• 沒有找到結果。

C A D 技術發展現況

在文檔中 中 華 大 學 (頁 32-46)

第三章 系統開發應用技術

3.1 C A D 技術發展現況

電腦輔助設計(CAD)為 Ivan Sutherland 博士於 1963 年在麻省理工學院(MIT)開 發出來,並於 1980 年代 2D 繪圖並逐漸演進至 3D 繪圖。

由於全球化的時代來臨,在這越來越講求專業化與迅速交貨的時代,目前 CAD 軟體的系統模組已漸漸地不能滿足工業界講求專業與效率的腳步,隨著 CAD 的演進 及人工智慧技術(Artificial Intelligence, AI)的發展,KBE 與 CAD 的結合已成為 CAD 技術突破的策略。

我們可將市場對企業的要求歸納成 T、Q、C、S 四個要素:

Time(時間):新產品的開發時間及上市時間。

Quality(品質):高的產品品質。

Cost(成本):較低的生產成本。

Service(服務):滿足客戶需求的增值服務。

在此一市場的發展趨勢下,對中小企業來說,若要以更快、更新及更好的產品占 領市場,則應充份考量個別客戶而非僅止於市場的需求,以生產出多種類、小批量及 快速反應市場的需求,即大量客製化的設計[6,7,8]。

在 1997 年,Anderson 及 Pine[9]即提出大量客製化訂製產品設計方法的基本架構 及思路,並認定此一生產模式將會是 21 世紀中最重要、最具競爭優勢的生產方式。

因此,現代企業如何在此一大規模定製下,仍能敏捷的進行產品的開發與製造,並同 時達到品種多樣化及低成本的目標,將會是現代企業面臨的重大課題。

在產品設計的全生命周期過程而言,傳統的 CAD 系統及技術長期處於單獨開發 及應用狀態。隨者市場經濟的發展,迫切需要高效能的整合設計系統,其整合項目包 括:

1. 系統整合:此包括軟體及硬體的整合,硬體可採用區域網路架構將不同 的電腦有效連結,並使用同一資料庫。軟體的整合主要是將各種不同的 軟體系統,依不同的功能有效的結合,用統一的執行控制程序來組織各 種資訊的傳遞,確保系統內資訊的通暢,並協調各子系統的有效運作。

2. 知識的整合:智慧的設計是基於知識的設計工作,對於知識的整合來說,

是透過各種知識庫(資料庫、模型庫、規則方法庫、圖形庫及文字庫等) 及共享知識的整合、知識的統一管理通用知識的智慧通道等方式來實現 知識的整合、管理及控制。

3. 方法的整合:藉由方法庫將各種知識的智慧型設計方法,如最佳化設計、

基於推理的設計、基於資料探勘的設計、基於滿足的設計、基於實例的 設計、基於原型的設計、物件導向的設計、物件智慧型體的設計、協同 設計、資訊流的設計及虛擬設計方法等整合。

傳統的 CAD 是一個幾何領域的系統,而工程的技術核心為設計理念、設計方法 及過程處理,這些仍需依靠人腦才能達成。因此,我們會說 CAD 只是一個輔助工具,

亦即工程的開發過程仍需大量依賴使用者的技術能力與經驗,而不只是 CAD 系統。

這是因為 CAD 系統不能識別設計與製造過程中的變化,即在設計與製造的過程中不 能有效的應用電腦的能力,進行零件的設計製造與產品的總體性能評估,而使用者的

需求與 CAD 系統不具內在的關連性,導致 CAD 系統對技術創新、方案最佳化、綜 合評估等須要應用知識工程領域的問題顯得無能為力,此為當前 CAD 系統發展的瓶 頸。

因此,當今的趨勢是 CAD 系統朝向智慧型方向發展,藉由吸收人工智慧的成果 (理念、方法及模式),融入「知識工程(KBE)」,開始造就新一代的 CAD 系統。

3.2 知識工程(KBE)系統

本節根據[10,11,12,13]的文獻,以下作要點整理。知識工程(KBE)是一個非常廣泛 的概念,其概念為:一種基於產品模型,儲存並處理與此產品相關知識的電腦系統,

