专家系统在保持架模具设计中的应用

作者：三峡大学机械与材料学院 张发军

欢迎访问e展厅 展厅 3 冲压模具/锻压/冷镦模具展厅 冲压模, 级进模, 拉深冲裁模, 冷冲模, 冲床模具, ... 摘要：针对轴承浪型保持架生产制造过程中多重工序环节因素的影响，基于人工智能专家系统的原理提出建立起相应的知识库、数据库等几大模块，并结合轴承浪型保持架拉延模具设计的特点，对零件信息特征建模及实现技术进行论述。 关键词：浪型保持架；模具；专家系统；零件；数据库 长期以来浪型保持架的设计完全依赖于设计人员实际工作经验拉延模具的成败直接取决于设计人员实际经验的高低，因此不同专家的产品设计可能并不完全相同，但可肯定这种差别只是局部的、细小的和非本质的。专家系统正是一种基于知识库进行推理的智能系统在整理专家实际设计经验的基础上建立起浪型保持架拉延设计专家系统，通过计算机采取对知识库的搜索、判断及推理来完成拉延件的相关参数设计从而有效地避免不同设计者之间的系统差异影响。 1系统的总体结构 本系统的总体结构如图1所示，这种结构的人机交互界面简单明了易于建立与修改。开始时用户通过产品的模具图纸，完成其几何特征的信息表述提取并建立起与零件工艺特征相对应的模型知识库，然后专家系统通过推理机调用各特征所影射的相应知识元，进行推理与判断来完成浪型保持架拉延件相关工序的参数设计。 2 拉延模具设计要领特征信息库 为了建立一个完整的专家诊断系统，首先应针对浪型保持架的特点建立起相应的知识信息库。它包括以下设计所需要的信息内容：(1)总体信息：产品名称、材料特性、毛坯种类。(2)几何信息：模具形状、零件尺寸、特征参数。(3)工艺信息：成型条件、工序规则、回弹系数。(4)技术信息：表面质量、形位公差、特殊要求。基于以上信息特征通过计算机建立起相应的模型以 支撑整个设计过程。值得指出的是，整个知识库的建立应基于各个工序环节的专家知识，特别 是来自于生产一线的实际数据更应作为我们知识库的首选数据如回弹系数这个实践性极强的数据由于材质不同就会出现不同的回弹系数甚至即使材质相同而批次不同也会影响回弹系数的大小。这样系统建立以后在人机交互的环境中可根据不同的实际情况基于专家知识对参数进行修正以期达到最理想的设计效果。 目前支持CAD/CAPP/CAM系统的特征建模有以下三种方式：基于对象特征、基于人工识别和基于人机交互。考虑到浪型保持架形状一般是由平面、柱面和球面等复杂的三次及高次曲面组合构成，如果完全基于对象特征和基于人工识别很难完成这种多形面组合特征的建模，因此只有充分利用浪型保持架各成型模具的各个型面的明显特征通过实体造型来组合生成模具的型腔模型，对于相同的部分采用公用模块来调用组合，对于差异的部分采用特征造型来生成使用，最后利用相关编辑功能使两者有机结合成为一套完全的设计图纸。 3 拉延模具对象的层次与结构 由于浪型保持架形式不多但形状复杂，因而其成型过程中涉及到的模具相应地有：冲裁模、冲浪模、成型模和整形模等，它们的相似性很强，因而比较容易实现公用工艺数据库的共享。同时由于它们之间存在差异即具有明显的特征，因而可作为系统对模具对象的识别依据要素，依照它们之间这种一般与特殊的各自属性来对相关模具产品进行检索与调用，从而避免计算机内存空间被无效占用的不利现象。 通过以上分析，采用如图2所示的层次结构来对模具对象进行描述，其中形体层是几种模具的共同属性，为系统提供必要的公用共享数据库；特征层是几种模具的各自属性为系统提供必要的私有数据信息。这种公用的数据和私有的数据信息系统既有利于对象的识别又利于资源的共享，能最大限度地提高产品设计效益。 4 拉延模具对象数据库的建立 数据库是存放专家系统当前的事实情况即存放用户告知的相关事实属性，系统工作时，推理机根据数据库中的事实属性进行推理进而给出相关参数设计信息。 在面向对象的数据库中，所涉及的这种工艺知识数据是以非表函数形式存在的，各数据以对象的静态属性形式分布于每个对象之中，当遇到有关问题求解时，则以对象动态的属性形式存在于每个对象之中，在建立设计系统时，既要表达领域对象的静态属性、行为特征与约束条件，又要表达不同专家的实际经验和判断决策等动态知识，一旦对象通过特征信息调用特征层时，相应的模具形体层也被调用，这样该对象的数据库就自然地建立起来了。 在C语言中可以表述为如下结构形式： method mould.d.method() var flag：string； begin def . member("模具类型")； flag：=design("请选择","冲裁模具","冲浪模具","成型模具","整形模具")； if flag=1 the begin def. me mber("轴承型号")； send("get.type.bearing")to" 深沟球轴承"； end； if flag=2 then begin def.me mber("放缩系数")； send("get.correct.factor")to"默认系数"； end； if flag=3 then begin def.me mber("设计半径")； send("get.correct.factor")to"默认半径"； end； 在LISP语言中则可以以表语言的结构形式存放，其数据库的格式可表示为：相关事实库=(事实1、事实2、……事实n) 其中：(事实j=(事实号j 关于该事件所述的问题属性)) 5 拉延模具对象的设计内容 在浪型保持架模具的设计过程中，对于几种成型的模具有许多相似部分，因而整个系统所要设计的内容并不多，只是对模腔部位的关键尺寸进行设计，其主要设计内容包含以下几点：型腔的几何造型、特征信息的建立、参数尺寸的驱动和用户实用界面等。应当特别指出的是在整体设计中，型腔的几何造型应充分建立在有关专家的实际经验基础之上，其要点主要体现在两个方面：一是型腔的尺寸放缩系数大小问题，因为模具要领设计的最终目的是浪型保持架拉延件毛坯充分变形后的尺寸；二是模具圆角半径大小的设计问题，因为模具要领设计的最终目的是给浪型保持架拉延件毛坯创造一个受力均匀的相对环境。同时在应用领域中，专家系统所提供的人机交互界面可以通过对有关参数的改变来修改以上两类焦点问题。 6 结束语 这种专家设计系统包括程序管理模块、公有图形库模块和数据库模块等三大功能模块，各个功能模块之间相互独立，各自解决不同的侧面问题，同时各功能模块又相互联系相互调用，共同组成一个层次分明、结构紧凑的有机独立联合体。多元智能专家系统使生产制造厂家摆脱产品质量完全依赖设计者个人经验因素的不利局面，切实可行。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/12/2005)