案例型推理在压铸模具设计上的应用(一)
机械工程系.新加坡国立大学.肯特坊岭.新加坡
这篇文章提出一项基于案例型推理（CBR）上的压铸模具设计的研究。而不同于传统的关于压铸的计算机辅助系统。这个系统按照案例把知识和经验储存起来。改变以往案例以满足新的要求。通过对近期问题解决方案在方案库里的储存，系统就能够发挥自身的经验积累。工作包括：
1．制定一个案例型推理在压铸模具设计的环境以便系统能够从以前咨询自己的内容中自我学习并且变得更有效率。
2．制定一个有效的案例反映和调整统计方法，来有效率的再利用以前的设计资源。
这篇文章主要针对压铸模具设计。不过通常建议的框架通过具体特征程序和编码程序的设计规则来适应其他的程序（例如装配设计和注射模设计）。
关键词：案例型推理；压铸；参数设计
1.介绍
压铸模具设计是一个需要反复手工经验的过程和解决问题的技巧。当用那些擅长演示详细设计任务的传统CAD工具（例如Pro/E或UG）时这是一个非常费时的工作。但是几乎利用不到先前设计的经验和资源。此外，最终模具设计的质量很大程度上取决于设计者的技巧。因而需要大量关于材料、机械的知识，而且运作需要去制造一个模具。然而运用计算机辅助设计技术被广泛认为是一个替代物来满足完成一个更短时间的压铸模具设计。
随着人工智能技术在压铸模具设计上的应用，一些职工已经试图具体体现设计上的知识和经验在一个专家系统中。然而专家系统的发展受到限制。因为：
压铸模具设计的知识和经验太复杂了以至于不能用简单的规则表达出来。
它不能轻易的获得和表达出来在一个专家系统中。
它很难组织和识别特点。
近些年来，一个案例型推理的统计分析方法已被提出。一个案例的记录不仅仅是一个结果，而是设计概念和意向。例如在什么情况下，根据什么样的情况，取得这样的结果如何。一个案例型推理系统修改调整一个先前解决问题方案来建立一个解决新问题的方案。这是一个比模拟人类思维的专家系统更有用处的方法。因为提出了一个相似的情况和提供了一些修改使得似乎不言自明了。并对一些人更加直观了。各种情况的辅助设计工具已经开发了许多工作例如，在塑造注射和设计、建筑设计、装修设计、过程规则。
我们旨在建设一个案例型推理设计环境来支持在压铸模具设计上的可重复使用。为了最大利用案例型设计的帮助，系统不能设计成独立的体系，而是作为一个完整统一的框架支持设计过程的所有阶段和利用各种与设计决定有关的信息资源。我探究压铸模具设计的潜在本质来知道怎样改进发展案例型推理的应用。
这不仅是一个案例型推理系统，更是一个系统设计环境。案例型推理方法是一个以支持重复使用整体设计过程的基本体制被结合的 。这可以简单的嵌入在传统规则或知识型设计系统上。
这个系统结构的检索侧重于压铸模具设计而不是压铸件形状设计。因此案例库可以有效准确的检索。而且索引代码可以简单的定义扩展。采用最新的参数设计技术来满足案例典型性和适应性。这使得系统 可以轻易的进行案例情况调整。
2.压铸模具设计原理
产品设计，压杵模具设计可以被看作是一个包括设计决定，评估可接受性和做必要修改的解决问题的过程。通常压铸模具设计师一般将设计问题分解为一系列的必须解决的功能性问题。那些问题又可以分解为可以具体解决的功能性问题。一个压铸模具的主要功能是把金属溶液塑造成成品。它是由一些功能性部件组成的，其形状和大小直接受压铸产品所决定，如型腔、型芯、嵌件、滑快、推杆。一个压铸模具也有体现完成一系列完整的次要功能，例如金属溶液的分流，冷却系统，顶出机构。实现这些次要功能的足见通常是独立于产品生产。更重要的是它们通常在结构上和形状上类似于不同的压铸模具。
椐估计90%以上的模具设计基于变量设计。这意味着当一个新的设计问题出现时，用场是通过改变现有设计问题，而非从零开始解决问题。压铸件有一系列广泛的尺寸和结构布局，从精密零件到高性能部件都很难定位和分类。压铸产品的形状可能很复杂和不同于某些情况。但结构和功能总是相似的。特别市产品独立组成部分，因为重复义勇先前的设计是有重大价值的。
