机械产品配置知识自适应方法研究

    3.2 配置实例的自适应方法

    3.2.1 实例的积聚性　用零部件实例作为配置知识表达的ICU称为实例类ICU。实例类ICU定义了所有可以向用户提供的零部件实例。在产品配置过程中，选择一个最能满足客户需求的的实例作为配置结果，如果都不能满足客户需求，则生成新的零部件实例。

    产品零部件通常可以用一个或多个特征变量进行描述，每个特征变量均可以设置一定的取值范围，对一个变量赋予一个特定的值就可以生成一个实例，因此理论上可以生成无限多的实例。但由于客户的需求总是有偏好，从统计学的角度分析，实际上满足客户需求的实例往往呈现某种积聚性。如图3所示，对于具有X和Y两个特征变量的实例集合，从历史数据分析，满足客户需求的实例基本上集中在A、B和C这3个区域。

图3 积聚性示例

    3.2.2 实例的空间度计算　对于同一个实例类ICU内部的实例均可以用一组相同的特征变量进行表达，且每个特征变量均可定义一定的取值范围，因此具有N个变量的实例集合就构成了一个N维实例空间。实例集合中的每个实例是N维空间中的一个点。实例空间度定量描述了空间中实例点距离实例空间原点的远近。由于对于同一个实例ICU，其N维有限空间是相同的，只要依次计算每个实例的空间度(instance space degree，ISD)即可量化比较实例的聚合程度。

    虽然空间度相近的实例也表示实例具有较高的相似度，但是计算空间度比计算实例相似度具有明显的优势：空间度克服了相似度随所选基准实例变化而变化以及需要逐一比较的缺点，只要ICU中的特征变量种类和取值范围不变，实例的空间度就不会随着实例的增减而发生变化，且是惟一的确定值。

    1)一维空间度的计算

    如图4所示，x是区间[a，b]内的一点，则一维空间度的计算公式如下：

    式中：n为x在枚举变量集合中的位置号，N为枚举变量集合的集合大小。

图4 一维空间度计算示例

    2)N维空间度的计算

    对于任一实例a，其空间度s(a)的计算公式为

    式中：N表示当前实例类ICU具有的特征变量数目；xi表示实例a中第i变量的特征值；s(xi)表示xi的空间度；wi为xi的权重，表示了变量xi的重要程度。

    3.2.3 自适应准则表达　实例类ICU自适应准则的基本思想是：利用积聚性原理找出空间度接近的零部件实例，将这些零部件实例合并为一组，从而减少实例的种类和提高零部件设计生产的标准化。实例类ICU的自适应准则可以形式化地表示如下：

    Instance_classify(Instance_1，Instance_2，t){

    If Abs(Instance_1.s-Instabce_2. s)〈t then

    SendMessage(Instance_1，Instance_2，‘Unify’)

    End if

    　　　}

    上述形式化代码的意义是：如果两个实例的空间度差值小余给定的度量值t，则将两个实例合并一组。度量值t的选择是关键，如果取值太大，则可能将那些不相似的实例进行了合并；如果取值太小，则不能有效地减少零部件的种类。因此在实际设计中，通常由具有设计经验的设计师进行确定。

    同一组积聚度相近的实例可以仅用一个实例替代。替代实例的生成有两种方法：一种是从组内任选一个实例；另一种是取组内各个实例变量的平均值，然后适当的规范化。

    3.2.4 自适应配置过程分析　由于电梯额定速度、载重量等不同，电梯安全钳具有不同的尺寸和型号，形成了多个安全钳实例。为了避免安全钳实例的膨胀，需要对各个安全钳实例进行空间度计算，并将空间度接近的实例进行合并。

    电梯安全钳可以用3个特征变量v(额定速度)、Q(载重量)和G(轿箱重量)进行描述，其取值分别是v(0.25～5.1m/s)、Q(400～5000kg)和G(800～5500kg)，均可取连续值。v、Q和G的权重依次为：1.0、0.8和0.7。表3列出了部分安全钳实例及其空间度值。

表3 电梯安全钳的部分实例及其空间度(自适应前)

    如果将空间度差异的度量值t设为0.01，则从表3中可以看出有3组实例具有较高的积聚性，第一组为T01000101-003、T01000101-006和T01000101-008；第二组为T01000101-004、T01000101-005和T01000101-009，第三组为T01000101-002和T01000101-010。如果任选组内一个实例作为替代实例，则经过积聚性分析并自适应后的电梯安全钳实例见表4。通过表3和4可以看出，通过实例自适应后，在配置设计时工程师可以从较少的实例中进行选择，提高了实例搜索和选择的效率。

表4 电梯安全钳的所有实例及其空间度(自适应后)