基于知识工程的旋耕机智能设计系统研究与开发

【目的】为了解决旋耕机设计效率低的问题,基于知识工程理论构建了旋耕机智能设计系统,为旋耕机的快速设计提供参考。【方法】在分析旋耕机设计相关知识的基础上,以系统-零部件-设计知识为思路,整理了设计规则,采用产生式表示方法建立零部件参数库、设计规则库、装配信息库、模型实例库,将基于规则的推理和基于实例的推理相结合,提出基于经验规则的模糊推理算法和推理解释机制,并通过相关程序编写推演应用,利用Visual-Studio和API对SolidWorks进行二次开发并整合相关程序,针对智能设计产品的可靠性进行EDEM-ANSYS耦合仿真验证。【结果】在研究整理旋耕机设计知识的基础上,深度挖掘了更多隐性知识,基于SQLite关系型数据库构建了旋耕机设计规则库和实例库,应用混合推理算法和用二次开发技术实现了设计资源的重用和数据关联、尺寸特征驱动零部件变更、零部件自动装配等功能,开发了.exe格式的整套系统,在Windows 10操作系统、Intel i5 7th处理器、16G内存配置环境下,2～3 min即可完成整机的设计并输出三维模型。仿真验证表明,设计旋耕机土壤破碎率约为72.13%,不平整土层厚度约为2.8 cm,碎土效果及地表平整度均较好;耕作部件强度满足设计要求。【结论】利用所设计的智能系统可快速自动生成符合用户需求的旋耕机三维模型和参数,且系统产品完全满足工作需求和工作可靠性,有效提高了旋耕机的设计效率。     

卧式旋耕机刀辊优化技术现状及展望

卧式旋耕机是我国常用的耕耘机械，通过刀辊旋转来切碎土壤、耕耘土地；但是刀辊作业过程中常常出现缠草堵泥和能耗较大的问题，严重影响了耕作效率。刀辊优化能提高防缠能力、降低能耗，是提升旋耕机的工作效率和工作质量的关键。本文分旋耕刀优化、刀座优化和刀轴优化三大类深入阐述了旋耕机刀辊优化的国内外研究现状，并对刀辊优化研究国内外现状进行总结，对旋耕机刀辊优化研究的发展方向进行展望。     

基于知识模型和GIS的作物生产潜力评价

 引入知识模型概念，通过光、温、水、土、施肥、灌溉、社会等因子的逐步衰减，建立作物生产潜力估算的知识模型。将知识模型与数据库有机结合，以Mapinfo5.5为系统开发平台，利用MapBasic和VB程序设计语言，建立基于知识模型的作物生产潜力分析系统，实现作物生产潜力评价的计算机辅助决策。以江苏省作物生产系统为案例，应用本系统对江苏地区作物生产潜力区域优势进行实例评价，并与实际单产相比较，进行单产潜力、潜力系数和总产潜力的对比分析，确定作物生产地域优势。     

基于MATLAB的旋耕机运动仿真分析

【目的】对旋耕机的运动过程进行仿真分析,获得与系统匹配的旋耕机运动参数。【方法】利用MATLAB分析了旋耕机切土节距、功率消耗与机组前进速度、刀轴转速、耕幅等的关系,并分析旋耕刀的运动轨迹及端点速度。【结果】根据旋耕机对切土节距以及功率消耗的要求,设计旋耕机的较优运行组合参数为:前进速度vm=0.72m/s,刀轴转速n=240r/min,耕幅B=0.8m。根据设定的参数,由旋耕刀端点的运动轨迹可知其耕深为0.2m,沟底凸起高度为0.02m。在设计参数下,旋耕刀端点速度的大小和方向呈周期性变化,证明运动参数的选取是合理的。【结论】在旋耕机的运动分析过程中使用MATLAB技术,易于得到与系统匹配的运动参数。     

