B工藝數(shù)據(jù)庫與知識庫.ppt

1、第五講,工藝數(shù)據(jù)庫與知識庫,1.數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識,1)數(shù)據(jù)：是一種物理符號序列，用來記錄事物的情況。 數(shù)據(jù)用類型和值來表示。不同的數(shù)據(jù)類型記錄的事物性質(zhì)不一樣。 2)數(shù)據(jù)處理：是對數(shù)據(jù)進行收集、整理、存儲、檢索、統(tǒng)計、維護和傳輸?shù)纫幌盗谢顒拥目偡Q。 數(shù)據(jù)處理目的是為了從大量的、繁雜的、不易理解的數(shù)據(jù)中抽取、獲得對某些方面有價值、有意義的數(shù)據(jù)，為進一步的生產(chǎn)與社會活動提供決策的依據(jù)。,3)信息：經(jīng)過加工的數(shù)據(jù)。 所有的信息都是數(shù)據(jù)，而只有經(jīng)過提煉和抽象之后具有使用價值的數(shù)據(jù)才能成為信息。經(jīng)過加工所得到的信息仍然以數(shù)據(jù)的形式出現(xiàn)，些時的數(shù)據(jù)是信息的載體，是人們認識信息的一種媒介。,4)數(shù)據(jù)庫（Dat

2、aBase）：是按照一定的規(guī)則相互關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的集合。它是用來反映各類實物的屬性的數(shù)據(jù)。 5)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMSData Base Management System)：是能夠用來建立數(shù)據(jù)庫，完成數(shù)據(jù)庫的維護、管理等操作，并能夠幫助用戶方便地使用數(shù)據(jù)庫的軟件。,*,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由計算機軟、硬件資源組成的系統(tǒng)，它實現(xiàn)了有組織地、動態(tài)地存儲大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，方便多用戶訪問。 有效地組織數(shù)據(jù)，即對數(shù)據(jù)進行合理設(shè)計，以便計算機存?。?方便地將數(shù)據(jù)輸入到計算機中； 根據(jù)用戶的要求將數(shù)據(jù)從計算機中抽取出來。 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用范圍是相當廣泛的。如：學(xué)生的學(xué)籍數(shù)據(jù)庫和圖書館的圖書數(shù)據(jù)庫，這其中都包含了一些相關(guān)的

3、數(shù)據(jù)信息，可以很方便進行檢索和充分、有效地使用這些數(shù)據(jù)資源。,6)數(shù)據(jù)庫的分類： 按數(shù)據(jù)的組織與管理方式來分常見的數(shù)據(jù)模型有三種：關(guān)系模型、層次模型 和 網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)這三種數(shù)據(jù)模型建立的數(shù)據(jù)庫分別為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、層次型數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)型數(shù)據(jù)庫。,*,關(guān)系模型 是目前最為流行的一種數(shù)據(jù)模型，用二維表格結(jié)構(gòu)表示實體集，關(guān)鍵碼(關(guān)鍵字段)表示實體間的聯(lián)系，所有的數(shù)據(jù)都是這張二維表中的元素。如：位于第二行第五列的是張斌的考試成績。,關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有很多種：Sybase、FoxPro、Oracle、SQL server等。,*,7)數(shù)據(jù)庫的特點 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，適于表示相互間的多種聯(lián)系； 數(shù)據(jù)獨立性，可

4、以獨立于程序； 數(shù)據(jù)共享、減少冗余，提高信息的利用率；,*,2.知識庫基礎(chǔ)知識,1)知識庫的定義： 知識庫系統(tǒng)（Knowledge Base System） 將AI技術(shù)引進到傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，以改進和擴充數(shù)據(jù)庫的性能和執(zhí)行效率而形成的新型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 AI（Artificial Intelligence）：AI是60年代開始發(fā)展起來的一門研究機器智能和智能機器的新興的高科技學(xué)科。,*,2)人工智能 - AI（Artificial Intelligence）其研究目標是： 近期目標 讓計算機來模擬人類的各種高級思維活動。如：推理、分析、思考、決策、理解、規(guī)劃、設(shè)計和學(xué)習等。 遠期目標 研究人類智能的

