基于案例推理的三维工艺自动生成系统研发

摘  要：为了加快企业设计研发效率、提高企业快速响应客户的效率，通过对企业已有的三维工艺设计案例进行分析，运用案例推理的方法，设计实现一种基于案例推理的三维工艺自动生成系统。此系统通过案例推理方法匹配出与客户需求最为相似的已有案例，经过复用修改后，以满足客户的个性化定制需求，推动企业的工艺设计的长足发展。

关键词：案例推理;三维工艺设计;自动生成

中图分类号：TP391.7      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）07-0086-03

Research and Development of 3D Process Automatic Generation System

Based on Case-based Reasoning

ZHAO Zitao

（Xuchang Tobacco Machinery Co.，Ltd.，Xuchang  461000，China）

Abstract：In order to speed up the efficiency of enterprise design and development，and improve the efficiency of enterprises rapid response to customers，through the analysis of the enterprises existing three-dimensional process design cases，the use of case-based reasoning method，the design of a three-dimensional process automatic generation system based on case-based reasoning. By means of case-based reasoning，this system matches the existing cases that are most similar to the customers requirements，and after re-use and modification，it can meet the customers personalized customization needs and promote the process design of the enterprise to make great progress.

Keywords：case-based reasoning;3D process design;automatic generation

0  引  言

随着信息化，智能化的不断发展，制造企业逐渐由原始的二维手工绘图，已经转变为了以三维设计软件为工具的三维立体模型设计，其效率和精准度得到了大幅提高。2015年，国家提出《2025智能制造》制造业战略行动纲领以来，客户由以往的大批量、同批次的产品需求转变为小批量、多批次的个性化需求。在当前激烈的制造业竞争环境下，谁能更快地响应客户需求，更准确地把握客户想法，谁就能有长足的发展。然而，个性化的产品从需求到设计再到生产，往往需要很长的研发周期;企业花费大量的精力用于小批量的个性化开发，生产成本得不到有效控制，造成企业资源的浪费。因而采用基于案例推理的三维工艺自动生成技术，将需求、设计与生产等各个产品制造要素有机地结合在一起，实现以信息化、智能化为目标的现代智能制造工业发展，就显得尤为重要。

1  案例推理的原理

在多年个性化定制的生产工艺设计中，本公司积累了大量的产品设计规则、物料属性信息要素和产品模块信息要素等工艺信息，形成了产品生产工艺生成的规则知识，为了提高工艺生成的设计效率、满足个性化需求、提升设计质量，国内外专家学者、企业及研究单位都在致力于产品生产工艺智能化、信息化和产业化的发展研究。基于案例推理方法的产品生产工艺研究因其通过重用和修改已知的相似产品生产工艺设计，具有快速高效、准确的优势，并因其改善原有依赖设计人员主观判断的特点而引起了广泛的关注。

案例推理方法（Case-Based Reasoning，简称CBR）是一种基于由已知案例知识推出目标案例的推理机制，是由人工智能发展起来的一种重要的推理方法[1]。当得到一个新的问题时，运用案例推理方法，将案例库中的已有信息与新的问题关联起来，经过对比、改进，解决遇到的新问题。案例推理方法与传统方法比较，具有高效、避免知识瓶颈等特点。同时，基于案例推理设计的系统，随着案例推理库的不停扩充，判断匹配的准确率会呈几何级增长。案例推理的流程如图1所示，在得到新的问题之后，首先进行目标案例的描述，然后进行目标案例的检索，将目标案例与案例库进行检索对比，如果存在与目标案例相同的情况，则进行案例的重用，形成新的案例，如果目标案例与案例库不相匹配，则采用“就近原则”对最为相似的案例进行修改和调整，得到新的案例，结合客户的满意度反馈和评价，进行案例的学习，将最终案例存入案例库中，供下次新问题检索使用。其中，案例检索包含案例知识表示、概念树相似度及案例相似度计算三部分。

2  基于案例推理的三维工艺自动生成系统设计

2.1  需求分析

针对本企业在生产设计过程中的实际需求，为解决生产工艺大都依靠人工设计导致的设计工艺数据表达不规范;格式不统一、不规范;企业生产工艺设计资源得不到有效利用等問题弊端，提出了基于案例推理的三维工艺自动生成系统，为提高本企业信息化、智能化的水平提供了可靠的保障，其主要需求目标为：

（1）通過对本企业的基础数据的整合、归类，建立了企业标准化三维工艺基础数据字典库;通过对企业生产业务流程的工艺数据的整合、归类，构建了物料属性、部件、工艺为一体的服装生产工艺信息库;

（2）利用计算机的人机交互技术，可以提供快捷、方便的添加、删除、修改和查询等工艺数据的编辑功能;

（3）利用案例推理技术，依据本企业生产业务要求，通过信息共享、资源共享，自动生成基于案例推理的三维工艺生产工艺单;