基于离散元法的旋埋刀辊功率分配特性研究

旋埋刀辊作业功率是研究旋埋机理、优化刀辊结构的重要指标，研究旋埋刀辊各部件间功率分配特性可分析旋埋刀辊作业功率组成。通过土槽试验对离散元法仿真的土壤颗粒模型输入参数进行标定，对比不同接触模型在旋埋刀辊作业过程仿真中效果，并对不同工作条件下旋埋刀辊的功率分配特性进行单因素试验。结果表明：Hertz- Mindlin接触模型和Hertz-Mindlin with Bonding接触模型中对刀辊扭矩较为敏感的输入参数为土壤-土壤滚动摩擦系数和粘结刚度，验证试验显示上述输入参数标定的平均误差小于6.5%；对比两种接触模型的仿真效果，Hertz-Mindlin with Bonding接触模型因引入额外粘结力，与实测值平均误差仅为0.7%，更适合对黏土进行仿真；旋埋刀辊作业功率超过一半来自螺旋横刀，不同工作条件下螺旋横刀功率均占刀辊总功率60%左右，且受前进速度、刀辊转速和耕深影响更大；由旋埋刀辊功率分配特性可知，螺旋横刀对刀辊总功率影响较大，应作为旋埋刀辊减阻降耗研究的重点。     

基于知识的变速箱齿轮虚拟设计研究

【目的】为解决农机变速箱虚拟设计与仿真过程中,齿轮零件复杂多变、知识重用率低的问题。【方法】在对变速箱齿轮知识进行分类的基础上,采用本体对齿轮设计知识进行描述,融合知识工程与参数化设计技术,提出了一种基于知识的齿轮虚拟设计方法。以拖拉机变速箱复杂花键齿轮设计为例对系统进行验证。【结果】以三维建模软件NX为平台开发了变速箱齿轮虚拟设计系统,通过人机系统界面获取齿轮设计需求,在齿轮设计知识库和模型库的支持下,利用知识重用推理出齿轮结构,在几何参数的驱动下,快速构建出符合设计需求的齿轮模型,实现了复杂结构齿轮的快速智能设计。验证结果表明,在人机界面进行设计需求录入,系统在数秒内自动输出花键齿轮详细结构模型。【结论】该系统可以较好地支持变速箱的虚拟设计与仿真,缩短了农机的开发周期,也可为其他机械产品的虚拟设计提供技术借鉴。     

基于ArcGIS的领域知识与规则库管理系统的设计与实现

结合县域农村集体土地确权登记项目和基本农田划定项目在数据处理和建库过程中的数据分析,总结空间数据和非空间数据的一般空间规则和领域知识,设计领域知识与规则库。基于ArcGIS Add-ins插件开发和Geodatabase开发领域知识与规则库管理系统,可动态实现对规则库的可视化添加、修改、删除,以图层和关系表作为操作对象,灵活地添加规则。该系统可扩展为空间数据和非空间数据生产过程中成果的自动检查,保证数据库质量检查过程的流程化和规范化,极大地提高检查效率和准确度。     

基于知识的窝眼轮式排种器快速设计

【目的】针对窝眼轮式排种器传统设计中设计工作量大、周期长的难题,对窝眼轮式精密排种器进行基于知识的设计研究,为排种器的快速设计提供参考。【方法】将搜集到的窝眼轮式排种器设计知识,以公式类知识、设计规则类知识、选型类知识、经验型知识和案例类知识进行分类整理并存储在SQL数据库中,在Visual Studio平台和对SolidWorks二次开发的环境下,运用VB.NET开发了整个窝眼轮式排种器快速设计专家系统,并利用三七、油菜、小麦3种作物农艺要求得到系统所设计的窝眼轮式排种器,通过EDEM软件仿真试验对该专家系统进行验证。【结果】在整理研究窝眼轮式排种器设计知识的基础上,基于SQL数据库设计模型库、实例库等并构建窝眼轮式排种器快速设计专家系统。仿真验证试验表明,基于快速设计专家系统设计的三七、油菜、小麦3种窝眼轮式排种器的单粒率分别为95.5%,94.0%和96.0%,说明该设计专家系统具有可行性和可靠性。【结论】知识库与专家系统的建立,使窝眼轮式排种器的部分设计经验得到继承,建立的专家系统能满足窝眼轮式排种器的设计要求。     

