铸造方法选择专家系统

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1、铸造方法选择专家系统摘要    铸件设计需要了解铸造工艺特有的各种相关因素，但是通常生产设计者并不具备这些必需的铸造知识。铸件设计者一般必需与铸造专家合作来保证所设计的产品的铸造工艺性并选择最佳的铸造方法。这使得设计周期延长，但是实际的设计时间又不够，就很容易产生错误的铸件设计。一个可以由设计者自行处理的计算机系统即可以缓和这一问题并且提高所设计铸件的生产可能性。    本文提出了一个知识库专家系统，来协助铸件的生产设计者在产品设计阶段根据特殊的铸件设计要求选择最合适的铸造方法。并基于生产规则的知识模拟技术建立了专家系统的原型。本系统由一些自主而又相互关联的部分组成，每一部分处理一组特定的因素

2、，比如铸造合金、形状和复杂度、精度要求和根据生产批量决定的比价等。用户界面的设计允许用户清楚地看到每一部分铸造设计因素如何影响铸造方法的选择，从而在必要时适当地改进设计，以提高所设计产品的铸造工艺性或者更加适合于所选择的铸造方法。                                 绪论    在铸造生产中有很多复杂问题仅仅用常规算法技术是不能迅速解决的。解决这些问题通常依赖于多年的工作经验和专业知识。尽管常规的计算机程序算法能够加工、处理数据并得出结果，但是无法迅速处理人类的经验知识和直观推理过程。并且经验知识以及专家本身很稀少，难以找到而且代价很高。然而计算机专家系统却能够在无

3、法迅速获得专家的专业指导时，解决常规计算机程序不能解决的特殊的铸造问题。    专家系统（AnExpertSystem--ES）,又称为知识库系统（AKnowledgeBasedSystem--KBS），实际上是一种能够模拟人类专家的思维方式去解决特殊领域的复杂问题的、具有“智能化”特征的计算机程序。【1】【2】一个专家系统基本上包括三个主要组成部分：知识库（theknowledgebase）、推理机（theinferenceengine）、用户界面（theuserinterface）（图一）。知识库包括解决单个问题所需的知识。这种知识提供特殊领域的专家知识，可能是某种规则、直观推断或者解决问

4、题的方法。知识库中的知识是结构化的，利用诸如生成式（Production）、If-Then规则（If-Thenrules）、语义网（semanticnets）、框架（frames）等不同的模拟技术、按照计算机所能够理解的方式来提供。【1】【2】推理机是专家系统根据知识进行推理的机构，包括机构、对策、处理和提供知识库中的知识的控制机构。    用户界面部分使得系统与用户能够交互对话。它包括屏幕显示、咨询对策和解释部分。另外，专家系统为系统开发者提供接口，比如与数据库、扩展板和相似软件进行通讯。    近年来专家系统开发工具的发展促进了专家系统在制造业中的应用，例如生产管理、工艺设计、缺陷诊断以及

5、工艺控制等等。【1】【2】据报道，已经开发了很多解决各种铸造问题的专家系统，包括铸件设计【3】、工艺和合金选择【4】【5】、铸造缺陷诊断和预防【6】【7】【8】【9】【10】、熔模铸造的充型和补缩系统设计【11】和工艺过程控制【12】等。    选择正确的铸造方法是铸造设计与制造中的重要部分。从根本上讲，铸造方法按照造型材料可以分成三种主要方法，即砂型铸造（sand）、金属型铸造（metal）和陶瓷型铸造（ceramic）。在每种主要方法中又产生了大量的技术变化。不同的铸造方法提供不同的技术和投资收益，选择合适的铸造方法要求充分了解铸件设计约束条件、要求的产品性能、各种铸造方法的技术局限、可用

6、的铸件加工工具以及全部的投资决定因素之间的相互关系，因此，一个能够确定最佳的生产铸件的方法以满足特殊要求的工具对于铸件的生产者和设计者具有同样巨大的价值。    本文就阐述了这样的一个工具，即“铸造方法选择专家系统”的开发与使用。这里提到的开发工作仍在进行，本文所涉及的专家系统的特征仅限于目前已经开发的部分。铸造方法选择专家系统的开发    在选择了正确的开发工具之后，知识库的结构设计就不需要熟练的软件程序员，但是同使用大多数应用软件一样，需要了解大量的计算机知识。开发铸造领域的专家系统应该适合于绝大多数铸造厂。开发一套成功的专家系统，必须有一个好的开发规划。系统地研究从开发领域的界定、到知识

7、库的结构设计以及最后的系统执行程序的全过程是重要的，如图2所示。领域分析和系统规划    如果在实际中考虑到与应用专家系统有关的潜在利益，最初选择合适的领域就是决定性的。由于铸造方法的选择需要大量的专业知识，专家系统在这一领域的实用性就是显而易见的了。这个专家系统将包括很多不同方法的决定因素、各个因素之间的复杂关系、和根据这些因素选择铸造方法时的直观推断等等详细知识。就系统规划而言，在全部完成之后