B工藝數(shù)據(jù)庫(kù)與知識(shí)庫(kù).ppt

1、第五講,工藝數(shù)據(jù)庫(kù)與知識(shí)庫(kù),1.數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí),1)數(shù)據(jù)：是一種物理符號(hào)序列，用來(lái)記錄事物的情況。 數(shù)據(jù)用類型和值來(lái)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、存儲(chǔ)、檢索、統(tǒng)計(jì)、維護(hù)和傳輸?shù)纫幌盗谢顒?dòng)的總稱。 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(duì)某些方面有價(jià)值、有意義的數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步的生產(chǎn)與社會(huì)活動(dòng)提供決策的依據(jù)。,3)信息：經(jīng)過(guò)加工的數(shù)據(jù)。 所有的信息都是數(shù)據(jù)，而只有經(jīng)過(guò)提煉和抽象之后具有使用價(jià)值的數(shù)據(jù)才能成為信息。經(jīng)過(guò)加工所得到的信息仍然以數(shù)據(jù)的形式出現(xiàn)，些時(shí)的數(shù)據(jù)是信息的載體，是人們認(rèn)識(shí)信息的一種媒介。,4)數(shù)據(jù)庫(kù)（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(lái)反映各類實(shí)物的屬性的數(shù)據(jù)。 5)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMSData Base Management System)：是能夠用來(lái)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，完成數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)、管理等操作，并能夠幫助用戶方便地使用數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件。,*,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)軟、硬件資源組成的系統(tǒng)，它實(shí)現(xiàn)了有組織地、動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，方便多用戶訪問(wèn)。 有效地組織數(shù)據(jù)，即對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以便計(jì)算機(jī)存??； 方便地將數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中； 根據(jù)用戶的要求將數(shù)據(jù)從計(jì)算機(jī)中抽取出來(lái)。 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的應(yīng)用范圍是相當(dāng)廣泛的。如：學(xué)生的學(xué)籍?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)和圖書館的圖書數(shù)據(jù)庫(kù)，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(jìn)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(kù)的分類： 按數(shù)據(jù)的組織與管理方式來(lái)分常見(jiàn)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(kù)分別為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、層次型數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)型數(shù)據(jù)庫(kù)。,*,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(shí)體集，關(guān)鍵碼(關(guān)鍵字段)表示實(shí)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(jī)。,關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有很多種：Sybase、FoxPro、Oracle、SQL server等。,*,7)數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn) 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(dú)立性，可

4、以獨(dú)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(shí)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí),1)知識(shí)庫(kù)的定義： 知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)（Knowledge Base System） 將AI技術(shù)引進(jìn)到傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以改進(jìn)和擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫(kù)的性能和執(zhí)行效率而形成的新型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。 AI（Artificial Intelligence）：AI是60年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的一門研究機(jī)器智能和智能機(jī)器的新興的高科技學(xué)科。,*,2)人工智能 - AI（Artificial Intelligence）其研究目標(biāo)是： 近期目標(biāo) 讓計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人類的各種高級(jí)思維活動(dòng)。如：推理、分析、思考、決策、理解、規(guī)劃、設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)等。 遠(yuǎn)期目標(biāo) 研究人類智能的

5、基本機(jī)理，探索如何用各種自動(dòng)機(jī)和智能機(jī)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(shí)庫(kù)： 借助AI思想，即利用AI思想來(lái)研究數(shù)據(jù)庫(kù)，從而從管理數(shù)據(jù)發(fā)展到管理知識(shí)。,*,3)知識(shí)庫(kù)的特點(diǎn) 性能： 演繹（推理）能力的擴(kuò)充 語(yǔ)義知識(shí)的引入 知識(shí)的獲取 知識(shí)和數(shù)據(jù)的有效組織和管理。 效率： 數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)用戶查詢的快速響應(yīng)與查詢優(yōu)化。,從數(shù)據(jù)庫(kù)專家的角度來(lái)看： JDUllman：一個(gè)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)是具有如下兩種特征的邏輯程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)： 有一個(gè)既作為查詢語(yǔ)言又作為宿主語(yǔ)言的描述性語(yǔ)言； 支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的主要功能。 DHWarren：一個(gè)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)該能夠有效地處理中等規(guī)模的知識(shí)庫(kù)的邏輯程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

