CAD平臺下基于免疫過程的知識主動推送模型
為實(shí)現(xiàn)航空產(chǎn)品可制造性設(shè)計中工藝知識的主動推送，根據(jù)知識主動推送和機(jī)體免疫過程的相似性，構(gòu)建了CAD平臺下基于免疫過程的工藝知識主動推送模型，闡述了模型中各個子模塊的特點(diǎn)、功能和實(shí)現(xiàn)方法。對傳統(tǒng)免疫算法中抗原識別、濃度、親和力等概念進(jìn)行重新定義，提出能夠?qū)崿F(xiàn)工藝知識與需求自主匹配的KMIRA算法。以某航空產(chǎn)品可制造性設(shè)計為例，實(shí)現(xiàn)了主動推送模型的應(yīng)用，并驗(yàn)證了KM-IRA算法的可行性和有效性。
引言
航空產(chǎn)品的可制造性設(shè)計是一個典型的知識密集型活動，該活動中的設(shè)計人員需要制造知識的支持。但是由于制造知識種類繁多、信息量大，使得產(chǎn)品設(shè)計過程中工藝知識的獲取效率和準(zhǔn)確率都較低。另外，現(xiàn)階段的實(shí)際工作情況是，知識的獲取常常被動查詢，不能準(zhǔn)確表達(dá)設(shè)計人員的需求，存在輸出結(jié)果過多和查全率有余、查準(zhǔn)率不足等弊端，導(dǎo)致設(shè)計人員需要花費(fèi)大量時間來查找和甄別所需要的知識。因此，需要一個面向產(chǎn)品設(shè)計過程的知識管理平臺，以主動、及時、準(zhǔn)確地向設(shè)計人員推送所需要的知識。
可制造性設(shè)計一直是學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)，例如文獻(xiàn)分別針對制造系統(tǒng)的各個領(lǐng)域進(jìn)行了大量的評價研究，提出了許多理論和方法;文獻(xiàn)針對鈑金成型和注塑模進(jìn)行了可制造性評價的研究，按照定量評價和定性評價兩個不同層次對零件進(jìn)行可制造性評價;文獻(xiàn)采用可沖壓性評價編碼的方法，對零件的沖壓工藝性進(jìn)行評價，給出了沖壓工藝性評價的流程圖。但上述研究工作是在不同時期面向不同應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行的、側(cè)重于評價方法的研究，從實(shí)用性角度來看，沒有更多地從零件設(shè)計方面考慮產(chǎn)品的可制造性設(shè)計，未考慮計算機(jī)輔助設(shè)計(Computer Aided Design，CAD)環(huán)境下零件的結(jié)構(gòu)工藝性和加工工藝性。
目前，很多學(xué)者對知識的主動推送問題從不同角度進(jìn)行了研究，為了改變知識被動查詢過程中的效率低下等現(xiàn)狀，解決知識管理系統(tǒng)中存在的知識泛濫、知識迷航等問題，文獻(xiàn)從不同角度提出了知識主動推送的概念。例如文獻(xiàn)提出基于粗糙集的產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計知識推送方法;文獻(xiàn)提出一種基于知識屬性相似度的知識推送方法，通過計算知識的屬性相似度獲取用戶的感興趣信息，實(shí)現(xiàn)了無須人工干預(yù)的知識自動推送;文獻(xiàn)提出一種集人、過程和知識為一體的知識主動推送服務(wù)系統(tǒng)的方法，在結(jié)構(gòu)化元知識和知識地圖模型的構(gòu)建基礎(chǔ)上，提出基于工作流引擎和知識引擎的雙驅(qū)動知識主動推送策略;文獻(xiàn)利用知識表達(dá)、關(guān)聯(lián)等方式，開發(fā)了基于知識的飛機(jī)設(shè)計引導(dǎo)系統(tǒng)，在一定程度上解決了飛機(jī)設(shè)計過程中的經(jīng)驗(yàn)知識傳承、設(shè)計知識推送等問題。但是如何結(jié)合CAD軟件平臺實(shí)現(xiàn)可制造性設(shè)計中知識的主動推送，從而進(jìn)一步實(shí)產(chǎn)品零件的可制造性判斷等，上述文獻(xiàn)均沒有提出具體的解決方法。鑒于此，本文將重點(diǎn)研究如何在CAD軟件平臺上實(shí)現(xiàn)制造知識的主動推送和利用。
