1、CHI NES E J OURNAL OF MECHANI C AL ENGI NEE R【 NG Vo 1 22，No5 ，20 09 671 DOI ： 1 0 3 90 1 CJ ME20 09 0 5 6 71 ， a va i l a b l e o n l i n e a t www c j me n e t e o m； ww w c j me n e t c o r n c a De s i g n Sy s t e m o f t he Two s t e p Ge a r Re duc e r o n Ca s e bas e d Re a s o ni ng J I Ai

2、 mi n ， 一 ， HUANG Qu a n s h e n g ， XU Hu a n mi n ， a n d CHE N Z h e n g mi n g 。 1 C o l l e g e ofMe c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , Ho h a i U n i v e r s i t y , C h a n g z h o u 2 1 3 0 2 2 ， C h i n a 2 S t a t e K e yL a b o fC A D&C G , Z h i a n g U n i

3、 v e r s i ty , Ha n g z h o u 3 1 0 0 5 8 , C h i n a 3 C o l l e g e of C o m p u t e r a n d I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g , Ho h a i U n i v e r s i t y , C h a n g z h o u 2 1 3 0 2 2 ， C h i n a Re c e i v e d No v e mb e r 1 8 ， 2 0 0 8 ； r e vi s e d M a y 2 2， 20 0 9 ； a c c e

4、 p t e d Au g u s t 1 0 ，2 0 0 9 ； p u b l i s h e d e l e c t r o n i c a l l y Au g u s t 1 4 ， 2 0 0 9 Ab s t r a c t ： Th e d e s i g n o f t h e t wo - s t e p g e a r r e d u c e r i s a t e d i o u s a n d t i m e - c o n s u mi n g p r o c e s s F o r t h e p u r p o s e o f i mp r o v i n g

5、 me e f fi c i e n c v a n d i n t e l l i g e n c e o f d e s i g n p r o c e s s ， c a s e b a s e d r e a s o n i n g ( C B R ) t e c h n o l o g y w a s a p p l i e d t o t h e d e s i g n o f t h e two s t e p g e a r r e d u c e n F i r s t l y , t h e c u r r e n t d e s i gn me t h o d f o r

6、 t h e t wo s t e p g e a r r e d u c e r wa s a n a l y z e d a n d t h e p r i n c i F l l e o f CBR wa s d e s c r i b e d S e c o n d l y , a c c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e r e d u c e r , t h r e e k e y t e c h n o l o g i e s o f CBR we r e s t u d i e d a n

7、 d t h e c o r r e s p o n d i n g me t h o d s we r e p r o v i d e d ，wh i c h a r e a s f o l l o ws ： ( a ) a n o b j e c t o r i e n t e d k n o wl e d g e r e p r e s e n t a t i o n me t h o d , ( b )a r e t r i e v a l me t h o d c o mb i n i n g t h e n e a r e s t n e i g h b o r wi t h t

8、h e i n d u c t i o n i n d e x i n g ， a n d( c )a c a s e a d a p t a t i o n a l g o ri t h m c o mb i n i n g t h e r e v i s i o n b a s e d o n r u l e wi t h a r t i fi c i a l r e v i s i o n Al s o f o r t h e p u r p o s e o f i mp r o v i n g t h e c r e d i b i l i t y o f c a s e r e t

9、rie v a l ，a n e w me t h o d for d e t e r mi n i n g t h e we i g h t s o f c h a r a c t e ris t i c s a n d a s i mi l a rit y f o rm u l a we r e p r e s e n t e d ， wh i c h i s a c o mb i n a t o ri a l we i g h t i n g me t h o d wi t h t h e a n a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s (

10、 AH P ) a n d r o u g h n e s s s e t t h e o r y L a s t l y , a c c o r d i n g t o t h e a b o v e a n a l yti c r e s u l t s ， a d e s i gn s y s t e m o f t h e tw o - s t e p g e a r r e d u c e r o n CBR wa s d e v e l o p e d b y VC+ UG a n d Ac c e s s 2 0 0 3 A n e w m e t h o d f o r t h

