（机械电子工程专业论文）典型改模工艺描述语句及工序顺序获取方法研究.pdf

摘要 改模工艺知识是模具制造过程中一种重要的企业知识资产，是模具企业信息化 技术系统的重要组成部分之一。但由于改模工艺知识的经验性、不确定性等特点， 致使企业中的工艺知识缺乏有效的归纳和整理，知识不能够很好地实现重用和共享。 随着模具企业信息化建设进程的推进，一些模具企业将改模工艺信息存储在数 据库中，试图将这些改模方案作为改模知识得以重用共享，虽然目前的数据库系统 可以高效地实现数据的录入、查询、统计等功能，但无法发现改模工艺数据中存在 的内在规律和规则，无法实现真正意义上的计算机辅助编制改模工艺方案，于是人 们意识到激增的改模工艺数据背后隐藏着的才是人们期待的规则，即真正的知识。 本论文应用数据挖掘理论，重点研究典型改模工艺描述语句及改模工序顺序获取的 基本方法，主要工作如下： 1 ) 针对东莞某大型模具厂的具体实际需求，设计开发了一个改模工艺信息管理系 统，该系统已在企业成功应用； 2 ) 通过分析改模语句特征，建立了一种基于分层聚类算法的典型改模工艺描述语句 获取方法； 3 ) 借鉴关联规则经典算法a p f i o f i 的思路，建立了改模工序顺序的获取方法； 4 ) 在改模信息管理系统的基础上，初步构思了“改模知识管理系统”。 关键词：注塑模：改模；知识发现；聚类分析；关联规则 变三：警兰三耋鎏圭差堡垒兰 a b s t r a c t p r o c e s sk n o w l e d g ei sa ni m p o r t a n te n t e r p r i s ek n o w l e d g ea s s e ti nm o u l dr e p a 妇gi n d i e & m o u l dm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r i e s h o w e v e r , o w i n gt ot h ed i v e r s i t y , u n c e r t a i n n e s s , e t c ，a n do t h e rc h a r a c t e r i s t i c so f t h em o u l dr e p a i rk n o w l e d g e ，t h em o u l dr e p a i rk n o w l e d g e i ne n t e r p r i s e si si nn e e do fe f f e c t i v eg e n e r a l i z a t i o na n da r r a n g e m e n t ，w h i c hm a k e si th a r d t ob er e u s e da n ds h a r e d w i t ht h ep r o c e s so fi n f o r m a t i z a t i o nc o n s t r u c t i o n , s o m ed i e & m o u l de n t e r p r i s e sh a v e s t o r e dm o u l dr e p a i ri n f o r m a t i o ni nt h ed a t a b a s et or e u s e , s h a r et h ei n f o r m a t i o na sm o u l d r e p a i rk n o w l e d g e a l t h o u g hc u r r e n td a t a b a s e sc a l lh i g h l ye f f e c t i v eb ei m p l e m e n t e di n r e c o r d i n g ，q u e r y i n ga n dd a t as t a t i s t i c s ，i tc a n tb ed i s c o v e r i e dt h ei n n e rr u l e sa n d r e g u l a t i o n sa m o n gt h ep r o c e s so fd i e & m o u l d a l s oc a n tr e a l i z et oc o m p i l en e wp r o c e s s o fd i e & m o u l da s s i s t a n t l yi nr e a ls e n s e p e o p l ef i n dt h a tt h ek n o w l e d g eb e h i n dt h e i n c r e a s i n gr a p i d l yd a t ai st h ev e r y 廿l i n gw h i c hp e o p l er e a lw a n t t h i sp a p e r 印p l i e sd a t a m i n i n gt h e o r yt ot h ed a t a b a s e ，f o c u s e so nt h ep a r t i c u l a rd e s c r i p t i o