倪其民 吴光琳
（上海交通大学模具CAD国家工程研究中心）
1 引言
回转支承广泛应用于汽车起重机、挖掘机和矿山机械等工程机械和雷达、自动跟踪火炮等产品上。我国对回转支承设计理论开展的研究较少，目前基本上采用传统的设计方法，设计水平与台架试验都落后于德国、日本等发达国家。
回转支承有多种型式，它的设计既有类型的选择，又有受力和结构尺寸的计算，集非数值性的专家策划、推理过程和数值性的科学计算于一体。因此，在回转支承的设计中应用专家系统技术，具有重大工程应用价值。调查表明，回转支承一般在低速重载条件下工作，造成其失效的原因多是由于结构薄弱部分的强度不足。因此，对回转支承进行有限元静力结构分析，可有效预测回转支承的承载能力及其薄弱环节，为再设计的进行和工艺措施的采用指引方向。参数化绘图技术在CAD系统的设计开发上有着越来越广泛的应用，其性在系统化产品的工程图绘制方面尤为突出。本文在充分收集和分析回转支承设计资料和设计经验的基础上，研究开发集设计、结构分析和自动绘图于一体的回转支承CAD系统。
2 系统结构与设计
回转支承CAD系统汇集了数据库技术、知识库技术、计算与推理技术、有限元分析技术和参数化绘图技术。整个系统由设计型专家系统、有限元分析和参数化绘图三个部分组成。各部分之间既组合、协作，又功能独立，每个模块都可单独作为一个子系统来使用，通过系统框架将各模块的功能有机结合起来，以满足用户的需要，系统总体结构如图1所示。
图1 回转支承CAD系统总体结构
2.1 设计型专家系统
设计型专家系统可针对用户提出的设计要求和使用条件，完成回转支承的选型和结构设计工作，提供几个设计方案供用户选择，并可根据用户对设计结果的评价进行再设计。
2.1.1 专家系统的模块结构
回转支承设计型专家系统结构如图2所示，由四个子模块组成：
图2 回转支承设计型专家系统结构
设计知识获取模块：把回转支承设计中所涉及的专门知识从某些知识源中提炼出来，并把它们转换成计算机可执行代码。知识的获取需要知识工程师和领域专家的共同努力与合作。SRBCADW系统采用自动获取和人工获取相结合的方法。人工获取是由系统设计者归纳总结专家的经验知识和设计书刊中的公开知识，自动获取是从大量的设计实例中自动生成知识。
设计知识表达模块：由数据库、知识库和方法库组成。数据库用来存放材料特性、尺寸公差等图表数据以及计算公式中的经验数据，知识库存贮回转支承设计过程所需的各种经验知识：方法库为设计人员提供了不同结构型式回转支承的常用计算公式。
设计知识管理模块：由数据库管理模块、知识库管理模块和方法库管理模块组成。通过设计知识管理模块可对数据库、知识库、方法库进行增加、修改、删除、检查和维护等操作。
设计处理模块：包括推理机、黑板和解释器。推理机根据回转支承的设计要求和使用条件，调用相应知识模块，对设计问题进行求解。黑板用于存放设计要求、中间结果和Z终结果。解释器负责向用户解释设计的推理过程。
2.1.2 知识的组织
由于问题本身的复杂性，回转支承设计型专家系统所用的知识量较大。为了克服大系统而引起的效率不高的问题，我们对知识进行了有效的组织。首先是知识的分层表示，每一层知识均能控制调用它的下一层知识。分层表示使系统能通过相应的知识处理单元完成求解任务的分解，并有效地完成该子任务；其次是将伺服型的框架知识与主导推理的产生式知识分离，放于不同的知识库中；三是在知识库中存贮了元规则供推理机使用。
2.2 有限元分析
有限元分析可用来对设计结果提供的回转支承进行结构分析，为再设计提供依据。
2.2.1 数据来源
回转支承几何建模所需的数据可由设计结果传来，载荷参数是初始输入数据，材料特性从数据库中调入。如单独使用本模块对已有设计进行结构分析，则需要在用户界面下完成主要几何尺寸、承载条件等参数的输入。在Windows环境下开发的对话框，使用户很容易完成这个工
发布时间:2009-11-25
