊

张 星

（福建湄洲湾职业技术学院，福建莆田 351254）

基于平面盘形凸轮CAD系统知识库的构建＊

张 星

（福建湄洲湾职业技术学院，福建莆田 351254）

凸轮机构的设计是一个多因素、多层次的复杂过程，许多公式非标准化.采用专家知识库，通过Visual Basic的开发并结合Access数据库，实现对知识库的维护和修改，从而构建凸轮机构智能设计系统，方便用户使用，该系统具有易用性和智能性，也对改善凸轮机构的设计具有现实的意义.

凸轮机构；知识库；设计；VB；数据库；构建

凸轮机构是高副机构，也是一种常见的传动机构.改进凸轮机构的设计方法，充分利用计算机技术，探索出凸轮机构的现代化设计方法，对于提高凸轮精度、缩短设计与制造周期、提高产品设计质量和系统的柔性等方面均具有一定的实用价值.

知识库（Knowledge Base）是专家系统的核心，以某种存储结构存储专门领域的知识，包括事实和可行的操作与规则等［1］.知识库的知识来源于知识获取系统，同时它又为推理机提供求解问题所需的知识.知识库的结构形式主要取决于所采用知识的表示方法.在人工智能中采用较多的知识表示方法主要有以下几种：问题归约法、谓词逻辑法、状态空间法、灰色理论知识法、产生式规则法.在目前的专家系统和人工智能中基于产生式规则法表示知识运用的最为普遍［2］.凸轮机构的设计涉及到一个多因素、多层次的复杂过程，且许多知识不能公式化，同时该机构的设计与设计者的水平和经验密切相关.凸轮CAD软件既是现代技术发展的趋势，又是改善凸轮机构设计的重要途径［3］.笔者采用专家知识库，建立凸轮机构智能设计系统，引导用户完成对凸轮机构的设计.

1 知识库构建模型

本系统采用产生式规则来表示知识，该规则是前因后果式表达模型，如用表达书写一般为“IFTHEN”的格式，即由两部分组成，前一部分“IF”称为条件，如原因、前提或状态等，后一部分THEN称为结果，如后果、结论或活动等.具体规则的格式如下［4］：

各条件之间是“与”的关系，其规则的含义：如果凸轮机构的工作速度是高速，工作载荷是中载，则从动件运动规律采用5次项运动规律.

2 知识库的推理

推理机又称为问题求解模块，是人工智能和专家系统中利用已有的知识库实现推理求解的部件，它是核心部分.推理的过程实质就是一个问题求解过程，也是一个思维的过程.问题求解的质量与效率依赖于求解问题策略，即推理的控制策略.推理策略用于确定推理的驱动方式，常见的有正向、混合、逆向及双向推理等4种［5］.本系统采用的是正向推理，又称为事实驱动方式，它是由己知事实作为前提，在知识库中找出当前可匹配的知识，如果规则的条件与已知事实匹配成功，则将成功的规则显示出来，如果匹配不成功，则将提取下一条知识进行匹配，直至求得所要求的规则或者知识库再无可用知识为止.推理算法如图1所示.

图1 推理算法示意图

3 知识库的创建与访问

本系统选用Access数据库，通过Access建立和维护各个表，如图2所示.并通过Visual Basic的开发实现数据的维护和修改，在符合各条件的前提下，得到如图3所示的结论，方便设计凸轮时引用.Visual Basic提供了多种数据库访问技术，其中ADO作为一个新型的对象模型和OLE DB面向对象接口，它扩展了DAO和RDO所使用的对象模型，在对象的属性、方法、参数、事件上进行了增加，所以ADO的应用非常广泛.［6］

图2 定义字段结构

图3 表的相关内容

在程序使用ADO对象之前，必须先引用ADO的对象库.在VB环境选择“工程→引用”命令，如图4所示，其连接属性对话框如图5所示.

图4 ADO对象引用对话框

图5 连接属性对话框

具体实现代码如下：

知识库管理综合界面如图6所示，在图6所示的界面中，建立知识库的维护系统.通过【知识库管理】可以实现对知识的添加、修改、删除等操作.通过【知识库规则】可以浏览所存储的所有规则，方便用户操作.

图6 知识库管理综合界面

4 知识库的管理与实例

知识库的管理与维护，可以由以下代码实现：

基于以上的知识库的建立与管理，当输入相关数据后，在图7中，选择【智能设计】，并单击【下一步】，在弹出的如图8所示的载荷、速度类型选择对话框中，选择【中速】、【中载】.系统经过推理后得到如下3条从动件的运动规律供用户选择，如图9所示.

在激活的规则对话框中，选择所需的运动规律，最后经过计算所得到的相关数据和三维实体如图10所示.

图7 综合类型选择对话框

图8 载荷速度类型选择对话框

图9 激活规则显示对话框

图10 凸轮机构的实体

5 结语

在VB环境下结合Access数据库构建了知识库及其管理系统，通过对凸轮运动规则的添加、修改、查询和删除等相关操作，实现了平面盘形凸轮机构智能设计，提高了整个系统的易用性和可用性.

［1］ 陈 平.平面连杆机构尺度综合专家系统［D］.西安：西安理工大学，2001.

［2］ 谢灵杰.高炉铁水硅含量预测中的直接经验和间接经验［D］.重庆：重庆大学，2003.

［3］ 张 星.基于VB6.0平面盘形凸轮机构CAD系统的研究［J］.盐城工学院学报：自然科学版，2013（1）：29－32.

［4］ 张 淳，付 铁，刘昌祺.平面凸轮机构CAD系统的研究与开发［J］.机械设计与制造，2000，5（10）：12－13.

［5］ 祝荣欣，乔金友，王福林.农业机械化专家系统的研究现状与问题［J］.东北农业大学学报，2007（12）：52－55.

［6］ 刘炳文.Visual Basic程序设计教程［M］.北京：清华大学出版社，2003.

（责任编辑 陈炳权）

Construction Based on CAD System Knowledge Base of Planner Disc Cam

ZHANG Xing

（Meizhouwan Vocational Technology College，Putian 351254，China）

The design of cam mechanism is a complicated process which contains multi－factors and multi－levels，and many of the formulas can not be standardized.Combined with the development of Visual Basic and Access database，this system uses the expert knowledge base to maintain and modify the knowledge base to build the cam mechanism of intelligent design system.This system not only makes it convenient for users to operate，embodying the system＇s usability and intelligence，but also has practical significance for improving the design of cam mechanism.

cam mechanism；knowledge base；design；VB；database construction

TP391.13

A

10.3969／j.issn.1007－2985.2013.05.011

1007－2985（2013）05－0045－04

2013－05－20

张 星（1980－），男，福建仙游人，福建湄洲湾职业技术学院讲师，硕士，主要从事机械设计研究.