5、基本機理，探索如何用各種自動機和智能機去模擬人的某些思維和智能行為，從而揭示人類思維的奧秘。,知識庫： 借助AI思想，即利用AI思想來研究數(shù)據(jù)庫，從而從管理數(shù)據(jù)發(fā)展到管理知識。,*,3)知識庫的特點 性能： 演繹（推理）能力的擴充 語義知識的引入 知識的獲取 知識和數(shù)據(jù)的有效組織和管理。 效率： 數(shù)據(jù)庫對用戶查詢的快速響應(yīng)與查詢優(yōu)化。,從數(shù)據(jù)庫專家的角度來看： JDUllman：一個知識庫系統(tǒng)是具有如下兩種特征的邏輯程序設(shè)計系統(tǒng)： 有一個既作為查詢語言又作為宿主語言的描述性語言； 支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要功能。 DHWarren：一個知識庫系統(tǒng)應(yīng)該能夠有效地處理中等規(guī)模的知識庫的邏輯程序設(shè)計系統(tǒng)。

6、 由3000個謂詞，3萬條規(guī)則和300萬個事實組成，總存儲容量達30MB 從AI專家的角度來看： 利用人類所認識的各種知識進行推理、聯(lián)想、學(xué)習和問題求解的智能計算機信息系統(tǒng)。,4)知識 知識是一種用符號表示的信息，是知識庫系統(tǒng)操縱和管理的對象。 首先，知識是一種信息，其次，它可以用一定的符號形式表示出來。其中信息是知識的內(nèi)涵與實體，而符號則是信息的外延與形式。 例：（X2） = 2X (數(shù)學(xué)知識) 例：正方形的四條邊長度相等 （完全知識） 例：明天可能下雨 （不完全知識）,知識與數(shù)據(jù)是有區(qū)別的，但它們又是相互聯(lián)系和相互補充的。數(shù)據(jù)用于表示特定實例（事實）的信息，知識則表示一般概念（抽象）的信息

7、。例如： 例（數(shù)據(jù)）：王先生的年齡是45歲。 例（知識）：35歲至50歲之間的人是中年人。,5)知識庫是知識的集合，包括： 概 念 事 實 規(guī) 則 知識庫應(yīng)包括概念、事實與規(guī)則三部分，缺一不可。由于概念一般包含在事實內(nèi)，因此，實際上知識庫中應(yīng)包括事實與規(guī)則兩個部分。,3.工藝數(shù)據(jù)庫與知識庫,工藝數(shù)據(jù)是指CAPP系統(tǒng)在工藝設(shè)計過程中所使用的和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)； 工藝知識是指支持CAPP系統(tǒng)工藝決策所需的規(guī)則。 CAPP系統(tǒng)進行工藝設(shè)計時，一方面要利用系統(tǒng)中存儲的工藝數(shù)據(jù)與知識等信息進行工藝決策，另一方面還要生成零件的工藝過程文件、NC程序、刀具清單、工序圖等信息。即CAPP系統(tǒng)的工作過程實際上是工藝數(shù)

8、據(jù)與知識的訪問、調(diào)用、處理和生成新數(shù)據(jù)的過程。,*,為了滿足CAPP系統(tǒng)的需求，必須建立工藝數(shù)據(jù)庫與知識庫來對數(shù)據(jù)和知識進行管理和維護。 工藝數(shù)據(jù)庫與知識庫是CAPP系統(tǒng)的重要支持系統(tǒng)。,*,工藝知識庫 CAPP智能化的基礎(chǔ)是建立豐富的工藝知識庫，包括以下知識： 1. 制造資源知識：有關(guān)機床設(shè)備、工藝裝備、材料等多方面的知識。 2. 制造對象知識：有關(guān)產(chǎn)品、零件、毛坯等方面的知識。 3. 制造工藝知識：有關(guān)工藝方法、典型工藝、加工參數(shù)及各類相關(guān)的工程/工藝標準規(guī)范等方面的知識。 4. 工藝決策知識：有關(guān)工藝決策方法與過程等方面的知識。,*,*,4.工藝數(shù)據(jù)與知識的種類和特點,1)工藝數(shù)據(jù)與知識

