注塑模模架設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)及其智能關(guān)鍵技術(shù)給出了推理的流程圖，通過(guò)面向子目標(biāo)的方法提高了KBE系統(tǒng)的知識(shí)表示和推理能力;將事例推理的方法結(jié)合在KBE系統(tǒng)中，提高了系統(tǒng)對(duì)以往成功事例的能力;利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力，解決了模架中鑲塊和前后模設(shè)計(jì)的計(jì)算問(wèn)題。通過(guò)實(shí)際的應(yīng)用，該系統(tǒng)能夠有效地提高模具企業(yè)的模具設(shè)計(jì)和分析能力。
1994-2(知識(shí)統(tǒng)統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘及其在工領(lǐng)域的應(yīng)e用lish提升到計(jì)e算。機(jī)輔助助設(shè)r計(jì)層次：實(shí)現(xiàn)這一飛躍，以通工程設(shè)計(jì)是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)的行業(yè)，設(shè)計(jì)人員在長(zhǎng)期的工作中積累的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)對(duì)工程設(shè)計(jì)過(guò)程起著十分重要的影響-因此，盡管CAD技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但目前CAD技術(shù)大部分還停留在計(jì)算機(jī)輔助繪圖層次，這無(wú)疑難以勝任對(duì)產(chǎn)品開發(fā)的高質(zhì)量、短周期低成本要求-因此需要將傳統(tǒng)的CAD過(guò)集成人工智能和工程領(lǐng)域知識(shí)，構(gòu)成工程設(shè)計(jì)KBE(Knowledge Based Engineering)系統(tǒng)來(lái)達(dá)到。
本文認(rèn)為KBE是一種存儲(chǔ)并處理與產(chǎn)品模型有關(guān)的知識(shí)，并基于產(chǎn)品模型的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，這些知識(shí)包含了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析與制造方法等。因此KBE系統(tǒng)包括知識(shí)系統(tǒng)、知識(shí)獲取、產(chǎn)品建模和分析技術(shù)等部分。知識(shí)系統(tǒng)主要用于工程設(shè)計(jì)知識(shí)的表示和處理，體現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化水平，知識(shí)系統(tǒng)的知識(shí)表示將集成多種方法，以期利用各種方法的優(yōu)點(diǎn)，更有效地表達(dá)專家的知識(shí);知識(shí)獲取技術(shù)主要用于工程設(shè)計(jì)知識(shí)的獲取，包括自動(dòng)獲取和人工獲取，可以修正和提煉各領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)，改善工程設(shè)計(jì)能力和工程分析能力;產(chǎn)品建模和分析技術(shù)包括計(jì)算機(jī)輔助圖形技術(shù)(CAGD)和計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)(CAE)，它們是工程設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)的基礎(chǔ)，知識(shí)系統(tǒng)和知識(shí)獲取技術(shù)都將建立在其基礎(chǔ)上。因此，結(jié)合當(dāng)前模具企業(yè)的需求和當(dāng)前KBE技術(shù)的進(jìn)展，本文進(jìn)行了模架設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)的研究。
模架設(shè)計(jì)：KBE系統(tǒng)框架通過(guò)對(duì)當(dāng)前模架設(shè)計(jì)過(guò)程的分析，設(shè)計(jì)了模架設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)流圖。從此可以看出，工程師從拿到注塑產(chǎn)品開始，就按部就班設(shè)計(jì)模具的各個(gè)機(jī)構(gòu)，并且各機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)完全不同，不可能用統(tǒng)一的知識(shí)表示(事例信息、材料信息、工藝信息等)。因此在各個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)建立基于應(yīng)用領(lǐng)域的不同設(shè)計(jì)子系統(tǒng)，然后綜合成為模架設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)。
模架設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)的系統(tǒng)框架如所示，采用Pro-Engineer軟件進(jìn)行次開發(fā)。在系統(tǒng)中結(jié)合領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，完成模架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括鑲塊設(shè)計(jì)、前后模設(shè)計(jì)、模架零件干涉檢查適用模架的型號(hào)和選用的標(biāo)準(zhǔn)件。其中領(lǐng)域知識(shí)采用：框架掘則結(jié)構(gòu)知識(shí)進(jìn)行表示(用于澆口設(shè)計(jì)等)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行表示(鑲塊設(shè)計(jì)和前后模尺寸設(shè)計(jì))CASE進(jìn)行表示(模架設(shè)計(jì)事例以及模架型號(hào)等)等方法。在知識(shí)獲取方面，采用人工交互和分類模式，共同提取澆口設(shè)計(jì)、鑲塊設(shè)計(jì)和前后模設(shè)計(jì)等知識(shí)。