基于产生式与框架知识表示的造林专家系统研建

本文根据造林专家确定造林地立地条件和造林模式的知识构成,采用了产生式表示法与基于框架表示法相结合来表示.设计了相应的规则库和事实库结构,优化了推理规则的表示方法,将多条规则表示的造林推理知识简化为一条规则,给出了实例,在此基础上详细地给出了具体的推理算法.设计了系统的功能结构,实现了一个造林专家系统,在实际生产中进行了应用.     

基于粗糙集理论的岩质边坡稳定性评价

针对岩质边坡的稳定性评价问题,应用粗糙集理论对既有岩质边坡的失稳实例进行分析,采用遗传算法进行约简,抽取评价知识,建立了规则库。采用不精确推理和默认推理方法开发了岩质边坡稳定性评价专家系统,提出了待评对象与规则不完全匹配情况下的近似推理方法,结合工程实例对该系统进行了测试和验证,并与模糊回归方法进行的比较。     

基于本体的监测组态知识表示研究

为重用监测组态领域内已有知识，实现快速有效地开发监测组态系统，提出了一种基于本体的监测组态知识表示方法．该方法通过对监测组态知识的分类分析，构建基于本体的监测组态知识三层框架结构．在最低层定义一个公共的组态元模型，通过重用或继承元模型的类或关系，建立监测系统的组态知识模型，实现监测组态系统模型知识的重用．以压缩机监测系统组态为例，通过执行JESS规则引擎获得该监测系统的一个组态解决方案，验证了本文方法的可行性．     

基于L-系统规则组合机制的植物建模新方法

L-系统是基于植物学规则进行树木建模的经典方法之一,已被广泛地应用于虚拟植物生成与应用中,但在实际建模中还存在规则提取难,建模周期长等问题。针对这个问题提出了L-系统规则组合的建模新方法,该方法利于树木形态及生长规则的复用,从构建基本的分枝结构、叶序、花序和果实等器官不同造型库出发,并结合相关的植物形态学、植物生理生态学知识和野外实测的树木形态因子数据,进行器官模型组合,最终形成树木三维几何模型。最后以龙眼树等为建模实例,基于该方法快速实现了三维建模,取得了较好的效果。目前该方法较适于构建具有复杂器官的高大乔木,还不足以模拟所有的植物,通过介绍该方法,希望在一定程度上降低L-系统建模的难度,达到快速建模的目的。     

刀辊在坡地上旋转切削阻力均匀性的探讨

在坡地上进行旋转切削的刀辊,其切土深度沿刀辊轴线方向是变化的,使刀辊负载均匀性受到影响。因此在切土刀的安排上,应有与农用旋耕机不同的设计方法,根据切土深度不同,适当调整各把刀的宽度及沿圆周的安装夹角,有利于使刀辊负载均匀。文中给出了相应的计算公式和利用计算机进行调整计算的程序流程图。     

基于Catia的旋耕机弯刀实体模型参数化特征提取方法研究

[目的]从旋耕机弯刀实体模型中提取参数化特征信息,为建立参数化模型奠定基础.[方法]运用catia软件知识工程和测试工具,对旋耕机弯刀机具进行逆向工程设计.[结果]结合弯刀设计理论,分别提取了刀柄、侧切刃、侧切面刀背线、正切刃、正切面刀背线、正切面端面线、厚度变化、截面等主要设计参数特征信息,获取了参数化方程和参数变化规律.[结论]该方法为逆向工程设计中参数化特征信息提取给出了有效路径.     