9、的種類 工藝數(shù)據(jù)分為靜態(tài)和動態(tài)兩類。 靜態(tài)工藝數(shù)據(jù)主要是指工藝設(shè)計手冊上已經(jīng)標準化和規(guī)范了的工藝數(shù)據(jù)，以及標準工藝規(guī)程等。靜態(tài)工藝數(shù)據(jù)一般由加工材料數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)、機床數(shù)據(jù)、刀具數(shù)據(jù)、量夾具數(shù)據(jù)、標準工藝規(guī)程數(shù)據(jù)、成組分類特征數(shù)據(jù)以及已輸入計算機的零件信息和對應(yīng)的最終工藝規(guī)程等組成。且常采用表格、線圖、公式、圖形及格式化文本表示。 動態(tài)工藝數(shù)據(jù)則主要指在工藝規(guī)劃過程中產(chǎn)生的相關(guān)信息，如中間過程數(shù)據(jù)、零件圖形數(shù)據(jù)、工序圖形數(shù)據(jù)、工件工藝規(guī)程、NC代碼等。,工藝知識主要分為選擇性規(guī)則和決策性規(guī)則兩大類。 選擇性規(guī)則主要有加工方法選擇規(guī)責、基準選擇規(guī)則、設(shè)備與工藝選擇規(guī)則、切削用量選擇規(guī)則、余量選擇

10、規(guī)則、毛坯選擇規(guī)則等等。 決策性規(guī)則主要有加工方法排序規(guī)則（包括工序排序和工步排序規(guī)則）、實例或樣件篩選（推理）規(guī)則、工藝規(guī)程修正規(guī)則、工序圖生成規(guī)則、工序尺寸標注規(guī)則等。,2)工藝數(shù)據(jù)與知識的特點 數(shù)據(jù)類型復(fù)雜：工藝數(shù)據(jù)與知識涉及到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中所沒有的變長數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、具有復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)以及圖形數(shù)據(jù)等。 動態(tài)的數(shù)據(jù)模式：動態(tài)工藝數(shù)據(jù)是在工藝設(shè)計過程中由各個問題求解行為所產(chǎn)生的中間及最終設(shè)計結(jié)果。,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜：工藝數(shù)據(jù)的復(fù)雜數(shù)據(jù)類型及動態(tài)數(shù)據(jù)模式的特點，又導(dǎo)致了其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜及實現(xiàn)上的困難。雖然局部工藝數(shù)據(jù)可采用常用的線性表、樹結(jié)構(gòu)、鏈表結(jié)構(gòu)等來實現(xiàn)，但全局工藝數(shù)據(jù)涉及

11、到復(fù)雜的樹狀、網(wǎng)狀和圖狀的結(jié)構(gòu)。,3)工藝數(shù)據(jù)與知識的獲取與表達 工藝數(shù)據(jù)與知識的獲?。?工藝數(shù)據(jù)和知識的表達規(guī)范化和標準化 數(shù)據(jù)與知識的內(nèi)存表達規(guī)范化 數(shù)據(jù)與知識的內(nèi)存表達的文本表達格式（供用戶收集和整理數(shù)據(jù)與知識時用）標準化 數(shù)據(jù)與知識的獲取界面規(guī)范化 工藝數(shù)據(jù)與知識的獲取方式規(guī)范化與方便化 第一步是收集、整理、歸納、總結(jié)和分類，并用系統(tǒng)提供的標準文本格式記錄下來 第二步就是輸入、維護和管理,圖4-1 CAPP系統(tǒng)工藝數(shù)據(jù)與知識的獲取過程,工藝數(shù)據(jù)與知識的表達 工藝數(shù)據(jù)與知識的表達是通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的，用于表達工藝數(shù)據(jù)與知識的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有串、表、棧、樹、圖以及框架結(jié)構(gòu)（類似于樹）、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

12、（類似于圖）等。 在工藝設(shè)計過程中，系統(tǒng)根據(jù)當前零件信息，在推理機的控制策略下，按一定順序執(zhí)行各個子任務(wù)，對應(yīng)于各個子任務(wù)的有關(guān)函數(shù)被執(zhí)行，有關(guān)知識被一次調(diào)入或被清除出內(nèi)存。 各個子任務(wù)的推理、設(shè)計或計算結(jié)果被一次記錄下來，存入工藝規(guī)程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，直到各個子任務(wù)全部完成為止，工藝規(guī)程才告形成。,工藝知識庫的建立 工藝知識庫是一個完整的規(guī)則集，它可以劃分為若干個規(guī)則子集。根據(jù)需要每個規(guī)則子集還可以劃分成若干個規(guī)則組。,工藝知識庫的規(guī)則集，一般可包含以下幾個部分： 1加工方法的選擇 CAPP系統(tǒng)一般都采用逆向編程原理，首先確定能達到質(zhì)量要求的各個加工表面的最終加工方法。然后再確定其它的準備加工工序。

