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基于规则与案例推理的注塑制品质量控制系统的研究 摘要 随着专家系统研究的深入和应用的扩展，针对不同的应用领域，人 们需要多种多样的知识表达方法和推理方法来模拟专家解决问题。基于 规则的推理和基于案例的推理是专家系统领域内实用的推理方法，在各 自适用领域内发挥着重要的作用。本文在对专家系统、非精确推理和基 于案例推理等相关理论的研究基础上，分别提出了适用于注塑领域的基 于规则的非精确推理和基于案例推理的知识表示方法和推理方法。基于 规则的推理主要用于注塑制品的缺陷诊断，基于案例推理主要用于对整 个塑料制品生产工艺方案的优化，二者即相互独立又相互支持，共同组 成一个基于规则和案例推理的原型系统。本文研究工作的主要内容及关 键技术如下： 1 本文系统地分析和研究了在注塑制品的注塑过程中影响制品 质量的主要因素，包括材料、制品设计、注塑机的类型、模具设计和注 射工艺参数的设置等方面，为系统知识库的建立及推理方法提供了理论 依据。 2 以基于规则推理的方法为基础，对注塑制品缺陷进行分析诊断。 在充分研究专家系统的理论基础上，本文对知识库的建立和推理机制的 设计进行了详细介绍，并研究了基于规则推理方法在注塑制品缺陷分析 诊断中的具体实现。 3 介绍了基于案例的推理技术。从c b r 问题求解过程出发，探讨 了案例表示、案例索引、案例检索、案例修改和案例学习等理论和技术； 针对注塑制品质量控制的特点，研究运用数据库技术建立、组织和维护 案例库；实例检索中，相似度算法是一个关键问题，系统采用最近相邻 法，很好地解决了这个问题，并对案例的修改也进行了陈述。本文围绕 基于案例推理方法的构建，分析论证了基于案例推理的注塑制品质量控 制平台的推理方案。 4 在前述研究的基础上，论文提出了基于规则与案例推理的注塑制 品质量控制系统总体结构及开发策略，实现了各模块功能，并通过实例 对其主要功能及操作步骤进行了详细说明。实例结果表明，本系统对于 注塑制品质量控制具有良好的帮助作用。 关键词：注塑制品质量控制规则推理案例推理专家系统 i i r e s e a r c ho ft h eq u a l i t yc o n t r o l s y s t e mf o ri n j e c t i o np r o d u c t s b a s e do nr b r a n dc b r a b s t r a c t k n o w l e d g ei n d i c a t i o nm e t h o d e sa n dr e a s o n i n gm e t h o d e sh a v e b e e na nu r g e n tn e e da i m e df o rd i f f e r e n ta p p l y i n gf i e l d sb e c a u s eo ft h e d e v e l o p m e n to ft h ee x p e r ts y s t e mt h e o r ya n dt h ei n c r e a s i n gu s i n go ft h e e x p e r ts y s t e m r u l e - b a s e dr e a s o n i n go 王b r ) a n dc a s e - b a s e dr e s o n n i n g ( c b r ) w h i c ha r em e t h o d e su s e di ne x p e r ts y s t m e sa p p l yi ne a c hs u i t a b l e f i e l d s o nt h eb a s i so ft h er e s e a r c ho nt h e o r i e so fe x p e r ts y s t e m ， u n c e r t a i n t yr e a s o n i n g a n dc a s e - b a s e dr e s o n n i n g ，t h i sp a p e rp r e s e n t s t w ok n o w l e d g ei n d i c a t i o nm e t h o d e sa n dt h e i rc o r r e s p o n d i n gr e a s o n i n g m e t h o d se a c hb a s e do nr u l e - b a s e d u n c e r t a i n t yr e a s o n i n g a n d c a s e - b a s e dr e s o n n i n gr e s p e c t i v e l y ，t h e s em e t h o d e sa r es u i t a b l ei n i n j e c t i o nf i e l d s t h er u l e b a s e dr e a s o n i n gi sm a i n l yu s e do nt h ei n j e c t i o n p r o d u c td e f e