模具設計的智能化研究

張建卿

(懷化職業技術學院，懷化 418000)

模具設計的智能化研究

張建卿

(懷化職業技術學院，懷化 418000)

模具的設計直接決定了依照模具制造出來的成品的質量和生產效率。模具設計的智能化，大大提高了模具設計的效率和質量。模具設計智能化的基本技術是對人類思維的模仿，其核心是知識表示、知識利用和知識獲取。在模具智能化設計中使用較多的是工具是CAD軟件。結合智能化技術和CAD軟件能最大限度實現模具設計的智能化。

模具設計 智能化 人工智能 CAD

1 模具設計的智能化概述

1.1 模具設計智能化含義

模具是工業生產中的一個專有概念，是指運用金屬、工程塑料、橡膠等工業原材料，按照工業生產的需要，以鍛壓成型、沖壓、壓鑄、注塑、擠出等方法制出各種模子和工具。究其本質，模具其實就是用來成型物品的工具。智能設計是指應用現代信息技術，采用計算機模擬人類的思維活動，提高計算機的智能水平，從而使計算機能夠更多、更好地承擔設計過程中各種復雜的任務，成為設計人員的重要輔助工具。模具設計智能化，是指綜合運用計算機技術和仿生技術等模擬人類思維活動，進行模具設計的一種設計趨勢。

模具設計智能化最理想化的境界是完全由智能設備進行設計，無須人工參與。在目前技術背景下，模具智能化設計很難做到全部人工智能，模具設計的大部分工序流程或某些核心流程智能技術已經能夠完成，但對一些特別的模具設計流程和技術，智能技術智只能起到輔助的效果，核心內容仍需人工完成。因此，在當前技術條件下，模具設計的智能化不是完全意義上的全部由計算機軟件和其他軟硬件來實現。

1.2 模具設計智能化的研究歷史

模具設計智能化的歷史，就是人工智能的發展歷史。早在古希臘時，人類就開始朦朧地追求對人類思維的模擬，真正在人工智能方面有突破性進展的是在第二次世界大戰后。1956年，美國學者在人工智能領域取得了突破性的研究成果，美國的西蒙心理小組和J.Shaw共同證明了計算機能準確模擬出人的思維活動，塞繆爾研制的具有自適應、組織、學習能力的西洋跳棋程序，能成功擊敗設計者本人。以此為基礎，人工智能進入高速發展階段。1969年召開了第一屆國際人工智能聯合會議，此后每兩年召開一次。1965年，斯坦福大學的美國科學家E.A.Feigenbaum提出，并在1968年，其成功研發出世界上第一個專家系統DENDRAL，它成功地被廣泛應用到石油化工、軍事、地質勘探等多個領域。1977年，在第五屆國際人工智能聯合會議上，人工智能的鼻祖美國根鮑姆教授首先提出了“知識工程”的概念，由此確立了知識在人工智能中的重要地位。在20世紀80年代中后期，神經網絡研究的復蘇，又掀起了新一輪的研究熱潮。進入90年代后，人工智能技術與計算機軟件技術緊密結合。21世紀，互聯網技術、計算機技術與人工智能技術三者完美融合，模具設計智能化技術迎來了全新的發展階段。

2 模具設計智能化的基本技術

2.1 模具設計智能化的基礎：人工智能

人工智能本質是對人腦思維的模擬。人腦思維的一般過程是先認知客觀實體對象，再結合自己大腦中存儲的相關知識對該對象進行匯總分析，最后經過一系列復雜的邏輯推理，演繹得出結論。人工智能的核心工作就是運用機器來對人類思維的模擬。

專家系統是一類具有專門知識和經驗的計算機智能程序系統，通過對人類專家問題求解能力的建模，采用人工智能中的知識表示和知識推理技術來模擬通常由專家才能解決的復雜問題，達到具有與專家同等解決問題能力的水平。這種基于知識的系統設計方法是以知識庫和推理機為中心而展開的。專家系統是人工智能中的一個重要系統，其核心是知識庫。

2.2 人工智能技術

2.2.1 知識表示

知識表示(Knowledge Representation)是指把知識客體中的知識因子與知識關聯起來，便于人們識別和理解知識。知識表示是知識組織的前提和基礎，任何知識組織方法都要建立在知識表示的基礎上。知識表示有主觀知識表示和客觀知識表示兩種。人工智能中的知識表示是指將人類在生產時間中獲得的知識以計算機能夠接受存儲的算法、方式和符號表示出來。知識表示的方法一般有狀態空間法、問題規約法和框架表示法。

狀態空間法是一種基于解答空間的問題表示和求解方法，它以狀態和操作符為基礎。在利用狀態空間圖表示時，從某個初始狀態開始，每次加一個操作符，遞增地建立起操作符的試驗序列，直到達到目標狀態為止。問題歸約法從目標(要解決的問題)出發，逆向推理，通過一系列變換把初始問題變換為子問題集合和子子問題集合，直至最后歸約為一個平凡的本原問題集合。框架是一種結構化的表示方法。框架通常由指定事物各個方面的槽組成，每個槽擁有若干個側面，而每個側面又可擁有若干個值。大多數實用系統必須同時使用許多框架，并可把它們聯成一個框架系統。

