再制造零件修复智能工艺规划系统

第２９卷第１期　南昌大学学报・工科版　Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．１　２００７年３月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎａｎｃｈａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　Ｍａｒ．２ａ　文章编号：１００６—０４５６（２００７）Ｏｌ一００２９—０３　再制造零件修复智能工艺规划系统　熊建强，饶锡新，柳和生，张明魁　（南昌大学机电工程学院，江西南昌３３００３１）　摘要：根据再制造废旧零件的特点与难点，采用ＣＢＲ与ＲＢＲ混合推理设计方法，构建了适用于再制造的废旧　零件修复智能系统，系统首先进行ＣＢＲ推理来得到废旧产品的修复方案，当进行ＣＢＲ推理得到的结果不能让使用　者满意时，系统可以根据使用者的操作要求，继而转向ＲＢＲ辅助推理来完成再制造废旧零件的智能化修复设计．　通过实例验证：系统能够满足使用要求，推理出的零件修复方案比较理想，　关键词：再制造；工艺规划；专家系统；实例推理；规则推理　中图分类号：Ｉ３－Ｉ１６２．０　文献标识码：Ａ　Ｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ＣＡＰＰ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｒｅｐａｉｒｉｎｇ　Ｐａｒｔｓ　ＸＩＯＮＧ　Ｊｉａｎ—ｑｉａｎｇ，ＲＡＯ　Ｘｉ—ｘｉｎ，ＬＩＵ　Ｈｅ—ｓｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｍｉｎｇ—ｋｕｉ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｃｈａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ　３３００３１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｗｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｏｆ　ｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ＣＡＰＰ　ｆｏｒ　ｒｅｐａｉｒｉｎｇ　ｐａｒｔｓ　ｏｆ　ｃａｓｅ・・ｂａｓｅｄ　ｒｅａｓｏｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｃａｓｅ・・ｂａｓｅｄ　ｒｅａｓｏｎｉｎｇ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ＇ｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｄｉｉｆｑｃｕｌ・・　ｔｉｅｓ．Ｆｉｒｓｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｄｏｐｔｓ　ｃａｓｅ－ｂａｓｅｄ　ｒｅａｓｏｎｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｉｎｆｅｒ　ｔｈｅ　ｒｅｐａｉｉｒｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｐａｒｔｓ．ｉｆ　ｗｅ　ａｒｅ　ｎｏｔ　ｓａｔｉｓｆａｃｔｏ－　ｒｙ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｅｐａｉｉｒｎｇ　ｒｅｓｕｌｔ．ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｌｌ　ｇｏ　ｏｎ　ｉｆｎｅｒｒｉｎｇ　ｔｏ　ｇｅｔ　ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ　ｒｅｐａｉｉｒｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｂｙ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　ｒｕｌｅ—　ｂａｓｅｄ　ｒｅａｓｏｎｉｎｇ．Ｂｙ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ　ｅｘａｍｐｌｅｓ，ｗｅ　ｃａｎ　ｄｒａｗ　ｈｔｅ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｈｔａｔ　ｔｈｅ　ｉｎｆｅｒｒｅｄ　ｅｒｐａｉｒｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃａｌｌ　ｓａｔ－　ｉｓｆｙ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ；ＣＡＰＰ；ｅｘｐｅｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ；ＣＢＲ；ＲＢＲ　二十世纪全球经济高速发展，科学技术突飞猛　升为目标，以优质、高效、节能、节材、环保为准则，以　进，机电产品的更新换代速度越来越快，与此同时机　先进技术和产业化生产为手段，对在规定的条件和　电产品制造业也成为资源消耗和环境污染的最大原　时间内使用退役后的机电产品进行修复和改造的一　因之一，每年给全球约产生几十亿吨废物垃圾．