c t sd i a g n o s i sa n dt h ec a s e b a s e dr e s o n n i n gi sm a i n l y e m p l o y e do nt h ep r o c e s ss c h e m ep e r f e c to ft h ew h o l ei n j e c t i o np r o d u c t m a n u f a c t u r e ，w h i c ha r ei n d e p e n d e n ta n ds u s t a i n i n ge a c ho t h e r ，a n d d e s c r i b eap r o t o t y p er b ra n dc b re x p e r ts y s t e m t h em a i nc o n t e n t i l l a n dk e yt e c h n o l o g yi nt h i ss t u d yi sa sf o l l o w i n g s ： 1 f a c t o r s ，w h i c ha f f e c tq u a l i t yi nt h em o l d i n gp r o c e s so f t h e i n j e c t i o np r o d u c t s ，h a v eb e e na n a l y z e da n ds t u d i e ds y s t e m a t i c a l l yo n t h ea s p e c t so ft h ek i n d so fm a t e r i a l ，d e s i g no fp r o d u c t ，d e s i g no fm o u l d ， k i n d so ft h e i n j e c t i o nm o l d i n gm a c h i n e a n di n j e c t i o np r o c e s s p a r a m e t e r ss e t t i n ga n ds oo n i nt h i sp a p e r , w h i c hp r o v i d e st h e o r e t i c b a s i sf o rt h ek n o w l e d g eb a s ee s t a b l i s h m e n ta n dr e a s o n i n gm e a n so nt h i s s y s t e m 2 t h ea n a l y s i sa n dd i a g n o s i so np l a s t i cp a r td e f e c t sa r ec a r r i e do u t o nt h e b a s i so fr b r a f t e rd e e ps t u d yo fe x p e r ts y s t e m ，t h i sp a p e r i n t r o d u c e ss e t t i n g - u po fk n o w l e d g eb a s ea n dd e s i g no fr e a s o n i n g m e c h a n i s mi nd e t a i l ，a n dt h er e a l i z a t i o no fr b ri nt h er e s e a r c ha n d d i a g n o s i so np l a s t i cp a r td e f e c t sh a sb e e np e r f o r m e d 3 t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h er b rt e c h n i q u e f r o mt h ep r o c e s so f s o l v i n gc b rp r o b l e m ，i t st h e o r y a n dt e c h n o l o g yh a v eb e e nd i s c u s s e d ， s u c ha sc a s er e p r e s e n t a t i o n ，c a s ei n d e x i n g ，c a s er e t r i e v e ，c a s er e v i s e ， c a s el e a r n i n ga n ds oo n ；a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e ro f i n j e c t i o n p r o d u c t sq u a l i t yc o n t r o l ，t h ee s t a b l i s h m e n t a n do r g a n i z a t i o na n d m a i n t e n a n c eo ft h ec a s e b a s eu s i n gt h ed a t a b a s et e c h n o l o gh a sb e e n p