专利名称：一种榴弹智能设计系统及设计方法
技术领域：
本发明属于榴弹设计技术，特别涉及一种榴弹智能设计系统及设计方法。
背景技术：
武器装备快速研制是现代战争的需求。缩短产品研制周期，将会加快武器装备的更新速度和武装战斗部队的速度，也为下一代新型武器装备的研制赢得时间，同时积累了研制、生产经验，为赢得战争的主动权和胜利争取宝贵时间。榴弹是在陆、海、空三军中应用最广泛，在现代战争中大量消耗和改型换代较快的弹药之一。榴弹有品种多，变批量和大批量生产的特点。国外，美国等发达国家，弹药研制速度很快。例如在科索沃战争中，美国大量使用“JDAM”联合直接攻击弹药，可以在一周时间内根据被攻击目标的具体特征，快速研制出不同制导装置和战斗部，以适应作战所需。但是，目前我国榴弹一些生产厂家的榴弹研制手段相对落后，设计、加工、装配等主要靠人工完成，新产品研制周期长，一般需要几年时间，无法满足现代战争需要。
研究开发榴弹智能设计系统，利用计算机来完成榴弹总体设计、方案论证、模似仿真分析和计算。从而实现产品的模似仿真设计和智能化设计，提高计算分析精度，提高设计和产品质量，大大减少设计、试制的反复次数，缩短榴弹研制周期，以适应榴弹型号多、变批量和大批量生产及现代战争的需求。
设计系统技术是AI领域中的一个重要分支，我国从1968年研制成功的第一个设计系统DENDRAL以来，设计系统技术发展迅速且日益成熟，但至今为止大部分设计系统都是分析型设计系统，主要用于完成解释、诊断和调试等类型的任务，求解的问题都是分类问题，其结论都限定在一个预先规定的假设集之中，满足不了榴弹智能设计系统研制开发的需要。
发明内容
本发明的目的针对榴弹设计周期长等存在的技术问题，提供一种利用计算机完成榴弹总体设计、方案论证、模似仿真分析和计算，研制周期短、设计质量好、生产效率高的榴弹智能设计系统及设计方法，以适应榴弹型号多、变批量和大批量生产的需要。
本发明包括方案标准存储器、设计系统CAX集成平台、方案知识存储器、结构参数设计存储器、绘图及工程图纸存储器、方案编译存储器、文档存储存储器、参数驱动单元、设计方案推理运算单元、参数驱动约束条件存储器，设计系统CAX集成平台分别通过数据总线与方案标准存储器、方案知识存储器、结构参数设计存储器、绘图及工程图纸存储器、方案编译存储器、文档存储存储器、参数驱动单元、设计方案推理运算单元、参数驱动约束条件存储器相互交换数据，设计系统CAX集成平台是一个ES/CAD/CAE/CAPP/CAM集成系统，为分布式、客户机/服务器体系结构，服务器上存储设计系统CAX集成平台的数据，即为中心数据存储器，客户机上存储用户终端的数据，即为局部数据存储器，设计系统CAX集成平台对中心数据存储器和局部数据存储器进行统一管理，每个客户机上配有一套集成化的应用软件；方案标准存储器的数据信息通过I/O存取模块依次传送给方案知识存储器、结构参数设计存储器、绘图及工程图纸存储器、文档存储存储器，方案标准存储器存储有典型榴弹产品设计图和产品三维模型图；方案知识存储器存储有榴弹设计规则及理论计算公式；结构参数设计存储器能够确定榴弹主要设计参数和初步设计方案；参数驱动单元的数据信息通过I/O存取模块传送给方案编译存储器，并通过I/O存取模块经设计方案推理运算单元传送给参数驱动约束条件存储器；通过参数驱动单元激活方案编译存储器和设计方案推理运算单元，方案编译存储器实现知识的获取和系统联调，再经参数驱动约束条件存储器将设计方案确定后进入绘图及工程图纸存储器，形成三维模型图和二维工程图，並把设计计算结果和结构图以文件格式存入文档存储器。