11、 e d e s i gn o f t h e t wo s t e p g e ar r e d uc e r i s p r o v i d e d i n t h i s s t ud y I f t h e f o r e g o i n g d e v e l o p e d s y s t e m i s a p p l i e d t o d e s i gn t h e t wo - s t e p g e a r r e d u c e g d e s i g n e ffi c i e n c y i s i mp r o v e d ， wh i c h e n a b

12、l e s t h e d e s i g n e r t o r e l e a s e f r o m t h e t e d i o u s d e s i gn p r o c e s s o f t h e g e a r r e d u c e r s o a s t o p u t mo r e e f f o r t s o n i n n o v a t i v e d e s i g n Th e s tud y r e s u l t f u l l y r e fle c t s t h e f e a s i b i l i ty a n d v a l i d i

13、t y o f CBR t e c h n o l o g y i n t h e p r o c e s s o f t h e d e s i gn o f t h e m e c h a n i c a l p a rts Ke y wo r d s ： t wo s t e p g e a r r e d u c e c a s e b a s e d r e a s o n i n g ( C BR ) ， we i g h t s o f c h a r a c t e r i s t i c s ， s i mi l a r i ty 1 I n t r o d uc t i o

14、 n Th e t r a d i t i o n a l d e s i g n me t h o d o f t h e t wo s t e p g e a r r e d uc e r i s a t i me c o n s u mi n g p r o c e s s Eve n n o w CAD i s us e d i n i t s d e s i g n p r o c e s s r e s t r i c t i o n o f t h e t r a d i t i o n a l d e s i g n me t h o d i s n o t e l i mi

15、na t e d u p t o n o w Fo r t h e s a k e o f c h a n g i n g t h i s k i n d o f s i t u a t i o n，ma n y p e o p l e h a ve d o n e r e s e a r c h o n t he d e s i g n me t h o d o f r e d u c e r ， ma i n l y i n c l ud i ng t h e pa r a me t r i c d e s i g n o f r e d u c e r a n d e x pe r t

16、s y s t e m( E S ) T h e s e t wo k i n d s o f me mo d s h a v e r e s p e c t i v e s h o rtc o mi n gs ：f o r pa r a me t r i c d e s i g n ，e v e r y pa r t s r e l a t i o n n e e d t o b e f u l l y c o n s i d e r e d ，b e c a u s e a p a r a m e t e r s c h a n g e c a r l c a u s e a c ha n

17、 g e o f a r e d u c e r s o t h e r p a r a me t e r s o r s t r u c t u r e ， whi c h r e q ui r e s d e s i g ne r t o a c q u a i n t wi t h a r e d u c e r a n d be a b l e t o us e a d e s i g n s o ftwa r e i nc l u di n g t he func t i o n o f t he para me t r i c de s i g nF u r t he r mo r

18、 e k no wl e d g e a c q u i r e me n t i s v e r y d i f fic u l t i n r e d uc e r s ES be c a u s e s o me e xp e r t kn o wl e d g e j s v e r y d i f fic u l t t o e x pr e s s wi th r u l e s C a s e b a s e d r e a s o n i n g ( C B R 、c a n i m p r o v e t h e s e t wo k i n d s Co r r e s p

19、 o n d i n g a u t h o r E ma i l ： i a mu s t c e d u T h i s p r o j e c t i s s u p p o r t e d b y Na t i o n a l Hi t e c h Re s e a r c h a n d De v e l o p me n t P r o g r a m o f C h i n a( 8 6 3 P r o g r a m， Gr a n t No 2 0 0 8 A A0 4 Z 1 1 5 ) ，S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y P

20、r o g r a m o f t h e Mi n i s t r y o f C o n s t r u c t i o n o f C h i n a( Gr a n t No 2 0 0 8 一 K8 2 1 ， J i a n g s u P r o v i n c i a I Na t I 1 r a 1 S c i e n c e F o u n d a t i o n o f C h i n a( Gr a n t No BK 2 0 0 7 0 4 2 ) ， a n d O p e n F u n d o f S t a t e Ke y L a b o f C AD&C

