基于案例汽車焊裝夾具智能設計系統(tǒng)的研究與開發(fā)

    隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活水平越來越高，汽車進入千家萬戶。從1886年卡爾•本茨發(fā)明第一輛現(xiàn)代汽車開始，至今，汽車已成為人們?nèi)粘Ｉ钪械某Ｓ肨具。因此，人們對汽車的要求不僅僅局限在功能的高低，車身外形成為選擇汽車的另一個新的標準。汽車車身是由眾多具有復雜空間曲面的薄板件焊接而成，是汽車的重要組成部分，汽車車體尺寸精度直接影響汽車的裝配質(zhì)量，而車體制造過程中的焊接裝配工藝是車體成形的關鍵，也是保證車體精度的關鍵環(huán)節(jié)，是車身系統(tǒng)工程中的一個組成部分。

2 基于案例推理技術( CBR)

    案例推理技術于1982年由耶魯大學的Roger Schank教授在其dynamic Memorry一書中首次提出，經(jīng)過30多年的發(fā)展，它己成為人工智能領域的一項重要的推理技術?；诎咐评硎且环N以相似度的提取和推理為核心，在以往的經(jīng)驗和知識的基礎上，從源案例中獲取目標案例從而求解問題案例的方法，它從模擬人的思維過程開始，采用類比推理的模式，在多目標、多準則、知識表達困難或因果關系不明確的復雜系統(tǒng)中得到廣泛的應用。一個典型的CBR問題求解過程基本過程可以歸納為”R4理論”：案例檢索(Retrieve)、案例重用(Reuse)、案例修改(Revise)和案例存儲(Retain)，其中基本流程和相應關系如圖1所示：

圖1 基于案例推理流程

3 汽車焊裝夾具概述

    夾具是將設計構思轉變?yōu)閷嶋H產(chǎn)品的基本工藝裝備之一。汽車焊裝夾具是汽車車身焊裝生產(chǎn)線上的關鍵工藝設備。在整個汽車焊接生產(chǎn)線上，焊裝夾具除了完成本工序的零件組裝、定位、夾緊外，還擔任檢驗和校止上一共序的焊接質(zhì)量、配合下道工序的焊接流程等任務，因而它的設計制造影響著整個焊接工藝水平、汽車生產(chǎn)能力及產(chǎn)品質(zhì)量。現(xiàn)今社會，用于車身的焊接技術日益完善，焊裝夾具定位迅速、質(zhì)量控制手段逐步智能、自動化生產(chǎn)線立體布置、焊接機器人大量應用等隨著汽車制造業(yè)的高速發(fā)展逐步實現(xiàn)。

    車身殼體是一切車身部件的安裝基礎，通常指縱、橫梁和立柱等主要承力元件與它們相連接的板件共同組成的空問結構，按照受力的不同分為非承載式車身、半承載式車身和承載式車身．典型的轎車車身是由400多個沖壓件，50多個分總成，用70-90余套焊接夾具按照一定的組合工序裝配而成。隨著汽車改型周期的縮短，產(chǎn)品的不斷增加，生產(chǎn)效率越來越高，汽車車身薄板件焊接方式也不斷更新，由原來的手工焊接生產(chǎn)方式發(fā)展為流水線的焊接生產(chǎn)方式，焊裝夾具也由傳統(tǒng)的機械手工式夾具發(fā)展為集機械、液壓、氣動、電氣及計算機控制為一體的自動化焊裝夾具。

4 基于案例汽車焊裝夾具智能設計系統(tǒng)構建

    基于案例汽車焊裝夾具智能設計系統(tǒng)是人工智能領域的典型代表范圍內(nèi)自動化生產(chǎn)系統(tǒng)及柔性與可重構生產(chǎn)制造系統(tǒng)的必然產(chǎn)物。不僅要求知識模塊化、標準化、開放性，而且要求人機交互的智能性。

圖2 AWJICAD系統(tǒng)架構

    汽車焊裝夾具智能設計系統(tǒng)AWJICAD由路徑配置模塊、信息管理模塊、案例管理模塊、推理設計模塊等四個子模塊組成，如圖2所示，各個模塊具有不同的功能，其中路徑配置模塊是系統(tǒng)運行的前提；信息管理模塊作為系統(tǒng)信息的輸入，是系統(tǒng)成功運行的關鍵；案例管理模塊負責案例的添加、刪除以及修正重用后的存儲，是系統(tǒng)知識庫必不可少的部分；推理設計模塊以智能化的方法完成目標案例的匹配和選取。

    4.1 數(shù)據(jù)配置模塊及其構建過程

    數(shù)據(jù)配置模塊是指對信息管理模塊、案例管理模塊、案例推理設計模塊所在路徑的管理設置，并給出嵌入式規(guī)則推理的規(guī)則庫路徑。它是進行案例推理設計的基礎，能夠確保各模塊的工作按照指定的路徑進行，我們用*.dat文件進行信息存儲和路徑賦值。