为了满足分配功能的完成，压铸模具设计可以分为以下模快设计：
充料系统 充料系统是有模具表面所切割成的各种管道和型腔的综合体。它使得金属溶液流入到型腔中。他是由浇道、浇道口、溢流管、排气引气系统等组成的。
功能部件 这些功能部件是型腔、型芯板、嵌件、滑块、推杆。他们用来代替形成那些成型腔和内外切削出来的结构。
顶出系统 由于收缩过程，产品回粘在动模的型芯上。各种形式的结构用来安装在模具上如下：推杆、顶出器、顶出套筒、顶出环、顶出板、而级顶出机构。
冷却系统 借助一个冷却媒介（水，油）流经管道冷却系统，模具被维持在一定温度下使得满足金属溶液体的硬化和塑件可被顶出。
标准部件 这些部件包括所有的必要的模具底版、导轨、浇口衬套、浇注分布器、导拄、顶出导杆、复位导杆等。
3.具体方法
3.1 案例型推理
案例型推理是基于这样的原则，即新的解决问题的方案可以从以前的解决方案中得益。当系统解决一个新的问题时，它从案例库中检索到一个或更多与这个新问题相似的先前的案例，让后改变调整这些案例来适应新的问题。此循环活动包括四个步骤：
1．描述要输入的问题和指示提出索引。
2．从案例库中检索与新问题相似的案例。
3．修正调整以满足要求。
4．一旦被确认或在一些规则下确证就把新的解决方案保存起来。
相比较知识型推理或规则性推理，案例型推理的优点是：
它要更相似于人类的思维模式。
案例库的建立要比规则库的建立更简单更快捷。
它比规则库更好的调出和解释一个新的不同的知识。
它与那些很难获得的知识领域相一致。
3.2 案例库设计
案例库包括了若干特定的案例。案例代替是案例型推理的一个最重要的问题。任何一个在案例库里的案例包括外形特征描述设计和模型设计；外形特征设计的抽出是案例库设计最主要考虑的。
另一个要考虑的是案例在案例库里的组织结构。一个案例库可以组织编排成很多种形式如案例的线性列表，按各级各类的编排，语义网络式结构或这些形式的作和。在这项工作中，所有的案例都按各种层次和结构线性名单的结构形式储存。
在案例库的设计中，有三个重要问题要解决于任何试图实施之前，它们是案例索引，案例代替和重新生成策略。下面分小节单独讨论。
3.2.1 案例索引结构
重新获得一个相似的案例是案例型推理的一个重要问题，怎样完成这个过程就叫做案例检索。在创建案例检索是有两点要考虑。首先，重要的特征应首先进行检索，然后将其他组织排列。这样案例库可以更有效和准确的搜索。其次必须按照指定设计师设计的模具的方法进行检索。
在案例索引的构造过程中，最费时和复杂的程序是案例的分类和编码。许多系统（例如OPTIZ、DCLASS和KK-3）已经在全世界广泛的发展。但是没有一个被普遍采用。原因之一是分类和编码必须设计灵活，能为用户提供设计环境。
在这篇文章里，主要的案例检索形式结构是根据塑件形状和相符模具的结构所创建的。每个压铸件是由六位码加上三位附加码所表示的。它包括下面的部分：
1．产品形状 由于广泛系列和复杂的压铸件形状，它很难通过语义描述所区别开。一个相似的压铸形状在不同的范围会有不同的描述。这里我们建议把它们分解非：金属板、支座、叶片、机架、壳体、盖罩和复杂形状。这些分类可以按照公司或企业的客户要求而编制。
2．充料系统 充料系统在金属溶液流入到型腔过程总中起到一个很重要的作用。最重要的部分是浇道布置和浇口系统设计。浇道布置有四种形式：单浇口单型腔，单浇口多型腔，多浇口单型腔，多浇口多型腔。一个浇口可以分成多种形式：标准浇口，扇形浇口，环形浇口，曲管形浇口和其它形式。
3．功能部件 滑块和顶杆是最重要的部分，它影响到模具的复杂性和成本。第五位编码表示是否有滑快和顶杆机构。它被分为四种形式：即没滑块也没顶杆，只有滑块，只有顶杆，滑块和顶杆的组合。
4．顶出系统 最后一位码表示顶出系统。它可分为两种形式：一级顶出：包括顶出杆和顶出板，顶出套筒，顶出环，顶出器；二级顶出。
这个检索系统在图表1中表示。三个附加码与案例区别码有关，而且可以从相同类型案例库中区别不同的案例。它可以按公司的要求而指派。通过这种方法，所有在案例库中的案例可以根据索引码编成目录，而且可以根据等级组织储存和重新取得。