21、GZ h e j i a n g Un i v e r s i t y ,Ch i n a( Gr a n t No A0 91 4 、 o f s h o r t c o mi ng s A n e w c a s e i s fini s h e d o n t he ba s e o f a n e x i s t e d c a s e i n CBRs o t h e ne w c a s e c a n be a c hi e v e d b y mo d i l yi n g s o me p a rts o r d i r e c t l y ma k i n g u s e

22、o f t h e e x i s t e d c a s e ， a n d c a s e a c q ui r e me nt i s e a s i e r t h a n r u l e a c q u i r e me n t ， b e c a u s e t he pr i ma r y k no wl e d g e j s c a s e s i n CBRL J I n f -a c t c a s e u s u a l l y p r o v i d e s m o r e i n fo rm a t i o n t h a n rul e o r mo d e l

23、_ j J _Ma n y r e s e a r c h e r s h a v e d o n e a l o t o f wo r k for a p p l i c a t i o ns O f CBR i n e n g i n e e r i n g SUN e t a l L 斗 J d e v e l o p e d a n i nt e l l i ge n t fix tur e d e s i g n s ys t e m o n CBR KW 0NG e t a l _ ) J i n t r o d u c e d a a p p r o a c h t o d e

24、t e r mi ne p r o p e r i n j e c t i o n mo u l d i n g p a r a me t e r s b y d e v e l o p e d C B R s ys t e m LI U e t a l p r o p o s e d a r e t r i e v a l a l g o r i t h m i n t e g r a t e d wi t h t h e c l us t e r i n g t e c h ni q ue t o l o c a t e t h e s i mi l a r c a s e s i n t

25、 h e c a s e ba s e a n d g a ve a c a s e b a s e t o i l l u s t r a t e t h e f e as i bi l i t y o f t he CBR s y s t e m i n t h e me c h a ni c a l d e s i g n P ETERL d e v e l o p e d a n a u t o ma t e d kn o wl e d g e b a s e d s ys t e m o n CBR for i nt e l l i g e n t s u p p o rt o f

26、t h e p r e pr o c e s s i ng s t a g e o f e n g i n e e r i ng a n a l y s i s i n t he c o n t a c t me c h a ni c s d o ma i n X1 0NG e t a l p r o v i d e d a n a p p l i e d a n d c r e a t i v e c o n c e p tua 1 d e s i g n me t ho d ba s e d o n CBR t h a t e mb o di e s t h e i n d us 仃i a

27、 l d e s i gn kn o wl e dg e The s y s t e m d e ve l o p e d a b b r e v i a t e s t he c o nc e p t u a l d e s i g n p r o c e s s ，h e l p d e s i g ne r s ， a nd p r o v i d e s a ba s e for t he fol l o wi n g d e v e l o p m e n t o f p r o d uc t Ho we v e r the wo r ks d e s c r i be d a b

28、o v e pa i d a t t e n t i o n t o t h e t h e o r e t i c a l r e s e a r c h o n CBR s u p e r i o r t o t h e c o mb i n a t i o n o f CBR t e c h n o l o g y wi t h me c h a n i c a l p r o d u c t 6 7 2 J I Ai mi n ， e t a l ： De s i g n S y s t e m o f t h e T wo s t e p G e a r R e d u c e r

29、o n C as e -b a s e d Re a s o ni n g S o， t a k e n t h e t wo s t e p g e a r r e d u c e r a s e x a mp l e ，t he who l e pr o c e s s o f me c ha n i c a l pa r t s o n CBR wi l l be d i s c u s s e d 2 Ke y Te c h no l o g i e s i n CBR Th e CBR i s a ki n d o f s i mi l a r o r a na l o g i c

30、a l me th O d W h e n a CBR s y s t e m s o l v e s a n e w pr o b l e m， i t r e t r i e v e s o ne o r mo r e c a s e s f r o m t h e a n t e c e d e n t c a s e s t ha t a r e t h e mo s t s i mi l a r t o t h e n e w p r o bl e m，a nd mo d i fie s t h e c a s e s t o s a ris f y t h e ne w s i t

