模具的設(shè)計(jì)是產(chǎn)品迅速投入市場的關(guān)鍵，KBE系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可以大大優(yōu)化模具設(shè)計(jì)工藝，縮短模具開發(fā)周期。本文以摩托車塑件產(chǎn)品為基礎(chǔ)，深入討論了KBE的內(nèi)涵和特點(diǎn)，以UG-MoldWizard為開發(fā)平臺(tái)，構(gòu)造出注塑模設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)構(gòu)架，利用OPEN++程序和知識(shí)融合技術(shù)，開發(fā)出內(nèi)嵌于UG-MoldWizard平臺(tái)的摩托車塑件產(chǎn)品KBE系統(tǒng)。

21世紀(jì)制造業(yè)的競爭是新產(chǎn)品的競爭，創(chuàng)新產(chǎn)品的開發(fā)是競爭的關(guān)鍵，而模具的設(shè)計(jì)又是新產(chǎn)品迅速投入市場的關(guān)鍵。摩托車新車型推出迅速，其中塑料件注射模具的設(shè)計(jì)開發(fā)對(duì)新車的問世起著至關(guān)重要的作用。

模具的設(shè)計(jì)過程是建立在專家豐富的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)基礎(chǔ)上的創(chuàng)造性思維過程，它不僅是參考經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的輔助設(shè)計(jì)，更是在現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的進(jìn)一步積累創(chuàng)新，是一個(gè)包含了對(duì)知識(shí)的繼承、集成、創(chuàng)新和管理的過程。然而，由于模具設(shè)計(jì)過程的復(fù)雜性，絕大多數(shù)模具設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)在應(yīng)用上有嚴(yán)格的限制，且智能化手段也比較單一，普遍存在諸如產(chǎn)品信息模型簡單、知識(shí)表示方式單一、圖形處理能力不強(qiáng)、無法與有限元仿真結(jié)果有機(jī)結(jié)合等諸多問題。

KBE（Knowledge Based Engineering，基于知識(shí)工程）技術(shù)是解決這一問題的最佳方案。KBE系統(tǒng)為解決傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)存在的問題提出了方案，如設(shè)計(jì)原理的體現(xiàn)、約束是否沖突、如何在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行產(chǎn)品估價(jià)、設(shè)計(jì)制造是否可行以及設(shè)計(jì)的最終產(chǎn)品是否符合外觀要求等，同時(shí)提供優(yōu)化方案。KBE系統(tǒng)所要達(dá)到的目的是使產(chǎn)品信息在整個(gè)生命周期中都可得到應(yīng)用，從而獲得最優(yōu)化方案。

一、KBE的含義和特點(diǎn)

1.KBE的概念

由于KBE技術(shù)的開放性，至今為止，尚無一種公認(rèn)的、完備的KBE定義。如英國Coventry大學(xué)的KBE中心認(rèn)為：KBE是一種存儲(chǔ)并處理與知識(shí)模型有關(guān)的知識(shí)，并基于產(chǎn)品模型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；是目前促進(jìn)工程化、實(shí)用化產(chǎn)品開發(fā)的最值得注意的軟件方法。英國Cranfield大學(xué)的Huihua Li博士認(rèn)為：KBE是一種特殊類型的基于知識(shí)的系統(tǒng)，它專注于工程設(shè)計(jì)以及后續(xù)的制造、銷售等活動(dòng)。世界著名系統(tǒng)集成公司美國UG公司認(rèn)為：KBE是獲取智能對(duì)象或人造物（如零件）的生命周期內(nèi)實(shí)質(zhì)的方法學(xué)，包括操作性、功能性和性能的要求，以及獲取它的進(jìn)一步變化。而上海交通大學(xué)模具CAD國家工程研究中心則提出：KBE是通過知識(shí)驅(qū)動(dòng)和繁衍，對(duì)工程問題和任務(wù)提供最佳解決方案的計(jì)算機(jī)集成處理技術(shù)。

綜上所述，KBE的內(nèi)涵可以概括為：KBE是領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)的繼承、集成、創(chuàng)新和管理，是CAX技術(shù)與AI技術(shù)的集成。下面將可以通過對(duì)KBE的特點(diǎn)進(jìn)一步闡述KBE的含義。

2. KBE技術(shù)的特點(diǎn)

(1)知識(shí)性

從定義來看，KBE是基于知識(shí)的工程，所以需要以知識(shí)為基礎(chǔ)，而系統(tǒng)為設(shè)計(jì)者提高設(shè)計(jì)所需各種知識(shí)。

知識(shí)的最初來源有：①理論公式，行業(yè)的經(jīng)典理論和公式是前人經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐的積累，是知識(shí)的重要的組成部分；②工程數(shù)據(jù)，生產(chǎn)實(shí)踐所獲取得來的數(shù)據(jù)是長期實(shí)踐的結(jié)果，是被證明了的理論，能夠成為新產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)的重要依據(jù)；③成功案例，成功的案例可以為相似產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)思路的參考，比如，相似形狀的產(chǎn)品可以選用同一類型的澆注口，相似尺寸的產(chǎn)品其模架和模腔可以選用相似尺寸，或?qū)Ω鱾€(gè)特征變量進(jìn)行推理求解。

從邏輯基礎(chǔ)上看，常用的推理方式可分為：演繹推理，歸納推理，外展推理，非單調(diào)推理和不精確推理。目前應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)的KBE系統(tǒng)主要有：①基于規(guī)則的推理；②基于實(shí)例的推理（CBR）；③基于模型推理（MBR）；④神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；⑤ 遺傳算法。

