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今天，就由旭日東小編為大家介紹有關支持模塊化重構的堆垛機設計知識表達技術研究吧，希望可以幫助到大家~

0 引言

21 世紀是國際物流大發(fā)展的時代，物流行業(yè)也晉升為高科技產(chǎn)業(yè)，其不僅僅成為我國重要的服務產(chǎn)業(yè)，而且成為引領其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要整合、創(chuàng)新力量。

現(xiàn)代自動化立體倉庫是現(xiàn)代化物流系統(tǒng)中的重要組成部分，也是現(xiàn)代流通中心、配送中心的重要組成部分。巷道堆垛機是自動化立體倉庫的核心物流設備，是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的專用起重機。巷道堆垛機的主要用途是在高層貨架的巷道內(nèi)來回穿梭運行，將放置在巷道口的貨物存入指定的貨格，或者從貨格中取出需出庫的貨物運送到巷道口，從而實現(xiàn)物資的流動。

近些年，現(xiàn)代設計理論和現(xiàn)代設計方法應運而生，是以市場需求為動力，以知識獲取為中心，以現(xiàn)代設計思想、方法和現(xiàn)代技術手段為工具，考慮產(chǎn)品的整個生命周期和人、機、環(huán)境相容性等因素進行設計，主要有優(yōu)化設計、計算機輔助設計、可靠性設計、有限元法、模塊化設計、機械動態(tài)設計、反求工程設計、工業(yè)藝術造型設計、價值分析等。運用現(xiàn)代設計理論和方法設計堆垛機新產(chǎn)品，是高企業(yè)產(chǎn)品競爭力的關鍵。

可重構設計是一種可以按規(guī)劃和設計規(guī)定的變化，利用子系統(tǒng)、模塊或組元物料組態(tài)的變換、重排、變形、更替、剪裁、嵌套和革新等手段對產(chǎn)品或系統(tǒng)進行重新組態(tài)，以適應市場需求與環(huán)境變化的設計方法，具體包括可重構產(chǎn)品的設計、可重構制造系統(tǒng)的設計和可重構軟件系統(tǒng)的設計等。

可重構模塊化設計從設計概念、設計原理和具體設計方法等方面都與傳統(tǒng)的模塊化設計有所區(qū)別和發(fā)展。模塊化設計的概念早已提出，并在堆垛機、機床等系列化產(chǎn)品的設計中得到應用。可重構模塊化設計方法與傳統(tǒng)的模塊化設計方法的區(qū)別具體體現(xiàn)在以下幾個方面：模塊化概念更廣、模塊化設計的目標定位不同、模塊化設計的方法不同和控制系統(tǒng)的模塊化與開放化。

產(chǎn)品的系列化設計是滿足產(chǎn)品個性化定制需求的設計方法。解決產(chǎn)品系列化設計就要解決知識表達、檢索和重用之間的關系。運用知識表達的反邏輯方法，解決產(chǎn)品在設計階段用于支撐知識檢索和重用。目前已經(jīng)開發(fā)出全自動重用知識的算法，該算法的輸出端包含產(chǎn)品的功能、物理定義、性能和CAD 文件。

知識表達是人工智能的基礎，也是解決傳統(tǒng)知識表示方式缺陷的途徑。知識表達能夠?qū)崿F(xiàn)海量信息的共享和交換，知識表達模型能夠解決不確定推理問題，使推理結(jié)果更為準確，可為專家系統(tǒng)提供理論知識。用知識表達的方法研究堆垛機的模塊化重構設計，可縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，提升產(chǎn)品的質(zhì)量，同時也是企業(yè)提高自身產(chǎn)品競爭力的重要保證。

1 堆垛機可重構模塊化系統(tǒng)的體系架構

可重構模塊化系統(tǒng)綜合利用了設計與管理等領域的相關知識，解決現(xiàn)代產(chǎn)品快速更新與市場需求多樣化的問題。可重構模塊化系統(tǒng)實現(xiàn)的基本思想是根據(jù)用戶需求，充分利用已有的產(chǎn)品和技術，通過選擇已有的模塊或設計新的可重構模塊來重構目標產(chǎn)品?？芍貥嬆K化堆垛機可以根據(jù)客戶需求及市場變化組合成適應任務需求，以可重構模塊化設計的理論為基礎，構建堆垛機的可重構模塊化設計系統(tǒng)的體系框架。堆垛機的可重構模塊化系統(tǒng)采用體系架構，主要包括3 個部分：可重構模塊化系統(tǒng)的用戶及設計、分析等人員；可重構模塊化系統(tǒng)的3 個主要功能；可重構模塊化系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)庫。

