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1、第22卷第4期地球科学——中国地质大学学报Vol.22No.41997年7月EarthScience——JournalofChinaUniversityofGeosciencesJuly1997钻机转盘智能CAD系统的实现蒋国盛 汪国香 刘 银 屠厚泽(勘察与建筑工程学院,武汉430074)摘 要 转盘是钻井机械中使用面较广的产品之一,包括齿轮、轴、轴承、转台、箱体等多种零部件.这种转盘用一般方法进行设计比较复杂.AI-FPCADS将知识处理、方案设计、评价决策、参数优化设计、有限元分析、参数绘图、尺寸公差和技术要求标注等设计过程集成一
2、体,具有智能化、一体化功能.关键词 转盘,人工智能,计算机辅助设计.中图法分类号 TD401第一作者简介 蒋国盛,男,副教授,1965年生,1995年获博士学位,现主要从事岩土钻掘工程计算机应用的研究. 机械设计活动大体包括两类工作,一类是数值计算型工作,包括大量的计算、分析和绘图;另一类是符号推理型工作,包括方案设计、材料选择、标准件选择等,这类工作,尤其是方案设计,是一种创造性活动,只有依靠思考和推理,综合运用许多学科的专门知识和丰富的实践经验,才能得到正确合理的设计.传统的CAD技术是以数值计算为基础的,所以能较好地完成第一类工
3、作,而对第二类工作则较困难.采用人工智能(AI)的原理和方法来解决计算机符号推理的困难,能够运用计算机进行创造性的辅助设计.它在机械设计制造领域的运用越来越受到国内外专家学者的重视,成为机械CADöCAM研[1]究的前沿和热点.CAD技术在探矿工程中的运用还处于低级阶段,至今还未有比较完善的功能全面的面向勘探机械的CAD系统出台.作者以钻机转盘为研究对象,把CAD技术和AI技术结合一体,图1AI2FPCADS工作的总体流程图研究开发出面向钻机转盘的智能CAD系统——AIFig.1TotalflowschemeofAI2FPCADSsys
4、temrunning-FPCADS.系统用Fortran,Prolog和C语言编能完成对现有转盘的革新和改造;(2)系统能在成熟制,图形部分与AutoCAD绘图软件相联.的、可选择的设计方案中进行选择设计;(3)系统可沿两个方向进行转盘设计:由动力输入大小确定转1 系统工作的总体流程盘性能和几何参数及由用户提出的转盘性能参数要求等设计转盘,确定动力输入大小.建立AI-FPCADS考虑了3个方面:(1)系统A-FPCADS可以只对转盘的某个零部件进行设计,也可一次性设计整个转盘.另外,系统可以用1996年2月1日收稿.©1995-2004
5、TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.446地球科学——中国地质大学学报 第22卷传统的计算机辅助设计方法,对多种通用机械零部式语言,其主要优势在于符号的推理,对于处理稍复件进行设计.系统可以完成目前国内使用的各种结杂的计算,其能力较弱.因此,AI-FPCADS含有大构形式的转盘设计工作.图1是系统工作的总体流程量的由过程式语言(Fortran,C语言)编写的程序,图.说明转盘的设计包含了“设计—评价—再设计”过其主要用来解决一些大型的较复杂
6、的计算.(3)推理程.系统按设计阶段完成不同的任务或子任务.机.系统的推理机采用了元级控制和目标级控制.图3是系统的推理机结构.元知识是关于目标的知识,2 系统的结构和模块用来指导目标知识的使用.系统采用元级控制策略,针对用户所要求的设计目标,通过推理机对知识的整个系统采用模块化结构,其总体结构如图2.推理得到一张由设计目标转换而来的若干子问题求(1)系统主控制程序.系统主控制程序是系统的解日程表,并存放在动态数据库中.元级控制又按问指挥、控制和决策中心.它与各个功能模块或子系统题求解日程表控制目标级控制依次求解,直到所有相连,可以调用
7、任何一个功能模块或子系统,控制整子问题都求解完毕.若在目标级推理中遇到新问题,个系统按问题求解日程表进行工作.各功能模块之要求元级推理,这时可启动元级控制推理求解,再次间不能直接调用,通过动态数据库实现信息交流.对目标级控制作指导.系统主要采用了两种推理方(2)过程式语言程序.由于智能语言Prolog是说明式:形式演绎推理和非单调逻辑推理.采用正向推理、反向推理和混合推理3种推理策略.正向推理采用深度优先搜索算法;反向推理采用广度优先搜索算法;混合推理采用全局正向、局部反向的推理算法.深度优先和广度优先策略是解决推理过程中冲突的办法,但
8、是如果求解路径太长,知识检索和选择的效率就太低.所以系统还采用了如下冲突消除策略:①对知识库的知识预先排序,按先后次序启用;②对反向推理,假设目标的选择通常是经过优选的,即先假设一般的情况;③特殊性知识比一