（4）有完善的权限控制机制，可以按照权限添加、修改、删除和查找有关三维工艺生成设计资料，并对关键数据有良好的加密机制。

2.2  系统架构设计

基于案例推理的三维工艺自动生成系统的系统架构如图2所示。系统采用浏览器/服务器模式（B/S模式），客户只需安装浏览器即可上手使用。系统架构采用面向对象的Struts三层架构设计模式，分为数据层DB、业务逻辑层BLL以及界面展示UI。

位于底层的是数据层DB，用于存储工艺基础信息、物料属性基础信息、设计规则信息等基础信息。数据库采用配对的点对点的结构模式，并采用适用于局域网、安全性比较好的TCP/IP网络协议，权限设计面向固定的使用人群，有良好的权限追踪控制机制，可对权限的使用和审批进行流程化管理，对信息安全的控制能力很强，保障了公司的信息安全。

业务逻辑层BLL是系统的核心架构，主要负责系统的各种业务逻辑，处理客户提出的请求，对数据进行复杂的算法运算，对数据层进行各种操作，如数据的处理、提炼和计算等。

界面交互层UI负责用于人机交互、接收客户输入的各种数据和反馈从数据库得到的各种数据，满足客户的个性化交互操作需求。

2.3  系统功能设计

基于案例推理的三维工艺自动生成系统功能分为工艺信息管理模块、工艺单生成模块、客户需求提取模块和系统数据管理模块四个部分。如图3所示，其中工艺信息管理分为工艺信息录入、工艺信息查询等功能;工艺单生成模块分为三维工艺设计生成功能、三维工艺设计管理等功能;客户需求提取模块分为客户基本信息维护功能、订单需求信息管理等模块;系统数据管理模块分为企业员工信息功能、系统用户信息功能、工艺数据字典功能和标准基元图。

3  基于案例推理的三维工艺自动生成系统实例

根据本企业需求分析和系统的总体设计要求，基于案例推理的三维工艺自动生成系统主要有工艺信息管理模块、工艺设计生成模块、客户需求提取模块和系统数据管理模块，并采用JavaWeb语言进行程序设计，B/S架构开发设计，降低了系统部署难度，采用Tomcat作为应用服务器来处理业务逻辑，其中以工艺设计生成模块为例，主要实现代码如下：

public String create （）{

SpatternDaodao=new SpatternDao（）;

CraftStyleDaosdao=new CraftStyleDao（）;

PSpatternInfotb info1= new PSpatternInfotb（）;

if（this.styleid==null &&this.styleid.length（） ==0）{

message（"工艺号为空"）;

return "success";

}

info1=dao.loadPSpatternInfotb（this.id）;

info1.setAllPatternPath（this.allPatternPath）;

info1.setModifState（2）;

info1.setPatternUseFor（this.patternUseFor）;

info1.setSourceOfPattern（this.sourceOfPattern）;

info1.setPatternDescription（this.pattern Description）;

dao.updatePSpatternInfotb（info1）;

for（inti=0;i

PSfabricPatterntb info2=new PSfabric Patterntb（）;

info2=dao.loadPSfabricPatterntb （Long.parseLong（fabricid[i]））;

info2.setPatternNum（this.fabric[i]）;

dao.updatePSfabricPatterntb （info2）;

}

for（inti=0;i

PSliningPatterntb info2=new PSlining Patterntb（）;

info2=dao.loadPSliningPatterntb （Long.parseLong（liningid[i]））;

info2.setPatternNum（this.lining[i]）;

dao.updatePSliningPatterntb（info2）;

}

for（inti=0;i

PSlinedPatterntb info2=new PSlined Patterntb（）;

info2=dao.loadPSlinedPatterntb （Long.parseLong（linedid[i]））;

info2.setPatternNum（this.lined[i]）;

dao.updatePSlinedPatterntb（info2）;

}

for（inti=0;i

PSjingPatterntb info2=new PSjing Patterntb（）;

info2=dao.loadPSjingPatterntb （Long.parseLong（jingid[i]））;

info2.setPatternNum（this.jing[i]）;

dao.updatePSjingPatterntb（info2）;

}

return message;

}

4  結  论

采用基于案例推理的三维工艺自动生成系统，可以快速地响应客户对产品的需求，匹配出和客户需求最为接近的相似案例，利用企业已有案例进行个性化开发定制。在实际的使用中，该系统大大地缩短了本公司产品研发周期，降低了工艺设计人员的工作量，助力企业向信息化、智能化大幅迈进。

参考文献：

[1] 贾京州，赵惠燕.基于混合推理技术的蚜虫危害专家系统研究 [J].计算机工程与设计，2009，30（6）：1515-1517.

[2] 顾东晓，李兴国，梁昌勇，等.案例检索及权重优化方法研究及应用 [J].系统工程学报，2009，24（6）：764-768.

[3] 侯玉梅，许成媛.基于案例推理法研究综述 [J].燕山大学学报（哲学社会科学版），2011，12（4）：102-108.

[4] 封超，杨乃定，桂维民，等.基于案例推理的突发事件应急方案生成方法 [J].控制与决策，2016，31（8）：1526-1530.

作者简介：赵子涛（1990—），男，汉族，河南许昌人，助理工程师，硕士研究生，研究方向：智能信息处理。