机床夹具设计知识图谱构建及应用

作     者：张称心 孙家盛 段阳 

作者机构：四川大学机械工程学院 四川大学计算机学院 

出 版 物：《机电工程》 (Journal of Mechanical & Electrical Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：08[工学] 081203[工学-计算机应用技术] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：四川省科技计划项目(2023YFG0193) 

主　　题：机械设计 智能设计 知识图谱 知识抽取 知识融合 本体建模语言 双向长短期记忆网络-条件随机场算法 图形数据科学算法 

摘      要：针对目前机床夹具设计领域中存在的知识挖掘深度不足、利用率不高且过度依赖设计人员经验等问题，提出了一种基于自顶向下方式的机床夹具设计知识图谱构建方法。首先，将机床夹具设计知识分为原理规则类和功能描述类，利用本体建模语言（OWL）对这两类知识进行了本体建模，构建了知识图谱的模式层；其次，在模式层的指导下，以机床夹具设计原理规则文档和设计实例为数据源，利用双向长短期记忆网络-条件随机场算法（BiLSTM-CRF）对其进行了知识抽取，得到了结构化的机床夹具设计知识；然后，运用Neo4j图数据库存储结构化的机床夹具设计知识，得到了知识图谱的数据层；最后，以轴承套筒法兰的夹具设计为例，对所构建方法的可行性进行了验证。考虑到企业对同一夹具结构的不同技术需求，提出了一种基于图形数据科学算法（GDS）的相似元件替代法，对夹具知识图谱中47个定位元件节点进行了相似度计算，得到了1081条相似度数据样本，并构建了综合评判模型。研究结果表明：当相似度阈值设置为0.76时，将定位元件进行替换的精确率达到了84%。通过建立知识图谱，完成了机床夹具设计的两类知识的有效关联，为构建数据驱动的机床夹具智能设计奠定了基础。