no fm o u l dr e p a i r p r o c e s s ，a n da c q u i r e st h eb a s i cm e t h o d so fw o f f d n gp r o c e d u r es e q u e n c e t h ep r i m a r y w o r ki n c l u d e st h ef o l l o w i n gp a r t s ： 1 ) i na c c o r d a n c ew i t ht h ed e v e l o p m e n ta n dr e q u i r e m e n to f ac e r t a i nm o u l de n t e r p r i s ei n d o n g g u a nc i t y , o n em o u l dr e p a i rp r o c e s si n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mi sd e v e l o p e d , a n dt h es o f t w a r es y s t e mi sa p p l i e di ne n t e r p r i s es u c c e s s f u l l ya tp r e s e n t 2 ) b ya n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fm o u l dr e p a i rp r o c e s si n f o r m a t i o n , o n em e t h o di s e s t a b l i s h e db yu s i n gc l u s t e r i n ga n a l y s i so np r o c e s sd a t as o 勰t oa c q u i r et y p i c a lm o u l d r e p a i rp r o c e s ss e n t e n c e sf r o mm o u l dr e p a i rp r o c e s s 3 ) a d o p t i n gt h ec l a s s i c a la l g o r i t h ma p r i o r io fa s s o c i a t i o nr u l e s , o n em e a n si s e s t a b l i s h e dt od i s c o v e r yo p e r a t i o ns e r i e si nm o u l dr e p a i rp r o c e s s 4 ) o n b a s i so fm o u l dr e p a i rp r o c e s si n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m , o n em o u l dr e p a i r p r o c e s sk n o w l e d g em a n a g e m e n ts y s t e mi sc o n c e i v e di nt h ee n d k e yw o r d s ：i n j 烈舡n gm o u l d ；m o u l dr e p a i r ；d a t am i n i n g ；c l u s t e r i n ga n a l y s i s ； a s s o c i a t i o ni l l l e 广东工业大学工学硕士学位论文 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导 师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注 和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包含本人 或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论文 成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指导教师签名：舷孙 论文作者签名：弓轲卖星 动7 年 月f日 第章绪论 1 1 课题的研究背景 第一章绪论 模具是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和 通讯等产品中，6 0 - 8 0 的零部件，都依靠模具成型。国民经济的五大支柱产业，机 械、电子、汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应。模具是“效益 放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍甚至上百倍。 模具生产水平的高低，已经成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很 大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 根据中国模具工业协会的统计，1 9 9 6 年至2 0 0 5 年的十年问，我国模具制造业 的年产值平均增长1 5 ，去年全国模具产值达6 1 0 亿元人民币，居世界第三位。