e r f o r m e d i nc a s er e t r i e v a l i n g ，s i m i l a r i t ya l g o r i t h mi sak e yp r o b l e m ， a n di nt h es y s t e m ，t h en e a r e s t n e i g h b o ri su s e dt or e s o l v et h i sp r o b l e m c o m m e n d a b l y ，a n dt h em o d i f i c a t i o no fc a s ei sp r e s e n ti nt h ep a p e ra s w e l l a c c o r d i n gt ot h eb u i l d i n go fc a s e b a s e dr e a s o n i n gw a y ，t h i sp a p e r a n a l y z e da n dd e m o n s t r a t e dt h er e a s o n i n gp r o j e c to ft h eq u a l i t yc o n t r o l f o r i n j e c t i o np r o d u c t s b a s e do nt h ec a s e b a s e d r e a s o n i n ga n d i m p l e m e n t e de v e r yf u n c t i o nm o d u l e 4 b a s i n g o nt h ea b o v e - m e n t i o n e dr e s e a r c h ，t h em o d e l sa n d d e v e l o p m e n ts t r a t e g y o ft h e q u a l i t y c o n t r o l s y s t e m f o r i n je c t i o n m o l d e dp r o d u c t so nr b r a n dc b rw e r ep u tf o r w a r d ，a n d t h ef u n c t i o no fe a c hm o l dw a sc a r r i e do u t i t sp r i m a r yf u n c t i o na n d o p e r a t i o na p p r o a c h e sw e r em a i n l yi n t r o d u c e db ye x a m p l e ，a n d t h e r e s u l ts h o w st h es y s t e mh a saf i n eh e l po ni n j e c t i o np r o d u c t sq u a l i t y c o n t r 0 1 k e y w o r d s i n j e c t i o np r o d u c t s ；q u a l i t yc o n t r o l ；c a s e b a s e d r e a s o n i n g ；r u l e - b a s e dr e a s o n i n g ；e x p e r ts y s t e m v 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果 和相关知识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使 用本论文的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成 果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要 帮助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 癜作者签名。丽未托 功年月7 日 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务： 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文： 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 口即时发布囱惫密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 敝储签咖帆新签名删诫产6 月书日 广西大学硕士学位论文基于飒贝亨案例推理的注塑制品质量控制系统的研究 1 1 研究背景 第一章绪论 随着塑料工业的迅速发展，塑料制品日益普及，现已广泛应用于各行各业。近年来 由于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等产业对注射制品日益增长的需要，推动了注 射成型技术水平的发展和提高。塑料原材料、成型设备、成型模具都在不断地改善、革 新和提高。塑料制品的质量是塑料成型过程中必须考虑的重要因素，也是决定产品生命 力的关键因素。