赵洪志，张 健

(沈阳理工大学 装备工程学院，辽宁 沈阳 110159)

炮尾在军事武器系统上运用非常广泛[1-3]，一般用于安装炮闩，发射时与炮闩一起闭锁炮膛，并连接身管和反后坐装置的活动构件.炮闩在完成关闩、闭锁、击发、开闩和抽筒等动作时，其部分零部件需要安装在炮尾上.为便于在炮尾上固定专用零部件，炮尾需要不同的加工特征(如平面、孔、凸起部和凹槽等).由于炮尾加工工艺复杂，因此制定合理的炮尾加工工艺路线很有必要.

传统的炮尾加工工艺文件对加工路线显示不详细，编辑困难，三维视图缺失，加工工艺路线数据储存困难.因此，本文参考有关文献[4-6]提出一种基于炮尾的加工工艺路线专家系统开发方法；在分析加工工艺路线的基础上，利用专家系统开发工具DEST(Design Expert System Tools)实现炮尾工艺路线设计型专家系统的开发；在运行该系统时输入零件的基本信息(包括零件的形状、尺寸、结构特征等要素)、零件的主要设计参数，并选择适当的加工工艺方法，通过专家系统的编译和推理，实现工艺路线信息的输出.

1 炮尾的加工工艺路线分析

根据炮尾的军事需求，按其结构形式可分为楔形和螺形两种炮尾.本文以立楔形炮尾为研究对象，分析其加工工艺路线，根据炮尾的实际加工要求将炮尾的加工工艺路线分为7个框架：零件名称、毛坯信息、零件主要设计参数、零件结构特征、加工方法推理、炮尾的表面加工和输出结果.零件名称框架主要包括炮尾零件；毛坯信息框架主要包括毛坯材料和毛坯形状等；零件主要设计参数框架包括毛坯边长、凸形槽倾斜度、轴孔直径和炮尾全长等；零件结构特征框架主要包括炮尾外形；加工方法推理框架主要包括退火、中频退火、磷化、铣平面、车平面、加工炮闩、定坐标孔、镗轴孔和磨光等；炮尾的表面加工框架主要包括精华毛坯、热冲压和热收口毛坯等；输出结果框架主要包括针对不同加工工艺方法的不同工艺路线信息(可选择Word文档进行结果输出).

2 炮尾加工工艺路线设计专家系统的开发

专家系统是一个智能计算机应用程序开发系统，其内部储存着某个领域大量专家水平的知识和经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来解决该领域的复杂问题.这也就是说，专家系统是一个具有大量专门知识与经验的程序系统，它能够应用人工智能，根据某个领域专家提供的知识和经验进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，解决那些需要专家决定的复杂问题.图1所示为设计型专家系统的开发步骤.

图1 设计型专家系统的开发步骤

2.1 专家系统的开发工具

DEST是在Microsoft Windows开发平台下，用面向对象高级语言C++及开发工具Visual C++开发而成的外壳型专家系统开发工具.DEST采用面向对象的知识表达方式，将框架表达、产生式规则及过程用面向对象的思想构成混合知识表达方法.它是由知识编辑器(知识管理中心、词法检查和添加知识向导)、知识编译器、推理机和解释器等模块相互联系并相互作用组成的.图2所示为DEST的系统结构，其中虚线框中为某领域具体的专家系统知识库部分，知识库中存放着专家系统的静态知识(一般为固定且规则性知识)，而上下文数据库是由系统动态产生的动态知识(通过推理生成的可执行范围类知识)；虚线框外则是专家系统的外壳.显然，专家系统的外壳适用于一般领域内专家系统的框架，与某具体研究领域专家系统无关，运用时只需将该领域专家知识添加到知识库中，通过编译知识和推理，即可形成该领域的专家系统.