6、 由3000個(gè)謂詞，3萬(wàn)條規(guī)則和300萬(wàn)個(gè)事實(shí)組成，總存儲(chǔ)容量達(dá)30MB 從AI專家的角度來(lái)看： 利用人類所認(rèn)識(shí)的各種知識(shí)進(jìn)行推理、聯(lián)想、學(xué)習(xí)和問(wèn)題求解的智能計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)。,4)知識(shí) 知識(shí)是一種用符號(hào)表示的信息，是知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)操縱和管理的對(duì)象。 首先，知識(shí)是一種信息，其次，它可以用一定的符號(hào)形式表示出來(lái)。其中信息是知識(shí)的內(nèi)涵與實(shí)體，而符號(hào)則是信息的外延與形式。 例：（X2） = 2X (數(shù)學(xué)知識(shí)) 例：正方形的四條邊長(zhǎng)度相等 （完全知識(shí)） 例：明天可能下雨 （不完全知識(shí)）,知識(shí)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(bǔ)充的。數(shù)據(jù)用于表示特定實(shí)例（事實(shí)）的信息，知識(shí)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(shí)）：35歲至50歲之間的人是中年人。,5)知識(shí)庫(kù)是知識(shí)的集合，包括： 概 念 事 實(shí) 規(guī) 則 知識(shí)庫(kù)應(yīng)包括概念、事實(shí)與規(guī)則三部分，缺一不可。由于概念一般包含在事實(shí)內(nèi)，因此，實(shí)際上知識(shí)庫(kù)中應(yīng)包括事實(shí)與規(guī)則兩個(gè)部分。,3.工藝數(shù)據(jù)庫(kù)與知識(shí)庫(kù),工藝數(shù)據(jù)是指CAPP系統(tǒng)在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中所使用的和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)； 工藝知識(shí)是指支持CAPP系統(tǒng)工藝決策所需的規(guī)則。 CAPP系統(tǒng)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，一方面要利用系統(tǒng)中存儲(chǔ)的工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)等信息進(jìn)行工藝決策，另一方面還要生成零件的工藝過(guò)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(guò)程實(shí)際上是工藝數(shù)

8、據(jù)與知識(shí)的訪問(wèn)、調(diào)用、處理和生成新數(shù)據(jù)的過(guò)程。,*,為了滿足CAPP系統(tǒng)的需求，必須建立工藝數(shù)據(jù)庫(kù)與知識(shí)庫(kù)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)和知識(shí)進(jìn)行管理和維護(hù)。 工藝數(shù)據(jù)庫(kù)與知識(shí)庫(kù)是CAPP系統(tǒng)的重要支持系統(tǒng)。,*,工藝知識(shí)庫(kù) CAPP智能化的基礎(chǔ)是建立豐富的工藝知識(shí)庫(kù)，包括以下知識(shí)： 1. 制造資源知識(shí)：有關(guān)機(jī)床設(shè)備、工藝裝備、材料等多方面的知識(shí)。 2. 制造對(duì)象知識(shí)：有關(guān)產(chǎn)品、零件、毛坯等方面的知識(shí)。 3. 制造工藝知識(shí)：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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等方面的知識(shí)。 4. 工藝決策知識(shí)：有關(guān)工藝決策方法與過(guò)程等方面的知識(shí)。,*,*,4.工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)的種類和特點(diǎn),1)工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)

9、的種類 工藝數(shù)據(jù)分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類。 靜態(tài)工藝數(shù)據(jù)主要是指工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)上已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范了的工藝數(shù)據(jù)，以及標(biāo)準(zhǔn)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(jī)床數(shù)據(jù)、刀具數(shù)據(jù)、量夾具數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算機(jī)的零件信息和對(duì)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(dòng)態(tài)工藝數(shù)據(jù)則主要指在工藝規(guī)劃過(guò)程中產(chǎn)生的相關(guān)信息，如中間過(guò)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(shí)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(zé)、基準(zhǔn)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(shí)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(biāo)注規(guī)則等。,2)工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)的特點(diǎn) 數(shù)據(jù)類型復(fù)雜：工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)涉及到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中所沒(méi)有的變長(zhǎng)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(guò)程數(shù)據(jù)以及圖形數(shù)據(jù)等。 動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)模式：動(dòng)態(tài)工藝數(shù)據(jù)是在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中由各個(gè)問(wèn)題求解行為所產(chǎn)生的中間及最終設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)模式的特點(diǎn)，又導(dǎo)致了其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜及實(shí)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(shù)結(jié)構(gòu)、鏈表結(jié)構(gòu)等來(lái)實(shí)現(xiàn)，但全局工藝數(shù)據(jù)涉及