而在实际的成型生产中，制品的质量与材料、成型工艺、模具条件、环 境状况等密切相关，避免产生缺陷、保证成型质量是一个十分复杂的问题，需要丰富的 知识和实际经验。所以传统的诊断过程往往难以用单纯数学模型准确描叙，经常只能依 赖有经验的工程师们在长期实践的过程中积累起来的宝贵经验来进行诊断。这样的诊断 往往带有一定的主观性和片面性，其系统化、规范化相对不足，而且也没有使宝贵的“经 验和专家知识”得以全面充分的应用。所以，我们很有必要采用人工智能技术，利用经 验丰富的工程师、专家的生产经验来开发一个塑料制品成型质量控制专家系统。 1 2 专家系统简介 专家系统( e x p e r ts y s t e m e s ) 是以计算机为工具，利用专家知识及知识推理来模 拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统，是基于知识的系统n3 。其知识库内含有某个 领域的专家水平的知识和经验，能够运用人类专家的知识和解决问题的方法进行推理和 判断，模拟人类专家的决策过程，来解决该领域的复杂问题瞳1 。具体地讲，是知识工程 师通过知识获取手段，将领域专家解决特定问题的知识，采用某种知识表示技术表达成 或自动生成特定表示形式，存放于知识库中；然后用户通过人机交互接口，输入信息、 数据与命令，并借助于数据库等，运用推理机构控制知识库和整个系统工作，得到问题 的求解结果。 专家系统产生于上世纪六十年代中期，其应用几乎渗透到各行各业，凡是需要用专 家知识解决问题的地方，都可以用到专家系统。专家系统是一种计算机程序，可以以人 类专家的水平完成专门的、一般是困难的专业任务。研制专家系统的目的，就是要使计 算机在特定领域中起到该领域人类专家应起的作用。设计专家系统的基本思想是使计算 机的工作过程竭力来模拟人类专家解决实际问题的工作过程，也就是模拟人类专家如何 广西大掌硕士学位论文基于规贝与豢例推理的注塑制品质量控制系统的研究 运用它的知识与经验来解决问题的方法与步骤。 1 2 1 专家系统的总体结构及设计要点 专家系统的结构是指专家系统各个组成部分的构造方法和组织形式。一般专家系统 由一些模块组成，各个模块相对独立，各有其功能。不同应用领域和不同类型的专家系 统，其体系结构和功能也都不尽相同。尽管专家系统的种类与类型很多，但它们一般都 由知识库、综合数据库、推理机、解释机、知识获取机和用户界面6 个基本部分组成， 其中以推理机和知识库为核心a - 6 。如图3 1 所示。 l 领域专家 知识- 丁程师用户 千千+ 上上0 1 人机接 口 i 工工i i 知识获取 l jk i 推理机解释机构 知识库综合数据库 图卜1 专冢系统的基本结构 f i g 1 1t h eb a s i cs t r u c t u r eo f e x p e r ts y s t e m 1 ) 知识库 知识库是知识的存储机构，用于存储领域内的原理性知识、专家的经验性知识以及 有关的事实等。一般来说，知识库中存储的知识主要有两种类型：一类是领域中的事实， 称之为事实性知识，这是一种公用的知识，也即写在书本上的知识及常识；另一类是启 发性知识( 领域专家的个人知识) ，它是领域专家在长期工作实践中积累起来的经验总 结。正是这些启发性知识使领域专家在关键之处能作出训练有素的预测，辨别出有希望 的解题途径，以及有效地处理错误或不完全的信息数据。知识库中的知识来源于知识获 取机构，同时它又为推理机提供求解问题所需的知识，与两者都有密切关系。 2 ) 综合数据库 综合数据库又称为动态数据库。它是用于存放用户提供的初始事实、问题描述以及 系统运行过程中得到的中间结果、最终结果、运行信息( 如推出结果的知识链) 等的工作 2 广西大学硕士掌位诧? 文 基于规贝g 与案例推理的注箜喇品质量控制系统的研究 存储器。数据库的规模和结构可根据系统的目的不同来确定，而且随着问题的不同，数 据库的内容也可以是动态变化的。 3 ) 推理机 推理机实际上是一种计算机程序。其主要功能是协调控制整个系统，决定如何选用 知识库中有关知识，对用户提供的证据进行推理，并且最终对用户所提出的特定问题做 出回答。推理机是整个系统的主控部分，所以也称为控制程序，是构成专家系统的核一i i , 部分嘲。 推理机的任务是模拟领域专家的思维过程，控制并执行对问题的求解。它能 根据当前己知的事实，利用知识库中的知识，按一定的推理方法和控制策略进行推理， 求得问题的答案或证明某个假设的正确性。推理机的性能与构造一般与知识的表示方式 及组织方式有关，但与知识的内容无关。 4 ) 解释机构 解释机构一般由一组程序组成，它能跟踪并记录推理过程，当用户提出询问时，它 将根据问题的要求分别做相应的处理，最后把解答用约定的形式通过人机接口输出给用 户。是专家系统区别于一般程序的重要特征之一，亦是它取信于用户的一个重要措施。 5 ) 知识获取机构 领域专家自己总结或知识工程师与领域专家共同整理总结领域的知识和他们的实 际知识、经验、模型及研究成果等，按所建专家系统规定的知识表示形式，整理成一个 个知识单元，存入知识库，这种过程称之为知识获取。其基本任务是在专家系统的知识 库建造中用以部分代替知识工程师进行专门知识的自动获取，把知识加入到知识库中， 并负责维持知识的一致性及完整性，实现专家系统的自学习，不断完善知识库。 