KBE系統(tǒng)的知識(shí)表示和推理工程設(shè)計(jì)中的知識(shí)是關(guān)于工程設(shè)計(jì)過(guò)程中各種關(guān)系和過(guò)程的知識(shí)，為了有效地支持工程設(shè)計(jì)活動(dòng)，必須用適當(dāng)?shù)氖侄蝸?lái)表達(dá)各種關(guān)系和過(guò)程，這就是知識(shí)表示。同時(shí)知識(shí)表示方法是研究用機(jī)器語(yǔ)言表示知識(shí)的可行性和有效性的方法，可看成是一組描述事物的約定，可以把人類知識(shí)表示成機(jī)器能處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
S方法是產(chǎn)生式規(guī)則、但是框架結(jié)構(gòu)具有組織成塊知識(shí)的良好特性，因此將兩者進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，建立基于框架掘則的系統(tǒng)，可以提供工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)良好的開發(fā)、調(diào)試和管理幫助。在應(yīng)用上，模架設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)本身是建立于應(yīng)用子領(lǐng)域的設(shè)計(jì)子系統(tǒng)之上，然后再綜合成為一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)，其中各個(gè)子領(lǐng)域的知識(shí)基本上互不干涉，而且結(jié)構(gòu)上完全不同，這些特點(diǎn)為建立基于框架掘則的智能系統(tǒng)提供了有益的應(yīng)用基礎(chǔ)。
C：=浮點(diǎn)數(shù)框架-見(jiàn)的Backus范式本文采用基于框架規(guī)則的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示領(lǐng)域知識(shí)：具體的框架表示工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的子目標(biāo)，并集成解決該子目標(biāo)的知識(shí)(規(guī)則等)，各個(gè)框架通過(guò)解決目標(biāo)的因果關(guān)系和上下級(jí)關(guān)系，共同構(gòu)成領(lǐng)域的框架樹。
上述的框架規(guī)則范式構(gòu)成了注塑模模架設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)的知識(shí)表示語(yǔ)言，注塑模架設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)的所有工程知識(shí)都用此語(yǔ)言表示。但是KBE系統(tǒng)中有些子領(lǐng)域并不合適用規(guī)則推理的方式進(jìn)行計(jì)算，如鑲塊設(shè)計(jì)、前后模尺寸設(shè)計(jì)和模架設(shè)計(jì)事例的選擇，因此在“變量計(jì)算方式”中增加了“函數(shù)計(jì)算方式”，由此拓寬了KBE系統(tǒng)的使用范圍，使得眾多的計(jì)算和推理方法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于事例的推理等，可以無(wú)縫地融合于注塑模模架設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)中。
為KBE系統(tǒng)基于框架規(guī)則的推理算法。
從流程圖中可以看出，該算法的主要特點(diǎn)是充分利用規(guī)則系統(tǒng)的前向和反向推理，使系統(tǒng)的推理集中在某一個(gè)子目標(biāo)中，以盡量縮小推理范圍。虛線部分表示在某些推理計(jì)算過(guò)程中需要對(duì)更深層次的子目標(biāo)進(jìn)行推理計(jì)算，因此需遞歸調(diào)用子目標(biāo)的推理過(guò)程。這樣構(gòu)成了基于框架樹的完整的推理算法。
模架設(shè)計(jì)中基于事例的推理技術(shù)作為一種有效的推理技術(shù)，在各個(gè)行業(yè)得到了滲透和應(yīng)用。CBR的核心思想是人類經(jīng)驗(yàn)的再應(yīng)用，因此非常適用于一些弱理論領(lǐng)域。模具加工過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的、理論性還不太清楚的過(guò)程，影響因素很多，很難用精確的理論模型進(jìn)行描述，因此屬于弱理設(shè)計(jì)時(shí)，往往是回憶以往舊的、相類似的產(chǎn)品或特征的設(shè)計(jì)結(jié)果，借鑒其設(shè)計(jì)方法或思想，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)匦薷木涂梢赃m應(yīng)新的情況，解決新的問(wèn)題，這就從客觀上為CBR技術(shù)在模具行業(yè)的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。所以CBR技術(shù)在模具行業(yè)的研究應(yīng)用和發(fā)展具有可行性，并且是一個(gè)極富有希望和發(fā)展前途的研究和應(yīng)框架規(guī)則系統(tǒng)推理流程圖當(dāng)前在注塑模CBR的研究主要偏重于理論方面，面向工廠實(shí)際的較少。在工廠實(shí)際中，模具設(shè)計(jì)工程師最需要的是類似模具的設(shè)計(jì)方案。