圆柱齿轮减速器设计专家系统(CGREST）的开发

指导教师姓名：顾崇衔   教授     西安交通大学

赵汝嘉   教授   西安交通大学

申请学位级别：博士      专业名称：机械制造

论文提交日期：1989.7

内容提要

本文所论述的圆柱齿轮减速器设计专家系统（CYLINDRIC GEAR REDUGER DBSIGN EXPERT SYSTEM 简称CGREST）是利用人工智能（ARTIFIGIAL INTELLIGENCE简称AI）、专家系统技术开发的一个实用型的设计专家系统，是国家“七五”规划重型机械基础件CAD的一个子项目。本文对专家系统技术在圆柱齿轮减速器设计中的应用理论和实用技术进行了探入的探讨和研究。在设计思想、实现策略、知识采集、知识描述、知识运行等方面，在模拟人类设计专家的思维方面，在机城设计及机械绘图方面进行了新的尝试，并取得了令人满意的结果。论文共分十章。第一章扼要介绍圆柱齿轮减速器设计专家系统的意义，四柱齿轮减速器的种类和圆柱齿轮减速器的传统设计过程；第二章简单介绍了人工智能、专家系统的研究范困，专家系统的基本袱念，机城设计方面的专家系统以及专家系统的发展撰况，第三章论述了在圆柱齿轮减速器专家系统设计过程中所采用的设计知识的处理方法和设计知识表达方法，主要包括产生式表示法、框架表示法、过程表示法和数表知识表示法等；第四章介绍了圆柱齿轮减速器设计专家系统的上下文组织、存储和专家系统上下文的智能查询过程；第五章为圆柱齿轮减速器设计专家系统的知识控制和推理策略，主要包括正向推理、反向推理、正反向混合推理，框架知识的推理及运行和其它知识的运行和处理方式；第六章描述了圆柱齿轮减速成器的专家系统设计过程。其中包括：原动机械的选择，减速器材料的选择，传动方案的选择，齿轮、轴、箱体、轴承及其它附件的设计与选择，圆柱齿轮减速器的方案评价及价格等，第七章论述了本文开发的专家系统的智能绘图系统，并叙述了圆柱齿轮减速器零件图及装配圈的绘图过程，第八章为专家系统的解释功能、学习功能和外部接口等方面的内容，第九章是圆柱齿轮减速器设计专家系统的运行实例，第十章为本论文的结论部分。

第一章 引论
1.1研究课题的来源及意义

七十年代～八十年代初，一批专家系统相继出现，并取得了巨大的经济效益，得到各行各业的普遍重视。因此，八十年代初，各工业发达国家投资巨额，进行第五代计算机（或称AI机）的研究工作。例如在1982年，日本成立了“新一代电子计算机技术开发机构”(ICOT)，投资四亿五仟万美元列为国家科研项目，并于同年五月，ICOT从范围不同的题目中选取和拟定了三种专家系统作为整个计划的中期目标，以使计算机能够理解、判断，进行问题的求解，甚至能够理解书面和口头语言。这是一场使计算机从信息处理机转变为知识处理机的革命，其核心部分正是专家系统的运用。其它国家，例如美国、英国等，也制定了相应的计划。在我国，近几年来许多高等院校和有关科研部门在不少领域已经研制了不少专家系统，但大多数还没有达到实际运用的程度。国家“七五”规划中对专家系统的科研项目以明确要求达到使用水平。
专家系统的研制一方面是计算机科学和应用发展的需要。专家系统技术的发展，解决了一些软件研制的技术何题，使得人工智能从实验室走向现实世界。同时，专家系统作为一种实用工具为人类保存、传播、使用和评价知识提供了一种有效的手段，具有明显的社会效益。圆柱齿轮减速器专家系统设计的实现，将会产生巨大的经济效益。

另一方面，我国现在流行的专家系统工具不少，但实用的专家系统却不多。原因在于真正实用的系统的研制不能通过基于AI方面的理论研究就能达到。工具系统（又称骨架系统）之所以受到限制，是因为骨架系统的知识表示、框架、推理机等机制已经确定下来，用骨架系统开发专家系统将受到系统工具环境的限制。
事实上，专家系统建造过程最为棘手，工作量最大的是知识工程师从领域专家那里获得知识并将其形式化，可以说，建造专家系统的中心任务是知识获取工作。
因此，为政变我国机械设计的现状，赶超世界先进水平，同时，也是为完成国家“七五”规划重型机械基础件CAD中的一个子项目——《圆柱齿轮减速器方案评价及报价专家系统）的延伸，确定《圆柱齿轮减速器设计专家系统》为本论文研究方向。
1.2圆柱齿轮减速器

在工矿企业及运输、建筑等部门中，圆柱齿轮减速器是一种应用极为广泛的重要部件。通用型减速器，作为一种工业产品，规格较多，产量颇大。与此同时，在使用部门中还经常需要设计一些能满足特定要求的专用减速器。为适应市场瞬息多变的要求，国家在“七五”期限间，将重型机械基础件作为24项CAD攻关产品之一，并将减速器作为重型机械基础件的代表。由西安重型机械研究所（后简称西重所）提供的专家系统文本中减速器的类型如下（图1-1、图1-2-1、图1-2-2、图1-2-3）。

1.3圆柱齿轮减速器的传统设计方法
设计人员接到设计任务（产品设计任书或生产厂的开发设想），根据任务的要求作进一步的调查研究，广泛的收集有关资料，特别是收集现有的同类机械（如果有的话）的性能参数、使用情况、优缺点等资料，根据设计者的经验进行构思，拟定产品的初步方案或结构草图，进行多次反复的计算分析，综合比较，选定在经济性、工艺性及可靠性等方面较为合理完善的方案，并以此绘制为止。整个过程可表示为图1-3。

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