基于知识重用的桥式起重机起升机构快速设计

0 引言

快速设计是基于并行设计，通过重组设计过程而有效缩短产品开发周期的一种现代设计方法。基于知识重用的快速设计在模块化和参数化设计、智能化和数字化设计的基础上，通过共享与重用已有产品的设计资源、设计知识、设计经验，提升新产品设计效率，从而快速响应用户需求。

起升机构作为起重机的主要组成部分，起到起升重物的作用，其工作方式以卷扬式最为常见，主要有卷绕装置、传动装置、驱动装置、安全与辅助装置等部分组成。在起重机起升机构新产品的设计中，大部分设计工作可通过重用已有零部件、修改零部件部分尺寸完成，需要新设计的零部件非常少

。在起重机企业开展基于知识重用的快速设计研究具有很好的实用意义。

在该技术的研究方面，温静媛等

基于CBR和RBR的混合推理技术对数控深孔加工机床的设计知识重用进行了研究，开发了快速设计系统。万姗等

提出了运用语义相似度的适应案例检索方法在数控机床维修服务中实现知识重用。从言言

研究了利用粗糙集理论确定相似度计算中的权重值，提高了实例检索的准确性。陈洪财

建立桥门式起重机起升机构领域本体，基于相关原则建立规则库和模型库，开发了智能化设计系统。

综上所述，本文提出将知识重用技术与起重机参数化和模块化设计技术相结合，建立桥式起重机的知识库、规则库和实例库，以Visual Basic 6.0、SolidWorks为开发工具和三维设计平台，开发桥式起重机起升机构的快速设计系统，提高起重机的设计效率。

1 起升机构快速设计的关键技术

1.1 模块划分技术

在产品设计中，模块划分指通过对功能、性能、结构相同或相似的产品进行分析，并将其合理划分成若干个功能模块，根据设计需求，通过对模块进行重新组合与配对，最终得到新产品的一种技术。从主要功能和结构角度分析，起升机构的模块划分结果如图1。

1.2 参数化设计技术

桥式起重机起升机构设计知识具有广泛、复杂、设计对象可分解性、知识表达模糊性等特点。

1.3 知识重用技术

参数化设计技术是指在结构形状特征相对一致的零件或部件的形状基础上，用尺寸参数和约束来确定该几何图形的关键尺寸和形状。基于起重机起升机构零部件有着系列化程度高、多品种、小批量的特点，采用尺寸驱动法和程序驱动法相结合实现起升机构模型的参数化建模。

依据Wilson-Medhurst等[3]的理论,活动引导教学是指通过多种精心设计的活动,教师作为引导者,引导学生主动学习的教学方法。活动可以是课堂上的问题讨论、案例分析、场景、研究项目、实验等等。活动引导教学要求教师精心设计服务于教学目的的活动,让学生参与其中,学生通过自主探寻、自主研究等方式以获取对课程知识的深入理解以及对实际技能的掌握。

起升机构设计知识分为多种类型，为了方便检索与重用，不同类型的知识可采用不同的表达形式。零部件模型等模块化知识可采用规定好的字符准确规范编码表示，设计计算说明书、材料表等技术类的设计信息采用文件表示法，以产生式的规则形式存在的设计知识采用“if-then”的设计规则表示，计算公式形式存在的知识可通过制做独立的计算模块表示，设计参数等信息可通过数据库进行表达、存储和管理。

葡萄糖对Y17aM3生长的影响结果如图10-a。在低浓度的葡萄糖中都能良好生长，当葡萄糖浓度＞5%时，Y17aM3的生长随葡萄糖浓度的增加而减慢；当葡萄糖浓度为60%时，Y17aM3的生长完全被抑制。

在进行起升机构设计时，为了提高其设计效率，可采用混合推理技术，即先采用基于规则推理(RBR)技术使符合规则的设计实例范围实现一定程度的缩小，再基于实例推理(CBR)技术根据实例的属性进行实例相似度计算，并最终实现已有实例的检索。首先，根据总体参数进行规则推理和实例推理，确定整体方案；其次，进行零部件的实例检索，可利用规则推理进行标准件的实例检索，提高效率确保检索的准确性，利用实例推理进行非标准件模型与已有模型的相似度计算以获取最为相似的实例；再次，对相似实例进行实例修改，对于零件实例，需要修改其尺寸和特征，对于组件或者部件，需要修改其尺寸、配合或者变形，对于标准件或者通用件，直接替换；最后，对新实例进行更新和保存，推理过程如图2所示。