3.2.2 代表性案例和案例库机构
在这篇文章，一个代表性案例包括两部分：案例特征编码和模型设计（包括部件、装配模型、绘图和BOM）。在图表2显示了一个例子（简化的，只有压铸模型被给出）。包含一些重要的信息。这个压铸件是一个简单的没有切削的平板。它的浇口类型是多扇形浇口。这个模具没有滑块和顶杆，采用一级顶出（顶出杆）。每个案例的特性都由一个阿拉伯数字表示，所有的案例都由它的们的检索码储存在案例库中。
基于以上提到的代表性案例，案例库的结构可以描述成表1所示。大量的案例数据可以有下率的储存和调出，通过数据库技术。
3.2.3 案例调出方法
搜索并有效率的调出一个相似的案例是一个重要的挑战。以为案例调出是一个费时的过程。它是案例型推理的核心部分，并且很大的影响系统的效率。在这篇文章里案例库被看作一种特殊的数据库，那里储存了大量的案例，并且当提出问题时调出策略必须可以获得一个适当的案例。就像所提及的，案例库是由等级制和线性目录结构所组成的搜索调出方法。因此由两种不同方法所体现表达。首先是一个大范围的等级结构搜索，当这些案例被分类和储存时，然后一些相似的属于相同类型案例被返回出来。下一个过程是在线性目录中的顺序搜索知道一个满意的案例被调出。
因为使用者不能根据这些种种的选择，按要求的低标准的调出而得到一个结果。那就意味着使用者必须从先前的选择中选出一个，以低标准标记它。然后不考虑这个这个特征是被低标准的标记而从案例库中选一个相似的案例。例如假设我们想呀调出一个案例有以下特征：产品形状——平板；浇道布置——单浇口多型腔；浇口类型——扇形浇口；功能部件——滑块；顶出类型——一级顶出。我们假设一个相似的案例没找到以至于策划者必须重新调出，不考虑这些特征的一个。如果我们选择的充料系统的特征以前没有考虑，并把它定为低标准。系统将会用相同的特征从案例库中搜索。这些特征是以前所选择的加上新添加上的充料系统的特征。那意味着所有这些案例（有以下特征的：产品形状——平板；浇道布置——单浇口多型腔；浇口类型——扇形浇口；顶出类型——一级顶出；功能部件——没有滑块和顶杆/只有滑块/只有顶杆/滑块和顶杆的组合）以这些考虑选择。
3.3 案例的改编调整
应用所调出案例的最简单的方法是不改变案例的解决方案而运用到新问题的解决上。然而在压铸模具设计上，尽管在新旧问题上有小的不同，调出案例会作出一定的改变以满足对新问题的需要，这就叫案例的改编调整。一个很自然的的要求是相似案例的解决方案应该简单的改变以适应新问题的解决。
案例改编是很重要的，因为案例设计通过改编调整的创造性应用导致设计上的革命。当两个或更多案例被组合时它的潜能会更加吸引人。因此怎样进行案例的改编会变得更加重要。许多更多成功的商用案例型推理系统不进行改变调整，它们即不简单的重新应用从案例库中调出的解决方案也不将改编调整从设计者中分离开来。原因是复杂的改编是知识的集中加深，而且案例型推理系统经常要处理不是很了解的问题，复杂的知识集中深化改编是不可能的。
最近，随着问题解决设备的发展，计算机辅助设计在很多领域都有了新发展。如参数设计，表驱动设计和配置结构布局设计。这些使得系统可以不仅记录下设计的方案也可以记录下设计的过程。因而当需要改编调整时，系统会查找一个相似的。然后这个被改编调整的方案会重新利用。如果没有过去的案例可以提供，设计者就会互动的修改设计方式。一旦被成功的改编，它会被储存以备未来之用。用这种方法，系统会不断完善自身的改编调整能力和解决问题的能力。
3.3.1 参数设计
参数设计在出现一个新的相似的设计时会非常有益的。它的方法是利用一个原型来代表一组具有相似特征的不同部件。那些部件具有相同的拓扑限制，有着不同的尺寸和形状，但起到相同的工程功能。它的设计步骤包括两部分：
1．设计一个原型来代表一组相似特征部件。这些生成能力参数化的改变那些句哟持久特点和持久外形特征的模型，他的进行是通过计算机辅助设计这对于可利用模型的操作应用和深化影响来完成的。
