基于数据库技术的机床设计知识库系统的开发

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基于数据库技术的机床设计知识库系统的开发

机械设计与制造

Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ

文章编号：１００１—３９９７（２０１２）０１－０２４８－０３

Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ

第１期２０１２年１月

基于数据库技术的机床设计知识库系统的开发聿

刘钊刘婷婷汪惠芬

（南京理工大学机械工程学院，南京２１００９４）

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｋｎｏｗｌｅｄｇｅｂａｓｅｓｙｓｔｅｍｉｎｄｅｓｉｇｎｏｆｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ

ｂａｓｅｄ

（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

ｏｎ

ｄａｔａｂａｓｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９４，Ｃｈｉｎａ）

ＬＩＵＺｈａｏ，ＬＩＵＴｉｎｇ－ｔｉｎｇ，ＷＡＮＧＨｕｉ－ｆｅｎ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｓｃｈｏｏｌ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ

【摘要】为了解决机床设计中存在的知识复杂、知识量巨大和管理困难的问题，基于数据库技术开发了机床设计知识库系统以帮助机床设计人员更好更快地完成机床的设计，成功实现了对机床设计知识的添加、查询、修改、删除和检查等功能。将系统结构设计成三层：基础数据库和接口层、功能层及应用层，详细进行了系统的功能模块设计，并分析了系统实现的需求分析与功能抽象、数据库设计、系统对图形对象的处理和知识管理等关键技术，最后给出了应用实例。

关键词：数据库技术；知识库；知识库管理系统

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｐｗｂ＆ｍｓｏｆｋｎｏｗｌｅｄｇｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｄｉｆｆ配ｕｔｔｙ，ａｍ口－

ｃｈｉｎｅｔｏｏｌ

ｄｅｓｉｇｎｋｎｏｗｌｅｄｇｅｂａｓｅｓｙｓｔｅｍＷａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｄａｔａｂａｓｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏａｓｓｉｓｔｄｅｓｉｇｎｅｒｓｉｎ

ｃｏｍｐｌｅｔｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉ即ｏｆｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓｂｅｔｔｅｒａｎｄｆａｓｔｅｒ，ｗｈｉｃｈｓｕｃｃｅｓｓ彬ｌｙａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄａｔａｂａｓｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅｂａｓｅ；Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅｂａｓｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ

中图分类号：ＴＨｌ６文献标识码：Ａ

１引言

机床设计知识库是将机床设计过程中的设计经验、设计理论、实验方法及结论、优化设计知识等重要的知识利用计算机技术来表示、存储和管理，建立的大量知识的集合，旨在帮助机床设计人员更好更快的完成机床的设计。我国现阶段的机床设计水平较之国外先进水平仍有很大差距，在机床设计行业，机床设计知

发工具Ｖｉｓｕａｌ

Ｂａｓｉｃ

６．０开发了机床设计知识库管理系统，有效实

现了机床设计知识的添加、查询、删除和修改等功能，为机床设计

提供了知识支持。最后给出了系统的应用实例。

２机床设计知识库系统设计

２．１系统结构设计

应用层

识以及设计经验的重用性和共享性差川，机床设计知识库系统的

研究尚在起步阶段，这严重制约了机床设计水平的提高。因此，积极开展机床设计知识库方面的研究，建立完整准确的机床设计知识库指导机床的设计，对我国机床行业的发展具有重要的意义。

早期常用文件管理系统的模式构建知识库，将知识以文件的形式存储于计算机中，但是这种模式通用性低、知识冗余性大、可扩充性差且难于管理，有很大的局限性日。考虑到使用数据库管理系统实现对知识的管理是一种成熟且容易实现的方法。采用基于数据库的技术建立知识库系统。将设计知识存人关系数据库的表中，表中的字段用来表示知识的各要素，知识库和数据库就联系起来了，数据库成熟的管理技术就可以方便的应用于机床设计知识的管理，增强了知识对设计人员的透明度，并大大降低了知识管理和维护的难度四。详细阐述了机床设计知识库系统结构及功能模块，分析了系统实现的关键技术，并以ｓＱＬＳｅｒｖｅｒ这种基于客户机，服务器模式的关系数据库为后台服务器．运用前端开

图ｌ机床设计知识库系统结构

敷据库屡功蠢屡

机床设计知识库系统是—个基于数据库管理平台的集成系统。其系统结构，如图ｌ所示。系统可分为３层：（１）基础数据库和接口层。基础数据库和接口层包含了数据库管理系统以及封装了ＭＡＴＬＡＢ等软件，为机床设计知识存储和管理以及相关实验知

识分析提供了基础支持；基础数据库层包括机床设计实例知识

库、机床设计流程知识库、机床结合面知识库和机床设计标准知识库等。（２）功能层。功能层是整个知识库系统的核心部分，包括以下几个功能模块：系统管理模块、机床设计流程知识管理模块、

★来稿日期：２０１ｌ—０３－２３－ｋ基金项目：“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项（２００９ＺＸ０４０１４－０３６）