也可以說 KBE 是藉由知識驅動,對工程問題及任務提供最佳解決方案的電腦整合技 術,是 AI 及 CAX(CAD/CAM/CAE)技術的融合,為目前促進工程化、實用化之產品 開發最值得採用的方法,因此工業界未來的發展趨勢將從資訊整合的操作轉變為基於 知識的工程。

在工程技術上,專家知識一般來自於該領域專家的經驗累積,具有很強的經驗性。

這對知識的交流及繼承帶來很大的阻礙,發展 KBE 技術就是希望藉由知識處理的一 系列技術獲取該領域的專家知識(知識獲取),以便將專家知識能應用於整個設計、製 造、銷售、管理及維護中(知識應用)。KBE 的應用將有利於專家知識的累積及繼承,

以提高實際解決問題的能力及設計開發的品質,實現現代製造短週期(Time),高品質 (Quality)、低成本(Cost)及優質服務(Service)的目標。

KBE 的主要特點如下:

1. 它是一種與 CAX 系統整合,用於解決工程問題的電腦輔助系統。

2. 它明確定義知識的問題,並將知識用於特定的工程問題的求解上。

3. 它能深入各領域的核心問題,又能處理具體問題中的各個細節。

4. 它採用模型鑑定,基於規則 (Rule)及基於實例(Intance)等方法進行知識的推理。

由此可見,KBE 系統將該領域專家的知識及經驗加以整合,形成規則,存入電 腦系統,建立知識庫,然後採用合適的知識處理策略,根據特定的產品模型進行智慧 推理,做出設計決策,以人類的專家的能力來解決該領域技術的問題,圖 3-1 是 KBE 系統的架構圖。它採用物件導向的產品模型,以整合性 CAX 系統及 KBE 工具為平台,

實現智慧型設計、製造及維護。

圖 3-1 KBE 系統架構圖

從本質看,知識工程的目的是經驗與技術的再利用,即將知識創造性的應用到一 個工業產品的設計開發及生產製造過程中,充份利用各種實踐經驗、專家知識及其有 關的資訊,產生以知識驅動為基礎的工程設計新思路。

3.3 KBE 系統設計方法

本節根據[14,15,16]參考文獻,以下作重點整理。在傳統的設計過程中,設計過 程完全以設計者為中心,重覆性的設計任務須要設計人員完成,此一完全依賴人的能 力完成的工作,導致整個公司設計過程的「瓶頸」。而基於 KBE 的工程設計是以知識 模型為中心,各類資料庫、知識庫、設計實例庫等與產品模型相關,設計師的任務只 提供要求及重要的設計決定,如此可大大提高設計效率,改進設計品質。由圖 3-3 基

於 KBE 的設計過程可知,建立好的 KBE 整合性開發平台是實施 KBE 技術的核心。

此 KBE 整合性開發平台包括知識表示、推理、獲取、管理、產品知識建模及系統整 合等技術。

圖 3-2 基於 KBE 設計過程

CAD 與 KBE 在工程領域中的整合是目前的研究重點,亦是下一代機械 CAD 系 統的顯著特徵。因此,其幾何相關知識的處理方法主要可歸納為以下幾種:

A.使用 CAD 平台的 API

許多 CAD 平台軟體皆提供 API 功能,如 AutoCAD 的 AutoLISP,NX 的 NX/O IDEAS 的 open IDEAS,PRO/E 的 PROTOOLKIT 等。藉由 API 實現 CAD 環境與知 識的整合,隨者設計的深入,不斷地創建新的幾何是較可行的方案。目前,該方案已 成功的應用於許多 KBE 系統。

PEN,

B.使用具推理機制及幾何機制的知識工具

有些知識工具不僅包括推理機制,亦包括幾何機制,此類工具是 CAD 與 KBE 整合的理想方案,但此類工具的開發難度較大,目前較普遍的是 KTI 的 ICAD、

Technosoft 的 AML 及 Heide 的 Intent/IKS。另外,面對日益增長的智慧型技術市場,

許多的 CAD 開發商(如 UGS、PTC 及 Dassault)也加入 KBE 工具開發領域,推出如 NX/Knowledge Fusion,CATIA/Knowledge Expert 等產品。在該方法中,KBE 工具的 推理機制與 CAD 平台的幾何數據結構將直接通訊,真正實現 KBE/CAD 的整合。