用戶是指參與可重構模塊化設計的用戶，既包括客戶，也包括可重構模塊化系統(tǒng)的參與人員：模塊設計人員、動態(tài)設計分析人員、決策評估人員以及其他人員；可重構模塊化建模的主要工作是根據(jù)客戶的需求及對堆垛機的功能分析，對堆垛機進行可重構模塊劃分，確定堆垛機各模塊的屬性參數(shù)，對各個模塊進行設計并重構出產(chǎn)品；動態(tài)設計分析模塊的主要工作是對各個模塊及產(chǎn)品進行靜力變形及強度分析、動力學分析、運動學仿真及堆垛機的控制系統(tǒng)仿真；決策評估系統(tǒng)模塊的功能是有效評估堆垛機的重構決策，包括重構過程中各個方面的評估；數(shù)據(jù)庫為系統(tǒng)的執(zhí)行提供參考和依據(jù)。PDM（Product Data Management）是在數(shù)據(jù)庫管理技術和網(wǎng)絡技術的基礎上發(fā)展起來的一門技術，主要應用于管理產(chǎn)品生命周期內(nèi)所有與產(chǎn)品相關的信息和過程，核心是達到設計數(shù)據(jù)的有序、設計過程的優(yōu)化和資源的共享；PDM 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)包含產(chǎn)品功能模塊、產(chǎn)品實例模塊庫、產(chǎn)品性能分析庫、產(chǎn)品決策知識庫以及產(chǎn)品CAD模型庫等。

2 基于模塊重構的堆垛機快速設計流程

基于模塊重構的堆垛機快速設計流程包含從客戶需求及市場調(diào)研分析到堆垛機新產(chǎn)品成形的整個過程，為可重構模塊化系統(tǒng)的實現(xiàn)提供指導。在對可重構模塊化系統(tǒng)進行分析研究的基礎上，將堆垛機的設計流程主要分為可重構模塊化平臺構建及可重構模塊化設計兩個子流程。

企業(yè)根據(jù)市場調(diào)查及分析，首先建立可重構模塊平臺。企業(yè)接到新的客戶訂單后，根據(jù)可重構模塊庫將用戶需求劃分到較為相似的案例，再結(jié)合可重構模塊化平臺中的可重構模塊化設計方法，對客戶需求的堆垛機的設計進行指導，包括功能分析、模塊劃分方案、相關參數(shù)的確定等。也可選擇已有的符合客戶需求的模塊或?qū)σ延械南嗨颇K進行變形設計，設計過程中，各個模塊的設計或變形設計可以并行進行。模塊設計完成后，根據(jù)可重構策略對模塊進行合理重構，完成客戶訂單。

3 可重構模塊化知識表達方法

3.1 知識表達方法的選擇

在可重構模塊化堆垛機設計系統(tǒng)中，知識表達是堆垛機可重構模塊化設計體系的重要內(nèi)容，同時也是模塊設計、接口設計、重構策略的基礎。知識表達主要包括該模塊功能、結(jié)構、物理等方面的屬性，例如該模塊的幾何屬性、物理屬性, 也包括工程設計屬性如工藝屬性、與其他模塊間的約束關系等。

知識表達的本質(zhì)是利用計算機能夠接受并且處理的符號和方式來表示人類在改造客觀世界中所獲得的知識或信息，要選擇或設計一種信息表達方法需要考慮：1）表示能力是否足夠；2）便于規(guī)則應用；3）便于知識擴充和修正；4）便于程序?qū)崿F(xiàn)；5）支持自頂向下、逐步求精的設計原則；6）表達相對簡單；7）盡量符合人類的思維形式。

3.2 面向?qū)ο蟮亩讯鈾C模塊信息表達

在面向?qū)ο蟮哪K信息表達中，將模塊的信息作為對象以框架形式表示，各個對象通過彼此之間的關系形成一個層次網(wǎng)絡。各個對象之間的關系包括父類、子類、超類、實例等，實例即對象。

利用面向?qū)ο蟮谋磉_方法將可重構模塊化堆垛機的平臺表達為屬性結(jié)構圖。首先將父類表達為托盤式堆垛機、料箱式堆垛機、多層穿梭車專用堆垛機、特種堆垛機等子類。每一子類可以表達為若干不同的對象，如料箱式堆垛機可以分為上橫梁模塊、行走機構模塊、起升機構模塊、存取臺模塊、控制系統(tǒng)模塊。堆垛機每個模塊的信息表達主要包括該模塊功能、結(jié)構、物理等方面的屬性，例如該模塊的幾何參數(shù)、物理參數(shù)、工程設計屬性、工藝屬性、與其他模塊間的約束關系等。

行走機構模塊的主要的屬性參數(shù)為質(zhì)量參數(shù)、結(jié)構參數(shù)、物理參數(shù)、功能參數(shù)。質(zhì)量參數(shù)主要包括模塊質(zhì)量、模塊質(zhì)心、模塊轉(zhuǎn)動慣量；結(jié)構參數(shù)主要包括模塊相關長度、寬度、高度；物理參數(shù)主要包括電機功率、電機減速比、模塊間的能量傳動效率；功能參數(shù)主要分為該模塊獨立完成一個功能、該模塊輔助其他模塊完成某一功能、該模塊為某一功能必不可少的一部分。

4 小結(jié)

本文研究了可重構模塊化設計的理論知識，總結(jié)了可重構模塊化設計的優(yōu)勢，并提出了堆垛機可重構模塊化設計的體系框架，包括整個可重構模塊化設計系統(tǒng)涉及的相關知識；研究了基于可重構模塊化設計的堆垛機產(chǎn)品開發(fā)流程，并采用面向?qū)ο蠹盎趯嵗幕旌现R表達方法對堆垛機模塊信息進行表達，為高速堆垛機可重構模塊化快速設計系統(tǒng)研制奠定了基礎。

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