基于描述逻辑的数控铣床加工工艺知识库检索

贾伟

摘 要 数控铣床加工工艺知识库能够辅助操作人员进行操作决策，为了提高检索知识库的准确性和有效性，提出了一种基于描述逻辑的知识库检索方法，利用描述逻辑对检索需求和知识进行描述，消除语义的模糊性和二义性，通过实例说明该方法能够准确和有效的检索加工工艺知识。

关键词 描述逻辑 数控铣床 加工工艺 知识库

中图分类号：TP391.3 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.10.074

Abstract Knowledge base retrieval of processing techniques of CNC milling machining can be auxiliary operation personnel of operation decision. To improve the accuracy and efficiency of the knowledge base， a retrieval method of knowledge base based on description logic is proposed. Using description logic to describe the retrieval demand and knowledge， semantic fuzziness and ambiguity are eliminated. Example result shows that the proposed method can accurately and efficiently retrieve knowledge of processing techniques.

Keywords description logic； CNC milling machine； processing techniques； knowledge base

0 引言

数控铣床加工是一种精密五金零件的高科技加工方式，可以加工各种复杂的平面、曲面和壳体类零件，能够使各个零件的加工表面的形状及位置获得很高的精度。由于在加工中，操作过程较为复杂，需要进行刀具选择、参数设定和走刀路线规划等操作，①②③④仅依靠个人知识是无法完成这些复杂的选择的，铣床加工工艺知识库中包含了工艺人员在实践中积累的大量工艺经验、方法和工艺参数，利用铣床加工工艺知识库中的知识能够辅助操作人员做出正确的操作决策，从而有效准确的完成相应操作，⑤但是操作人员的检索需求使用的是自然语言，由于自然语言的二义性导致这种检索需求难以被知识库准确理解，使得对知识库的检索结果无法满足操作人员的需求。因此，准确描述检索需求成为了急需解决的问题。

描述逻辑是近年来发展和应用较为广泛的一种知识表示的形式化方法，由于描述逻辑具备严格的形式化语义，能够消除自然语言中的二义性和不确定性，已经成功的应用在各个领域中。⑥⑦为了准确和有效的检索工艺知识库中的知识，本文采用基于描述逻辑的检索方法对数控铣床加工工艺知识库进行检索，以描述逻辑为基础，对检索需求进行描述，通过推理给出准确有效的检索结果。

1 描述逻辑

描述逻辑是基于对象的知识表示语言，是一阶谓词逻辑可判定的子集，具有明确的语义，提供了可判定性的推理服务，具有语义特征，能够保证推理算法的有穷性。⑧描述逻辑包含概念和关系两个基本组成部分。描述逻辑的基本语言ALC的基本元素包括概念、关系、个体以及在它们之上的交、并、非、存在量词和全程量词等算子。一个描述逻辑系统包括四个基本组成部分：概念集、关系集，TBox断言集和ABox断言集及TBox和ABox上的推理机制。TBox是一个描述领域结构的公理集，有包含公理和定理公理两种形式，ABox是一个描述关于具体个体事实的公理集，其中包含概念断言和关系断言两种形式。描述逻辑的基本运算符包括合取、析取、否定、存在性限定和值限定等，ALC的语法和语义以及TBox包含断言如表1和表2所示。

在基于描述逻辑的加工工艺知识库中有两种基本知识，第一种是关于问题领域一般性的内涵知识，第二种是只与特定问题相关的外延知识，它们分别存放在TBox和ABox 中。TBox包含外延知识，描述概念的一般性质，概念之间的包含关系，ABox包含外延知识，描述论域中的特定个体。一般认为内涵知识是不变的，而外延知识依赖于特定环境，是可变的。TBox中声明的基本形式是类定义，使用已定义的概念来定义新的概念。构造术语表的基本任务是分类，将一个新概念放在概念层次结构中一个合适的位置。这可以通过检查层次机构中每个概念与新概念之间的包含关系来确定。ABox 包含论域的外延知识，是关于个体的断言，断言分为概念断言和关系断言两类。

2 基于描述逻辑的知识库检索

本文利用描述逻辑对检索需求和知识库中的知识进行描述，使需求和知识在语义上保持一致，为知识的检索提供基础。描述逻辑描述的检索需求和知识库的知识包括概念组成、数量约束和量词三个部分，分别用concept、number和role表示，知识的组成概念是指知识的概念组成，数值约束是对知识中概念的值的限定，量词是指存在量词和全称量词。图1为知识检索框架。