所述设计方案推理运算单元包括用户单元、知识编辑器、知识编译器、知识存储器、框架推理机、规则推理机、方法推理机、解释器、总控模块、上下文数据存储器、领域设计知识存储器、数据存储器接口、图形支撑软件接口，用户单元的数据信息通过I/O存取模块依次传送给知识编辑器、知识编译器、知识存储器，用户单元的数据信息并通过I/O存取模块分别传送给框架推理机、规则推理机、方法推理机、解释器，框架推理机、规则推理机、方法推理机、解释器又通过数据总线分别与总控模块互相交换数据，总控模块通过数据总线与上下文数据存储器互相传送数据信息，数据存储器接口一输出端的数据信息通过I/O存取模块传送给上下文数据存储器，另一输出端通过I/O存取模块经过图形支撑软件接口传送给上下文数据存储器，领域设计知识存储器通过I/O存取模块经知识存储器与总控模块连接，所述知识编辑器由知识管理中心、词法检查、知识添加向导模块组成，具有知识管理、词法检查和添加知识向导功能，其中所有的框架、知识管理与维护都由知识管理中心进行管理，统一组织，便于知识编辑及修改。
一种榴弹智能设计方法的工作流程是(1)用户单元，为系统的初始动作；(2)战术指标输入，输入任务书中所要求的战术技术指标；(3)选择相似弹丸，是根据设计知识进行修改和设计；(4)初定设计方案，根据参数驱动和绘图功能形成初步设计方案；(5)结构特征数计算，根据设计方案推理运算单元，进行弹丸设计的基础计算、弹丸结构特征数计算；(6)弹重、初速估算，进行弹丸质量和弹丸初速的估算，并检测是否满足火炮发射约束条件和设计准则的要求，若为否，则返回步骤(3)，若为是，则将进行步骤(7)；(7)强度、稳定性估算，进行弹丸的强度和飞行稳定性校核，若为否，则返回步骤(3)，若为是，则经过步骤(5)进行步骤(8)；(8)弹形系数估算，进行弹丸弹形系数估算；(9)射程，进行弹丸射程计算，若不合格，则返回步骤(3)，若射程满足指标要求，则将经过(5)进行步骤(10)；(10)炸药威力估算，进行弹丸炸药威力估算，若弹丸威力不能满足指标要求，则返回步骤(3)，若能满足要求，则将经过(5)进行步骤(11)；(11)初定方案初步试制，对初定方案进行试制生产，若设计满足生产工艺要求，可以进行大批量生产，则进行步骤(12)，否则返回步骤(3)；(12)靶场校核，对弹丸试制样品进行靶场射击校核，若合格，则将进行步骤(13)，若不合格，则返回步骤(3)；(13)设计定型阶段、投入生产，进行弹丸设计定型试验，若合格，方案设计成功，若不合格，则要修改方案，返回步骤(3)。
本发明设计方案推理运算单元的工作流程是(1)根据战技指标建立任务，根据任务书中要求的技术指标，选择推理任务；(2)根据技术要求确定设计特征参数，根据榴弹技术要求推理给出榴弹方案设计的主要结构特征数；(3)从知识存储器中选取初步方案，根据推理给出主要结构特征数，从方案标准存储器和知识存储器中选取原始方案，并修改形成初步方案；(4)输入驱动参数推理成新方案，对形成的初步方案，根据给出的主要结构特征数和弹丸设计驱动约束条件存储器进行驱动，形成新方案；(5)进行弹丸结构特征数精确计算；(6)进行弹丸强度、稳定性、弹道计算；(7)评估，对各种计算结果进行检测评估，若评估不合格，则进入步骤(8)，(8)进入设计修改、建立新方案，激活设计修改建议功能，再次进行修改设计方案，建立新方案，再返回到步骤(2)，若合格，则进入步骤(9)，(9)设计结束、数据存入存储器。
本发明具有利用计算机完成榴弹总体设计、方案论证、模似仿真分析和计算，研制周期短、设计质量好、生产效率高等优点，以适应榴弹型号多、变批量和大批量生产及现代化战争的需要。
图1是本发明榴弹智能设计系统的结构示意图；图2是本发明设计方案推理运算单元的结构示意图；图3是本发明榴弹智能设计方法的工作流程图；图4是本发明设计方案推理运算单元的工作流程图；图1、图2中1方案标准存储器、2方案知识存储器、3结构参数设计存储器、4绘图及工程图纸存储器、5方案编译存储器、6设计系统CAX集成平台、7文档存储器、8参数驱动单元、9设计方案推理运算单元、10参数驱动约束条件存储器、11用户单元、12知识编辑器、13框架推理机、14规则推理机、15方法推理机、16解释器、17知识编译器、18总控模块、19知识存储器、20上下文数据存储器、21领域设计知识存储器、22数据存储器接口、23图形支撑软件接口。