13、 2工藝路線的確定 工藝路線的制定一般都是以劃分加工階段為依據(jù)，并遵循先基準后其它、先粗后精等原則。 3毛坯的選擇 毛坯選擇主要根據(jù)加工零件的材料、尺寸、技術(shù)條件和現(xiàn)有加工條件等。首先要確定毛坯的類型和毛坯加工的方法。,特征元素的規(guī)則實例,IF (加工表面為外圓柱面或外圓錐面) (工件材料為碳鋼或合金鋼) (表面要求淬火、HRC38) (表面粗糙度Rz1.6) (加工精度IT6) THEN(推薦采用磨削加工方法) (要求預(yù)加工表面精度IT9，粗糙度6.3),*,IF (加工表面為孔) (直徑公差0.007) (表面粗糙度Rz：1.6m) (直線度0.005) (圓度0.007) (位置度0.0

14、02) (平行度0.012) (長徑比10) THEN(推薦采用鏜削工序) (切削余量0.005),*,IF (加工表面為沉頭孔) (孔徑為12) (沉頭孔直徑為18，高度10) THEN(先鉆孔12) (后锪沉頭孔18，高度10) (要求預(yù)加工表面的上下偏差為0.05，表面粗糙度為1.25),*,工藝路線產(chǎn)生式規(guī)則實例,IF (加工表面為平面，面積較大) (要求較高的平面度和表面粗糙度) (與其它表面之間有尺寸關(guān)系) THEN (采用端銑刀精銑，且經(jīng)粗銑一、二次) IF (加工表面為平面和平面上的孔) (平面和孔的精度要求一般) (平面和孔有一定垂直度要求) THEN (先加工平面，以平面為

15、基準再加工孔),*,IF (加工表面為一階梯孔) (且兩邊大、中間小) THEN(建議從兩邊加工為保證位置精度要求，在最終精加工之前須經(jīng)一到二次粗加工) IF (加工表面為單向階梯孔，孔深不大) THEN (可以從一面加工，加工前須經(jīng)一次粗加工) IF (加工表面為具有同軸度要求的兩孔) THEN (建議將它們安排在同一工序中加工) IF (加工表面為圓柱面或圓錐面) (并有倒角、退刀槽、螺紋等特征元素的加工) THEN(建議加工順序為：先加工圓柱面或圓錐面，然后加工倒角和退刀槽螺紋),*,IF外圓柱面； 材料： 45鋼； 熱處理：淬火； 最高精度等級：6，最低精度等級：8； 最高粗糙度0.8

16、，最低粗糙度1.6； 普通機床加工； THEN粗車，半精車，淬火，粗磨，精磨,*,毛坯選擇實例,IF (工件材料為碳鋼或合金鋼) (工件形狀為回轉(zhuǎn)體，最大長徑比為7) (零件最大長度為200) THEN (建議采用棒料，毛坯為單個加工）,*,圖4-2 工藝決策知識框架結(jié)構(gòu)的一個應(yīng)用表達示例,4) 工藝數(shù)據(jù)庫與知識庫的設(shè)計 一般途徑 ： 按照數(shù)據(jù)庫設(shè)計的一般方法與步驟，開發(fā)滿足工藝數(shù)據(jù)與知識特點的適用于CAPP系統(tǒng)要求的工程數(shù)據(jù)庫是解決問題最根本的途徑。 根據(jù)CAPP的應(yīng)用特點，用高級語言開發(fā)實用型的層次式數(shù)據(jù)庫。方法簡單易行，比較適合于CAPP系統(tǒng)對數(shù)據(jù)和知識的管理需求，但是不便于用戶自行擴充和定義數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)管理界面也不統(tǒng)一。 在現(xiàn)有商品化數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上二次開發(fā)工藝數(shù)據(jù)庫與知識庫。,*,功能需求 支持對復(fù)雜數(shù)據(jù)類型的定義 支持對動態(tài)數(shù)據(jù)模式的操作 支持復(fù)雜數(shù)據(jù)模型的定義、描述與操作 支持版本控制機制 支持工程事務(wù)處理和恢復(fù)功能 支持分布式支持環(huán)境下的數(shù)據(jù)操作,數(shù)據(jù)模型 工藝數(shù)據(jù)與知識的數(shù)據(jù)模型是實現(xiàn)工藝