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新产品的快速开发技术一直是国内外研究的热点问题,尤其是随着市场竞争的日益加剧,企业必须及时有效地对客户需求做出反应获得订单才能保证其经济效益。而数控技术是当今先进制造技术和装备中最核心的技术,目前由于国内数控机床的交货期长、产品质量和可靠性与国外同类产品相比差距很大等因为导致大部分产品依赖于国外进口的局面,这一直是困扰我国机床制造企业的一个重要问题,因此开发一个具有一定智能作用的、能够快速响应客户需求的辅助产品开发系统具有非常重要的意义。
加工中心快速开发系统在本质上属于以产品信息集成系统为基础的分布式协同辅助设计软件系统。通过对传统信息集成系统以及协同设计制造系统的研究发现,过去人们对产品开发的注意力偏重于制造过程的自动化而忽视了脑力劳动的自动化程度,从而导致各种问题的决策和解决在很大程度上仍然依赖于人的智慧,这就促使人们通过集成传统制造技术、计算机技术与人工智能等技术,发展一种新型的产品设计制造模式,本文对此做了深入研究。研究工作将人工智能领域的MAS(Multi-Agent System)技术、本体论理念、CBR智能推理等技术引入到面向客户定制的加工中心新产品开发系统中,主要取得了以下创新性成果:
1.对加工中心新产品开发的任务进行子任务的划分并建立相应的功能模块,构建各模块之间的协同设计工作流模型。利用分布式人工智能的MAS技术为智能辅助系统构造了一个合理可行的开发框架,将新产品开发的各项资源、信息集成到系统平台中,并对系统内Agents进行了分类和各类Agents功能的描述和定义,为保证新产品开发系统的建立和软件系统的构造奠定了坚实的基础,为减少开发过程中的重复编程提供了保证。
2.针对产品开发所需完成总任务以及各模块的功能划分,确定各模块的具体Agents类型,对系统中各类Agents的组织结构和功能实现方法进行定义,并以Agent行为的方式实现加工中心新产品开发的智能辅助作用,如客户订单智能查询、产品原型的智能匹配等,从而使系统具有一定的智能辅助设计功能。提出利用JADE平台插件WSIG实现Web服务与Agent服务之间的无缝、透明连接,并明确定义了Agent功能服务的发布方式、详细说明Agents之间的合作流程和信息格式转换方式。
3.将人工智能领域的本体论概念引入到加工中心快速开发系统的知识表达中,给出系统内的本体分类,构建产品领域本体的概念模型、关系模型和属性模型,并给出概念间关系的形式化定义方式。利用目前最为流行的本体开发工具Protégé进行本体建立,并将产品领域本体模型转为XML格式和E-R数据库形式进行存储。XML作为一种数据库的格式,具有自描述、可移植、易扩充、能以树形或图形结构描述数据等优点,因此基于本体的知识表达方式为Agents之间以及Agent与数据库之间的信息交互提供了有效的数据传输载体,并保证了系统内产品设计经验知识的有效复用和新产品信息的及时更新,为智能推理奠定了基础。
4.通过将人工智能领域的CBR智能推理技术与XML、MAS技术相结合,构建了基于CBR的目标实例与源实例的快速匹配流程。充分考虑XML文档在结构、语义、内容三方面的相似性利用基于混合算法的相似度计算算法,实现系统中产品领域本体实例的相似度计算,并将其算法在相应功能Agent中进行封装。即通过智能推理技术引入到加工中心辅助开发系统中并将其系统化、模块化形成了一套可供设计人员使用的设计系统,将设计人员从繁重的查阅资料等工作中解放出来,为解决目前产品设计周期长、冗余多、成本高等问题提出了非常有效的途径。
5.对系统构建基于功能实现层、网络支持层和资源存储层的系统网络体系结构,采用Struts负责系统Web层、Spring负责业务层、Hibernate负责持久化数据的方式实现系统的轻量级网络体系构建,保证了系统整体程序结构的清晰性,并为系统的后续扩展奠定了基础。通过利用Tomcat进行软件系统的发布,实践应用表明该系统对于企业内加工中心新产品开发缩短原型匹配的周期提供了智能化辅助作用,在此系统的帮助下可以在很大程度上提高企业快速响应市场的能力。