基于本体的注塑模改模知识表达方法研究

第 1 2期 2 0 1 2年 1 2月 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i n e r y De s i g n Ma n uf a c t u r e 2 3 3 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 2 1 2 0 2 3 3 0 3 基于本体的注塑模改模知识表达方法研究 术 王毅 陈庆 新 毛宁 1 广东工业大学 机电工程学院 广州 5 1 0 0 9 0 2 仲恺农业工程学院 机电工程学院 广州 5 1 0 2 2 5 Th e Re s e a r c h o n t h e Kn o wl e d g e Re p r e s en t a t i On o f t h e l n j e c t i o n Mo u l d B a s e d o n 0n t o lo g y WA N G Y i C H E N Q i n g x i n MA O N i n g 1 S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y G u a n g z h o u 5 1 0 0 9 0 C h i n a 2 De p a r t me n t o f Me c h a n i c a n d El e c t r o n i c En g i n e e r i n g Z h o n g k a i Un i v e r s i t y o f Ag r i c u l t u r e a n d E n g i n e e r i n g G u a n g z h o u 5 1 0 2 2 5 C h i n a 摘要 改模是注塑模具生产的重要环节 改模知识存在描述不规范和表达层次不一致的问题 为了解决这一问题 引入基于本体表达知识的方法 分析了注塑模改模知识的特点 建立改模知识的表 l达模型 借鉴现有的本体构建方法 定义了本体概念 属性 关系 实例 对改模知识本体进行 了形式化 2 的描述 建立了多层次的改模本体表达模型 实现了改模知识的统一形式化表达 并通过一个基于批锋 l缺陷的改模问题验证了所建立改模知识本体的正确 生 与可行 生 i 关键词 本体 注塑模具 改模知识表达 l A b s t r a c t M o u l d r e p a i r is a n i m p o r t a n t t a s k i n t h e m o u l d p r o d u c t i o n w h e r e th e p r o b l e m s o f 砒 一2 s c r ip t i o n h a v e n o t b e e n s t and a r d iz e d and th e e x p r e s s io n l e v e ls ar e n o t in t h e s 6 11 n e i n t h e m o u ld r e p a i r k n o w l e J g e e k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n b as e d 0 t h e 0 n t o lo g y is p u t f o r w ar d t o s o lv e th e p r o b l e ms T h e f e at u r e s oft h e m o u ld r e p ai r k n o w le d g e ar e ana l y z e d a n d t h e m o d e l ofth e k n o w le d g e e x p r e s s i o n i s e s t a b l l is h e d T h e c o n c e p ts a t t r ib u t e s r e l at i o n s and i n s t ant s oft h e o n t o l o g y a r e d e fi n e d w i th t h e o n t o l o gy d e s ig n l m e t h o d o l o gy and t h e m u l t i l a y e r m o u l d r e p a i r o n t o l o gy m o d e l W as e s t a b l is h e d T h e f o r m a l d e s c 却t i o n and r e p r e s e n t at io n oft h e m o u l d r e p a i r k n o w l e d g e w e r e r e a l i z e d A t l a s t t h e e x a m p l e abo u t t h e d ef e c t of fl a s h 一 W as p r e s e n te d b y th e k n o w l e d g e m o d e l t o d e m o ns t r at e t h e v a l i d i t y an d t h e f e a s i b i l i ty K e y Wo r d s O n t o l o g y I n j e c t i o n M o