    數(shù)據(jù)配置模塊的構建可分為如下步驟：

    （1）進入VC++6.0，使用MFCAppWizard[dll]應用向?qū)?，?chuàng)建以“Dbset”為工程名的工程。

    （2）創(chuàng)建如圖3所示對話框，添加4個EditBox編輯框和4個PushButton按鈕，分別用來指定式樣書、案例庫、規(guī)則庫和設計結果數(shù)據(jù)的默認存儲路徑和單擊后面的Push Butt0n按鈕時進行路徑的修改。

圖3 數(shù)據(jù)配置對話框

    （3）創(chuàng)建DbsetDialog類，進入MFCClassWizard對話框，創(chuàng)建EditBox編輯框的成員變量和PushButton按鈕的成員功能響應類型。

    （4）創(chuàng)建完畢后進入DbsetDilog.cpp資源文件、DbsetDilog.h文件進行程序的編寫，具體請參考附錄程序代碼。

   4.2 信息管理模塊及其構建過程

    信息管理模塊主要是指知識的獲取歸納模塊，能夠?qū)⑹綐訒淼脑O計信息轉化為知識信息，并進行存儲。夾具設計式樣書是根據(jù)客戶要求制定的單工位的設計方案信息，包括基本信息、主控點信息和主控斷面信息。在整個夾具設計過程中，設計式樣書的信息是進行設計的前提和依據(jù)，因此，我們對此進行知識封裝作為夾具設計的信息基準。信息管理模塊的創(chuàng)建步驟如下所示：

    （1）進入VC++6.0，使用MFCAppWizard[dll]應用向?qū)В瑒?chuàng)建以“BMSys”為工程名的工程。

    （2）創(chuàng)建TaskManageDlg對話框，添加2個PusButton按鈕，并添添加2個PusButton按鈕，并添加成員響應功能，分別命名為“新建任務和“打開己存在任務”，用來判斷任務是新創(chuàng)建還是打開己經(jīng)創(chuàng)建但未完成的任務繼續(xù)操作。

    （3）創(chuàng)建如圖4所示的父對話框，添加3個PushButton按鈕，分別命名為夾具基本信息、夾具控斷面信息和夾具單元信息。

圖4 信息管理模塊對話框

    ①基本信息模塊對話框

    基本信息是指式樣書中關于車身基本知識和焊接操作過程種所涉及知識的總和包括車型提取歸納、工位名稱以及設計中上料順序、工位節(jié)拍、焊槍類型等信息，我們采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄉ晒行问降幕拘畔㈩悾?/p>

    ②斷面信息模塊對話框

    斷面信息主要包括車身零部件的主控斷面位置和焊裝夾具數(shù)量信息判斷夾具的打開方向、夾具設計是否對稱、夾具壓緊點的坐標值等信息VC++6.0編程工具進行數(shù)據(jù)封裝訪問，如下所示：

5 汽車焊裝夾具智能設計系統(tǒng)工作流程

圖5 案例推理流程圖

    （1）進入汽車焊裝夾具系統(tǒng)進行路徑配置并保存、路徑以文本的格式存儲在*.dat文件內(nèi)，各模塊將按給定的路徑進行信息交換和提取。

    （2）從式樣書中提取問題案例信息并輸入系統(tǒng)，信息管理模塊進行信息的編編譯和儲存。

    （3）判斷案例庫是否完善，如果需要添加案例，則進入案例管理模塊。

    （4）用whileCcasefile.ReadString循環(huán)語句獲得案例參數(shù)并運用層次分析法進行案例檢索匹配。

    （5）獲取相似度最大案例并用CBRResult[l=JigCase.m_sJNum]函數(shù)語句儲存在結果文件中。

    （6）判斷相似度值是否滿足要求，若滿足要求進入(5.7)，否則進入(5.2)重新進行案例信息提取。

    （7）獲取目標案例及其對應的三維單元模型。

    （8）將汽車焊裝夾具單元調(diào)入NX8.0設計平臺，用OF_ASSEM_Add_partioassemhly（）parent_part,  part_name，NULL.NULL，origin，csvys_matrix，layer，&insttag，&loadstatus)語句實現(xiàn)定位。

6 結論

    總之，隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展，汽車更新?lián)Q代較快，車身曲面變化多段，信息管理模塊提取信息輸入，在案例管理模塊所存儲的不同結構案例單元中，通過推理設計模塊檢索出滿足要求的目標案例。汽車焊裝夾具智能設計系統(tǒng)在NX8.0空問虛擬平臺上，通過VC++6.0編程工具成功實現(xiàn)了系統(tǒng)的運行。我們需要構建更加完善的知識庫來匹配問題案例，適應社會發(fā)展。