万方数据

第ｌ期刘钊等：基于数据库技术的机床设计知识库系统的开发２４９机床结合面知识管理模块、机床设计实例知识管理模块。（３）应用

层。即用户界面层，按照人机工程学的设计要求，用户界面层为用

户提供了友好的用户界面，通过应用层用户可以方便有效地管理

机床设计知识，为机床设计工作提供知识支持。包括结合面知识文档管理（包括知识文档添加、知识文档查询和知识文档维护）、结合面实例知识管理、结合面特性数据分析记录以及结合面研究成果管理。

２．２系统功能模块设计

机床设计知识库系统主要包括以下基本功能：系统管理、机

床设计流程知识管理、机床设计实例知识管理、机床结合面知识

管理，如图２所示。３机床设计知识库系统实现的关键技术３．１需求分析与功能抽象技术系统开发前期通过深入的理论分析和生产实际调研，确定设计知识库系统的基本需求，完成系统功能分析并初步确定系统体系结构，最终整理出完备的需求分析报告。根据需求分析报告，

结合系统具体功能设计本系统的Ｅ—Ｒ模型，即将用户的需求转

化为数据库设计专用语言与流程，这个阶段是整个系统开发的基

础，随着开发过程的深入还会依据实际需求不断发展变化。

３．２系统数据库设计

（１）系统后台采用ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ２０００数据库工具建立数据库

ＭＴＰｒｅｃｉｓｉｏｎＤ，把机床话斟知识通过一定的知识表示技术转化为数

据，建立起基本的数据库表。例如。系统设计流程知识管理模块—个

用来存储机床流程设计知识的表ＭＴｄｏｃｕｍｅｎｔ，这个表的结构及部

分字段，如表ｌ所示。其中，因为字段信息中存储的多为大容量的文

本数据，所有选择字符数据中变长度的数据类型ｖａｒｃｈａｒ。这种方法

在关系数据库中实现起来非常方便，具有知识表达清晰、便于推理、

逻辑性强的优点心

表１表ＭＴｄｏｃｕｍｅｎｔ的结构

图２机床设计知识厍系统功能模块

２．２．１系统管理

系统管理包括用户管理和角色管理，用户管理包括用户添加

和用户维护，角色管理包括角色添加和角色维护，通过定义不同级

别的用户角色，设置相应的权限，从而有效地对用户进行管理。系统

的管理权限分为系统管理员、数据管理员和机床设计人员。系统的数据库的主要数据表可以设计如下：

（１）基础信息类表：主要ＭＴＲｏｌｅ（系统角色信息）、ＭＴＵｓｅｒ（系

统用户信息）、ＭＴＵｓｅｒＬｏｇｉｎＨｉｓ（用户登录历史表）等。（２）功能类表：

主要有ＭＴｄｏｃｕｍｅｎｔ（流程设计知识管理表）、ＭＴｄｙｎａｍｉｃ（动态特２．２．２机床设计流程知识管理机床设计流程知识管理模块主要管理机床没计流程中运用到的设计知识，包括机床的工艺分析、总体设计、部件设计以及零件设

计等流程的设计知识和经验。通过该陵块，可以将相应的知识通过

系统的界面存储到设计知识库中，并可以方便的完成对知识的维

护，设计人员通过查询等操作可以获得所需的没计知识和经验。性分析知识表）、ＭＴＪｏｉｎｔ（机床结合面知识管理表）、Ｂａｌｌｓｃｒｅｗｓ（滚珠丝杠表）、Ｂｅａｒｉｎｇ（轴承表）、Ｇｕｉｄｅｗａｙ（导轨表）、ｐａｒｔＰｒｉｎｃｉｐａｌＡｘｉｓ（主轴部件表）等。（３）辅助类表：主要有ＭＴ＿Ｔｙｐｅ（机束嫩例树

计知识树表）、ＭＬｐａｍ眦ｔｅ“机床技术参数表）等。２．２．３机床设计实例知识管理机床谢千姿例知识主要是没计成功的机床产品、设计方法以

及相应盼没汁经验等知识。该模块主要对这些方面的知识进行知识表）、ＭＴ＿ＴｒｅｅＪｏｉｎｔ（结合面知识树表）、ＭＴ＿Ｈｏｗｋｎｏｗｌｅｄｇｅ（流程设添加、修改、删除和查询等管理。机耥十实例具有可重用性，根据

所要设计机床产品的功能、精度、性能等要求。通过该模块查找和分

修改，将适用的设计思想和没汁方法等运用于当前的设计中。３．３系统对图形对象的处理为了使知识库中知识的表现形式更直观清晰，同时也切合机床设计行业的特点，本知识库系统包含大量的图片。图片属于大型二进制数据，无法Ｉ耋接存储进后台数据库中。通常有２种解决方法：（１）在后台数据库中只存放图片的路径和名称，图形对象存储在客析先前设计成功的实例作为重要参考，并依据设计经验做出需要的２．２．４机床结合面知识管理

