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铝型材挤压模具设计中KBE技术的应用

文章编辑:上海科途铝业 发布时间:2022-06-08  浏览量:17

随着信息技术和智能技术的发展,铝型材挤压自动化技术获得了很大提高。自20世纪70年代起,CAX技术被应用于型材挤压模具的设计与制造中,出现了一批铝型材挤压模CAD系统。然而由于模具设计过程的复杂性,绝大多数的模具设计辅助系统在应用上有严格的限制,且智能手段也比较单一,存在产品信息模型简单、知识表示方法单一、无法与有限元仿真结果有机结合等诸多问题。基于知识的工程(Knowledge—BasedEngineering,KBE)技术正是针对传统的CAD系统在工程设计领域的缺陷,于20世纪舳年代提出的一种新型的智能型工程设计方法。以KBE技术为核心的工程设计方法学,在集成了AJ与CAD/CAM/CAE/PDM技术的基础上,对知识驱动的创造过程进行全面的数字化、形式化和系统化,使工程设计过程的创造活动有合理、完备和统一的机制、环境与支撑。因此KBE已成为当今智能设计领域最活跃的分支之一,是促进工程设计智能化的重要途径。


铝型材挤压模具设计中KBE技术的应用


1、KBE技术及其发展

KBE是一个最新发展的研究领域,目前尚无一个统一的定义。如英国Coventry大学的KBE研究中心认为:KBE是一种存储并处理与产品模型有关的知识,并基于产品模型的计算机系统;美国Washington大学机械工程系认为:KBE是一种设计方法学,它使用启发式的设计规则,涵盖构件、装配和系统的开发。美国Ford汽车公司的J.A.Penoyer等人认为:KBE运用知识完成工程任务,这些知识是特意积累和存储的,并以计算机作为中介。上海交通大学模具CAD国家工程研究中心最近提出:KBE是通过知识驱动和繁衍,对工程问题和任务提供最佳解决方案的计算机集成处理技术-3.4J。面对KBE领域的潜在市场,国外著名的CAD/CAM系统开发商,如UGS、FIE、SDRC和DASSAULT等公司争相开展基于知识的工程设计系统的开发。美国、日本和欧洲各国政府近年来也在KBE’技术的开发与应用方面给予了有力的支持,并且均将其列为国家未来发展战略的重要核心技术。美国的GE、Timken等公司,欧洲的I~tus、SAAB等公司,日本的Mitsubushi、Hitachi等公司普遍在计算机辅助产品设计和辅助制造中引入了基于知识的工程技术,取得了很好的效果。当前KBE技术的研究正处于发展期,将是下一代的计算机辅助系统的核心技术。


2、KBE在铝型材挤压模具设计中的应用

(1)铝型材挤压模具设计KBE框架体系

铝型材挤压模具设计KBE系统的总体框架,可分为三层:支持资源层提供系统所需的知识、应用工具;事务处理层依据铝型材挤压模具设计过程模型和领域知识进行方案设计和方案评估;用户接口层接收输入产品信息并返回设计方案和评估结果,同时也提供信息及知识检索。系统中的知识资源以表示方式划分,包括规则库、模型库、事例库等。系统以工程设计人员为中心,可以提供信息、知识、设计、评估等全方位、多层次决策支持,并具有协调开放的系统结构,各知识库为独立的模块,可以进行自由扩充更新。

(2)关键技术

①铝型材产品集成信息建模。产品集成信息模型通过给定产品在整个生命周期内所有各相关信息的逻辑积累,以产品数据的形式存储所有信息,并提供存取和管理或操作这些数据的算法,从而提供一个支持产品全生命周期内信息交换与共享的机制。

②决策方案拟定与评价。挤压模具设计方案拟定策略包括以下几步:

A,由产品特征采用CBR(Case—basedReasoning)方法确定模具总体可行方案;

B.依据设计过程模型完成各设计子任务;

c.依据铝型材挤压模具设计规则库确定各子设计任务详细结构。

D.利用CAE模拟从模具强度和产品成形质量两方面判断模具方案可行性。模具方案评价体系旨在为决策人员在多个可行方案间进行权衡、选择提供依据。本文采用一种结合多目标效用分析和模糊综合评价的方法来建立设计评价模型。评价模型的初始输入依据规则库由RBR(Rule—basedReasoning)方法确定。

③知识库系统建立与管理。知识库与推理机是KBE系统的核心部分J。本文采取分层多知识表示系统来扩大知识表示形式与范围,以弥补单独采用一种知识表示方法之不足。系统的知识库是由元级系统和目标系统组合而成的两级知识系统,元级系统包括元知识库和元推理机,主要用于组织并利用元知识进行高层推理、指导目标级系统的运行。目标级系统包括目标知识库和目标推理机,实现具体问题的求解。目标级系统包含多种知识表示方法(规则、事例、模型等)和推理方法,能为不同的知识表示方法提供不同的推理模式,从而使其相互取长补短以最大限度地提高知识的表达能力和效率。另外利用动态黑板结构存放当前处理对象的一些实事,包括系统当前工作已知的一些情况、用户提供的事实和由推理得到的中间结果,如工厂产品数据、分析中间数据和分析结果记录等。随着推理过程的进行及与用户的对话,该部分内容是随时变化的。本知识库采用主动运行模式,系统事先设定一系列启动规则,可以在某一事件发生时引发知识库管理系统去检测系统的当前状态,看是否满足设定的条件,若满足,便触发规定动作的执行。以提供对紧急情况及时反应的能力。


KBE技术是一个新兴的研究领域,它的学术思想超越了传统的智能技术和模具CAD技术,是两者集成基础上的提升。KBE在铝型材挤压模具设计中的应用,将极大地推动型材挤压工业生产的发展,尤其是提高设计质量与效率。本文开发的型材挤压模KBE系统是一个实用的、基于知识的系统,不仅可以有效掌握并保留多年积累的领域专家知识或行业经验,而且可以使设计过程具有更强的一致性、客观性,速度也更快。




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