圓柱齒輪減速器設計專家系統(tǒng)(CGREST）的開發(fā)
指導教師姓名：顧崇銜 教授 西安交通大學
趙汝嘉 教授 西安交通大學
申請學位級別：博士 專業(yè)名稱：機械制造
論文提交日期：1989.7
內(nèi)容提要
本文所論述的圓柱齒輪減速器設計專家系統(tǒng)（CYLINDRIC GEAR REDUGER DBSIGN EXPERT SYSTEM 簡稱CGREST）是利用人工智能（ARTIFIGIAL INTELLIGENCE簡稱AI）、專家系統(tǒng)技術開發(fā)的一個實用型的設計專家系統(tǒng)，是國家“七五”規(guī)劃重型機械基礎件CAD的一個子項目。本文對專家系統(tǒng)技術在圓柱齒輪減速器設計中的應用理論和實用技術進行了探入的探討和研究。在設計思想、實現(xiàn)策略、知識采集、知識描述、知識運行等方面，在模擬人類設計專家的思維方面，在機城設計及機械繪圖方面進行了新的嘗試，并取得了令人滿意的結果。論文共分十章。第一章扼要介紹圓柱齒輪減速器設計專家系統(tǒng)的意義，四柱齒輪減速器的種類和圓柱齒輪減速器的傳統(tǒng)設計過程；第二章簡單介紹了人工智能、專家系統(tǒng)的研究范困，專家系統(tǒng)的基本袱念，機城設計方面的專家系統(tǒng)以及專家系統(tǒng)的發(fā)展撰況，第三章論述了在圓柱齒輪減速器專家系統(tǒng)設計過程中所采用的設計知識的處理方法和設計知識表達方法，主要包括產(chǎn)生式表示法、框架表示法、過程表示法和數(shù)表知識表示法等；第四章介紹了圓柱齒輪減速器設計專家系統(tǒng)的上下文組織、存儲和專家系統(tǒng)上下文的智能查詢過程；第五章為圓柱齒輪減速器設計專家系統(tǒng)的知識控制和推理策略，主要包括正向推理、反向推理、正反向混合推理，框架知識的推理及運行和其它知識的運行和處理方式；第六章描述了圓柱齒輪減速成器的專家系統(tǒng)設計過程。其中包括：原動機械的選擇，減速器材料的選擇，傳動方案的選擇，齒輪、軸、箱體、軸承及其它附件的設計與選擇，圓柱齒輪減速器的方案評價及價格等，第七章論述了本文開發(fā)的專家系統(tǒng)的智能繪圖系統(tǒng)，并敘述了圓柱齒輪減速器零件圖及裝配圈的繪圖過程，第八章為專家系統(tǒng)的解釋功能、學習功能和外部接口等方面的內(nèi)容，第九章是圓柱齒輪減速器設計專家系統(tǒng)的運行實例，第十章為本論文的結論部分。
第一章 引論
1.1研究課題的來源及意義
七十年代～八十年代初，一批專家系統(tǒng)相繼出現(xiàn)，并取得了巨大的經(jīng)濟效益，得到各行各業(yè)的普遍重視。因此，八十年代初，各工業(yè)發(fā)達國家投資巨額，進行第五代計算機（或稱AI機）的研究工作。例如在1982年，日本成立了“新一代電子計算機技術開發(fā)機構”(ICOT)，投資四億五仟萬美元列為國家科研項目，并于同年五月，ICOT從范圍不同的題目中選取和擬定了三種專家系統(tǒng)作為整個計劃的中期目標，以使計算機能夠理解、判斷，進行問題的求解，甚至能夠理解書面和口頭語言。這是一場使計算機從信息處理機轉變?yōu)橹R處理機的革命，其核心部分正是專家系統(tǒng)的運用。其它國家，例如美國、英國等，也制定了相應的計劃。在我國，近幾年來許多高等院校和有關科研部門在不少領域已經(jīng)研制了不少專家系統(tǒng)，但大多數(shù)還沒有達到實際運用的程度。國家“七五”規(guī)劃中對專家系統(tǒng)的科研項目以明確要求達到使用水平。
專家系統(tǒng)的研制一方面是計算機科學和應用發(fā)展的需要。專家系統(tǒng)技術的發(fā)展，解決了一些軟件研制的技術何題，使得人工智能從實驗室走向現(xiàn)實世界。同時，專家系統(tǒng)作為一種實用工具為人類保存、傳播、使用和評價知識提供了一種有效的手段，具有明顯的社會效益。圓柱齒輪減速器專家系統(tǒng)設計的實現(xiàn)，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
另一方面，我國現(xiàn)在流行的專家系統(tǒng)工具不少，但實用的專家系統(tǒng)卻不多。原因在于真正實用的系統(tǒng)的研制不能通過基于AI方面的理論研究就能達到。工具系統(tǒng)（又稱骨架系統(tǒng)）之所以受到限制，是因為骨架系統(tǒng)的知識表示、框架、推理機等機制已經(jīng)確定下來，用骨架系統(tǒng)開發(fā)專家系統(tǒng)將受到系統(tǒng)工具環(huán)境的限制。
事實上，專家系統(tǒng)建造過程最為棘手，工作量最大的是知識工程師從領域?qū)＜夷抢铽@得知識并將其形式化，可以說，建造專家系統(tǒng)的中心任務是知識獲取工作。
因此，為政變我國機械設計的現(xiàn)狀，趕超世界先進水平，同時，也是為完成國家“七五”規(guī)劃重型機械基礎件CAD中的一個子項目——《圓柱齒輪減速器方案評價及報價專家系統(tǒng)）的延伸，確定《圓柱齒輪減速器設計專家系統(tǒng)》為本論文研究方向。
1.2圓柱齒輪減速器
在工礦企業(yè)及運輸、建筑等部門中，圓柱齒輪減速器是一種應用極為廣泛的重要部件。通用型減速器，作為一種工業(yè)產(chǎn)品，規(guī)格較多，產(chǎn)量頗大。與此同時，在使用部門中還經(jīng)常需要設計一些能滿足特定要求的專用減速器。為適應市場瞬息多變的要求，國家在“七五”期限間，將重型機械基礎件作為24項CAD攻關產(chǎn)品之一，并將減速器作為重型機械基礎件的代表。由西安重型機械研究所（后簡稱西重所）提供的專家系統(tǒng)文本中減速器的類型如下（圖1-1、圖1-2-1、圖1-2-2、圖1-2-3）。
1.3圓柱齒輪減速器的傳統(tǒng)設計方法
設計人員接到設計任務（產(chǎn)品設計任書或生產(chǎn)廠的開發(fā)設想），根據(jù)任務的要求作進一步的調(diào)查研究，廣泛的收集有關資料，特別是收集現(xiàn)有的同類機械（如果有的話）的性能參數(shù)、使用情況、優(yōu)缺點等資料，根據(jù)設計者的經(jīng)驗進行構思，擬定產(chǎn)品的初步方案或結構草圖，進行多次反復的計算分析，綜合比較，選定在經(jīng)濟性、工藝性及可靠性等方面較為合理完善的方案，并以此繪制為止。整個過程可表示為圖1-3。
本論文是開發(fā)圓柱齒輪減速器結構設計的專家系統(tǒng)，圓柱齒輪減速器結構設計過程如圖1-4。
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