我 国有模具制造企业2 万余家，模具市场主要分布在广东、浙江和江苏。广东模具生 产企业已超过6 千家，占全国的3 0 ，而产值却占全国的4 5 。全国年产值超亿元的 大型模具企业，一半以上集中在广东地区。伴随着世界制造业向我国转移的大趋势， 广东逐渐成为世界制造业的重要基地之一，模具的需求量日益增加。为了提高模具 设备的利用率，最大限度地发挥昂贵的设备投资效益，同时便于获得国外客户的大 宗订单，导致专业模具制造企业纷纷向大型化发展，珠江三角洲地区的大型模具企 业数量逐年增加。 然而与发达国家的模具企业相比，国内大型模具制造企业的模具制造周期普遍 过长，这不仅极大地限制了自身承接订单的能力，而且还无形中增加了生产成本， 是严重制约我国模具行业整体国际竞争力的三大因素之一( 精度、寿命和开发周期) 。 其中一个重要的原因，就是因为多次改模而导致了模具制造周期无法准确控制，极 大地影响了企业的声誉。 模具设计是一个以知识和经验为基础的创造性过程，它体现了对知识的理解、 继承、集成、创新和管理。典型企业内有9 0 9 6 的交换过程都涉及数据的交换，而这 其中又有大约7 5 可以归类为知识或信息【1 1 。知识已经成为企业重要的资本和生产力 2 j ，对知识的运用和管理将大大加强企业新产品的开发和适应市场的能力。 改模工艺文件有很大的相似性和重用性，即便是完全不同的模具，其工艺文件 的某些步聚，比如：针对批锋的执模工艺过程、抛光工艺过程等，也是十分相似的。 而且对于越小的工艺描述单元，其相似性越高，等细化到工艺术语，就会发现工艺 编制过程中所用到的工艺术语有惊人的重复性。在机械制造中，从目前国内外分析， 广东工业大学工学硕士学位论文 相同或相似的工艺规程占7 0 8 0 9 1 。 随着融合了计算机、通信和信息处理技术的电子信息技术的飞速发展，人类在 经历了农业社会、工业社会后，已步入信息化社会。物质、能源与信息已成为社会 发展的三大资源。信息技术是当代人类最活跃的生产力，正在对经济和社会的发展 产生巨大而深远的影响。企业信息化实质上是将企业的生产过程、物料移动、事务 处理、现金流动、客户交互等业务过程数字化，通过各种信息系统网络加工生成新 的信息资源，提供给各层次的人们洞悉、观察各类动态业务中的一切信息，以做出 有利于生产要素组合优化的决策，使企业资源合理配置，以使企业能适应瞬息万变 的市场经济竞争环境，求得最大的经济效益。 在模具企业的改模数据库中积累了大量的改模工艺数据，激增的工艺数据背后 隐藏着许多重要的信息，人们希望能够对其进行更高层次的分析，以便更好地利用 这些数据。目前的数据库系统可以高效地实现数据的录入、查询、统计等功能，但 无法发现数据中存在的关系和规则，无法根据现有的数据预测未来的发展趋势。缺 乏挖掘数据背后隐藏的知识的手段，导致了“数据爆炸但知识贫乏”的现象。 目前，模具企业面临两个问题：模具企业的改模经验知识主要集中在一些老 工程师的个人头脑中，不愿意或没能力转换成书面知识，导致知识的过分集中和知 识的断层；企业投资的数据库系统、c a d 系统经过多年的使用，积累了大量改模 工艺知识数据，但是却无法利用这些数据中隐含的大量知识。因此必须采用一种科 学的、可行的方法对已经存储在数据库中的隐藏的改模工艺知识进行采集，并以某 种适合的方法，借助书面或辅助软件的方式提供给模具企业的工程师使用0 1 。 数据挖掘( d a t am i n i n g ) 就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的 实际应用数据中，提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用的信息 和知识的过程n i 。 利用数据挖掘技术，把改模工艺数据库中积累的知识挖掘出来，从而去指导企 业的模具改模过程，使之成为模具企业真正的知识财富。在制造业中，人们应用数 据挖掘技术到资源优化、生产过程分析等工作，但是将数据挖掘技术应用到模具企 业的改模工艺知识库的研究，国内的研究还非常少。 1 2 工艺知识管理概述 知识管理是将组织可得到的各种来源的信息转化为知识，并将知识与人联系起 来的过程，以便于知识的产生、获取和重新利用。获得知识并加以利用，是知识管 理的最终目的。随着i n t r a n e t 、e x t r a n e t 技术的发展，许多企业中建立了企业内部网， 2 第章绪论 从长远来看，建立企业网络是建立数字化企业，提升企业信息化水平，向现代化企 业发展的总趋势和发展必然1 2 l l l 2 日。因此，企业对知识管理系统的应用需求日益迫切， 研究开发符合我国企业实际需求的并可大力推广的知识管理系统，其市场前景广阔， 并将取得可观的经济效益和社会效益。 对于制造企业来讲，知识中最为重要的当属工艺知识，因为制造业向国民经济 各部门提供装备。一方面根据社会需求开发产品，另一方面要解决用什么生产资料、 方法和手段制造出需要的产品，这些都是工艺知识的范畴。 