6 ) 人机接口 人机接口是专家系统与领域专家或知识工程师及一般用户间的界面，由一组程序及 相应的硬件组成，用于完成输入输出工作。在输入或输出过程中，人机接口需要进行内 部表示形式与外部表示形式的转换。如在输入时，它将把领域专家、知识工程师或一般 用户输入的信息转换成系统的内部表示形式，然后分别交给相应的机构去处理；输出时， 它将把系统要输出的信息由内部形式转换为人们易理解的外部形式显示给相应的用户。 1 2 2 专家系统的知识表示和推理 专家系统方法是以知识处理为基础，以推理为主要手段来实现推理过程与算法统 一、符号处理与数值处理统一、知识库与数据库的交互与协调调度的。从图卜1 可以看 广西大学硕士掌位论文基于规贝q 旨案例推理的注塑制品质量控制系统的研究 出，知识库与推理机相互结合，构成了专家系统的核心，同时也是构造专家系统所研究 的主要内容。知识库存储用于知识推理的知识和数据。在专家系统的建造过程中，知识 的表示与组织往往与知识库、推理方法、推理策略紧密联系。专家系统正是通过知识库 中的知识和数据进行推理的。推理是指对事物的各个方面和因素进行分析、综合，根据 所获得的事实，运用事物之间、事物各因素之间的相互关系，找出所蕴涵的其它事实， 并作出决策和判断的过程。 1 2 2 1 知识的表示方法 所谓知识表示就是为描述世界所作的一组约定，是知识的符号化过程，它将世界的 事实、关系和过程等编码成一种合适的数据结构。知识表示主要是选择合适的形式表示 知识，即寻找知识与表示之间的映射。它研究的主要问题是设计各种知识的形式表示方 法，研究表示与控制的关系、表示和推理的关系以及知识表示和其他领域的关系。在解 决某一问题时，不同的表示方法会产生不同的效果，因此，要想有效的解决问题，我们 必须选择一个合适的表示方法。专家系统中的知识表示，是指面向计算机的知识描述或 表达形式和方法口吲。 专家系统对知识表示有以下三个基本要求： ( 1 ) 具备将问题求解中的各类形式化知识完全表示出来的能力； ( 2 ) 能使基于知识的推理有效地、符合逻辑地进行； ( 3 ) 具有良好的结构性，便于知识系统的维护，并有利于推理的进行。 目前运用较多的知识表示方法主要包括：一阶谓词逻辑表示法、产生式表示法、框 架表示法、语义网络表示法、原型、神经网络和面向对象表示法等。 1 ) 谓词逻辑表示法 逻辑表示法一般采用一阶谓词逻辑表示知识，是一种叙述性的知识表示方法，它适 合于表示事物的状态、属性、概念等事实性知识，也可以用来表示事物间确定的因果关 系。它与人们的自然语言比较接近，又可方便地存储到计算机中并被计算机做精确处理。 它实质上是一种形式语言系统，用逻辑方法研究推理的规律。用该种方式表示知识最大 的优点是它的严密性和便于推理，因而这种方法通用性强。但最大的不足是工作效率低， 主要原因是它把表示的内容和推理过程截然分开。推理按形式逻辑进行，抛弃了内容所 含有的大量信息，而且使得处理过程冗长。如何用逻辑来表达高层次的知识，理论上可 4 基音叫昵贝9 亨案例推理的度碧l 制品质量控制系统的研究 以实现，但做起来确实存在许多困难。 逻辑表示法的推理机制是归结演绎推理，主要用于自动定理证明。 劲产生式表示法 产生式系统( 又称产生式规则) 是历史悠久且使用最多的知识表示系统，在a i 中得 到了最广泛的应用。如：第一个专家系统d e n d r a l 就是采用这种知识表示系统开发的。 产生式系统用“i ft h e n 的规则形式捕获人类问题求解的行为特征，并通过“认识一 行动循环过程求解问题，其表现形式单一、直观，有利于知识的提取与形式化，其问 题求解过程符合人的认识过程，且计算机容易实现，有利于问题求解和专家系统的建立。 1 ) 组成部分产生式系统包括三个基本组成部分，即规则库、全局数据库和规则 解释器，相当于专家系统中的知识库、综合数据库和推理机。因此，基于规则的专家系 统也可称为是一种扩充的产生式系统。 2 ) 表示形式基于规则表示的知识库实际上就是一个规则集或称规则库，规则库的 常规概念形式为：i fp r e m i s e st h e nc o n c l u s i o n ，或通俗地表示为：i fc o n d i t i o nt h e n a c t i o n ，即“如果满足一定的前提条件，则会产生某个结论或采取某个行动。 例如：i f 制品翘曲t h e n 注射速率太小 目前该方法己成为专家系统中应用最广泛的一种知识表示方法，具有自然性、模块 性、结构化、清晰性等优点。一般将这种系统称为基于规则的系统。 3 ) 框架表示法 框架是描述对象( 一个事物、一个事件或一个概念) 属性的一种数据结构，在框架表 示法中，框架被看成是知识表示的基本单位。不同的框架之间可以通过属性之间的关系 建立联系，从而构成一个框架网络，充分表达相关对象问的关系。 一个框架由若干“槽”组成，每个槽又可根据实际需要分为若干个“侧面”。一个 槽用于描述对象的某一方面的属性，槽的值就是对象的属性值；一个侧面用于描述相应 属性的一个方面，每个侧面可以有一个或多个值。 框架表示法最突出的特点之一是它所具有的结构性，它善于表达结构性的知识，能 够把知识的内部结构关系及知识问的联系表示出来，因此它是一种经组织起来的结构化 的知识表示法；其次是它所具有的继承性，下层框架可以继承上层框架的属性和值，这 样不仅减少了知识的冗余，而且较好地保证了知识的一致性。