(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210806187.9 (22)申请日 2022.07.08 (71)申请人 西安电子科技大 学 地址 710071 陕西省西安市太白南路2号 (72)发明人 王佩　孔宪光　张思超　王涛　 符博峰　崔欢　李猛　郭怀亮　 谢生同　赵虎军　 (74)专利代理 机构 陕西电子 工业专利中心 61205 专利代理师 陈宏社　王品华 (51)Int.Cl. G06F 16/9535(2019.01) G06F 16/36(2019.01) (54)发明名称 基于知识图谱的数控加工刀具推荐方法 (57)摘要 本发明提出了一种基于知识图谱的数控加 工刀具推荐方法， 可用于数控加工刀具的精确推 荐， 实现步骤为： 对数控加工原始数据进行预处 理； 构建数控加工的本体模型； 构建数控加工的 知识图谱； 构建数控加工单向加权知识图谱； 获 取数控加工刀具的推荐结果。 本发 明通过数控加 工的本体模 型构建数控加工的知识图谱， 并通过 该知识图谱所构建的数控加工单向加权知识图 谱， 使用PPR算法计算刀具节点与待加工零件节 点的相关度， 再将相关度最高的刀具节点作为推 荐的刀具， 充分考虑了刀具几何参数在刀具推荐 过程中的影响， 有效提高了刀具推荐的准确度。 权利要求书3页 说明书5页 附图5页 CN 115033800 A 2022.09.09 CN 115033800 A 1.一种基于知识图谱的数控加工刀具推荐方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： (1)对数控加工原 始数据进行 预处理： 使用箱线图法对从工艺参数数据库中读取刀具、 零件、 材料、 加工过程中的异常值进行 检测， 并通过 经验值替换所检测出的异常值， 得到预处 理后的数据集； (2)构建数控加工的本体模型： 根据数控加工刀具、 零件、 材料、 加工过程的特征和功能， 确定数控加工刀具、 零件、 材 料、 加工过程各自的层次关系； 梳理数刀具、 零件、 材料、 加工过程的特征信息， 得到刀具、 零 件、 材料、 加工过程的属性， 最终得到包含刀具、 零件、 材料、 加工过程的层次关系和属性的 本体模型； (3)构建数控加工的知识图谱： (3a)使用网络本体语言， 并根据步骤(2)中刀具、 零件、 材料、 加工过程的本体模型， 构 建以预处理后的数据集中的刀具、 零件、 材料的名称及加工过程中工序、 加工特征为节点， 以预处理后的数据集中的刀具、 零件、 材料、 加工过程关联为节点关系， 以刀具、 零件、 材料 固有的特 征属性为节点属性的知识图谱 模式层； (3b)使用网络本体语言， 将预处理后的数据集中的刀具、 零件、 材料、 加工过程的数据 信息作为内容， 填入到知识图谱模式层对应类型 的节点属 性中， 得到数控加工知识图谱的 数据层； (4)构建数控加工单向加权知识图谱： (4a)根据 数控加工知识图谱中节点属性和零件与刀具之间的关系， 对知识图谱中的属 性相同的节点， 即对零件与零件、 刀具与刀具进行相似性度量， 建立零件与零件、 刀具与刀 具的相似性度量准则， 并根据零件、 刀具每个属性的重要性设置对应的权重集； 根据建立的 相似性度量准则 分别计算零件、 刀具 的每一个节点属 性所对应的相似性关系矩阵； 用每一 个节点属性的相似性关系矩阵和对应的权 重计算出节点间多元相似性关系矩阵； (4b)将多元相似性关系矩阵中的数值视作数控加工知识图谱节点之间的关系权重， 之 后将数控加工知识图谱中存在关系的节点间的关系权重看作向量， 对于节点间的单向关 系， 直接将向量的大小作为节 点间关系的权重； 对于节点间的双向关系， 将向量的和作为节 点间关系的权 重， 最终得到面向刀具推荐的数控加工单向加权知识图谱； (5)获取数控加工刀具的推荐结果： 使用PPR算法， 并根据数控加工单向加权知识图谱搭建数控加工刀具推荐模型， 然后将 待加工零件节点作为推荐模型的输入， 计算刀具节点的PR值， 再将PR值最高的刀具节点作 为推荐的刀具。 2.