工艺知识是人们在工艺规程设计时所运用的各种数据、工艺和现场经验等的集 合，是十分广泛和复杂的，并且随着数据库技术的成熟和数据应用的普及，人类积 累的数据量正以指数增长数度增长。 工艺知识管理的对象就是面向企业的各种工艺知识，是在企业的设计、生产准 备、制造和经营活动中，贯穿产品全生命周期的与工艺有关的知识。 工艺知识管理是制造企业知识管理的一个重要组成部分，是知识管理在制造企 业中的一种企业管理模式。工艺知识管理是解决如何应用知识，而不仅仅是积累知 识的问题，是为了创造充满活力和创造力的公司。它提供内容丰富的工艺数据库和 知识库，可方便地建立企业专用数据库和知识库。工艺知识管理的主要内容一般储 存在工艺数据库和知识库中。工艺知识管理的目的是使企业所有使用人员都可方便 地调用和存储这些知识，促进企业工艺知识的继承、交流、使用和创新。 工艺知识资源为制造企业带来竞争力，怎样对其管理是至关重要的。现在，信 息发展全球化，人们的思维方式变化如此之快，公司、企业发展、竞争需要的不止 是新的工具，而更需要新的洞察力和思维方法。为了迎接变化和适宜变化，使变化 不致造成太大的冲击，就不仅需要控制变化，面且要进行新的组织设计。公司应该 把管理知识的能力放在战略的中心，以创造独特的能力和唯一的市场地位。 综上所述，工艺知识管理是每个制造企业都能从中获益的具体操作过程。作为 知识经济的基本管理手段，工艺知识管理水平的提高，必然会对知识经济的发展起 到巨大的推动作用。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 研究状况 二十世纪9 0 年代开始，得益于目前全世界所拥有的巨大数据资源以及对将这些 数据资源转换为信息和知识资源的巨大需求，知识发现技术逐步发展成为一门具有 3 广东工业大学工学硕士学位论文 广泛应用的新兴学科。 1 9 9 5 年，加拿大蒙特利尔召开的第一届知识发现和数据挖掘国际学术会议，作 为人们重新认识数据、认识存储、认识数据统计和分析的新的起点，唤来了知识发 现和数据挖掘理论及应用研究的热潮。随后，各类k d d 会议、研讨会纷纷涌现， 许多领域的国际会议也将k d d 列为专题讨论f l l 。知识发现的确切字面定义： k n o w l e d g ed i s c o v e r yi nd a t a b a s ei st h en o n - t r i v i a lp r o c e s so fi d e n t i f y i n gv a l i d ，n o v e l p o t e n t i a lu s e f u l ，a n du k i m a t e l yu n d e r s t a n d a b l ep a t t e r n i n d a t a ( f r a w l e y , p i a t e t s k y - s h a p i r o ) 。 目前，世界上比较有影响的典型数据挖掘系统有：s a s 公司的e n t e r p r i s em i n e r ， m m 公司的i n t e l l i g e n tm i n e r ，s g i 公司的s e t m i n e r ，s p s s 公司的c l e m e m i n e ，s y b 船e 公司的w a r e h o u s es t u d i o 、r u l e q u e s tr e s e a r c h 公司的s e e 5 、还有c o v e r s t o r y ， e x p l o r a , k n o w l e d g ed i s c o v e r yw o r k b e n c h , d b m i n e r ，q u e s t 等。 在i n t e r n e t 上还有不少k d d 电子出版物，其中以半月刊k n o w l e d g ed i s c o v e r y n u g g e t s 最为权威。读者可以访问h t ：t o ：w w w d a t a m i n i n g l a b c o m 站，该网站提供 了许多数据挖掘系统和工具的性能测试报告删。 与国外相比，国内对d m k d ( d i e & m o u l dk n o w l e d g ed i s c o v e r y ) 的研究稍晚，没 有形成整体力量。目前的模具行业的知识应用研究主要集中在k b e 系统的设计与应 用中。即根据已有的知识，利用计算机技术应用到模具设计中去，而对于模具制造 过程工艺知识的管理、获取和知识的处理尚处于初步研究状态。 目前与改( 修) 模相关的研究，主要集中在对试模后出现的问题进行分析，并 针对特殊问题研讨改( 修) 模具的方法。如于同敏等在基于模糊神经网络的注塑 制品缺陷分析诊断建立了用于注塑制品缺陷分析与诊断的模糊神经网络结构模型， 并给出了运用模糊神经网络进行制品缺陷分析与诊断的过程和方法；张志鸣在塑 料模具加工制造中的设计修正与反馈着重研究了在备料下料、加工、组装及试模 的全过程中，如何产生并及时反馈设计修正信息的意义和方法嘲；杨海鹏在塑料模 的试模与维修给出了试模过程中应注意的事项，分析了成型工艺方法，认为试模 是一件繁琐的事情，常常是边修边试，模具设计人员应对塑件成型性能、成型工艺、 成型设备、模具安装等技术有足够的了解，并亲临现场参加试模验证，对出现的问 题拟订正确的修模方案m ；吴山洪等在汽车覆盖件成型模试模调整时r 角不良问 题处理针对汽车覆盖件成型模试模调整时r 角不良问题，给出了处理对策嘲。 