機(jī)體免疫系統(tǒng)(immune system)是一個由眾多免疫器官、細(xì)胞和分子共同組成的分布式自治系統(tǒng)，在免疫反應(yīng)性異物(如抗原)侵入機(jī)體時，能夠自主調(diào)動免疫細(xì)胞對入侵抗原進(jìn)行識別和排除，以此維持機(jī)體的生理平衡，文獻(xiàn)[17-18]從不同角度對免疫系統(tǒng)進(jìn)行了利用。可制造性設(shè)計中知識的主動推送過程和機(jī)體的免疫過程有很多相似之處，筆者基于對這種相似現(xiàn)象的考慮，構(gòu)建了CAD平臺上的可制造性設(shè)計模型框架，在此基礎(chǔ)上針對如何獲得相關(guān)的制造知識環(huán)節(jié)，借鑒機(jī)體的免疫應(yīng)答機(jī)制(Immune Response Mechanism，IRM)，提出一種基于免疫過程面向航空產(chǎn)品的制造知識主動推送模型。該模型分別提出知識的免疫細(xì)胞表達(dá)模型和知識需求的抗原表達(dá)模型，設(shè)計了知識主動推送的應(yīng)答免疫機(jī)制，使得針對不同需求時能建立快速、準(zhǔn)確的響應(yīng)，并結(jié)合SolidWorks實(shí)現(xiàn)可制造性設(shè)計中的知識推送。由于制造知識種類繁多，本文重點(diǎn)針對其中的工藝知識進(jìn)行研究。
1、基于免疫過程的工藝知識主動推送模型
為實(shí)現(xiàn)航空工藝知識的主動推送，必須首先考慮三個方面的問題：①知識需求與工藝知識匹配過程模型的構(gòu)建;②知識需求的分析、獲取與表達(dá);③工藝知識的組織模型與表達(dá)。結(jié)合生物體免疫過程中的相關(guān)概念，本文以航空產(chǎn)品設(shè)計與制造為對象，提出基于免疫過程的工藝知識主動推送模型(記為OP)，如圖1所示。
圖1 所示的模型完整地表達(dá)了工藝知識的主動推送過程，該模型包括知識輸入模塊(KnowledgeInput Module，KIM)、工藝知識的免疫細(xì)胞化表達(dá)模塊(Immune Cells express of ManufacturingKnowledge Module，ICMKM)、知識需求的抗原化表達(dá)模塊(Antigen expression of Knowledge Demand Module，AKDM)、知識需求分析模塊(Knowledge Demancl Analysis Module，KDAM)以及知識推送的免疫過程模塊(Immune Process ofKnowledge Push Module，IPKPM)等諸多單元，以集合形式表示為OP={KIM，ICMKM，AKDM，KDAM，IPKPM｝。下面針對圖1中涉及的各個子模塊進(jìn)行詳細(xì)分析和設(shè)計，并分析各子模塊構(gòu)建過程中需要考慮的關(guān)鍵因素。
5、結(jié)束語
本文研究了航空產(chǎn)品在CAD平臺下可制造性設(shè)計中的知識推送問題，提出了基于免疫過程的工藝知識主動推送模型。類比于機(jī)體免疫過程中的抗原、免疫細(xì)胞等概念，構(gòu)建了知識需求的抗原表達(dá)模型和工藝知識的免疫細(xì)胞表達(dá)模型;提出了成功適用于該模型的KM-AIA算法，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)IA算法相比，KM-AIA算法在改善知識推送效果的同時，實(shí)現(xiàn)了工藝知識向產(chǎn)品設(shè)計推送的主動性、精確性和及時性，獲得了滿意的效果。下一步的工作重點(diǎn)是：①如何結(jié)合工作流程及時獲取所需要的知識進(jìn)行推送，增強(qiáng)企業(yè)的競爭優(yōu)勢;②進(jìn)一步考慮復(fù)雜CAD模型下的知識推送，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。