31、 u a t i o n Th e flo wc h a r t o f the CBR i s s h o wn i n F i g1 Ac c o r d i n g t o t h e flo wc h a rt o f t h e CBR， t h e d e v e l o p me n t o f t he p r o d uc t d e s i g n s y s t e m o n CBR n e e d s t o s o l v e s o m e p r o b l e m ，i nc l ud i ng c a s e d e s c r i p t i o n ，

32、c a s e r e t r i e va l ，c a s e mo d i fic a t i o n ，c a s e s t u d y a n d c a s e b a s e ma i n t e n a n c e wh e r e c a s e d e s c r i p t i o n ， c a s e r e t r i e v a l a n d c a s e mo d i fic a t i o n a r e c a l l e d t h r e e ke y t e c h n o l o g i e s F i g 1 F l o wc h a r t

33、 o f C BR Ca s e d e s c r i p t i o n i s t h e a c t i o n t h a t c a s e s a r e c o de d t o d a t a s t r u c tur e a c c e p t e d b y c o mp u t e r wi t h s o me c o n v e n t i o n a l s i g n s Ca s e c a n be d e s c r i b e d b y s o me me t h o d s i nc l u d i n g fl a me ， o b j e c

34、t ， p r e d i c a t e ， s e ma n t i c n e t wo r k a n d r u l e s ， e t c ， a mo n g wh i c h ， f r a me a n d o b j e c t a r e mo s t c o mmo n l y u s e d Ca s e r e t r i e v a l i s a p r oc e s s fin d i n g o ut o n e i n t e r r e l a t e d c a s e o r mo r e s i mi l a r c a s e s b y c h

35、 a r a c t e r i s t i c i nd e x a n d s i mi l a r i t y J Re f 9 1 d i v i d e s c a s e r e t r i e v a l i n t o t h r e e p a rts ： c h a r a c t e r i s t i c i d e n t i fic a t i o n p r e l i mi n a r y ma t c h a n d be s t s e l e c t i o nTh e p a p e r d i vi d e s c a s e r e t r i e

36、v a l i n t o f o u r p a rts ： k e y c h a r a c t e r i s t i c s e x t r a c t i o n，c ha r a c t e r i s t i c i d e n t i fic a t i o n p r e l i mi n a ry ma t c h ， a n d b e s t s e l e c t i o nDa t a s e t o f d a t a mi n i n g o fte n i n c l u d e s ma n y c h a r a c t e ris t i c a t

37、t rib u t e s a n d s o me a t t r i b u t e s a r e i r r e l e va n t t o d a t a mi n i n g Th o s e i r r e l e v a n t a t t rib u t e s i nfl ue n c e e f fic i e n c y o f d a t a mi n i n g Re mo v i n g tho s e i r r e l e va n t a t t rib u t e s c a n i mp r o v e e ffi c i e nc y of d a

38、t a mi n i n g a n d ma ke t he r e s u l t o f d a t a mi n i n g e a s i e r t o u n d e r s t a n d Th e p u r p o s e o f k e y c h a r a c t e r i s t i c s e x t r a c t i o n i s t o s e l e c t k e y c h a r a c t e r i s t i c s t o e s t a b l i s h va l i d i n d e x fro m t h e c a s e b

39、 a s e The D u r p os e o f c h a r a c t e r i s t i c i d e n t i fic a t i o n i s t o s e l e c t k e Y c h a r a c t e r i s t i c s o f n e w c a s e Ch a r a c t e r i s t i c i d e n t i f i c a t i O n c a n b e o fte n ma d e r e f e r e nc e t o k e y c ha r a c t e ris t i c e x t r a c

40、t i o n Be c a u s e i t i n c l u d e s a p l e n t i f u l c h a r a c t e r i s t i c a t t r i b u t e s the k e y c h a r a c t e r i s t i c e x t r a c t i o n o f t he t wo s t e p g e a r r e d u c e r i s mo r e i mp o rta n t T he s e t y p i c a l me t h o ds o f c a s e r e t rie v a l