根据权利要求1所述的基于知识图谱的数控加工刀具推荐方法， 步骤(2)中所述的构 建刀具、 零件、 材 料、 加工过程的本体模型， 实现步骤为： (2a)根据加工工艺对数控加工刀具进行分类， 然后对加工工艺分类后的每种刀具进行 功能分类， 得到数控加工刀具 的层次关系； 同时根据刀具 的包括刀具名称、 刀具编号、 刀具 角度、 刀具直径、 刀具耐用度、 刀具寿命的属 性信息， 建立进行功能分类后每一种刀具 的属 性关系， 得到包 含刀具层次关系和 属性关系的本体模型； (2b)根据 形状特征对零件进行分类， 然后对形状特征分类后的每种零件根据零件构成 进行分类， 得到零件的层次关系； 同时根据零件的包括尺寸、 加工精度和加工表面质量的属权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115033800 A 2性信息， 建立按照零件构成进行分类后每一种零件的属 性关系， 得到包含零件层次结构和 属性关系本体模型； (2c)根据种类对刀具材料和零件材料进行分类， 并对种类分类后的每种材料进行制造 工艺进行分类， 得到材料的层次关系； 同时根据材料的包括强度、 硬度、 刚度、 塑性、 冲击韧 性的属性信息， 建立根据材料 的制造工艺进行分类后每一种 材料的属性关系， 得到包含材 料层次结构和 属性关系本体模型； (2d)将加工过程分为工序、 工步、 加工要素、 切削速度、 背吃刀量、 进给量， 并将加工要 素分为内圆、 外圆、 平 面、 成形面、 沟槽、 螺纹、 锥 面、 齿形， 得到加工过程的层次结构； 同时将 切削速度、 背吃刀量、 进给量的数值作为各自的属性， 将各加工要 素的形状特征参数作为加 工要素的属性， 得到包 含加工过程层次结构和 属性本体模型。 3.根据权利要求1所述的基于知识图谱的数控加工刀具推荐方法， 步骤(4a)中所述的 计算节点间多元相似性关系矩阵， 实现步骤为： (4a1)知识图谱模式层中包含D个节点.P＝{p1，…， pd，…， pD}.和M个节点属性S＝ {s1，…， sm，…， sM}， 并根据P和S确定节点间相似性关系的相似性度量准则a＝{a1，…， am，…， aM}， 然后通过每个准则am对应的函数Pm(pi， pj)确定第i个节点pi和第j个节点pj关于属性sm 的相似性关系， 形成相似性度量 函数集P＝{p1， p2， p3， p4， p5}， 其中： 其中， 1、 0分别表示pi对pj存在相似性关系 、 不存在相似性关系； (4a2)通过相似性邻接矩阵Am(i， j)表示相似性关系Pm(pi， pj)： Am(i， j)＝Pm(pi， pj)， 得 到a对应的相似性邻接矩阵集合A＝{A1，…， Am，…， AM}， 当Am(i， j)与Am(j， i)都为1， 表示节点 pi、 pj的相似性关系是相互的； (4a3)根据机理知识和数控加工工艺确定属性集S＝{s1，…， sm，…， sM}中每个属性sm的 权重值wm， 得到S对应的和为1的权重 值集W＝{w1，…， wm，…， wM}， 并通过相似性邻接矩阵Am及 其对应的权 重值wm计算多准则约束下节点间的相似性关系矩阵Ap： (4a4)通过零件的材料、 特征尺寸、 加工精度、 表面粗糙度、 形状位置精度表示零件的特 征属性S1＝{s11， s12， s13， s14， s15}， 并从名称特征、 结构特征、 材料特征和制造工艺特征分别 确定每个属性的相似性度量准则a1＝{a11， a12， a13， a14， a15}， 然后根据a1形成相似性度量函 数集P1＝{p11， p12， p13， p14， p15}， 根据各属性的重要性设定a1对应的权重值集W1＝{w11， w12， w13， w14， w15}； (4a5)通过刀具材料、 刀具直径、 刀具长度、 前角γo、 后角 αo、 主偏角 κr、 刃倾角 λs、 副偏角 κ′r、 副后角 α ′o表示刀具的特征属性S2＝{s21， s22， s23， s24， s25， s26， s27， s28， s29}， 并从刀具材 料的强度、 硬度、 刚度、 塑性、 冲击韧性和刀具切削加工机理分别确定每个属 性的相似性度 量准则a2＝{a21， a22， a23， a24， a25， a26， a27， a28， a29}， 然后根据a2形成相似性度量函数集P2＝ {p21， p22， p23， p24， p25， p26， p27， p28， p29}， 根据各属性的重要性设定a2对应的权重值集W2＝权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115033800 A 3