许多科学研究表明一，机床的静态刚度有（３０－５０）％来源于机

床结合面的刚度特性；机床的振动有６０％以上是由机床结合面引

起的；机床的阻尼有９０％左右源自结合面。因此考虑机床结合面

的影响对机床设计水平的提高具有重要的作用。本模块旨在将结

合面的知识系统管理起来，辅助机床设计。机床结合面知识管理户机上；（２）将图片经过转换后以二进制势据的形式存放在数据库中。两种方法各有优劣，前者运行效率高但是知识库的可移植性不好；后者保证了知识库的完整性但最主要的缺陷是运行效率ｆ氐一。综合考虑系统的实际特点，对第一种方法进行了改进，采用文件传输协议ＦＴＰ（ＦｉｌｅＴｒａｎｓｆｅｒＰｒｏｔｏｃｏｌ的简称）有效实现了图片文件的存储和使用，既保证了知识库的完整性又提高了系统的

万方数据

Ｎｏ１

机械设计与制造

运行效率。用户通过软件界面将图片上传到运行着兀＿Ｐ服务器程序的远程服务器上．当其他客户端查看罔片时可以从远程ＦＴＰ服务器上下载，实现知识库图片的共享。

Ｊａｎ．２０１２

３．４知识库管理系统中的知识管理技术

３．４．１知识添加

知识添加的关键是如何将设计知识按照一定的分类、顺序正确的添加到知识库中，添加的知识必须在设计知识库中便于存储和管理。用户根据不同类别的知识，通过相应的知识添加界面将知识记录添加到相应的数据表中。添加过程中，知识管理界面会没定一些知识输入的规范和要求，如果所输入知识不符合规范会出现提

示Ｈ；同时，如果添加的知ｉＵ，－与知识库中记录重合．系统出会给出相

应的提示。这里以流程设计知识添加界面为例说明，如图３所示。数据表字段，如表１所示。添加操作实现的关键程序代码（略）。

图５机床导轨设计知识维护界面

图６知识检查流程

４机床设计知识库系统的运行实例

机床设计知识库系统是采用ＡＤＯ访问技术在数据库ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ２０００和ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０环境下开发的．软件知识添加、查询和维护界面，如图３一图５所示。通过知识管理技术有效实现了对机床设计知识的管理；结合面参数分析界面。如图７所示。将机床不同结合面的刚度阻尼值进行相应的分析。结论及分析图片进

图３机床设计流程知识添加界面

图４机床结合面知识查询界面

人知识库供用户查看；机床设计实例知识管理模块的机床动态特性分析知识管理界面，如图８所示。用户可以通过该界面系统管理相关方面的设计知识。

３．４．２知识查询

能够快速准确的进行知识查询是知识库系统必须具备的性能，设ｉ十人员可以通过知识查询界面查找ｉ殳计需要的知识，方便快捷。这里以结合面知识查询界面为例，如图４所示。设计人员既可以选择精确查询，根据知识名称、关键词、知识分类精确查询所需要的设计知识，也可以使用模糊查询功能，输＾所需要的内容进行匹配查询。查询结果会显示在界面的表中，使用者可以打开相应的记录查看．辅助机床设计工作。查询操作实现的关键程序代码（略）。

３．４＿３知识修改和删除

知识的修改和删除是知识库管理系统最为关键的功能之一。实现知识的有效维护是改善知识库性能的重要环节。随着知识库中知识量的不断增加以及设计知识的不断发展，不可避免地需要对一些知识进行修改或删除．以系统设计实例知识维护界面为例，如图５所示．用户通过知识维护界面，选中需要进行修改的姗识记录，在界面上进行修改，修改后的知识将在数据表中覆盖原来的记录，实现知识的更新；如果选择删除，那么数据表中相应的记录将会永久删除。

图７机床结合面参数分析界面图８机床设计实例知识管理界面

５结论

（１）对机床设计知识库系统进行了详细的结构和功能设计，并以关系数据库ｓｏＬＳｅｒｖｅｒ２０００为后台，运用ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０成功开发了该系统，软件界面友好．操作简单，实现了该系统的功能。（２）系统支持多用户同时操作．并成功开发了系统权限管理。（３）采用文件传输协议ｎＰ有效实现了图片文件的存储和使用．解决了系统对图形对象的处理问题．既保证了知识库的完整性又提高了系统的运行效率。（４）运用数据库知识管理技术，成功实现了对机床设计知识的管理．使知识库具有较好的可维护性和可扩充性。（５）研究与开发的机床设计知识库系统具有一定的通用性．能够运用于一些规模较大的机床生产企业。

３．４．４知识检查

为了保证知识库中知识的一致性，需要对输人的设计知识进行校验，即需要知识检查技术。这里知识检查包括语法检查、矛盾性检查和冗余性检查。语法检查是根据知识类型对输入知识的结构、值的类型、范围进行检查。从而保证知识形式正确；矛盾性检查是考察输入的知识同知识库中已有的知识是否存在矛盾和冲突；冗余性检验是考察输人的新知识同知识库中已有的知识是否重复”。知识检查流程．如图６所示。知识库系统对输入的知识进行知识检查，检查通过的知识将存入知识库中；否则将对知识进行修改．再重新进行检查．直到知识检查通过或者最终放弃。

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