41、i n c l u d e n e a r e s t n e i g h b o r ， i n d u c t i o n i nd e x i n g ， k no wl e d g e g ui d e d ， n e u r a l i nd e x i n g o n kn o wl e d g e a n d t e mp l a t e r e tri e v a l i t 0 J Ca s e mo d i fic a t i o n i s the p r o c e s s mo d i f y i ng t he b e s t - ma t c h c a s e

42、t o me e t t h e n e w d e s i g n r e q u i r e me n t s ，a n dthe mo s t us e d me t h o d s i n c l u d e a r t i fic i a l mo d i fic a t i o n ， k n o wl e dg e i n t e n s i v e mo d i fic a t i o n a n d kn o wl e d g e - l a c k i n g mo d i f i c a t i o n I t 】 3 De s i g n o f t he Two s

43、t e p Ge a r Re d uc e r o n CBR 3 1 Ca s e ba s e bu i l d i ng 3 i 1 Ca s e& s c r ipt i o n T h e p a p e r U S e S a c a s e r e p r e s e n t a t i o n mo d e l o f o b j e c t - o rie n t e d l a y e r 一 w h i c h p r o v i d e s a n u n i f o r m o b j e c t o r i e n t e d d a t a mo d e l t

44、 o t h e u p p e r s o ,wa r e ， n a me l y， p r o v i d e s a l l k i n d s o f o b j e c t o ri e n t e d c o n c e p t ， d a t a s t ruc tu r e ， ma i n t e na n c e o p e r a t i o n a n d fle xi b l e e x p a n s i o n， a n d p r o v i d e s a r e l a t i o n mo d e l of s h i e l d i ng c o n

45、c r e t e d a t a b a s e t o b o t t o m，a n d e s t a b l i s h e s a t r a n s p a r e n t o b j e c t c o n v e r s i o n me c h a n i s m b y ma p p i n g p r i n c i pl e a n d c a r r i e s o n r e a s o n a b l e a n d v a l i d ma n a g e me n t Ma p p i n g p r i n c i p l e o f o b j e c

46、t mo d e l i s a r e l a t i o n o f t he c o n ve r s i o n b e t we e n a u p pe r o b i e c t o ri e n t e d d a t a mo d e l a n d a b o t t o m r e l a t i o n mo d e l o f d a t a b a s e T h e r e l a t i o n a mo n g o b j e c t mo d e l l a y e r ， d a t a b a s e ， a n d o t h e r fimc t i

47、 o n mo d u l e i s s h o wn i n Fi g 2 us e r l n t e r f a c e l K n o w le d g e stu d y a n d K n o w le d g e re a s o n in g a n d I m l e m a n g m c Fd u 1 e e x p la i n i n g m o d u l e - 。 D e s c r i p t i o n o f o b j e c t o r i e n t e d c o n c e p t a n d i t s O b j e c t ， o r i

48、 e n t e d v a l id ma i n t e n a n c e a n d fl e x i b l e e x p a n s io n mo d e l Co n t r o l l i n g v i s it i n g a n d o p e r a t i o n t o u n d e r l y i n g d a t a b a s e b y ma p p i n g p r i n c i p l e J f Underlying 廠) database F i g 2 O b j e c t o r i e n t e d mo d u l e r e

49、 p r e s e n t a t i o n Th e t wo s t e p g e a r r e d u c e r i s a c o mp l i c a t e d a s s e mb l y f o r t h e s a k e o f c o n v e ni e n c e o f c a s e r e p r e s e n t a t i o n， t h e t wo s t e p g e a r r e d uc e r i s d i vi d e d i n t o fiv e c o mpo n e n t c l a s s e s a nd t