据初　系列技术措施或工程活动的总称　。　．　步统计，全世界每年有几千万辆汽车报废，与此同时　再制造的基本工艺流程如下图所示　引：　每年还有不计其数的电视机、计算机、电冰箱、洗衣　机等大量地被淘汰及报废．人类环境面临Ｅｌ益增长　制造件Ｉ墓嚣ｌ　ｆＩ废弃件　履开什　的机电产品废弃物的压力及资源Ｅｌ益缺乏的问题．　为了解决我国废弃物垃圾化及能源短缺问题，符合　国家可持续发展战略的一项绿色再制造工程研究也　窒星菱Ｈ　竺Ｈ　Ｈ攀Ｈ　Ｈ兰　Ｉ　就有了重大的现实意义和深远的历史意义¨　．　ｌｆ帚摹嚣箨Ｈ入库）Ｉ用零部件ｒｌ　ｆ　ｌ　再加工ＩＩ　１再制造技术　再制造工程技术是以机电产品全寿命周期设计　和管理为指导，以废旧机电产品实现性能跨越式提　收稿日期：２００６—０５—３０　基金项目：江西省教育厅基金资助项目（［２００６］５６）　作者简介：熊建强（１９７８一），男，硕士研究生．　维普资讯 http://www.cqvip.com

・３０・　南昌大学学报・工科版　２００７正　其中再制造技术的难点可归结为以下几　点　¨］：　及输出模块．系统总体结构如图２所示：　１）报废产品全生命周期信息的获取．报废零部　件在上一次寿命服役期间，其使用工况、维修情况、　使用频率、零部件更换情况、产品结构、材料信息等　全生命周期信息的获取．　２）报废产品的再制造性的不确定．经过使用后　的报废零部件必须能够保证其具有一定耐用度、再　制造成本较低、残余附加值较高、技术稳定性、再制　造经济技术可行性．因而如何快速、准确、有效地确　定报废零部件的上述再制造性指标是难点．　３）拆解困难．由于报废零部件在上一次使用过　程中的全生命周期信息难以获取，从而给废旧零部　件拆解序列方案的确定带来了困难，同时给拆解过　程带来了许多不确定性因素．　４）再制造产品设计标准更高．如何在利用原有　废旧零部件的基础上，保证再制造产品的质量与性　能能够到达或超过原始产品的质量与性能要求，使　再制造新产品能够满足顾客的需求；　５）再制造修复工艺个性化．原始产品从开始使　用到寿命结束，废旧零部件最终结构发生了变化，即　使同一零部件的结构也会不同；所以如何快速、准确　地为结构相异、损坏程度不同的废旧零部件定制个　性化的修复加工工艺方案也是再制造研究的难点．　２再制造零件修复智能工艺规划系统　总体设计　２．１系统设计思想　在开发再制造零件修复智能工艺规划系统时，　不但要考虑各独立模块的功能完善；而且还应考虑　各模块之间的信息交互、功能协调的完善．系统以界　面的形式呈现在用户面前，用户只需通过界面上的　菜单或对话框，根据系统的提示，进行相应的操作便　可以自动生成废旧零件的详细再制造修复加工工艺　方案．　再制造零件修复智能工艺规划系统采用人工智　能专家系统技术，应用基于实例推理和规则推理相　结合的推理方法，有效地解决再制造专家系统的知　识获取的瓶颈问题．　２．２　系统组成　再制造零件修复智能工艺规划系统由以下几个　部分组成　。。：实例库子系统、基于实例的推理子　系统、基于知识的推理子系统、ＣＡＤ模型子系统以　图２再制造零件修复智能工艺规划系统　Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍｉｃ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｏｆ　ｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ＣＡＰＰ　ｆｏｒ　ｒｅｐａｉｒｉｎｇ　ｐａｒｔｓ　３再制造零件修复智能工艺规划系统　主要功能模块介绍　３．１用户接口界面　主要是提供方便用户操作的图形化的人机交互　接口界面，所有操作过程以图形化的方式给出，使用　人员只需根据系统给出的相应提示，点击相关菜单　或按钮便可以完成具体操作步骤．　３．２系统总体控制模块　系统总体控制模块负责协调各模块之间的工　作，通过总体控制模块可以选择哪一个模块进行工　作或停止工作．　３．３实例库子系统　该子系统由实例库管理模块、实例库模块、存储　模块组成．　实例库管理模块主要是对实例库进行删除、修　改、插入、更新等操作，负责对实例库进行系统的管　理维护．实例库模块是再制造零件修复智能工艺规　划系统的实例知识容器．实例库有许多单个的实例　组成，子实例采用面向对象的方式组成．定义一个子　实例可以选择某个已经存在的实例为父实例，这样　子实例将继承父实例特征，用户可以为此实例添加　新的特征作为新实例，定义完成后可将子实例存储　到实例库中，来不断完善实例库．存储模块把经过推　理后得出的新的实例经过检验后再存入实例库．　