2.2.2 知識利用

知識利用（Knowledge Utilization）本質上是“推理”，依靠某些數據結構基礎，通過形式上的知識解決既存問題。在模具設計智能化過程中，知識利用是一個關鍵的環節，對既存的問題進行階段性分割，通過分割形成各個設計單元，每個設計單元都有對應知識。整個人工智能系統，通過上述過程來完成模具設計。整個過程就是推理的過程，對知識利用的過程，也是對問題給出答案的過程。人工智能對人類推理的模擬是一個極其復雜的過程，需要大量的數據資料和運算。

在知識利用的過程中，一般的邏輯過程是已知在某事實的基礎上，通過智能設備推算出某狀態。在這個知識利用的過程中，首要的是將某事實轉化成計算機能識別的信息，這離不開知識表示。再通過知識推理的過程進行推理，進而得到所需要的某狀態。計算機推理的一般規則為正向推理和逆向推理，正向推理是將已明確的事實與假定的條件進行比較，如果事實與假定相匹配，則相應的規則會被激活。逆向推理是基于數量龐大的客觀情況來證實客觀，是一個從目標出發追溯到源頭的過程。

2.2.3 知識獲取

知識獲取（Knowledge Acquisition）是設計和構造人工智能系統的緊要之處。一個運行良好的人工智能系統基礎是知識庫，知識庫的標準是知識齊全、完善并且有效，方能解決相關問題，滿足推理需要。從這點來看，知識獲取的根本任務是為人工智能系統獲取知識。知識獲取的作用是把知識轉換為計算機可存儲的內部形式，然后把它們存入知識庫。知識庫里面的知識是該領域的專家經過長期研究和實踐總結出來的。雖然這些知識在專家的大腦中能夠嫻熟地使用，并能正確解決相關問題，但有些知識并不能被專家準確、詳盡地表達出來。這樣就不能保證系統中存儲的知識完全準確。解決的辦法是將這些知識進行要點和流程化總結。機器學習是知識的另外一個來源，所謂機器學習是計算機模擬人類的學習行為，通過學習獲得知識。

3 模具設計智能化工具CAD

3.1 傳統CAD

CAD是指Computer Aided Design，即計算機輔助設計，誕生于60年代，是美國麻省理工大學提出交互式圖形學的研究，可以進行二維和三維的圖形設計。在模具設計中，CAD軟件成為設計人員非常很重要的工具。傳統的CAD軟件工具使模具設計人員能快速解決一些設計問題，大大降低了設計人員的工作強度，其優勢主要有三點。第一，大大提高了設計的效率。原始的手工繪制設計模具時，設計人員需要花費大量的時間進行測量、作圖，利用CAD工具，大大提高了設計效率。第二，模具設計的質量和水平得到提高。CAD工具中，往往包含了一些模具的行業標準，因此，在設計時直接套用行業標準和模板即可，這樣設計出來的模具符合行業標準，誤差概率較小。設計和繪圖是利用計算機設備，人工誤差幾乎可以忽略，設計的品質和質量得到保證。第三，模具設計人員能充分發揮想象力和創造力。利用CAD擺脫了大量的繪圖作業工作，CAD軟件可以依靠計算機的強大計算能力進行邏輯計算，方便表達出設計人員的意愿。傳統CAD的優勢相當明顯，但傳統軟件仍然需要人工進行大量的前期準備工作，其設計的本質仍然是由設計人員進行，還不是真正意義上的人工智能設計。

3.2 智能CAD

智能CAD(Intelligent CAD，ICAD)是傳統計算機輔助設計和人工智能技術相結合的綜合性CAD系統，簡言之是讓計算機進行自主設計。

智能CAD通過引入知識工程、多智能體技術、遺傳算法等人工智能技術處理工程設計中的經驗知識、規范和標準等并進行規劃、判斷和決策，使CAD系統能很大程度上模擬設計師思維，在設計過程中有效進行各種復雜的設計分析和決策，以滿足產品設計自動化的需求。智能CAD技術的出現，為模具設計提供了新思路。特別是專家系統中知識庫的建設，充分利用互聯網的海量信息，將人工智能技術與計算機網絡通信技術、軟件技術等相結合形成的智能CAD技術，充分利用知識工程對模具的設計知識和專家經驗的知識處理能力，并依賴計算機強大的計算能力和方便快速的網絡通信能力,實現模具的智能化設計。

[1]廉師友.人工智能技術導論[M].西安：西安電子科技大學出版社，2000．

[2]尹朝慶，尹皓.人工智能與專家系統[M].北京：中國水利水電出版社，2001．

[3]韋堯兵，張文峰，李有堂，等.模具CAD系統的研究[J].蘭州理工大學學報，2004，（2）.

[4]許秀斌.智能概念設計綜述[J].中國科技信息，2011，（12）.

[5]百度文庫.中國智能模具發展分析[EB/OL].（2011-09-06）[2015-10-25].http://wenku.baidu.com/ view/099e7f0b763231126edb1156.html.

[6]中國模具網.智能模具前景廣闊[EB/OL].（2013-12-13）[2015-10-25].http://www.51muju.com/news/html/ market/14697.html.

Intelligentialiaze Research on Die Design

ZHANG Jianqing
(HuaiHua Vocational and Technical College,Huaihua 418000)

The design of the mould directly determines the according to the m ould made of finis hed product quality and production efficiency. The intelligent of the m old design, and greatly im prove the efficiency and quality of m old design.Intelligent mould design is the bas ic technology of imitations of human thought, is the core of knowledge representation, knowledge yong-he li knowledge acquisiti on. In the mold used i n the design of intelligent tool is CAD software. Combination of intelligent technology and CAD software can maximum limit to implement the intelligent of the mold design.

mold,design,intelligent, artificial intelligence, CAD