50、 wo p a rt c l a s s e s Th e fi ve c o mpo ne n t c l a s s e s a r e ma d e o f h i g h s p e e d g e ar g r o u p ，l o w s pe e d g e a r gr o u p， hi g h s p e e d s h a f t a n d b e a r i n g ，mi d d l e s ha ft a n d b e a r i n g a n d l o w s pe e d s h a ft a nd b e a r i ng ， a n d t h e

51、tw o p a rt c l a s s e s a r e ma d e o f t h e c o v e r a n d t h e ho u s i ng Th e s e c o mp o n e n t c l a s s e s c a n b e b r o k e n u p p a rt c l a s s e s Fi n a l l y，e v e r y pa rt c l a s s i s ma p pe d t o i t s t a b l e i n t h e u nd e r l y i n g r e l a t i o n d a t a ba s

52、 e Th e r e f o r e ，the o b j e c t o r i e n t e d k n o wl e d g e mo d e l o n t h e two s t e p g e a r r e d u c e r i s g i v e n i n Fi g 3 CHI NESE J OURN AL OF M ECHANI CAL EN GI NEERI N G 6 7 3 o u je c t m 。 d d la y e r f T h e tw 。 一 s te p g e a r r e d u c e r I l f + + + l H i g h s

53、 p e e d I 1 L o w s p e e d 曲s p e e d s h a ft M i d d l e s h a f t L o w s p e e d s h a m f g e a r g r o u p f f g e ar g r o u p a n d b e a r h a g andb e a r h a g a n db e a r in g 1 ! ! J V ! ! + + 、 J s嘞ed i Bear ing s h a f t 薯 攀 ： ： Low ：R摹 ： ： l l L 二 p =卜 ； ：；， - t V I l T a b le g e

54、 a r 1 l T a b le g e a r 2 l T a b le h ig h s h a f t l T a b le m id s h a f t l T a b le b e a r 2 lT a b k b e a r 3 IT a b le x z u o f T a b le x g a i f unde r 1 v_m9 r d a nn d t ahA P f T a b le b e a r 2 T a b le C B R f l T a b le lo w s h a f t f F i g 3 O b j e c t o r i e n t e d k n

55、o wl e d g e mo d e l o n t h e t wo s t e p g e a r r e d u c e r 3 1 2 Ca s eb a s eb u i l d i n g Ac c o r d i n g t o t h e c a s e r e p r e s e n t a t i o n mo d e l o f t h e t wo s t e p g e a r r e d uc e r i n Fi g 3 ， c h a r a c t e r i s t i c a t t r i b u t e v a l u e s o f t he t

56、wo s t e p g e a r r e d u c e r s a nd t h e i r c o mpo n e n t s a r e ma p p e d t o t he u n d e r l y i ng d a t a b a s e ， t h u s t h e c a s e b a s e i s b u i l t I n t h e un d e r l yi n g d a t a ba s e e a c h t a bl e i n c l u d e s a “ c a s e n u mb e r fie l d Th e r e l a t i o

57、 n i s e s t a b l i s h e d b y “ c a s e n u mbe r be t we e n the t a b l e s ma p pe d b y e v e r y p a r t a n d b y t h e r e d u c e r Fi g 4 s ho ws t h e s t o r a g e mo d e o f c a s e ba s e o f t h e tw o s t e p g e a r r e d u c e r s i n t he d a t a b a s e s o f tw a r e o f Ac c

58、e s s Du e t o t h e l i mi t e d s pa c e t h e p a p e r d o e s n t l i s t s u c c e s s i ve l y th e pa rts s t o r a ge mo d e i n Ac c e s s F i g 4 S t o r a g e mo d e o f t h e tw o s t e p g e a r r e d u c e r s c a s e b a s e i n t h e d a t a b a s e s o f t wa r e o f Ac c e s s 3 2 Ca s e r e t r i e v a l Th e P a p e r a p p l i e s a r e t r i e v a l me t ho d O f t he c o mb i na t i o n o f t h e n e a r e s t ne i g h b o r a n d t h e i nd uc t i o n i n d e x i n g ， b e c a us e t h e d e s i g n o f t h e tw o - s t e p g e a r r e d