C.使用具推理機制的知識工具

採用一些不具備幾何機制的知識工具有能實現 KBE 及 CAD 的整合,在此一情形 下,知識工具與 CAD 平台間的訊息交換主要藉由中性數據格式,如 STEP 或 XML,

基於 Jave 語言的 JESS 工具在該領域以有成功的應用,證明中性數據通訊方案的可行 性。

3.4 AutoCAD 二次開發工具簡介

AutoLISP 是 AutoCAD 軟體給用戶或者是第三方開發人員所提供的二次開發環境,

利用此開發環境用戶可以對 AutoCAD 系統進行客製化的開發及設計,透過交談式 (interactive)的操作環境,可直接於指令欄上執行程式,可依照用戶所需要融合知識自 行定義系統規則,滿足用戶廣泛的需求。

AutoCAD/AutoLISP 主要有以下幾個部份所構成:

AutoLISP 是 AutoCAD 系統內建之二次開發語言,以 LISP(List Processing)語言為 主要架構,AutoLISP 其功能為擴充及客製化 AutoCAD 系統的程式語言,其優點如下:

1. AutoLISP 語法簡單易學,為直譯式程式,不需再作編譯。

2. 橫跨各作業平台,不需進行改寫即可使用。

言,

3. AutoLISP 可直接呼叫並執行 AutoCAD 指令,因此其程式設計相當靈活多變。

DCL(Dialogue Control Language)語言為 AutoCAD 內建之對話框之開發控制語 其生產之對話框可與 AutoLISP 整合運用,讓使用者在對話框直接輸入參數和 AutoLISP 進行交互操作達到參數化繪圖之目的。

本研究將以 AutoLISP 進行開發,AutoLISP 其跨平台、易學等特性對於現今產品 設計週期越來越短與分工細膩的的趨勢下,AutoLISP 有著極大的優勢。

第四章 系統建構

傳動元件自動繪圖系統是架構在 AutoCAD 軟體上進行開發,透過 KBE 系統將專 家經驗融入系統中,將各種滾珠導螺桿及線性滑軌的的幾何數據知識與設計經驗收集 建檔;並加以理解、歸納與描述後建構一個可重復使用的知識庫,滾珠導螺桿及線性 滑軌,皆可在操作過程中詳細記錄、收集的專家經驗,可以用來再重用以針對每個細 部調整出同素異構體史系統更加龐大,行成知識的堆疊,設計工程師可以依照需求找 出類似工作環境與專案的澆口滾珠導螺桿及線性滑軌進行變更,免除設計時間的浪費,

與減少人為設計之失誤。

在系統的規劃上分成滾珠導螺桿及線性滑軌系統兩個子系統,採用相同的技術進 行整合不同的建構知識,兩個子系統分別整合了滾珠導螺桿及線性滑軌的建構知識。

配合不同的工作環境兩種系統皆有其規則可進行最佳的設計方式,因此將個別方式之 滾珠導螺桿及線性滑軌的設計變更融合其生產規則知識便可在不同的設計方案下針 對不同工作環境自動產生適當的滾珠導螺桿及線性滑軌方案,因此利用

AutoCAD/AutoLISP 的開發環境下開發此系統希望能進行獲取並整合相關的滾珠導螺 桿及線性滑軌之設計知識以產生完整設計的 KBE 系統。

4.1 系統架構

滾珠導螺桿及線性滑軌主要是由對話框、知識工程及幾何設計所構成。為解決設 計知識與經驗分散於不同的存放介質上,且知識缺乏系統性、一致性及完整性的整合,

其要點是如何將產品數據、規範、準則及檢驗等應用系統化的方法轉換成產品設計知 識。根據上述說明,本系統之基本架構如圖 4-1 所示,此系統以 AutoCAD 作為 CAD 系統平台,在此系統下應用 AutoCAD/AutoLISP 的二次開發軟體做為系統開發的主體 架構。

在文檔中 中 華 大 學 (頁 32-46)

相關文件