针对如何有效地管理改( 修) 模方案，也有许多学者提出了很多建议，并给出 了一些有效的方法。张晓陆在浅谈试模管理与程序中主要介绍了注塑模具的试 模过程管理，并分析了管理试模文档的要点以及试模过程中需重点检查的项目，强 4 第章绪论 调了对改( 修) 模文档资料的管理 9 1 ；本课题组曾经试图将f e m a 引进模具设计与 制造过程，认为在试模过程中，成型塑件有多种失效形式，其中一些失效形式与模 具设计不合理有关，为此提出了在模具设计图完成之前进行失效模式与后果分析的 方法f l m 。 深圳市伟博思网络技术开发有限公司的田文生博士在模具企业的知识管理工 程中对知识管理的定义，模具企业对知识管理的需求，知识管理给模具企业带来 的好处，模具企业如何开展知识管理工程进行了详尽的分析，提出模具企业应该建 立企业内部知识共享的平台，实施一个核心的数据库系统、电子消息平台、网络门 户或者其他协作工具，同时该公司开发了模具生产管理系统i - m 3 ，该系统是针对模 具行业实际情况开发的生产管理系统，同时它还是模具企业知识管理的平台嗍。 重庆大学的周杰在基于a s p n e t 技术的模具工艺设计知识管理平台研究中 提出构造网络环境下的模具企业工艺设计知识库系统，为模具工艺设计提供便捷的 网络知识协作平台，为企业知识工程的建设打下了基础，并提供了良好的二次开发 平甜u 。 重庆大学的葛建壮在其硕士学位论文数据挖掘技术在模具企业设计知识库中 的应用研究一文中，研究了设计与建立模具设计知识库，并建立数据挖掘技术在 设计知识库中应用的功能模块，为模具企业的知识管理提供了新的途径【1 8 】。 大连交通大学孙丽在网络环境下工艺知识管理系统的研究与开发中提出了 面向产品全生命周期的工艺知识管理系统的框架模型，并开发出工艺知识管理系统 的原型系统，为企业信息化和知识化奠定了基础脚】。 合肥工业大学白艳梅在工艺知识管理系统的研究与开发中提出了一种分类 层次模型以组织和管理工艺知识i n ) 。 四川大学高伟博士在机械制造工艺序列中的知识发现方法研究中提出序列 模式下的知识发现问题的解决方案似l 。 重庆大学的柴毅在基于数据统计分析的知识发现中以数据库中的数据为对 象建立数据的统计模型，提出了种定量统计分析方法，对数据进行有序的组织，结合 定性描述的归纳性知识，找出规律，形成可用于生产实践的知识规则嘲。 上海交通大学机械与动力工程学院王迎春等在基于决策树算法c 4 5 的冲压工 艺知识发现一文中，对具有代表性的方盒件拉深进行了数值模拟，研究各种工艺 和几何参数对其成形的影响，并采用决策树c 4 5 算法对其结果数据进行知识提取， 挖掘其中对产品工艺设计有意义的指导性知识例。 华中科技大学张雷、袁楚明在模具曲面抛光工艺知识的获取一文中，针对 模具曲面抛光工艺规划专家系统开发中的抛光工艺知识的获取问题进行了研究i m l 。 广东工业大学工学硕士学位论文 上海交通大学尹纪龙、罗应兵在圆筒件拉深成形仿真结果的工艺知识挖掘 一文中，基于粗糙集理论的数据挖掘技术，研究了面向有限元仿真结果的知识自动 获取方法，提炼出对加工工艺和模具设计有指导意义的产生式规则【6 1 1 。 同济大学的张为民、李爱平在模具设计案例知识管理系统的研究与开发中 结合模具设计的特点以及p d m 系统在管理产品生命周期方面的功能，设计了模具 设计案例知识的存储框架并在s m a r t e a m 系统中加以实现了嘲。 上海交通大学的刘振、陈学文等在基于k b e 支持锻模设计工程知识管理系统 开发中提出支持锻模设计的工程知识表示方法，建立了支持锻模设计的工程知识 管理系统嗍。 广东工业大学的沈卫华在基于客户沟通与设计评审的模具设计知识管理系统 中，提出了一个模具设计知识管理系统，对模具企业中的模具设计基础知识、设计 原则、设计案例和设计应用知识进行管理螂。 清华大学史忠值教授编著的知识发现一书，全面而又系统地介绍了知识发 现的方法和技术，反映了当前知识发现研究的最新成果【1 1 1 。 基于以上已做的研究工作，我们还应看到知识发现的一般原理与针对特定应用 领域需要的有效知识发现工具之间还存在着不小的距离。目前知识发现在以下方面 还需更加深入的研究【i l 】= ( 1 ) 基础理论研究。目前知识发现给人的印象是相关文献越来越多、可用技术层 出不穷，很活跃，也很零乱。这是因为数据挖掘的理论体系尚不完善，还没有形成 一门独立完整的学科。在1 9 9 9 年的k d d 年会上，有关专家提出要加强数据挖掘的理 论研究，使之成为一种主流技术。 ( 2 ) 挖掘技术和算法的研究。包括新技术在知识发现中的应用、并行算法的设 计与实现。此外，数据挖掘往往直接面对的是现实数据，因此对不完整、不确定或 者有噪声的数据进行处理也是数据挖掘必须解决的问题。 ( 3 ) 应用领域的拓展。这是知识发现最吸引人的地方，也是推动知识发现的根 本动力。一方面，知识发现需要向更多的应用领域渗透；另一方面，需要开发更多 面向应用的数据挖掘系统和产品。建立行业内的数据标准和通用挖掘平台、建立可 交换信息、共享知识的通用数据仓库是今后要解决的问题。 