油菜产量目标设计与品种选择的知识模型

运用知识工程和系统建模方法，在综合考虑决策点光温生产潜力、历史平均产量水平、土壤肥力、肥水管理水平和生产技术水平等诸多因子对增产系数影响的基础上，通过动态量化增产系数，建立了具有时空适应性的油菜产量目标设计知识模型；通过定量计算油菜品种特征值与环境因子和生产需求之间的符合度，建立了适宜品种选择的量化知识模型。利用南京、郑州和保定3个不同生态点的常年逐日气象资料以及不同品种类型资料对产量目标设计模型进行了实例分析；利用南京、仪征、如皋、郑州和保定5个不同生态点常年逐日气象资料以及13个不同品种资料对品种选择知识模型进行了实例分析。结果表明，所建知识模型具有较好的决策性和广适性。     

基于PAID5.0的农业智能专家系统开发研究

农业智能专家系统是把专家系统知识应用于农业领域的一项计算机技术。为了更好的对农业智能专家系统进行开发和应用,进一步发挥其在农业科技的推广和科技成果的转换中的重要的积极作用,采用系统科学的研究方法,主要对农业智能专家系统的开发方法、技术和工具进行研究。结果表明,目前采用基于农业智能专家系统开发工具基础之上的二次开发方法已经成为主流。重点介绍基于PAID5.0的农业智能专家系统进行二次开发的流程、知识规则库的建立及功能模块设计,为农业智能专家系统提供建设依据。     

基于PAID5.0的农业智能专家系统开发研究

农业智能专家系统是把专家系统知识应用于农业领域的一项计算机技术。为了更好的对农业智能专家系统进行开发和应用,进一步发挥其在农业科技的推广和科技成果的转换中的重要的积极作用,采用系统科学的研究方法,主要对农业智能专家系统的开发方法、技术和工具进行研究。结果表明,目前采用基于农业智能专家系统开发工具基础之上的二次开发方法已经成为主流。重点介绍基于PAID5.0的农业智能专家系统进行二次开发的流程、知识规则库的建立及功能模块设计,为农业智能专家系统提供建设依据。     

拉格朗日方程在自走式旋耕机平稳性分析中的应用

本文根据自走式旋耕机工作中的各项参数建立力学模型，应用拉格朗日方程对影响其工作平稳性的各个参数进行分析，得出以下结论：旋耕机工作总阻力到质心的距离（偏移前）Ｒ增大，旋耕机工作平稳性降低；旋耕机总反力到质心距离Ｌ增大，旋耕机工作平稳性提高；γ减小，旋耕机工作平稳性提高。     

基于ES的植被景观多样性评价模型研究

介绍植被景观多样性评价模型的设计思想,然后进行构造其专家系统,该系统采用模块化程序设计技术,分为预处理、综合库、知识库、推理机、知识获取及知识管理和总菜单等6个模块,整个系统在主菜单控制下运行,各模块能独立运行。专家系统程序采用雄风专家系统开发平台VisualXF6.1,GIS由Arc/Info系统支撑。最后以永泰县为应用实例进行研究,创建永泰县植被景观多样性评价专家系统,对全县进行植被景观多样性评价,按景观多样性程度由高到低共评价5个等级,2243.4km2,评价结果与实际情况一致。     

双螺旋旋耕埋草模型刀辊工作扭矩试验

为研究双螺旋旋耕埋草刀辊对水田土壤耕整时的工作性能,以相似原理为理论依据,基于LabVIEW搭建扭矩测试平台,制作与原型大小比例为1∶2的模型刀辊,以工作扭矩为评价指标,以土壤含水率、前进速度、刀辊转速和耕深为试验因素,在室内土槽条件下对该模型刀辊的工作扭矩进行研究。单因素试验结果表明:在试验范围内,模型刀辊的工作扭矩随前进速度的增加而增大,随刀辊转速的增加而减小。选取L18(37)正交表,开展上述4因素对模型刀辊工作扭矩影响的正交试验,极差结果显示,土壤含水率、耕深、前进速度及刀辊转速对模型刀辊的工作扭矩的影响程度依次降低,方差分析结果显示,土壤含水率、耕深、前进速度对工作扭矩有极显著的影响,刀辊转速对工作扭矩影响不显著。