图2 DEST的系统结构

2.2 炮尾加工工艺知识表达的实现过程

炮尾加工工艺路线专家系统采用框架表示对象，采用框架的二叉树表示炮尾的加工工艺知识.框架由一些槽类组成，每个槽包括一系列侧面信息，每个侧面又包括一些值.框架结构可以用以框架名为根的多叉树表达，即以框架名为根，槽属性为下一层子节点，槽名为再下一层子节点，以此类推，最后一层子节点为侧面的值.这种多叉树结构的分支数是不定的，不易直接表达，但可以转换为二叉树结构.以下代码是炮尾加工工艺知识的一个框架表达：

Unit：零件名称 IN_KNOWLEDGE_BASEAGENT.KBS；

/*%%%ESDK_MEMBER_SLOT%%%*/

Subclasses：炮尾；

MemberSlot：零件 from 零件名称.fra；

Inheritance：OverRide.Values；

ValueClass：STRING；

Cardinality.Min：1；

Cardinality.Max：1；

Values：Unknown；

END Slot；

MemberSlot：毛坯 from 毛坯信息.fra；

Inheritance：OverRide.Values；

ValueClass：STRING；

Cardinality.Min：1；

Cardinality.Max：1；

Values：Unknown；

END Slot；

END Unit.

炮尾框架的二叉树结构如图3所示.框架二叉树的根以框架名的散列值为桶号存放在各个桶中.每个桶中的框架根节点之间通过Brother指针组成单链表结构.实际上，在每个桶中，所有的对象构成了一棵二叉树.

在知识表达实现过程中，为了便于人机交互界面操作，在DEST中添加了知识向导对话框(图4).知识向导模块的加入不仅提高了知识输入的准确性，而且提高了用户使用该开发工具的效率.知识向导的作用在于让用户从繁琐的语法规则记忆中解脱出来，专心于问题领域有关的专家经验知识总结.向导是用户快速建立专家系统的有力工具.

3 加工工艺路线设计型专家系统的实现

(1)根据设计型专家系统的开发步骤(即问题定义阶段、 系统设计阶段、知识获取阶段、原型实现阶

图3 炮尾框架的二叉树结构

图4 知识向导对话框

段和测试改进阶段)，开发出炮尾加工工艺路线的设计型专家系统，并在专家系统开发工具界面中创建工程名为炮尾的工艺路线知识管理中心.工艺路线知识包括：零件名称、毛坯信息、零件主要设计参数、零件结构特征、加工方法推理、炮尾的表面加工以及输出结果.图5所示为炮尾加工工艺路线设计型专家系统人机交互界面.

(2)合理添加知识于知识库中，建立RULE推理机制，进行知识库的编译与推理，并根据实际加工需要(包括零件的名称、尺寸、特征、材料和热处理方式等)选择加工路线要求，输出炮尾加工工艺路线.最后输出文件可选择为Word文档(图6).

图6 炮尾加工工艺路线Word文档

(3)在某火炮生产企业的测试表明，炮尾加工工艺路线设计型专家系统最终输出与实际的加工工艺路线基本一致，工艺设计人员根据生成的加工工艺路线可以快速完成产品的工艺规划设计，大大缩短了设计时间，提高了设计效率，加快了产品的研发速度.

4 结束语

在总结炮尾加工工艺知识的基础上，使用设计型专家系统开发工具DEST，采用面向对象的知识表达方法，开发出了炮尾工艺路线设计专家系统.以某炮尾的实际加工为例进行了炮尾加工工艺路线设计.该专家系统参照知识库，选取相应推理方法自动生成了炮尾加工工艺路线，方案合理、可行，可供炮尾加工工艺路线设计者参考.

[1] 赵 旅.炮尾炮闩结构的多目标优化及稳健设计[D].南京：南京理工大学，2008.

[2] 孙胜利，郝 博，梁振刚，等.炮尾的智能式工艺路线设计方法研究[J].成组技术与生产现代化，2016，33(2)：11-15.

[3] 张煜东，吴乐南，王水花.专家系统发展综述[J].计算机工程与应用，2010，46(19)：43-47.

[4] 王 兵，莫建军，朱小峰.引控系统发射决策专家系统设计与实现[J].系统工程与电子技术，2004，26(3)：409-412.

[5] 郝 博，胡玉兰，赵歧刚.智能设计[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2013.

[6] Chu X N，Tso S K，Tu Y L.A novel methodology for computer-aided process planning[J].International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2000，16(10)：714-719.