1 3 2 发展趋势 最近，g a _ r t i l e l g r o u p 的一次高级技术调查将数据挖掘和人工智能列为“未来三 到五年内将对工业产生深远影响的五大关键技术”之首，并且还将并行处理体系和 6 第章绪论 数据挖掘列为未来五年内投资焦点的十大新兴技术前两位。根据最近g a r t n e r 的h p c 研究表明，“随着数据捕获、传输和存储技术的快速发展，大型系统用户将更多地需 要采用新技术来挖掘市场以外的价值，采用更为广阔的并行处理系统来创建新的商 业增长点。” 随着知识发现的发展，还会带来其它问题，如购买商品、访问站点会涉及的个 人隐私和企业销售数据所涉及的商业秘密等问题。尽管知识发现与数据挖掘是一个 新兴的领域，有很多问题需要深入研究，但是通过研究者的不懈努力，它会逐步成 熟，最终被人们广泛接受和应用【l i l 。 1 3 3 常用方法 最常用的数据挖掘技术是m 蛐】i 叫l 蛔： ( 1 ) 人工神经网络：结构上模仿生物神经网络，是一种通过训练来学习的非线 性预测模型，可以完成分类、聚类、特征挖掘等多种数据挖掘任务； ( 2 ) 决策树：用树型结构来表示决策集合，这些决策集合通过对数据集的分类 产生规则。典型的决策树方法有分列回归树( c 越盯) ，典型的应用是分类规则的挖掘； ( 3 ) 遗传算法：是一种新的优化技术，基于生物进化的概念设计了一系列的过程 来达到优化的目的。这些过程有基因组合、交叉、变异和自然选择。为了应用遗传 算法，需要把数据挖掘任务表达为一种搜索问题而发挥遗传算法的优势搜索能力； ( 4 ) 最近邻技术：这种技术通过k 个最与之相近的历史记录的组合来辨别新的纪 录。有时也称这种技术为k 一最近邻方法。这种技术可以用作聚类、偏差分析等挖掘 任务： ( 5 ) 规则归纳：通过统计方法归纳、提取有价值的i f - t h e n 规则，规则归纳的技 术在数据挖掘中被广泛应用，例如有关关联规则的挖掘； ( 6 ) 可视化：采用直观的图形方式将信息模式、数据的关联或趋势呈现给决策者， 决策者可以通过可视化技术交互的分析数据之问的关系。 1 4 课题来源和主要研究内容 1 4 1 课题来源 本课题的研究与开发得到了基金项目：广东省0 5 年粤港关键领域重点突破项目 ( 2 0 0 5 a 1 0 2 0 7 0 0 2 ) 、广州市重点攻关项( 2 0 0 6 2 2 - d 3 0 2 1 ) 、广东省自然科学基金团队 项目( 0 5 2 0 0 1 9 7 ) 、国家科技部支撑计划“机械装备行业专业应用软件及知识管理系 7 蛮三：姿耋三兰璧圭丝兰耋 统开发和应用”( 2 0 0 6 b a f 0 l a 4 3 ) 联合资助。 1 4 2 主要研究内容 本论文针对东莞一家大型模具企业，对改模业务流程、改模工艺方案的制定过 程进行了深入分析，从知识管理的角度发现了上述过程中存在的问题，并以此为基 础设计开发了“改模工艺信息管理系统”：应用数据挖掘理论，重点研究典型改模工 艺描述语句及改模工序顺序获取的基本方法。为模具企业改模工艺知识的管理与利 用进行了有益的探索。 本论文主要的研究内容包括： l 、针对东莞某大型模具厂的具体实际需求，设计开发了一个改模工艺信息管理 系统，该系统已在企业成功应用； 2 、通过分析改模工艺语句特征，建立了一种基于分层聚类算法的典型改模工艺 描述语句获取方法； 3 、借鉴关联规则经典算法a p r i o r i 的思路，建立了改模工序顺序的获取方法； 4 、在改模信息管理系统的基础上，初步构思了“改模知识管理系统”。 1 5 章节安排 第一章：绪论。指明了本论文研究的背景、目的和意义，国内外的研究现状以 及研究的内容和目标。 第二章：介绍“改模工艺信息管理系统”的设计开发思路，该系统已经成功应 用于东莞一家大型模具企业。 第三章：针对典型改模工艺语句的提取问题，用分层聚类分析算法对已有案例 进行聚类，同时采用编辑距离的方法对工艺语句相似度进行计算。 第四章：重点介绍关联规则经典算法a p r i o r i 的思路，以及本论文借鉴该方法， 建立的改模工序顺序的获取方法。 第五章：根据需要对改模工艺知识的表示与处理过程进行了分析归类，同时对 改模工艺语句的特点进行了分析，分析了改模工艺知识发现的流程，展望了改模知 识管理系统的运行方式与功能分析。 全文总结与展望。 8 第二章改棱工艺信息系统需求分析与系统设计 第二章改模工艺信息系统需求分析与系统设计 2 1 改模工艺信息系统的需求分析 2 。1 1 改模过程及改模信息系统用户分析 导致改模的因素各种各样，如客户提出工程变更、模具结构设计不当、模具零 件设计错误、零件加工工艺不正确、模具装配不规范、整体性的误差积累效应等， 加上模具制造的非重复性，使得模具难以一次试模成功。由于每个大中型模具制造 企业往往同时承担着上百套不同的模具制造项目，每套模具一般都会返修一至两次， 复杂模具甚至三至四次，从企业宏观的角度看，改模的频繁与随机性使得其已经成 为每个模具制造企业的日常生产运作事务之一。在生产组织机构方面，大中型模具 企业一般都设有专门的改模工程部或改模工程组，可见改模在模具行业和企业都是 一项十分重要的工作。 