框架表示法的主要的不足 之处是它不善于表达过程型知识。 在用框架表示知识的系统中，推理主要是他通过框架匹配与填槽来实现的。首先把 5 广西大学硕士学位论? 文基于规贝g 与案例推理的注筮蠊u 品质量控制系统的研究 要求解的问题用一个框架表示出来，然后把初始问题框架与知识库中已有的框架进行匹 配。通过对应槽名和槽值的比较，如果两个框架之间各对应槽没有矛盾或满足预先规定 的某些条件，则就认为这两个框架可以匹配。 4 ) 面向对象表示法 面向对象的知识表示方法可以将多种单一的知识表示方法( 如规则、框架) 按照面向 对象的程序设计原则组成一种混合知识表示形式。即以对象为中心，将对象的属性、动 态行为特征、相关领域知识和数据处理方法等有关知识“封装“在表示对象的结构中。 这种知识表示方式即集中了各种单一的知识表示方法的优点，又符合专家系统对领域对 象的认知模式，将对象的概念与对象的性质联系在一起。面向对象的知识库具有良好的 体系结构，通过对象类的知识表示，实现数据抽象与信息共享，加强了知识的重复使用 能力，易于维护，便于专家系统的开发。 1 2 2 2 系统的推理 从已知的事实出发，通过运用已掌握的知识找出其中蕴含的事实或归纳出新的事 实，这一过程通常称为推理。一般来说，大多数推理方法都涉及到前提与结论的关系， 而知识推理技术实际上就是如何从给定的一组前提或假设推导出某种结论，或在要求达 到某种结论的情况下，去寻找什么样的前提才能导致给定的结论。在专家系统中，推理 以知识库中的己有知识为依据，是一种基于知识的推理。在计算机中，实现推理的程序 称为推理机。推理具有两个基本内容：一个是知识运用的推理方式；另一个是知识选择 的推理策略1 0 ”1 。 推理的方式按照不同的角度，有不同的分类。若从结论推出的途径来划分，有演绎 推理和归纳推理。演绎推理是从全称判断推导出特称判断或单称判断的过程，也就是从 一般性较大的前提推导出一般性较小的结论的推理，是一种从一般到特殊的推理。归纳 推理是从足够多的案例中归纳出一般性结论的推理过程，是一种从个别到一般的推理。 其中，演绎推理方法以基于产生式规则的推理为典型代表，适用于理论较为丰富、完整 且定义良好的问题领域；归纳推理以基于案例的推理为代表，一般适用于经验积累较为 丰富的问题领域。 1 基于规则的推理( r u l e b a s e dr e a s o n in g ，r b r ) 指基于产生式规则知识进行问题推理，它将专家的知识和经验抽象为若干推理过程 中的产生式规则，其核心是演绎推理，从一组前提必然推导出某个结论，即三段论，作 6 基于规贝g 与案例推理的洼塑制品质量控制系统的研究 为基本的推理方法，r b r 目前应用最为广泛，它能较好的描述某些工艺知识，因而在本 文中得到运用。r b r 具有以下特点： ( 1 ) 具有很强的推理能力和较高的推理效率； ( 2 ) 知识表示形式简单，通常是i f t h e n 结构，易于系统实现； ( 3 ) 知识获取困难，需要靠人工移植方式获取专家知识，知识库维护困难； ( 4 ) 运行效率随规则规模的增大而迅速降低； ( 5 ) 对于非结构化的知识组织形式求解复杂问题困难。 2 基于案例的推理( c a s e - b a s e dr e a s o n i n g ，c b r ) 通过复用或修改以前的案例来进行问题的求解和学习。c b r 不仅是简单的复用，而 且也是具有创新性的问题求解方法，它可以通过修改规则和修改算法，对于待解问题不 十分相似的以前处理过的问题解答、解释做出适应性的修改，使之能够适应新的情况由 此得到待解问题的处理方案。 若按推理所使用知识的精确性来划分，推理可分为精确推理和不精确推理。精确推 理是指推理所用的知识都是精确的，推出的结论也是确定的，或者为真，或者为假，没 有第三种情况出现。现实世界中的事物和现象大都是不严格的、不精确的，许多概念是 模糊的，没有明确的类属界限，很难用精确的数学模型来表示和处理。人类知识中，有 相当一部分属于人们的主观判断，是不精确的、含糊的。另外，为了推理而收集的事实 和信息也往往是不完全和不精确的。基于这种不精确的事实与知识进行推理，得出结论， 就称为非精确推理。 本系统采用的是基于不确定性规则和案例的推理。 推理策略主要是解决整个问题求解过程的知识选择和应用顺序，即决定先做什么， 后做什么，并根据问题求解的当前状态分别做不同的工作，还能确定一旦出现异常情况 如何处理等等。目前，专家系统中采用的推理策略有正向推理策略、反向推理策略、混 合推理策略、冲突消解策略、双向推理策略及元控制策略。下面就前三种推理策略作一 简单介绍。 1 正向推理控制策略。正向推理也称为又叫数据驱动的控制策略，其基本思想是从 已知信息出发，正向使用规则求解待解问题，从而推导出结论。正向控制策略的优点是 用户可以主动提供问题的有关信息，可以对用户输入事实作出快速反应；其不足之处是 知识启用与执行似乎漫无目标，求解当中可能要执行许多与问题求解无关的操作，导致 推理过程的低效率。 7 广西大学硕士掌位论文摹于规舅9 与案例推理的注塑 i i u 品质量控制系统的研究 2 反向推理又叫目标驱动的控制策略。