设计型专家系统在模具CAD中的应用.pdf

第 卷第 期 年 月 大连理工大学学报 1 分类号 9 工程设计的方式和专家系统求解问题的模式 专家系统 是人工智能应 用于知 识工程 的新技术 它以知识信息的汇集为基础 是一种具 有很强符号处理功能和程序结构高度模块化的知 识处理系统 建造设计型专家系统 是为了使 之与1 技术结合起来以解决某领域较复杂的产品设计问题 并使之具有领 域专家的水 准 为此 设计型专家系统 的构造和模式应能充分体现出领域专家求解问题的思 维特征 并 使领域专家的求解路线能够 转化为有效 的计算机内部表示 通常 工程设 计要 经历方 案设计 参数设计和结构设计的反复过程 因此 工程设计过 程充分体现了 设 计一评价一再设计 这一特征 而专家系统求解设计问题的过 程正具有这 一特点 常用方法有问题的状态 空间模 型和分层 模型等 6 设计问题的状态空 间模型 设计问题 一般可描述为 9 在 给定约束条件下 寻求一个确实可行的完整设计方案 而一 个 设计方案 总是 由一 些设计概 念和相关参数构成 当设计概念和相关参数确定之后 就形成了 一个设 计方案 称 此设计方 案为一个设计状态 由全部可能产生的设计状态构成 的集合称为 设计问题的状 态空间或解空间 所谓设计问题 的状态空间模 型就是在给定约束条件下 由某 一 初始状 态7初始方案8出发 按照一定策略搜索此状态 空 间 逐渐逼近目标状态7可行方 案8 显而易见 这种模式体现 了再设计特征 6 设计问题的分层模型 所谓设计间题的分层 模型 其实质是把一个复杂问题分解为若干个较为简单的子问题 本文于 叭年 月 盯日收到 6 了理大建理工大半 李报 卷 若子问题还难于 直接求解 则可进一 步分解子问题 直至子 问题能直接求解为 卜 显然 这 种方法通过 分层体系结构降低了问题求解难度 而且这也体现了领域专家解决复杂问题 的求 解思路 如果所脊子问题能够方便地解 出 邵么婚个复杂间题也就迎刃而解了 分层模型 的 关键在于如何分解子 问题 和编排什么样的求解顺序 某种分 法可能 使问题有解 另一种 分法 则可能导 致问题无解 因此 在分层模型中同样涉及到领域专家的经 验知识 设 计 问题的分 层模型可用 与 或图 表示 图上根结点表示总的复杂设计任务 其后辈结点表示各子 问 题 末稍叶结点表示能够直接求解的子问题 综上所述 状态空 间模型体现了再设计特征 可以使设计过程 在一定范围内回溯进 行 分层 模 型则体现 了领域专家解决复杂设计问题的思路 而且为专家系统控 制策略和知识库设 计提 供了形式化的重要依据 因此 在建造设计型专家系统时 应 把这两种 模式结合起来 使系统能够有效地模拟专家的设计思路进行设计 具体来讲 系统通 过分层模型把问题的求 解路线展开 即把问题的 与 或图 转化为专家系统中的 上下文 树 上下文树 是 整 个系统的骨架 它和相应规则控制着设计的进程 在 上下文 树 中 每个结点上相当于有一 位 专家 某个结点的子结点上 的 专家 称为读结点的 子专家 对于末梢叶结点 则 由子问题的设计状态来表示 并通过一定的评价规则来实现该子问题的再设计 当系统求解设计问题时 首先通 过输入接口模块把必要 的概念 参数等信息以交互或文 件传参的方式输入 然后由系统总控程序按照一定的层次和求解顺序触 发各结点上 的 专 家 和 子专家 6 依次求解 当全部子问题求解完毕并通 过输出接口模块输出结果之后 系 统的设计问题也就解决了 弯管磁型铸造模具智能化 1 系统 戍用本文提出的模式 为铁道部大连机车车辆 广 开发了一个实用模具 1 系统 系 统在 一 机上实现 所用编程语言为人 4 6 版本 在内燃机车的供水 供汽和输油管系中 有许多联接法兰类型不同 规格尺寸不同的 铸钢弯管接头 该 厂在弯管接头铸造生产方面采用了磁型铸造新工 艺 为此 在最终造型 之 前 需先由弯管注塑模具以加热 成型 的方法造出一个与铸钢弯营的形状 尺寸完全相同的泡 沫塑料弯管模型 由于弯管联接法兰型式多样 且各部分相应尺寸变化范围大 这就使弯管 模具的人工设计士作不仅繁项 耗时 而且难免出现疏误 因此 本 系统采用了专家系统 技 术来实现弯管模具的方案设计 参数设计和结构设计的自动化 属自动指向型 1 系统 该系统由弯耸参数输入模块和模具设计模块组成 