具体实施例方式
下面结合实例进一步说明本发明的结构方案和设计方法的工作流程。
如图1所示，一种榴弹智能设计系统，包括方案标准存储器1，设计系统CAX集成平台6、方案知识存储器2、结构参数设计存储器3、绘图及工程图纸存储器4、方案编译存储器5、文档存储器7、参数驱动单元8、设计方案推理运算单元9、参数驱动约束条件存储器10。方案标准存储器1存储有榴弹典型产品设计图和产品三维模型图。方案标准存储器1的数据信息通过I/O存取模块传送给方案知识存储器2，同时通过数据总线与设计系统CAX集成平台6互相交换数据信息，设计系统CAX集成平台6是一个ES/CAD/CAE/CAPP/CAM集成系统，该系统是一个分布式系统，是客户机/服务器体系结构，服务器上存储设计系统CAX集成平台的数据，即为中心数据存储器，客户机上存储用户终端的数据，即为局部数据存储器，设计系统CAX集成平台对中心数据存储器和局部数据存储器进行统一管理，每个客户机上配有一套集成化的应用软件。方案知识存储器2存储有榴弹设计规则及理论计算公式，方案知识存储器2通过数据总线与智能设计系统CAX集成平台6互相交换数据信息，同时通过I/O存取模块输送给结构参数设计存储器3，结构参数设计存储器3具有推理并能够确定榴弹主要设计参数和初步设计方案，它通过数据总线与设计系统CAX集成平台6互相交换数据信息，设计系统CAX集成平台6又通过数据总线与参数驱动单元8互相交换数据信息，然后通过参数驱动单元8激活设计方案推理运算单元9和方案编译存储器5，设计方案推理运算单元9完成弹丸设计的基础计算、弹丸结构特征数计算，通过方案编译存储器5实现知识的获取和系统联调；设计方案推理运算单元9通过与设计系统CAX集成平台6互相交换数据信息，激活参数驱动约束条件存储器10，参数驱动约束条件存储器10通过与设计系统CAX集成平台6互相交换数据信息，将设计方案确定后再进入绘图及工程图纸存储器4，绘图及工程图纸存储器4通过数据总线与设计系统CAX集成平台6互相交换数据信息，经推理确定的设计方案，通过绘图及工程图纸存储器4形成三维模型图和二维工程图，並把设计计算结果和结构图以文件存入文档存储器7，文档存储器7与设计系统CAX集成平台6互相交换数据信息，并且以统一文件格式存储文件，以实现各数据存储器和系统之间的互相调用。
如图3所示，一种榴弹智能设计方法的工作流程是步骤24为用户单元，是系统的初始动作；步骤25为战术指标输入，输入任务书中所要求的战术技术的主要指标，窗口有提示说明；步骤26为选择相似弹丸，依靠设计方案推理运算单元，选择相似的弹丸，进行修改和设计方案；步骤27为初定设计方案，依靠参数驱动和绘图功能形成初步设计方案；步骤28为结构特征数计算，依靠设计方案推理运算单元，进行弹丸设计的基础计算、弹丸结构特征数计算；步骤29为弹重、初速估算，进行弹丸质量和弹丸初速的估算，并检测是否满足火炮发射约束条件和设计准则的要求，若为是，则将进行步骤30；步骤30为强度、稳定性估算，进行弹丸的强度和飞行稳定性校核，若为否，则返回步骤26，若是则进行步骤31，步骤31为弹形系数估算，进行弹丸的弹形系数估算，然后进入步骤32；步骤32为射程，进行弹丸射程的计算，若射程满足指标要求，则将进行步骤33，若射程不满足指的要求，则返回步骤26；步骤33为炸药威力估算，进行弹丸的炸药威力的估算，若弹丸的威力不满足指标的要求，则返回26步骤，若弹丸的威力满足指标的要求，则将进行34步骤；步骤34为初定方案初步试制，对初定方案进行试制生产，若设计满足生产工艺的要求，可以进行大批量生产，则将进行35步骤；若设计不满足生产工艺的要求，不可以进行大批量生产，则返回步骤26；步骤35为靶场校核，将对弹丸的试制样品进行靶场射击校核，若合格，则将进行步骤36，若不合格，则返回步骤26；步骤36为设计定型阶段、投入生产，进行弹丸的设计定型试验。若合格，此方案设计成功。若不合格，则要修改方案，返回步骤26。