其基本思想是从己知结论出发，分析是什 么前提导致了这个结论，或从假设的结论出发，寻找可靠的前提，以证实这个结论。其 推理过程是：选定一个目标，然后在知识库中查找能导出该目标的规则集，若这些规则 中的某条规则前提与数据库相匹配，则执行该规则，否则，将该规则前提作为子目标， 递归执行上述过程，直到总目标被求解或没有能导出目标( 包括子目标) 的规则为止。 在推理过程中可能会遇到一些规则，它们的前提不能被知识库中的任何规则所支 持，这时系统就要向用户提问，以便获得证据，并把获得的证据存入动态数据库中，如 此就又可能激活一些规则，使推理得以进行下去。 3 混合推理策略：正向推理具有盲目、效率低等缺点，推理过程中可能会推出许多 与问题求解无关的子目标；反向推理中，若提出的假设目标不符合实际，也会降低系统 效率。为解决这些问题，可把正向推理和反向推理结合起来，使其各自发挥自己的优势， 取长补短，像这样既有j 下向又有反向的推理称为混合推理。 1 2 国内外对注塑制品质量智能控制技术的研究现状 实际上，注塑制品质量控制的主要方面在于制品缺陷的诊断，找出影响制品质量的 主要因素，然后在塑料成型的整个工艺过程中加以适当控制，最终使制品质量满足要求。 国内外对影响塑料制品质量的原因和质量控制方面的研究主要有如下几个方面： 1 2 1 过程参数和机器参数对制品质量的影响 h a m a d a 和t s u n a s a w a n 2 1 通过对两种材料p c a b s 在薄壁模腔中不同的过程参数下 混合注射时的内部结构的观察与分析，阐述了在制品表面出现波流痕的机理并得出结 论：较低的螺杆筒温度、较低的模具温度和较高速的注射速度容易出现波流痕。 o u - - y a n g 和m a u l n 2 1 通过实验研究了注射速度对蛇形( j e t t i n g ) 、翘曲( w a r p a g e ) 和溢料飞边存在的影响。其结论为：控制注射速度对消除“蛇形”现象只有微小的作 用：在一个厚度均匀的模腔中，翘曲变形与模腔中熔体的流动速度无关；在充模阶段的 后期，适当地减小螺杆速度有利于减少溢料飞边，即溢料飞边与分级注射速度有关。 y o s h i i 等在原子显微镜下观察- r p c , 匍 品的波流痕现象。他们发现，通过增加熔体 温度、模具温度和注射速度可以消除波流痕。 最近，k m b j a n s e n 等n 4 1 人通过大量文献的回顾和实验，系统地报告了过程参 数条件对萎缩的影响。结论是，保压压力和熔体温度是影响注塑制品的萎缩的最有效的 8 广西大掌硕士学位论文 基于规贝与案例推理的注塑制品质4 1 , - 控制系统的研究 过程参数，增加它们可以减少萎缩缺陷；注射速度和模具温度对萎缩的影响很小且随材 料的更换而改变。 国内成都科技大学在注射成型充填模拟方面也开展了卓有成效的工作，郑州工业大 学在注射成型c a e 分析与优化方面取得了一些研究成果，另外浙江大学、合肥工业大学、 西北工业大学等也相继开展了有意的探索。 综上所述，实验是了解过程参数与注塑制品质量之间关系最直接、最基本的方法。 通过实验证实了过程参数对制品质量的影响，而且表明，实验是确定过程参数的一种有 效的手段。实验的结果就是经验知识，可以用来产生知识库，例如，消除凹陷的有效方 法是增加保压压力和延长保压时间。 1 2 2 制品质量控制模型的研究 d c p a u l s o n 和c p p a u l s o n n 6 1 应用人工智能确定过程参数，并提出一种解决注 塑机产品质量的专家系统，建立了一个覆盖3 0 种缺陷的知识库。从分子运动的观点，采 用并行程序来分析注塑制品的问题，给出了可供查询的用于解决缺陷的专家知识库。 k n t a na n dm m f y u e n n 明应用模糊集理论，基于知识库和数值仿真对注塑 产品的制品缺陷进行描述，在模糊推理的机制下，寻找出最优的过程参数。 s k e n i gn 7 1 通过采用人工神经网络预测塑料机械属性的拉伸模量来实现对成型过程 参数控制，提出了集成自适用控制机理的思想。 g a v a g e l a t o sn 8 1 描述了一个塑料注射成型过程基于制品缺陷的多目标优化自动 调节机器操作参数减少人为调整的次数的模糊监控系统。 k w o n g n 刚等研究了一种基于案例推理的系统来确定注塑模型的参数。案例库用于存 放旧的知识和经验，基于案例的推理机用于对以前知识的调用、修改和补充。 e c b e r n h a r d ta n dg b e r t a c c h i 及l p h e b e r t 啪1 等各研制了一种解决注塑制品 缺陷的专家系统，用户交互会话功能很强，需用户回答许多较专业的问题诸如缺陷发 生的具体位置、时间和频度等。 国内一些研究机构也在人工智能优化参数和控制方面进行过较深入的探索，如上海 交通大学石峰、娄臻亮等口门对经典的粗糙集理论进行了扩展，将等价关系扩展为模糊相 似关系，并利用此模型建立了具有规则数目少、规则敏捷的模糊知识库。 华中科技大学李德群、周华民1 通过数值计算与人工智能技术的结合，构成了注塑 制品成形质量全面控制的核心技术。周华民等采用不精确推理的方式，利用的是m y c i n 的不精确推理模型。 