因此本文建立了基于注塑件產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)CBR系統(tǒng)，并集成于注塑模模架設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)。該事例推理系統(tǒng)主要用于向模具設(shè)計(jì)工程師提供設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)方案基于數(shù)據(jù)流圖的分析和注塑模模架設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)的需求，將已有的事例按其注塑件類型和尺寸分成不同的類別，故事例庫(kù)采用層次組織方法，而每個(gè)事例采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示的組織方法。
用當(dāng)前事例推理的檢索策略主要有最相鄰近策4-2015ChinaAcademicournalElectronic略、歸納推理策略和知識(shí)引導(dǎo)策略，針對(duì)本系統(tǒng)，擬采用加權(quán)量鄰近法，即用注塑模事例中若干重要的關(guān)鍵字(注塑件類型，注塑件長(zhǎng)、寬高)形成索引。因此事例匹配為非完全匹配，每次選取以事例相似度來(lái)衡量當(dāng)前需求和已有事例的匹配程度。其事例的相似度S計(jì)算如下：其中：Mi為各個(gè)關(guān)鍵字的匹配值;Wi為各個(gè)關(guān)鍵字的權(quán)值，其中注塑件類型的權(quán)值取為3.注塑件的長(zhǎng)、寬和高各取為1，這樣可避免由于產(chǎn)品類型不同但尺寸類似事例，該相似度算法匹配上不同類型的產(chǎn)品作為事例。
模架設(shè)計(jì)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在模架設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師應(yīng)針對(duì)注塑件的不同尺寸和形狀，確定采用鑲塊和前后模板的尺寸，目前大多數(shù)的方法是應(yīng)用理論研究或經(jīng)驗(yàn)公式的成果直接進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，但是實(shí)踐上這些計(jì)算成果存在很大差距，經(jīng)過(guò)與實(shí)際成功設(shè)計(jì)的模具數(shù)據(jù)對(duì)比，計(jì)算模架尺寸的重要參數(shù)(模架壁厚和后模底部厚度)均比實(shí)際的大50%以上，有的達(dá)到200%.由于理論公式的推導(dǎo)均存在不同程度的簡(jiǎn)化，因此誤差較大。為解決這方面的問(wèn)題，采用與理論推導(dǎo)不同的方法，直接從實(shí)際的成功事例中進(jìn)行學(xué)習(xí)，構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算。
多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(MLN)利用反向傳播(BP)算法能逼近任意能量有限的非線性函數(shù)關(guān)系，以及其在程序中的易實(shí)現(xiàn)性，自問(wèn)世以來(lái)，就在信號(hào)處理、模式識(shí)別以及工程分類中得到了廣泛的應(yīng)用和重視。實(shí)際上，BP算法是最優(yōu)化理論中最速下降法在MLN中的具體應(yīng)用。本系統(tǒng)中采用的BP算法如下：設(shè)給定n個(gè)樣本(Xi，Yi)，Ei為第i個(gè)樣本的目標(biāo)函數(shù)，反向誤差傳播算法的權(quán)值修正為w(k+ 1)=w(k)其中：Z為學(xué)習(xí)率，用來(lái)控制學(xué)習(xí)的步長(zhǎng);T為學(xué)習(xí)時(shí)避免迭代進(jìn)入一個(gè)“V”形深谷而設(shè)置的慣量項(xiàng);w(k)為多層前饋網(wǎng)的權(quán)值矩陣;E為多層前饋網(wǎng)目標(biāo)和輸出之間的均方差函數(shù)。
KBE系統(tǒng)的多層前饋網(wǎng)運(yùn)用實(shí)際成功的事例進(jìn)行學(xué)習(xí)，采用注塑件尺寸和一模件數(shù)為已知狀態(tài)，模架鑲塊尺寸、模架壁厚和前后模底部厚度為輸出。檢驗(yàn)誤差約為30%，比理論經(jīng)驗(yàn)公式的效果好;并且隨著應(yīng)用的深入和事例的增加，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力將使系統(tǒng)的誤差逐漸減少，更加趨近于實(shí)際采用的尺寸數(shù)值。
結(jié)語(yǔ)通過(guò)對(duì)當(dāng)前模具企業(yè)模具設(shè)計(jì)和制造流程的分析，結(jié)合工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域KBE技術(shù)的發(fā)展，提出了進(jìn)行注塑模模架設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)研究的思路。給出了注塑模模架設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)的基本框架，并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)(知識(shí)表示和推理，基于事例的推理，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù))進(jìn)行了分析。通過(guò)注塑模模架設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，證明該系統(tǒng)能夠有效地提高模具工程師的模具設(shè)計(jì)和分析能力。
力創(chuàng)，專注制造立式注塑機(jī)，雙色注塑機(jī)，小型注塑機(jī)，全自動(dòng)注塑機(jī)，立式成型機(jī)