如图2所示，设计方案推理运算单元的用户单元11可以方便的引导用户进行推理工作，输入有关技术求。用户单元11的数据信息通过I/O存取模块分别输送给知识编辑器12、框架推理机13、规则推理机14、方法推理机15和解释器16。知识编辑器12由知识管理中心、词法检查、知识添加向导模块组成，具有知识管理、词法检查和添加知识向导功能，其中所有的框架、知识的管理与维护都由知识管理中心进行管理，统一组织，便于知识编辑及修改。用户在知识管理中心的视图上双击所要编辑的框架，即可在编辑视图上对该框架进行编辑。知识编辑器12的数据通过I/O存取模块输送给知识编译器17。框架推理机13是一种数据结构，这种数据结构最大的特点是可以描述对象以及对象之间的关系，框架由槽组成，框架推理机主要完成对框架槽的求值操作，这种求值操作是根据框架系统的分类层次结构以及框架槽的继承属性定义来完成的。框架推理机13的数据通过数据总线与总控模块18相互传输。规则推理机14的规则是一种知识表达形式，它的使用要借助规则推理机来完成。规则推理机14使用的是一种正向推理方法，正向推理(也称数据驱动)是从已知论据出发，利用与事实相匹配的规则，执行扩展新的事实，这个过程反复进行直至达到给定目标或者规则能被匹配为止。规则推理机14的数据通过数据总线与总控模块18相互传输。方法推理机15是一种过程语言，可以实现过程操作、数值计算、推理控制以及消息传递。这个过程分为二步一是方法的搜索与匹配，另一个是方法过程体的执行。当一条消息被发送到目标框架时，方法推理机必须首先提取这个框架中所拥有的全部方法，然后将这些方法与消息相匹配，求出与消息相匹配的方法，这就是方法的匹配。方法推理机15的数据通过数据总线与总控模块18相互传输。解释器16完成各个方案推理过程的文字说明，解释器的目的是使用户更加清楚了解决策的过程、判断求解的正确性，增强对所得结果的信任度，解释器16的数据通过数据总线与总控模块18相互传输。知识编译器17的作用是以文本方式将知识编译成系统内部的知识组织形式，以二进制文件的格式存储于知识存储器19。领域知识存储器21提供理论知识、常识性知识以及经验知识，领域知识存储器21的数据信息通过I/O存取模块输送给知识存储器19，知识存储器19存放理论知识、常识性知识以及经验知识，知识存储器19是采集知识，进行整理、抽象及形式化(称知识获取)，然后以计算机能接受的形式(称知识表示)将这些知识存放在知识存储器19中，知识存储器19的管理是通过知识编辑器17来完成的，知识存储器19的数据通过I/O存取模块输送给总控模块18。总控模块18是控制各个推理机之间调用过程，以及各推理机对于总控模块的推理请求操作。总控模块18在调用时要完成现场数据保留，以便在推理调用结束时能恢复上一级推理的返回点，继续上一层的推理操作。数据存储器接口22可以使本系统是一个开放性的知识系统开发环境，能够与其他数据存储器对接。数据存储器接口22的数据分别通过I/O存取模块输送给上下文数据存储器20和图形支撑软件接口23，图形支撑软件接口23为继续设计等后续工作奠定了基础，可以调用各种大型制图软件包。图形支撑软件接口23的数据通过I/O存取模块输送给上下文数据存储器20。上下文数据存储器20是由系统动态产生的动态知识、事实知识，它与数据存储器类似，动态的反映或存放求解领域问题时的原始数据及事实，以及中间和结果信息，上下文数据存储器20通过数据总线与总控模块18相互交换数据。