u l d Mo u l d R e p a i r K n o w l e d g e R e p r e s e n t a t i o n 中图分类号 T H1 6 文献标识码 A 1 弓 I 言 明 确 的 形 式 化 规 范 说 明 具 有 如 下 的 一 些 优 点 1 能 规 范 化 和 清 注塑模具成型面复杂 结构多样 且多为单件定制 既使正 晰化相关领域的概念和术语 有利于知识的标准化 2 具有的丰 确应用通用的模具设计制造原则也难以确保一次试模成功 改模 富概念间关系和各种约束 满足了改模知识复杂性和相关性的要 方案的制定是模具企业最为头疼的问题 但由于改模工程师个人 求 3 作为语义网的核心 为语义网系统提供知识组织和逻辑关 知识水平的差异 导致改模方案的表达因人而异 存在描述不规 系 本体的核心是在把握事物本质的基础上 通过抽象事物类型 范和表达层次不一致的问题 缺乏统一的知识模型 容易造成对 及其关系约束的明确定义 实现复杂认知知识的规范描述 已经 同一知识的描述各不相同 难以达成共识 这也使得改模方案中 广泛应用于各种领域 如知识工程 信息技术 人工智能 医药工 蕴含的知识难以在改模工程师之间共享 更不利于运用计算机技 程和机械工程等领域 术 进 行 智 能 处 理 为 此 研 究 改 模 方 案 表 达 方 法 非 常 必 要 2改模知识模型I 建立 在文献B a 1 中 针对塑件缺陷分析和注塑工艺参数优化问题 在分析改模相关案例时 可以将改模方案的表达从总体上 提出了针对缺陷出现 产生原因及注塑参数的规则表示的方法 分成改模问题 改模原因 解决方法等几个要素组成 其中 其中对规则的前提和结论采用的是整体式描述方式 通过分类定 1 改模问题详细记录试模中模具或塑件上出现问题的位 义其可信度 应用规则匹配进行推理 但这种整体式描述过于粗 置 问题的表现和问题影响的程度等 为清楚准确描述问题 通常 放 无法表达问题及产生原因细节 基于这种表达方法 计算机自 在改模工艺文件中附有相关零部件的工艺简图 并标明问题所处 动识别的难度过大 由此归纳出工艺规则的通用性和适用性差 位置 且应用覆盖面小 2 改模原因记录了引发问题的可能原因 并作为问题解决 本体 0 n t o 1 o g y 的概念起源于哲学领域 是共享概念模型的盼f 衣 据 来稿 日期 2 0 1 2 0 2 0 6 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 5 0 7 7 5 0 4 2 国家 8 6 3 计划 C I MS项 目 2 0 0 7 A A o 4 z 1 A 8 广东省自 然科学基金联合资助 2 0 1 1 0 1 0 0 0 2 2 4 5 广东省科技计划项H 2 0 1 1 B 0 2 0 3 1 2 0 0 5 2 3 4 王毅等 基于本体的注塑模改模知识表达方法研究 第 1 2 期 3 解决方法详细记录了问题的解决方法 从上面的分析我们可以看出 改模首先是要确定在塑件上 出现问题的位置P 通过塑件的问题位置所出现的问题现象 p去 寻找模具的设计或制造原因冗 再得出解决方案 所以改模方 案的制定首先是从塑件的问题位置开始的 当某个位置节点 塑 件位置 P I 由于某些模具设计或制造原因出现了某一注塑缺陷问 题的时候 Q 为了制定相应的改模方案 必须针对相关信息进行 分析处理 用以完成注塑缺陷的消除 图中为某个塑件的节点位 置 在发生注塑缺陷时所具有的关系 Q 表示该节点所具有的 注塑缺陷问题 R 表示在该节点的导致缺陷的改模原因 表示 在该节点所具有的改模解决方案 即 位置节点P l 出现了注塑缺 陷问题 Q 原因 R 导致了注塑缺陷发生在位置节点 Jp 1 处 改模 方案 定位于位置节点 P l 模型如图 1 所示 图 1改模知识流程 图 F i g 1 Mo u l d Re p a i r Kn o wl e dg e E x p r e s s i o n 3改模知识本体的形式化描述 改模知识包括各种概念I生 规则性 经验性和过程性等知 识 我们将这些知识抽象为改模知识本体 将其描述为若干概念 概念具有属性 规则 概念间有关系 关系受规则约束 关系本身 也可能具有屙陛 另外 由于改模知识是以经验为主的领域 其实 例是值得保留和借鉴的 因此 将实例也作为改模知识本体的一 个集合 根据以上分析 借鉴文献介绍的六元素法 以元素法表示改 模知识案例本体 Mo u l d R e p a i r K n o w l e d g e o n t o l o g y MR K O 1 定义 1 肘 D c A 日 F 式中 C 改模知识概念集 A 一改模知识概念屙 生 集 一改模知 识概念关系集 由用户 自定义 于概念集 C的层次 关系集 卜 改模知识实例集 模知识公理集 在改模知识中 按照相关改模知识的案例 考虑到改模知识 的综合性和复杂性 将改模知识表示为不同的改模任务 改模问 题描述 改模原因 改模位置 解决方案的概念集合 定义 2 c用来描述改模知识的概念 对于概念集合中的每 一 个概念 都可以采用形如结构 C D e H R 来表示 式中 嘲模概念的描述或说明信息 G 概念 C的上 层概念 e 既念 C的下层概念 e 一 概念 c的等同概念 一 和概念 C相关的概念 这些概念主要是由用户 自定义联系和关 系的概念 月 一 概念 C的层次关系 用户自定义的关系 如 不同类概念之间的关系 卜 实例 定义 3 R表示概念间关系的集合 假设 和 属于概念集 中的第 i 个和第 个概念 则R c