地震应急信息移动端支持离线功能，即在没有网络访问的情况下，也可以使用应用的功能，具体表现为：在没有网络访问的情况下，打开移动端软件，已经浏览过的地震应急信息同样可以浏览。离线功能的实现主要借助于手机本地数据存储，在Android系统下主要是SQLite数据库，与SQLite数据库进行数据交互使用SQLite数据库访问工具类。

1.3.2 起升机构设计知识混合推理技术

1.3.1 知识的表示方法

2 起升机构快速设计系统结构

通过分析桥式起重机起升机构的设计特点和知识重用相关技术，以VB6.0为开发工具，以Microsoft SQL Server为数据管理平台，以SolidWorks为三维建模平台，建立基于知识重用的桥式起重机起升机构快速设计系统，其结构框架如图3所示。该系统结构可分为用户层、功能层、知识库层、工具层和支撑层。用户层是设计人员通过人机交互界面使用系统进行参数输入、选择，辅助完成整个设计过程；功能层进行设计计算、模型驱动、工程图的优化与调整，完成知识库和数据库的更新、管理与维护，是系统的核心；知识库层包含产品实例、模型实例，以及经验、规则和计算公式等；工具层主要为系统提供产品设计所需的专业软件及推理工具；支撑层是指系统正常运行所需的外部环境。

此次论坛的宗旨是：以引导和促进燕麦荞麦青年工作者积极投身科技创新，提高自身科技水平和素养为目标，以“绿色产业与乡村振兴”为主题，围绕种质资源、遗传育种、栽培生理、植物保护、食品加工、旅游开发等产业发展中的关键问题开展学术交流，助推燕麦荞麦青年科技创新工作又好又快地发展。

3 起升机快速设计系统的工作流程

系统整体工作流程如图4所示。登录系统，输入用户需求，根据关键概念词检索获取相似实例，将相似实例配置结果导入设计系统。输入起升机构总体参数，以及各个参数的属性信息，进行起升机构的实例检索，确认传动布局，进行模块划分。然后进行零部件选型设计，依次进行减速器选型设计、电动机选型、吊钩选型设计、卷筒选型设计、钢丝绳选型、滑轮选型设计、联轴器选型设计、制动器选型设计。在进行零部件选型设计时，先输入零部件的参数，利用混合推理技术进行实例查询，若有可重用的零部件，则直接重用，若有相似的零部件，则改型设计，若没有相似的零部件，则进行新设计。利用零部件选型设计的参数，进行模型驱动，生成三维模型和工程图，并将产品模型存入实例库。

4 结语

为快速响应竞争日趋激烈的市场需求，提高设计效率，本文结合起重机起升机构的设计特点，研究了模块化、参数化技术、知识重用技术在起升机构设计中的应用，研究了起升机构设计知识的特点和表达方式，采用基于CBR与RBR相结合的混合推理技术，开发了基于知识重用的桥式起重机起升机构快速设计系统。介绍了系统的结构与工作流程。利用该系统可以有效缩短起重机起升机构的设计研发周期，达到快速设计的目的。

[1] 王相兵,马士良,杜全斌，等.面向起重机起升机构CAD/CAE设计的知识重用方法研究[J].机械设计与制造,2021(12):54-58+62.

[2] 温静媛,苗鸿宾,刘晓峰.基于知识重用的数控深孔加工机床的快速设计[J].制造技术与机床,2020(3):46-49.

[3] 万姗,李东坡,何非，等.数控机床维护服务过程中的知识重用[J].计算机集成制造系统.2018(9):2254-2269.

[4] 从言言.基于知识重用的门式起重机适应性设计及应用[D].南昌:华东交通大学，2017.

[5] 陈洪财.桥式起重机起升机构智能化设计研究[D].成都:西南交通大学,2014.

(03)