改模是模具制造有别于其他产品制造的一个重要特征，模具制造是面向工程订 货型的生产方式，在许多情况下是单件生产，正是这种生产方式，无法避免因多种 随机因素，如客户随时提出的工程更改要求、模具设计方案的缺陷导致部分零件的 一些工序难以加工、因零件的加工误差积累导致装配过程中出现较大的偏差、装配 不当导致试模制件出现质量问题等等，使得模具制造过程中难以保证一次成功。一 旦模具的加工、装配与试模过程中出现任何问题，就必须及时进行必要的返修，这 个过程就是改模。一般的模具制造企业，一次试模成功率是很低的，每套模具通常 都需要经历一至两次改模过程，对于特剐复杂的模具，甚至多达三至四次。 改模过程所涉及的环节很多，如工程变更、设计评审与工艺评审、加工质量检 验、f i t 模、装配和试模。因此从生产管理和质量管理的角度看，是模具企业生产 运作过程中的重要环节。根据我们对多家大中型模具制造企业的实地调研发现，这 些企业都设有专门的改模工程部门，指定专门的改模工程师和改模生产管理人员( 改 模的跟模项目经理) ，分别从组织结构和技术要求方面建立了完善的体制。 9 至三：警兰三兰罂圭兰竺兰銮 图2 1 改模信息系统用户需求分析 f i g 2 - 1t h es y s t e ml l s e ra n a l y s i so f m o u l dr e p a i rp r o c e s si n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t 通过以上的业务流程分析，我们认为“改模信息管理”系统主要有三类用户： 改模工程师、改模组长以及企业主管。改模工程师主要职责是根据改模需求编制改 模工艺，可利用系统调用相关设计图文档，查询改模的一些历史记录及相似案例； 改模组长不但要编制改模工艺，还要审核其他工程师制定的改模方案，他可以利用 系统直接调用已制定的改模方案进行批注和审核；企业的相关主管领导则可以利用 系统查询某一时间段内，模具的一些生产加工情况：模具出现的主要问题是什么， 出现问题的位置、原因，改模的次数等情况，根据出现问题以及解决问题的情况， 对企业的设计、加工部门进行调控，提升整个企业的运作效率，具体需求分析如图 2 - 1 。 2 1 2 改模的业务流程分析 1 0 第= 章改模工艺信息系统需求分析与系统设计 图2 - 2 改模业务流程分析 随2 - 2t h eo p e r a t i o nf l o wa n a l y s i so f m o u l dt e l , a i rp r o c , a s 改模伴随着模具的整个生命周期，在模具设计加工的过程中( 试模之前) ，若出 现问题，有可能对模具或零部件进行修正；本系统主要针对模具加工装配完成之后， 经过试模，根据成型件的缺陷分析，形成改模需求( 改模需求也可来自己交付给客 户的模具) ，进行模具修改的过程。在这个过程中，要经过改模工程师编制改模工艺 文件，改模组长审核、签发，然后下发到生产部门供改模操作人员进行修正，再经 过质检部门检验之后，决定是否再次进行试模，试模之后当成型件没有缺陷或者出 现的问题在客户可以接受范围的情况下，模具就可以交付了，具体业务流程见图2 - 2 。 奎三些查兰三耋罂圭主竺兰吝 2 2 改模信息系统设计 2 2 1 系统的功能结构 图2 - 3 改模信息管理系统功能结构树 f i g 2 - 3 t h e f u n c l i o ns t t m c t t w e t r e eo f m o u l d r e p a i r p r o c e s s i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t s y s t e m l 、搜索改模相似案例 通过设置的改模类型项将改模闯题的特征进行了细化。在改模实际的过程中， 依据类型项相似程度的多少，在系统中输入每个类型项搜索出相似的改模案例，供 工程师进行参考；并可链接该套模具加工过程的图文档信息。 2 、追踪改模历史信息 用户只需要输入该套模具的模具编号，就可以获得这套模具包括设计制造过程 中，以及交付给客户之后的历次改模记录，相当于该套模具的“病历”，这样可以让 改模工程师了解该套模具的“体质”和“历史问题”，在针对新问题制定改模方案的 时候能够更有针对性，切实做到“对症下药”。 3 、改模过程管理 本系统可以将改模业务流程纳入系统管理起来，使得改模工程师制定完改模工 艺方案后必须提交给改模组长审核。通过审核之后才能够发放( 下达) 改模的作业 任务，且改模的效果如何，通过流程可及时录入系统，如果不合格将启动下一次改 模过程。通过对改模过程的管理，不但可以使得业务过程流程化、标准化，若与e 即 第二章改模工艺信息系统需求分析与系统设计 或其他管理系统集成，还可进行改模成本控制、实现改模作业监控等功能。 4 、改模过程管理统计分析 系统把成型件的缺陷分为问题( 修改) 、位置、原因、产品四种类型，如图2 - 4 所示。一套复杂模具内膜的形状是多种多样的，任何位置的缺陷在成型过程中，缺 陷都会反映在成型件上，可以对其中的典型位置进行归类，将“改模需求”即对成 型件出现的问题进行描述时，通过选择输入“位置类型”，就可得到这一特征；原因 类型是指导致成型件出现缺陷的原因，也可定义为导致改模的直接责任部门( 或小 组) ；针对成型件的典型缺陷在模具行业的特定称谓，如：批锋一般指的是在上下内 模的闭合性不够好时，注塑成型过程中胶料外溢，我们将其定义为“问题( 修改) 类型”；产品类型一般根据成型件所属产品进行划分。