c 为两概念之间的关系 如改模问题相对于位置之间的 关系可以定义为 h a s p o s i t i o n 位置对于改模问题可以定义为 h a s p r o b l e m 改模问题相对于改模原因之间的关系可以定义为 h a s r e a s o n 同样 改模原因对于解决方案之间是关系也可以定义 为 h a s m e t h o d 定义4 日表示概念之间的层次关系 假设 和 属于概念集 中的第 i 个和第 个概念 则 圩 c c 为两概念之间的层次关系 较常用的层次关系还有 i s a 继承关系 p a r t o f 部分与整体关系 m a t c h w i t h 配合关系 i n s t a n c e o f 实例关系 等 定义 5 A表示概念的属性 属性是用于描述与表达其所属 类的各种特性及其关系 一般地把本体的属性分为三类 分别为 对象型属性 数值型属性和注释型属性 p r o t 6 g 6 2 0 1 0 其中 对 象型属性多用于建立与表达实体类之间的概念关系 通过对象型 属性建立与表达本体类之间丰富而又复杂的概念语义关系 为语 义信息组织与检索奠定基础 数值型屙l生 是用于表达本体类的数 据特性 其内容为描述事物数值特l生的名称 4改模知识本体建立的实例分析 为了验证前面本体知识表示的可行陛 下面将建立改模知 识本体 根据前面的改模知识模型 将改模知识的概念类型从总 体上分成改模问题位置 问题表征 原因分析 解决方案和改模基 本信息5个因素 4 1改模本体知识层次的建立 1 改模记录 C 主要记录了模具的维修记录 以案例的形式 记录了信息 包括塑件问题描述 问题的原因分析 问题处理等内 容 是改模领域知识的重要组成部分 2 改模原因 表示引发塑件缺陷的可能原因的概念集合 在确定塑件缺陷发生部位和缺陷的表征的基础上 需要进一步确 定其产生原因 可分为塑料塑件成型的原因 注塑工艺的不恰当 以及模具 自身原因等三个子类 其中 塑料塑件成型的原因包括 塑件设计不合理 分型不恰当以及进料不恰当等 注射工艺原因 包含压力 流量 温度等 模具本身的原因包含模具设计 模具制 造 装配 客户变动等 3 改模问题 c 表示塑件发生缺陷时候表现出来的特征的 概念集合 按照塑件缺陷现象获取的方式 可将其分为外观问题 尺寸问题和运动问题三个子类 4 故障部位 c 4 表示用于描述出现塑件缺陷的部位的概念 集合 因为模具的型腔位置一般和塑件缺陷位置一一对应 所以 一 股睛况下也认为出现塑件的故障部位也就是模具的故障位置 当然这不是唯一的原因 塑件缺陷部位的确定是改模方案确定 的基础 根据塑件的自身结构组成 采用白上向下的原则 得到的 塑件的层次结构 从逻辑关系上可将塑件分为塑件位置和流道系 统部位 5 解决方案是塑件缺陷的处理方式 包括修复塑件缺陷的 方法 步骤 所需资源 效果以及改进措施等内容 是改模知识最 直接的应用目的 一般地把解决方案分解成为操作位置和操作对 No 1 2 D e c 2 0 1 2 机 械 设 计 与 制 造 2 3 5 策两个子类 经过对概念集合的层次体系结构进行扩展 总结得出了改 模知识本体的概念层次模型 如图2所示 4 2实例化分析 面向应用目的的本体侧重于信息描述即实例表现 改模知 识本体借助 P r o t 6 g 6 等本体构建工具 自动生成符合 O WL语法的 文件 再结合手工方式在本体构建工具中声明实例 描述实例和 对关系进行关联来完成本体大量的概念实例化工作 下面以一 个关于模具批锋的实例来进行改模知识部分本体的建立 通过建立改模本体模型 如图 3 所示 则针对批锋这一塑件 缺陷有着比较清楚的描述 当发现塑件出现批锋这一缺陷的时 候 改模人员首先要确定其位置在哪里 比如零件的型腔表面 则 通过模型去寻找引起批锋缺陷的可能原因 在寻找改模原因的同 时需要了解该套模具的基本信息 如模具设计信息 包括设计评 审 设计人员等资料 制造基本信息 包括镶块的加工机床 加工 人员等 客户信息 客户的设计要求习惯 客户的更改习惯等 进而确定相关的改模原因 进而拟定相应的改模方案 如对镶块 进行烧焊以添加材料 修补空隙 唾 回 面昀口7 鐾 f 工变动 匮l二 l 囱 匿 鲍 炳 I I 弱 篇I 结合 处 特征 位 纹 路位 产 品 束端 壁 罩处 商 顶 针 推 扳 推 块 推 管 图 2改模知识层次模型 F i g 2 Mo ul d Re pa i r Kn o wl e d g e Hi e r a r c h i c a l Mo d e l E 塑工艺 客户变动 注射压 力太 大 图3基于批锋的改模本体 F i g 3 Mo u l d Re p a i r On t o l o g y Ba s e d 0 n B u r r 5结论 首先分析了注塑模改模知识的特点 引入基于本体表达知 识的方法 建立改模知识的表达模型 借鉴现有的本体构建方法 对改模知识本体进行了形式化的描述 实现了改模知识的统一形 式化表达 借助 P r o t 6 g 6 等本体构建工具建立了注塑模改模知识 本体 并通过一个基于批锋缺陷的改模问题验证了所建立改模知 识本体的正确性与可行性 参考文献 1 胡俊翘 陈兴 李德群 注塑件缺陷诊断专家系统的研究 与应用 J 计 算机应用 1 9 9 4 1 1 7 2 0 2 郑生荣 辛勇 杨国泰 基于混合神经网络与遗传算法方法的注塑参数 优化 J 计算机应用 2 0 0 4 2 4 2 9 1 9 4 3 郁滨 钟汉如 智能消除注塑制品缺陷的研究 J 中国机械工程 2 O O l 1 2 6 6 2