如图4所示，榴弹设计方案推理运算单元的工作流程是步骤37为根据战技指标建立任务，是初始动作，根据任务书中要求的技术指标，选择推理任务。步骤38为根据技术要求确定设计特征参数，根据技术要求，推理给出榴弹方案设计的主要结构特征数。步骤39为从知识存储器中选取初步方案，根据推理给出主要结构特征数，从方案标准存储器和知识存储器中选取原始方案，并修改形成初步方案。步骤40为输入驱动参数推理成新方案，对形成的初步方案，根据给出的主要结构特征数和弹丸设计驱动约束条件存储器进行驱动，形成新方案。步骤41为进行弹丸结构特征数精确计算，进行弹丸的结构特征数的计算。步骤42为进行弹丸强度、稳定性、弹道计算，依据方程和公式，对弹丸的强度、飞行稳定性和弹道进行全面的计算。步骤43为评估，是对各种计算结果进行检测评估，若评估不合格，则进入步骤44中，步骤44为进入设计修改、建立新方案，根据设计修改建议，再次进行修改方案，建立新方案，再返回到步骤38，若评估合格，则进入步骤45，设计结束、数据存入存储器，则推理设计结束。
权利要求
1.一种榴弹智能设计系统，其特征是，包括方案标准存储器、设计系统CAX集成平台、方案知识存储器、结构参数设计存储器、绘图及工程图纸存储器、方案编译存储器、文档存储存储器、参数驱动单元、设计方案推理运算单元、参数驱动约束条件存储器，设计系统CAX集成平台分别通过数据总线与方案标准存储器、方案知识存储器、结构参数设计存储器、绘图及工程图纸存储器、方案编译存储器、文档存储存储器、参数驱动单元、设计方案推理运算单元、参数驱动约束条件存储器相互交换数据，方案标准存储器的数据信息通过I/O存取模块依次传送给方案知识存储器、结构参数设计存储器、绘图及工程图纸存储器、文档存储存储器，方案标准存储器存储有典型榴弹产品设计图和产品三维模型图；方案知识存储器存储有榴弹设计规则及理论计算公式；结构参数设计存储器能够确定榴弹设计参数和初步设计方案；参数驱动单元的数据信息通过I/O存取模块传送给方案编译存储器，并通过I/O存取模块经设计方案推理运算单元传送给参数驱动约束条件存储器；通过参数驱动单元激活方案编译存储器和设计方案推理运算单元，方案编译存储器实现知识的获取和系统联调，再经参数驱动约束条件存储器将设计方案确定后进入绘图及工程图纸存储器，形成三维模型图和二维工程图，並把设计计算结果和结构图以文件格式存入文档存储器。
2.根据权利要求1所述的榴弹智能设计系统，其特征在于所述设计系统CAX集成平台是一个ES/CAD/CAE/CAPP/CAM集成系统，为分布式、客户机/服务器体系结构，服务器上存储设计系统CAX集成平台的数据，即为中心数据存储器，客户机上存储用户终端的数据，即为局部数据存储器，设计系统CAX集成平台对中心数据存储器和局部数据存储器进行统一管理，每个客户机上配有一套集成化的应用软件。
3.根据权利要求1所述的榴弹智能设计系统，其特征在于所述设计方案推理运算单元包括用户单元、知识编辑器、知识编译器、知识存储器、框架推理机、规则推理机、方法推理机、解释器、总控模块、上下文数据存储器、领域设计知识存储器、数据存储器接口、图形支撑软件接口，用户单元的数据信息通过I/O存取模块依次传送给知识编辑器、知识编译器、知识存储器，并且用户单元的数据信息通过I/O存取模块分别传送给框架推理机、规则推理机、方法推理机、解释器，框架推理机、规则推理机、方法推理机、解释器又通过数据总线分别与总控模块互相交换数据，总控模块通过数据总线与上下文数据存储器互相传送数据信息，数据存储器接口一输出端的数据信息通过I/O存取模块传送给上下文数据存储器，另一输出端通过I/O存取模块经过图形支撑软件接口传送给上下文数据存储器，领域设计知识存储器的数据信息通过知识存储器传送给总控模块。