在检索过程中，操作人员发出检索请求，检索请求转换为基于描述逻辑的形式，利用描述逻辑对检索对象的各个方面进行描述，推理服务包括知识库和检索推理，知识库中包括模具资源、工艺实例和工艺决策等知识，通过描述逻辑的描述，检索需求和知识库中对应的知识可以形成映射关系，通过检索推理能够通过映射关系找到相应的知识，最后将检索结果返回给操作人员。检索需求与知识库知识的匹配情况分为以下五种类型：（1）与精确匹配，中所表达的需求特征在S中都能够提供，并且没有任何附加特征。（2）与完全匹配，除了提供了中要求的所有特征外，还提供了不属于要求的其他特征，并且这些特征不与要求的特征冲突。（3）与插件匹配，除了提供了中要求的所有特征外，还要求了一些无法提供的特征，这些特征不与的特征冲突。（4）与潜在匹配，中要求的特征与提供的特征在逻辑上无任何冲突。（5）与部分匹配，中要求的一些特征与提供的某些特征在逻辑上存在冲突。

具体检索算法如下：（1）输入：检索需求；（2）将检索需求转换为描述逻辑表达的实例断言或者公理断言，包括概念组成、数量约束和量词三个部分；（3）分别将检索请求的概念组成、数量约束和量词与知识库知识的概念组成、数量约束和量词进行比较，判断检索请求与知识的匹配类型；（4）输出：检索结果。

3 实例分析

下面给出一个基于描述逻辑的知识库检索实例，检索请求为进行倒角立铣床加工，采用 8mm球头铣刀，主轴转速为1500r/min，精加工，用描述逻辑表示为 = ∩.（ = 8）∩.（=1500）∩，知识库中存在的知识包括五个工艺知识实例：

（1）不倒角立铣床加工，采用 8mm球头铣刀，主轴转速为1500r/min，精加工。描述逻辑表示为： = ∩.（ = 8）∩.（=1500）∩。

（2）倒角立铣床加工，采用 8mm球头铣刀，主轴转速为1500r/min，精加工。描述逻辑表示为： = ∩.（ = 8）∩.（=1500）∩。

（3）不倒角立铣床加工，采用 7mm球头铣刀，主轴转速为1300r/min，精加工。描述逻辑表示为： = ∩.（ = 7）∩.（=1300）∩。

（4）倒角立铣床加工，采用 8mm球头铣刀，主轴转速为1500r/min，粗加工。描述逻辑表示为： = ∩.（ = 8）∩.（=1500）∩。

（5）倒角立铣床加工，采用 8mm球头铣刀，主轴转速为1500r/min。描述逻辑表示为： = ∩.（ = 8）∩.（=1400）。

显然，通过描述逻辑描述以及检索算法可以得到工艺知识实例（2）与检索请求属于精确匹配，符合检索请求，而工艺知识实例（1），（3）、（4）与检索请求属于部分匹配，工艺知识实例（5）与检索请求属于潜在匹配。

4 结束语

数控铣床加工工艺知识库能够帮助操作人员做出加工决策，提高加工效率，为了消除了语义的模糊性和二义性，为操作人员提供准确的检索结果，本文使用描述逻辑描述检索需求和工艺知识库中的知识，并给出一个检索知识的算法，通过实例分析说明了基于描述逻辑的检索方法可以辅助操作人员准确和有效的检索知识库中的知识，有利于工艺知识的重用。

注释

① 高庆武，李玉明.数控铣加工中的刀具和切削用量选择[J].安阳工学院学报，2012.11（4）：11-12.

② 路晓东.数控铣加工中工艺参数的合理选择[J].机电技术，2011（1）：60-63.

③ 王卫兵，单岩.模具数控铣加工中刀轨形式的合理选择[J].模具制造，2004（10）：58-60.

④ 高杉，安勇亮.数控铣加工精密薄壁零件的研究[J].机械设计与制造，2014（4）：153-155.

⑤ 彭曦.数控铣加工工艺知识库的构建及应用[J].物流工程与管理，2011.33（6）：164-166.

⑥ 胡博，王智学，董庆超，牛彦杰.基于描述逻辑的上下文知识获取与推理方法[J].计算机科学，2013.40（4）：199-203.

⑦ 甘健侯，文斌.基于描述逻辑的概念建模研究[J].云南师范大学学报，2008.28（6）：13-16.

⑧ Baader F，Calvanese D，Mcguinness D，et al.The Description Logic Handbook：Theory，Implementation and Applications[M].Cambridge：Cambridge University Press，2003：47-100.