以上四种类型的具体内容可根 据不同企业的情况自行定义。针对以上所述的类型项，通过模号、项目号、客户模 号、所属工程部门、起始日期、结束日期等过滤条件，以图表形式反映出统计分析 的结果，如图2 - 1 2 、2 - - 1 3 、2 - - 1 4 所示。 图2 - 4 成型件的缺陷特征描述 r i g 2 - 4t h ed i s f i g u r e m e n tc h a r a c t e r i s t i c sd e s c r i p t i o no f m o l d i n gp i s c e s 2 2 2 系统u i v l l 用例分析与数据库设计 1 、系统u l v i l 用例分析 使用r a t i o n a lr o s e 软件进行u m l 建模，系统总用例图如图2 - 5 所示。 广东：y 3 l 大学工学硕士学位论文 企业领导 图2 - 5 改模信息管理系统用例图 r i g 2 - 5 t h e u t 3 a f l ed i a 窑r a m o f m o u l d r c p a i r p r o c e s s i n f , m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m 2 、数据库设计 ( 1 ) 模具表：以“订单号”和“模号”为主键，记录模具的细节信息。 ( 2 3 产品表：以“产品编码”字段为主键，记录成型件的信息。 ( 3 ) 改模工艺卡表：以“工艺卡编号”和“工艺栏序号”字段为主键，记录修、 改模的一些细节信息。 ( 4 ) 改模工艺栏表：以“工艺栏序号”字段为主键，记录修、改模措施。 ( 5 ) 产品类型、位置类型、修改类型、原因类型表：记录类型项的名称及类型 的描述。 由系统数据库e r 模型图2 咱可知，系统数据库的主表是改模工艺卡。且改模 工艺卡与类型项是一对多的关系。表“修改措旄模板”指的是统计分析获得的改模 措施模板的参考；表“修改类型”表示的是实际改模操作中使用的改模措施，它们 之间是一对多的关系。 1 4 一 师 天一 改 第二章改模工艺信息系统需求分析与系统设计 基i脚 i 黢。v a i n 罄产1 号v 她 开薯目麓d 胡懈l 鞋 v a l 0 4 4 首趺t 般日期 d 彬。”l 婺蒌：。獭 职员 二斌日期 d 工芷呈蛐 三试日期d 魁名g a s 0 ， l 叫1 o 走楼日期d 密码- 结柬祜8 l ￥ m n m 接收日期d # 馘w 呻盘裂“ ! ；试| - j l 特*m 夔蚺萨 窖* 酣接v a f c e 4 鬯鞘p “季等4 p弛空lv 1 “ 掌衅田硅接v a l i 2 4 “”k ! ! ! ! + m o _ 取量空2v a t 口m i 髓 e 1 。一q l 一： 样日 i 燃器i 拄塑机吨位 苫船融髓t _ i 产品翔黼”“i f 黼 i n i 。h 己“0 7 _ 蟹纸隹睦女口* t i i 巨空lv a i 口阻 - 硝裂黼i i 姨窑zv a l c 2 4 1 自i 其工艺3 d 田睦接 v a i ( 】2 4 苫 即j i j i ， 蔓口姻地1 们貅h h la 嘏1 雠v a i i t 4 广。、 m 中0 l i 们空tv a i i 甜】空zv a l 0 7 a “眵”幽l 叼“p - m 坐”。 。 pj l - ，i 产 ” 絮 _ l i 麓 ”1 啦i 盏啦幽溅溜 事 位量凳型名槔 v , 5 0 零件翘描述v 一 * 位置翘插述v 瑚 抽 l 束 爪魄秽7 r 黔 采 i 土i i 而q p “ 问点总墙报告 工兰置吐地 笋投一 且幽幽 工艺卡盘件名称懈“一五雄l 砸目啕v a i a 工艺卡此倒l i 小”一” 麓要“m v a i “c 2 4 w 髓名称v a i 4 工艺卡交办日期d 解扶方裹v a l 0 0 4 工艺卡标注日期o ”赢l g r ，赫擅蠢v a i a mh “哆! 生_ - 朋o 工艺卡蝙制日期d i 出日妍d t ，_ - t p h ； 工艺卡审蕞日埘d n _ 山i 口e _ 3 1 0 l l i- 馘# 蹬括琏v 解捷日期d r 1 0 。掣j量 相关，b 目v a l 口瞄 塑胭魍 “j 删 i 钵嬲滟lf 毖查量煳 船魍髓v 1 j 叩 版本名荐 x 艟奉描述 馘m * 目强 兢本翻 蒜鬻纛瓣 燃溜 版奉空2 ! m i 蹴麓晓嚣篇 图2 - 6 改模信息系统数据库模型 f i g 也i l 毫l b 勰ei n 栅a d o nm 脚坷g 即n ts ) 1 i t e m 2 2 3 系统架构与开发平台 l 、系统运行、开发环境 开发环境：w m 广东工业大学工学硕士学位论文 应用程序开发平台：m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o n e t 数据库建模工具：p o w e r d e s i g n e r 6 0 数据库操作系统：m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0