(2)領(lǐng)域性

KBE是以知識(shí)為基礎(chǔ)的，它的起點(diǎn)是專家系統(tǒng)，所以KBE是局限于一個(gè)具體領(lǐng)域的，不存在所謂的廣泛意義上的通用KBE，這樣才便于知識(shí)的提取。摩托車塑料產(chǎn)品在某種程度上是相似的，但摩托車塑件產(chǎn)品與其他比如生活用品臉盆的模具就沒有基本的相似特征。

(3)智能性

KBE不同于專家系統(tǒng)，它可以在人工干預(yù)下完成設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)計(jì)算，自動(dòng)提取相關(guān)知識(shí)，并且具有獨(dú)立于人之外的判斷和推理能力。KBE還具有學(xué)習(xí)能力，隨著系統(tǒng)的使用，KBE會(huì)將新的成功案例加入到知識(shí)系統(tǒng)去，隨著用戶對(duì)軟件的應(yīng)用，系統(tǒng)會(huì)變得越來越聰明，推理和計(jì)算更準(zhǔn)確。

要使KBE系統(tǒng)成為工程過程的中心，就必須使之適用于產(chǎn)品模具各個(gè)階段的相關(guān)設(shè)計(jì)原則。要想從設(shè)計(jì)分析到制造都有效地利用KBE系統(tǒng)，就要求KBE系統(tǒng)具有柔性、開放性、可重用性并可用戶化。

(4)多目標(biāo)優(yōu)化

對(duì)KBE系統(tǒng)來說，最終獲得的是多個(gè)設(shè)計(jì)變量，它會(huì)考慮與設(shè)計(jì)有關(guān)的各個(gè)因素，并根據(jù)需要進(jìn)行權(quán)重，進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，使設(shè)計(jì)方案在總體目標(biāo)上處于最優(yōu)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遺傳算法在模具KBE上的應(yīng)用，使模具設(shè)計(jì)的多目標(biāo)優(yōu)化得以順利實(shí)施，最終獲得合理的最優(yōu)設(shè)計(jì)工藝。

二、 KBE在UG-MoldWizard平臺(tái)上的應(yīng)用

UGS提供的知識(shí)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化模糊了設(shè)計(jì)、工程、幾何建模與編程之間的界限，為KBE系統(tǒng)的融合開發(fā)出一套簡單的知識(shí)解決方案。利用UG-MoldWizard可以將設(shè)計(jì)獨(dú)特的知識(shí)融入系統(tǒng)，而過程向?qū)t使領(lǐng)域內(nèi)的用戶能夠充分利用行業(yè)內(nèi)的專家經(jīng)驗(yàn)。以往要解決的知識(shí)重用和過程標(biāo)準(zhǔn)化問題不再需要專業(yè)的編程人員耗費(fèi)大量的資金和時(shí)間來解決，只需利用知識(shí)融合的方法，就可以盡可能地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

1.UG-MoldWizard模具模塊與設(shè)計(jì)流程圖

UG-MoldWizard是專業(yè)的注射模具模塊，為設(shè)計(jì)模具的型芯、型腔、滑塊、推桿、和嵌件提供了建模工具，使模具設(shè)計(jì)變得更快捷和容易，它的最終結(jié)果能夠建立出與產(chǎn)品參數(shù)相關(guān)的三維模具，并能用于加工。UG-MoldWizard的模架庫及其標(biāo)準(zhǔn)件庫包含有參數(shù)化的模架裝配結(jié)構(gòu)和模具標(biāo)準(zhǔn)件，模具標(biāo)準(zhǔn)件庫中還包括滑塊（Slides）和內(nèi)抽芯（Lifters），并可通過Standard Parts功能用參數(shù)控制所選用的標(biāo)準(zhǔn)件在模具中的位置。用戶還可以根據(jù)自己的需要定義和擴(kuò)展UG-MoldWizard庫。UG-MoldWizard的設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。

圖1 UG-MoldWizard的設(shè)計(jì)流程圖

2.KBE設(shè)計(jì)框架

KBE系統(tǒng)能夠根據(jù)已有成功模具設(shè)計(jì)方案和工程數(shù)據(jù)庫，利用實(shí)例和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行綜合推理，獲取設(shè)計(jì)所需知識(shí)，并在工藝CAE軟件上對(duì)成型工藝進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，并將最終設(shè)計(jì)方案返回到成功案例中，系統(tǒng)框架如圖2所示。

圖2 摩托車塑件產(chǎn)品KBE系統(tǒng)框架

3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和設(shè)計(jì)實(shí)例

利用OPEN++和UG知識(shí)快速融合技術(shù)，將KBE內(nèi)嵌到UG-MoldWizard平臺(tái)上，使設(shè)計(jì)者可以在UG-MoldWizard中直接進(jìn)行設(shè)計(jì)，KBE系統(tǒng)在設(shè)計(jì)者干預(yù)下能夠直接或間接操作UGS軟件進(jìn)行塑料注射模具的數(shù)字化設(shè)計(jì)工作，其中KBE系統(tǒng)的界面如圖3所示。

圖3 KBE系統(tǒng)界面

三、結(jié)論

KBE系統(tǒng)的智能行為在很大程度上取決于知識(shí)庫中的知識(shí)和推理方式的優(yōu)略。本文討論了摩托車上塑料產(chǎn)品注射模具的設(shè)計(jì)，并利用所提出的知識(shí)模式和邏輯推理方法，在UG-MoldWizard平臺(tái)上開發(fā)出了可行的注射模具設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)，不但可以為缺乏經(jīng)驗(yàn)的模具設(shè)計(jì)者提供專家的指導(dǎo)，還可以使相關(guān)的塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率大大提高。實(shí)踐表明，利用基于UG-MoldWizard平臺(tái)的摩托車塑件產(chǎn)品KBE系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期可以縮短到原來的五分之一。KBE在模具工業(yè)以及整個(gè)制造行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。