2．一套参数评估系统为原型和生产的特征部件进行评价，这叫做参数设计的尺寸驱动能力。所有部件的生成都是从相同的部件里生成的。
3.3.2 表驱动设计
表驱动设计可以翕动的生成用户可操作的综合的一系列相似部件。它通过创造一个原型，在那里所有的相关变量和几何变量被定义。建立相关数据包括对可输入的各控制变量的评估。用表驱动功能来集合一个可组装的部件它的实现是通过启动一个原型，它可打开相关的表。设计者可以得到想要的变形部分的检索名或创建一个新的变形部分。那时系统自动产生新的部分基于选择价值并且把它放在装配中。图表3显示了一个应用表驱动的扇形浇口压铸模具设计。
这个功能给设计者更多有效的方法来创建和记录部件组。而且防止组成部分的迅速增加。通常它也提供自动设计与部件组有关的相似产品的提高改善。而且可以创造和保持变量表在流行数表格程序计划中减少系统的成本。
3.3.3 配置结构布局
表驱动在配置模型中的应用方法叫做配置结构布局。它允许设计者可以创建各种不同的设计模型。用一个独立的文件并且提供方便的研发方法和处理包含不同的尺寸、部件、参数的模型组。一个复杂的部件模型可以通过压所缩一些项目的布局得以简化。
配置结构布局的益处：
1.允许相似的设计可以改变和重新利用。
2.有效的在一个配置模型的不同生产阶段储存设计模型。
在上面的生产制作过程中，的设计总是需要在不同的阶段进行调整适应的。根据压铸产品的特征，整个设计过程可以被分为这些阶段：原始设计，初步测算，验算和最终设计。每一阶段的设计方法可以轻松的储存，通过在配置模型创建一系列的新的结构布局。然而不只是解决方案，设计过程也被记录以备再利用。
3.3.4 案例分解和改编调整
改编调整是在案例重新利用中的一个重要步骤：将一个案例适应一个新的问题需要保持它的完整性的同时作些改变。实际中，我们不能完全的获得一个案例来满足一个新的问题。尽管是相同的产品，模具也会不同。因为模具的型腔数就可以不同。设计者期望先前提供的案例可以满足新问题的要求，而只改变指定的一部分。
与模具设计功能上的分解相同。案例改编调整也可分为两个层次：案例改编和功能模块组件改编。
1．案例改编 它主要改变模具的整体结构，特别是一些功能性部件需要的增加和减少。
2．功能模块改编 它主要改变模具的功能模块，例如浇口系统，功能部件等。
将改编过程分为两部分极大的简化改编过程；通过将案例改编分解为几个功能改编
模块，设计者可以集中于需要改编调整的部分。
压铸装配模型阐述了一个例子，它利用参数设计，表驱动设计和配置结构布局的这些有用之处来实现案例有效的改编利用实体造型和零部件库。一套模具的基础部件被配置和储存在一个模型文件中。当用一个特别的配置结构布局提供满足时。特别的模具基础部件标准能够自动的生成。
3.4 案例储存方法
在储存一个新的案例在案例库前，新案例的利用必须要考虑如果案例没有增加系统的知识，它将没有储存的价值。决定一个案例是否储存，原型案例和参考案例的概念必须要解释。一个原型案例是具有代表性的，它描述了一组案例的主要特征。一个案例组包括的案例，在案例库中它们的索引码的前六位码相同，后三位码不同。一个原型案例的最后三位码一般是000，一个参考案例属于相同的原型案例组，而且它用最后三位码来区别。
通过对概念的解释，下面的步骤被采用：
1．如果一个新的案例与任何存在的案例组相称。它会有相同的前六位码。因此它即不会被储存，因为它被原型案例很好的表示，也不会以参考案例而储存在案例库中。
2．如果一个新的案例与任何存在的案例组相称并且被认为比以前的原型案例更好的代表这个案例组。那样原型案例会被新的案例代替。然后过去的原型案例会以参考案例储存。
3．一个新的案例与任何存在的案例组组不相称。一个新的案例组会自动的创建，然后这个案例以原型案例储存在案例库中。
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