9 广西大掌硕士掌位论文基于规则与案例推理的注塑制品质量控制系统的研究 华南理工大学郁滨、钟汉如等k 3 1 和金新明，朱学峰等乜盯利用注塑专家的经验知识， 采用基于规则的模糊逻辑推理，寻找无缺陷注塑过程参数的方法，首次将基于案例知识 的模糊逻辑系统运用于注塑过程参数的自动设定。 南昌大学郑生荣、辛勇等瞄1 基于混合神经网络与遗传算法方法的注塑参数优化，应 用神经网络技术，根据输入参数可快速预测输出参数，但所得结果只是映射值，并非最优 值。要获取最佳参数值，应进行优化计算。遗传算法就是一种通过模拟自然进化过程进 行随机、自适应搜索最优解的方法。 大连理工大学于同敏、查志锋等1 基于模糊神经网络的注塑制品缺陷诊断系统研究 与开发，运用模糊理论、神经网络技术，结合专家系统技术，以领域专家的知识和实践 经验为知识基础，开发基于模糊神经网络的注塑制品缺陷分析诊断专家系统，帮助模具 设计工程师以及注塑成型生产操作人员结合具体的实际情况，对制品缺陷的产生原因进 行快速有效的分析诊断，并提供合理的解决方案。 广西大学廖小平等瞳7 1 基于案例的推理进行成型过程制品缺陷和基于规则的推理进 行成型过程设备故障监控作了一些研究，并开发了一个基于知识的实时监控和仿真系 统。 传统的专家系统采用的推理模式一般是基于规则的推理( r u l e - - b a s e dr e a s o n i n g ， r b r ) 。对于r b r 方法来说，规则的形式易于理解，知识结构好，但规则库难于维护，知 识的一致性难于保证，同时推理效率相对较低。近十几年人工智能中发展起来了另外一 种推理模式基于案例的推理( c a s e - - b a s e dr e a s o n i n gc b r ) 。c b r 又称案例推理，是 通过访问知识库中过去同类问题的求解从而获得当前问题解决的一种推理模式。同r b r 相比，c b r 的优点比较明显：信息的完全表达、增量式学习、形象思维的准确模拟、知 识获取较为容易、求解效率高等。而c b r 最大的优点还在于动态知识库，即通过增量学 习而不断增加知识的案例库。当然，c b r 也存在着一些不足，如对噪音数据敏感等。一 般来说，r b r 主要适用于知识富有型的应用领域，而c b r 主要适用于经验富有型的领域。 在塑料制品的注塑过程中，既有一些需要遵守的优化知识规则，同时许多问题的定位也 需要丰富的经验，因此将r b r 与c b r 相结合的专家系统具有较好的前景。本文将探讨c b r 与r b r 技术如何应用到注塑制品的质量控制中，同时达：至i j c b r 与r b r 的优势互补。 l o 基于规皿9 亨案例推理的注置l 制品质量控制系统的研究 1 3 课题的来源以及主要研究工作 1 3 1 课题来源 本研究课题来源于广西区自然基金项目( 项目编号：桂科基0 5 7 5 0 1 2 ) 和广西大学 科技基金( 合同编号：x 0 5 1 0 2 4 ) 资助项目塑料注射成型智能故障检测与诊断建模技术研 究。 1 3 2 本论文主要研究工作 本文研究的是基于案例与规则混合推理的注塑制品质量控制技术，以领域专家的知 识和实践经验为知识基础，开发注塑制品质量控制专家系统，帮助模具设计工程师以及 注塑成型生产操作人员结合具体的实际情况，、对制品缺陷的产生原因进行快速有效的分 析诊断，并提供合理的注射成型工艺方案。本论文的内容可分为两部分，一部份为基于 规则的塑料制品缺陷诊断；另外一部份为基于案例推理的塑料制品生产工艺方案的优 化；最后将基于规则的推理和基于案例的推理集成，完成对注塑制品的质量控制。具体 的研究工作主要有以下几个部分： ( 1 ) 缺陷诊断规则库的建立。以注塑领域专家的知识和实践经验为基础，总结归 纳注塑制品常见的缺陷征兆、产生原因、解决方案，建立规则库。 ( 2 ) 基于规则推理的缺陷诊断方法的研究。根据专门知识的不确定性和模糊性， 运用非精确推理模型中的确定性理论，组织实现制品缺陷诊断的推理机。 ( 3 ) 研究基于案例的推理技术。对影响塑料制品注塑成型的因素及基于实例推理 技术中知识的表示方法进行研究分析，建立案例库。利用基于案例的推理方法来控制塑 料制品质量。 ( 4 ) 案例推理与规则推理的集成推理框架研究。 ( 5 ) 选取实际生产中的典型案例对比验证系统分析结果，说明整个系统的运行过 程。 广西大学硕士掌位论文基于规舅与案例推理的注塑制品质量控制系统的研究 第二章影响注塑制品质量的主要因素分析 注塑制品质量包括内部质量和外部质量两个方面。 内部质量是指与聚合物结构形态有关的结晶、取向、变形、翘曲及内应力分布；与 力学性质有关的拉伸、弯曲、冲击和熔合缝强度；与变形、收缩有关的尺寸精度等。 外部质量是指制品表面质量。注塑制品的表面质量是内部质量的必然反映。当注塑 条件不宜时，制品就会出现翘曲、凹陷、缩孔、填充不足、变色与暗纹、银丝与剥层、 乱流纹与喷射痕、无光泽、烧焦、白花、表面划伤与龟裂等质量问题。造成上述表面缺 陷的因素往往与造成制品内部质量的不良因素相一致，大都与熔体的流动、冷却定型等 过程有直接关系。 在实际的成型生产中，塑料制品的质量与成型工艺、原材料、模具条件、注塑机、 塑料制品设计及环境状况等密切相关，避免产生缺陷、保证成型质量常常从以上方面来 考虑。 2 1 注塑主要工艺参数对制品质量的影响 2 1 1 塑化过程参数的影响 塑化是指塑料在料筒内经加热达到流动状态并具有良好的可塑性的