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１期　熊建强，等：再制造零件修复智能工艺规划系统　３．４基于实例的推理子系统　主要由废旧零件特征信息获取模块、实例匹配　模块、实例修改模块．　废旧零件特征信息获取模块从ＣＡＤ模型中获　取损坏零件相应的初始特征信息．实例匹配模块根　据所获取的废旧零件特征信息，采用通用的相似性　匹配算法从实例库中进行实例搜索匹配，选取相似　性最高的实例作为具体废旧零件修复加工工艺的初　始参考实例．实例修改模块主要是根据上一步选取　的参考实例与当前实例的差异，进行个性化的修改，　产生当前具体优化后形成新的废旧零件修复加工工　艺方案．　３．５基于知识的推理子系统　‘　此模块由知识管理模块、知识库模块、知识推理　机模块构成．　知识管理模块负责对知识库的更新、删除、添加　等维护性工作．知识库模块主要是动态存储了相关　领域内的大量经验性知识与规则．知识推理机模块　是在通过相似性匹配判断后，若当前具体废旧零件　与实例库中的实例匹配不成功或实例修改失败后，　则利用基于知识的推理系统进行修复方案的智能推　理，来产生修复加工工艺方案．　３．６　ＣＡＤ模型子系统　ＣＡＤ模型子系统主要是采用通用的ＣＡＤ平　台，把报废零部件的最终损坏状态用ＣＡＤ模型来完　整地表达出来，系统通过接口获取废旧零件ＣＡＤ模　型信息．　３．７输出模块　输出模块把最终产生的零件修复工艺方案按照　统一文件格式的要求，经过整理后，输出零件修复方　案结果．　最终新产生的零件修复工艺方案文件经过实例　修改、维护和实际生产检验以后，若满意，又可作为　以后新的废旧零件修复工艺方案设计的参考实例，　使得设计经验能够得以重复利用，满足了系统的自　学习能力，提高了系统的自适应能力．　４　结论　绿色再制造工程是一个具有广泛发展前景的新　兴研究领域和新兴产业，是正在形成中的一个新的　学科．绿色再制造工程技术的发展还不够完善，有诸　多方面有待于进一步的研究；因而对再制造技术的　深入研究有着重要的意义．本文研究的再制造零件　修复智能工艺规划系统，可以缩短再制造产品的生　产周期，节约再制造产品生产成本，提高再制造企业　的生产效益等方面有着显著的作用；同时本实验室　正在着手采用Ｖｉｓｕａｌ　ｐｒｏｌｏｇ平台与ＡＣＣＥＳＳ数据库　相结合来开发其原型系统．本文所建立的再制造零　件修复智能工艺规划系统的框架是对再制造工程技　术信息化、智能化的有力补充．　参考文献：　［１］Ｘｕ　Ｂｉｎｓｈｉ，Ｚｈａｎｇ　Ｚｈｅｎｇｘｕｅ．Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｅ—　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ　Ｐｒｅｓｓ，　１９９９：１　１２９—１１３２．　［２］　徐滨士，张伟，马世宁，等．再制造工程一绿色系统工　程［Ｊ］．中国设备管理，２０００（１）：５０—５２．　［３］Ｄａｎｉｅｌ　Ｖ，Ｇｕｉｄｅ　Ｒ．Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　Ｈａｎｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｆｏｒ－　ｅｒｍａｎｕｆａｃｔｕｄｎｇ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ：Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｎｅｅｄｓ　［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，２０００（１８）：４６７　—４８３．　［４］　郭茂．再制造关键问题研究［Ｄ］．上海：上海交通大学，　２００２：２—５．　［５］　徐滨士，马世宁，刘世参，等．绿色再制造工程设计基　础及其关键技术［Ｊ］．中国表面工程，２００１（２）：１２—　１３．　［６］　Ｒｏｂｅｒｔ　Ｔ　Ｌｕｒｉｄ．Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，　Ｂｏｓｔｏｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ［Ｒ］．Ｔｈｅ　Ｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｉｎｄｕｓｔｙｒ・　Ｈｉｄｄｅｎ　Ｇｉｎａｔ，１９９６．　［７］　谢立伟．再制造关键技术研究［Ｄ］．武汉：武汉理工大　学，２００５：１７—１　８．　［８］　孙春华．ＣＡＤ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ技术基础及应用［Ｍ］．北　京：清华大学出版社，２００４：８２—８５．　［９］　盛威．基于实例推理的飞机钣金零件典型工艺设计研　究［Ｄ］．西安：西北工业大学，２００３：４５—４６．　［１Ｏ］　李剑锋．基于实例归纳的工艺规划方法及集成ＣＡＰＰ　系统研究［Ｄ］．山东：山东大学，２００３：５５—５６．