对于 给定的弯管零件 首先以交互的 方式输入弯管上下端联接法兰的类型 和各部尺寸 继而根据法兰 类型 的不同形式 运用专家 系统钱术来实现弯管的参数计算 图形绘制 尺 9 一 标注和数据处理等功能 子程序 的自动组合 进而绘出含有毛坯加工余量且将铸件收缩影响考虑在内的毛坯龙艺尺 寸 图 此图既甩于检查 弯管零件各部尺寸输入 是否 正确 是弯管模具设 计 的依 据 同时又可用来最终检查模具型腔 尺寸的准确性 此后 即由模具设计模块以毛坯数据文件提供队信息为依据 在专家系统的 控制下 完成模具方案设计 装配图和零件工作图的自动设计 期 张冰焰等 9 设计 型专家系统在模具1八 中的应用 模具设计模块的专家系统总体结构如图 所 示 该系统由数据 库 规 则库 总控 程序和 模具设 计功能程 宁等组成 数据 库主要存放概 念和事实性知识 知识采 用产 生式规 则和过程 性描述 在规 则库中存放有与模具设计有关的 各类知识 其中既有目标规则 也有用 于指导 目标规 则选用 协调 系统运行 的元规则 控制 部分是专家系 统的 重要部分 在图 中是 系 统 总控模块 它是专家系统实现推理 决策和控 制系统进 程的中枢 系统总控 模块框图如 图 8歹 矛 示 图 了 模具设计专家系统的总体结构 本系统在进行弯管模具设计 时 是按照模 具设 计的分层 模型 方式进行 其相应的 上下 文树 如 图 所 示 具体过程7参看图 8如 下 9 首先是模具方案设计 即根据联接法兰类 型 法兰尺寸大小和弯管尺寸范围等条件 从 图 系统 总控模块框图 序 依照深度优先的策略作用于 上下文 树 和功能程序 的有序调 用 消除干涉 合 理布置 浇铸口 注塑口及模具锁紧 夹爪布局 并考虑铸造工艺性 可加工性等角 度出发 分别确定模具体 上 下端模具法兰 芯块的结构型式 然后 系统转入结构设计 依 次完成模具装配图设计和全部零件工作图 设 计 由此可以看出 系统的控制 策略是 上下 文树 深度优先搜索策略 其中 上下文树 各子 目标及其求解顺序由元规 则表述 系统设 计的实质是在元 规则 的指导下 将 系统总 控程 各结点 并结合有关规 则来实现相应 推理 决策 确定 模体 型式 突共 布局 吓吓吓洪具设计 计 零零零零零零零零零零零零零零零零零零件图设 计 确确定 定定确定 定定 确定 定定 确定 定定定定定定定定定 上上端 端端 下哟 哟哟 芯块 块块芯块块块块块 法法兰兰兰兰兰兰兰 型型型5 5型型型模模 型型式 式式 验轰轰轰 式式式式式式具具 体体体体体体体体体体体体体体体体体体体 塑 布 一口 注 口 局 图 模具设计的上下文树 大 连理工大学学报 卷 本系统已通过若干 设计实例的试 运行 运 行结果表明 本文所提出的设 计型专家系统模 式是切实可行的 弯管 模具设计实例见 图 图 和 图 6 图 迁是由参数输入模 块 自动完成 的弯管毛坯工艺尺寸图 图 图 是 由模 具 设计模块自动完成 的模具装配图和全部零件工 作图之一 在参数输入之后 一切 设计活 动均 由专家系统控制完成 这是本系统 最显著的特 点 味 味 卜卜下 未一一 司 司 诗诗 胜三三 图 毛坯铸造工艺尺寸图 一一一一 6 一 一一一一 护 州一 一 比 一 一一一 螂毓亥 士 溉扮 诊 7 7 7 7 斗翔日 称济豁豁尧入少 黔一之偏麟二丰二翔 肠弓洲 万万5群二礴衬 不 汤 气卜左 协 汉卜八气 入 尸 子护 伏 之 一 一 气 子子子子子子子 6 6 6 耀缈博熟黔 黔 蘸蘸 6目6 上上巨 口比 6 三三霎 霎霎 凰凰凰凰凰 窿窿昆昆昆昆 澎澎澎澎澎澎澎澎澎澎澎澎澎澎澎澎澎 刁刁刁 淤淤淤淤 狂狂狂狂入 可 可可可 日日日日日日 一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一 冬 一 一一一一 墓 墓墓 仁仁仁二二 二二二二二二二二二二二二二二二二二二 洁洁洁洁 性 曰曰口口口口口口 闷闷闷闷闷闷闷闷闷闷闷闷闷闷闷闷闷 纽 抖抖8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 枯枯枯刁而丽 丽丽丽丽丽 裤军 卜卜卜卜卜卜 卜卜卜书叨 月尸 尸5 5 5 8 8 8 8 8 8 8 8 8 一州帕护卜