4.根据权利要求3所述的榴弹智能设计系统，其特征在于所述设计方案推理运算单元的工作流程是(1)根据战技指标建立任务，根据任务书中要求的技术指标，选择推理任务；(2根据技术要求确定设计特征参数，根据榴弹技术要求推理给出榴弹方案设计的主要结构特征数；(3)从知识存储器中选取初步方案，根据推理给出主要结构特征数，从方案标准存储器和知识存储器中选取原始方案，并修改形成初步方案；(4)输入驱动参数推理成新方案，对形成的初步方案，根据给出的主要结构特征数和弹丸设计驱动约束条件存储器进行驱动，形成新方案；(5)进行弹丸结构特征数精确计算；(6)进行弹丸强度、稳定性、弹道计算；(7)评估，对各种计算结果进行检测评估，若不合格，则进入步骤(8)，若合格，则进入步骤(9)；(8)进入专家修改建议、建立新方案，激活设计修改建议功能，再次进行修改方案，建立新方案，返回到步骤(2)；(9)设计结束、数据入存储器。
5.根据权利要求3所述的榴弹智能设计系统，其特征在于所述知识编辑器由知识管理中心、词法检查、知识添加向导模块组成，具有知识管理、词法检查和添加知识向导功能，其中所有的框架、知识的管理与维护都由知识管理中心进行管理，统一组织，便于知识编辑及修改。
6.一种榴弹智能设计方法，其特征是，设计方法的工作流程是(1)用户单元，为系统初始动作；(2)战术指标输入，输入任务书中所要求的战术技术指标；(3)选择相似弹丸，根据设计知识进行修改和设计；(4)初定设计方案，根据参数驱动和绘图功能形成初步设计方案；(5)结构特征数计算，根据设计方案推理运算单元，进行弹丸设计的基础计算、弹丸结构特征数计算；(6)弹重、初速估算，进行弹丸质量和弹丸初速的估算，并检测是否满足火炮发射约束条件和设计准则的要求，若为非，则返回步骤(3)，若为是，则将进行步骤(7)；(7)强度、稳定性估算，进行弹丸的强度和飞行稳定性校核，若为否，则返回步骤(3)，若为是，则进入步骤(5)中，进行弹丸强度和飞行稳定性校核，若为合格，则将进行步骤(8)；(8)弹形系数估算，进行弹丸弹形系数估算；(9)射程，进行弹丸射程计算，若为不合格，则返回步骤(3)若射程满足指标的要求，则将进行步骤(10)；(10)炸药威力估算，进行弹丸炸药威力的估算，若弹丸威力不能满足指标的要求，则返回步骤(3)，若能满足要求，则将进行步骤(11)；(11)初定方案初步试制，对初定方案进行试制生产，若设计满足生产工艺要求，进行大批量生产，则进行步骤(12)，否则返回步骤(3)；(12)靶场校核，对弹丸的试制样品进行靶场射击校核，若合格，则将进行步骤(13)，若不合格，则返回步骤(3)；(13)设计定型阶段、投入生产，进行弹丸的设计定型试验，若合格，方案设计成功，若不合格，则要修改方案，返回步骤(3)。
全文摘要
一种榴弹智能设计系统及设计方法，包括设计系统CAX集成平台、方案标准存储器、方案知识存储器、结构参数设计存储器、绘图及工程图纸存储器、方案编译存储器、文档存储存储器、参数驱动单元、设计方案推理运算单元、参数驱动约束条件存储器，通过参数驱动单元激活方案编译存储器和设计方案推理运算单元，方案编译存储器实现知识的获取和系统联调，再经参数驱动约束条件存储器将设计方案确定后进入绘图及工程图纸存储器，形成三维模型图和二维工程图，並把设计计算结果和结构图以文件格式存入文档存储器，本发明具有利用计标机完成榴弹的总体设计、方案论证、模似仿真分析和计算，研制周期短、设计开发质量好、生产效率高等优点。
文档编号G06F17/50GK1588376SQ200410050528
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月29日 优先权日2004年9月29日
发明者袁志华, 郝博 申请人:沈阳理工大学