11、到復(fù)雜的樹(shù)狀、網(wǎng)狀和圖狀的結(jié)構(gòu)。,3)工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)的獲取與表達(dá) 工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)的獲?。?工藝數(shù)據(jù)和知識(shí)的表達(dá)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化 數(shù)據(jù)與知識(shí)的內(nèi)存表達(dá)規(guī)范化 數(shù)據(jù)與知識(shí)的內(nèi)存表達(dá)的文本表達(dá)格式（供用戶收集和整理數(shù)據(jù)與知識(shí)時(shí)用）標(biāo)準(zhǔn)化 數(shù)據(jù)與知識(shí)的獲取界面規(guī)范化 工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)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(biāo)準(zhǔn)文本格式記錄下來(lái) 第二步就是輸入、維護(hù)和管理,圖4-1 CAPP系統(tǒng)工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)的獲取過(guò)程,工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)的表達(dá) 工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)的表達(dá)是通過(guò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，用于表達(dá)工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有串、表、棧、樹(shù)、圖以及框架結(jié)構(gòu)（類似于樹(shù)）、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

12、（類似于圖）等。 在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前零件信息，在推理機(jī)的控制策略下，按一定順序執(zhí)行各個(gè)子任務(wù)，對(duì)應(yīng)于各個(gè)子任務(wù)的有關(guān)函數(shù)被執(zhí)行，有關(guān)知識(shí)被一次調(diào)入或被清除出內(nèi)存。 各個(gè)子任務(wù)的推理、設(shè)計(jì)或計(jì)算結(jié)果被一次記錄下來(lái)，存入工藝規(guī)程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，直到各個(gè)子任務(wù)全部完成為止，工藝規(guī)程才告形成。,工藝知識(shí)庫(kù)的建立 工藝知識(shí)庫(kù)是一個(gè)完整的規(guī)則集，它可以劃分為若干個(gè)規(guī)則子集。根據(jù)需要每個(gè)規(guī)則子集還可以劃分成若干個(gè)規(guī)則組。,工藝知識(shí)庫(kù)的規(guī)則集，一般可包含以下幾個(gè)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(dá)到質(zhì)量要求的各個(gè)加工表面的最終加工方法。然后再確定其它的準(zhǔn)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(zhǔn)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(shí)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(zhǎng)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(shí)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(zhǔn)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?yàn)椋合燃庸A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(jí)：6，最低精度等級(jí)：8； 最高粗糙度0.8

16、，最低粗糙度1.6； 普通機(jī)床加工； THEN粗車，半精車，淬火，粗磨，精磨,*,毛坯選擇實(shí)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(zhǎng)徑比為7) (零件最大長(zhǎng)度為200) THEN (建議采用棒料，毛坯為單個(gè)加工）,*,圖4-2 工藝決策知識(shí)框架結(jié)構(gòu)的一個(gè)應(yīng)用表達(dá)示例,4) 工藝數(shù)據(jù)庫(kù)與知識(shí)庫(kù)的設(shè)計(jì) 一般途徑 ： 按照數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的一般方法與步驟，開(kāi)發(fā)滿足工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)特點(diǎn)的適用于CAPP系統(tǒng)要求的工程數(shù)據(jù)庫(kù)是解決問(wèn)題最根本的途徑。 根據(jù)CAPP的應(yīng)用特點(diǎn)，用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)實(shí)用型的層次式數(shù)據(jù)庫(kù)。方法簡(jiǎn)單易行，比較適合于CAPP系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)和知識(shí)的管理需求，但是不便于用戶自行擴(kuò)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(kù)的基礎(chǔ)上二次開(kāi)發(fā)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)與知識(shí)庫(kù)。,*,功能需求 支持對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)類型的定義 支持對(duì)動(dòng)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(jī)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(shí)的數(shù)據(jù)模型是實(shí)現(xiàn)工藝