基于多智能体的注塑模具方案智能化设计研究_林晓林.docx

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1、硕 士 学 位 论 文基于多智能体的注塑模具方案智能化设计研究Research on the Intelligent Design of Injection Mold Scheme Based on Multi-Agent作 者 姓 名 ： 林晓林 学 科 、 专 业 ： 机 械 制 造 及 其 自 动 化 学 号 ： 21004026 指 导 教 师 ： 于 同 敏 教 授完 成 日 期 ： 2 0 1 3 年 6 月A il 理 工 太 #Dalian University of Technology大连理工大学学位论文独创性声明作 者 郑 重 声 明 ： 所 呈 交 的 学 位 论 文

2、， 是 本 人 在 导 师 的 指 导 下 进 行 研 究 工 作 所 取 得 的 成 果 。 尽 我 所 知 ， 除 文 中 已 经 注 明 引 用 内 容 和 致 谢 的 地 方 外 ， 本 论 文 不 包 含 其 他 个 人 或 集 体 已 经 发 表 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 其 他 已 申 请 学 位 或 其 他 用 途 使 用 过 的 成 果 。 与 我 一 同 工 作 的 同 志 对 本 研 究 所 做 的 贡 献 均 已 在 论 文 中 做 了 明 确 的 说 明 并 表 示 了 谢 意 。若 有 不 实 之 处 ， 本 人 愿 意 承 担 相 关 法 律 责 任

3、 。学 位 论 文 题 目 ： Jk私 智 隸 A功 泠 锣 力 家 智 縊 也 逍 4 爐 作 者 签 名 ： 日 期 ： 年 _ 月 _ _ 日摘 要注 塑 模 具 方 案 设 计 的 合 理 与 否 ， 直 接 关 系 到 塑 件 的 成 型 质 量 和 生 产 效 率 以 及 模 具 的 加 工 制 造 成 本 和 生 产 周 期 ， 如 何 能 够 在 最 短 的 时 间 内 ， 根 据 不 同 的 塑 件 结 构 特 点 ， 设 计 出 适 合 于 塑 件 成 型 质 量 要 求 的 合 理 的 注 塑 模 具 结 构 ， 是 现 代 模 具 技 术 研 究 的 重 要 内 容 之

4、 一。 智 能 化 CAD 技 术 的 发 展 ， 为 实 现 高 质 量 的 注 塑 模 具 设 计 提 供 了 有 效 的 途 径 和 方 法 。 因 此 研 究 注 塑 模 具 智 能 化 设 计 技 术 与 方 法 ， 是 现 代 工 业 产 品 发 展 对 注 塑 模 具 技 术 的 必 然 要 求 。本文基于对注塑模具设计过程特点和知识类型与内容的深入分析，提出应用多智能 体技 术与可拓学和发明问题解决（TRIZ)理论相结合的方法，研究了注塑模具方案设计 过程的智 能化实现技术。在 JADE 多智能体系统平台上，利用 JAVA 程序设计语言和 SQL 数据库技 术，构建了注塑模具智

5、能设计系统的总体结构。通过对注塑模具的功能结 构组成和智能体内 部信息通讯及结构体系的深入分析，建立了模具各功能结构与其相应 的设计智能体之间的内 在关系，并给出了设计智能体的通用结构模式；在此基础上，采 用基于改进的合同网协议， 构建了注塑模具智能设计系统各智能体之间的任务分配与协 作机制，实现了模具整体设计任 务的合理有序分配；同时，应用基于改进的可拓物元模 型与产生式规则相结合的知识表示方 法，对不同类型的注塑模具设计知识和专家经验进 行了合理有效的描述，并建立了模具设计 知 识 规 则 库 ； 进 而 采 用 基 于 可 拓 学 方 法 与 TRIZ 相 结 合 的 推 理 机 制 ，

6、 以 及 可 拓 菱 形 思 维 及 所 建 立的模具设计特征与 TRIZ 矛盾矩阵标准 工程参数之间的关联关系，实现了智能化设计过程 的有效推理和矛盾冲突的快速消解， 获得了优化的模具组成结构设计方案。最后，以矩形盒状壳体塑件为例，给出了注塑模具方案设计的智能化推理过程。结 果显 示，采用多智能体技术和可拓学与 TRIZ 理论相结合建立的注塑模具智能设计系统， 能够有 效的推理出正确合理的模具整体设计方案。关 键 词 ： 注 塑 模 具 ； 智 能 化 设 计 ； 多 智 能 体 技 术 ； 可 拓 菱 形 思 维 ； TRIZ 矛 盾 矩 阵Research on the Intellig

7、ent Design of Injection Mold Scheme Based onMulti-Agent AbstractThe reasonability of injection mold scheme design directly affects molding quality and production efficiency of plastic parts, as well as manufacturing cost and production cycle of injection mold. And according to different structural f

8、eatures of plastic parts, how to obtain the rational injection mold structure which meets the need of molding quality in the shortest time is one of the important contents about advanced mold technology research. And the development of intelligent CAD technology provides effective ways and methods t

9、o achieve high-quality injection mould design* Therefore, research on intelligent design techniques and methods of injection mold is required by the development of modem industrial products.On the basis of deep analysis for process characteristics, knowledge types and details of injection mold desig

10、n, a hybrid method combining multi-agent, extenics and inventive problem solving (TRIZ) was proposed to study the intelligent implementation of injection mold scheme design. And the overall framework of intelligent design system for injection mold was built by utilizing JAVA programming language and

11、 SQL database techniques based on JADE. Through the in-depth analysis of functional components in injection mold, as well as the communication mechanism and architecture of agents, the intrinsic relationship between functional components and the corresponding design agents was established. Meanwhile

12、, a general structural model of design agents was presented. And on that basis, task allocation and cooperation mechanism between different agents within injection mold design system which was based on the improved contract net protocol, was built to realize reasonable and orderly distribution of th

13、e whole mold design task. Then, the knowledge representation approach was studied to describe different types of injection mould design knowledge and expert experience through integrating the improved extension matter element model and method of production knowledge representation. Besides knowledge

14、 base for injection mould design was built. Inside design agents, the reasoning mechanism based on extenics and TRIZ was investigated. And the extensional rhombus thinking method was applied together with the correlation between design features and engineering parameters of TRIZ contradiction matrix

15、 to realize effective reasoning and quick resolution of the conflicts for the intelligent design process. Moreover, an optimal design program of injection mold functional component was obtained.Finally, the rectangular box shell plastic part was taken for an example and theintelligent reasoning proc

16、ess of injection mold scheme design was given. The results show that a correct and proper injection mold scheme can be gained from the injection mold intelligent design system built in this paper by by combining multi-agent technology and extenics and TRIZ.Key Words： Injection Mold; Intelligent Desi

17、gn; Multi-Agent Technology; Extensional Rhombus Thinking Method; TRIZ Contradiction Matrix;目 录才商 .IAbstract.II1 . 11.1 智能 CAD 技术概述 .11.1.1 智能 CAD 技术的特点 .11.1.2 智能 CAD 技术的研究内容 .21.2 注塑模具智能 CAD 技术发展概况 .31.2.1 注塑模具智能 CAD 技术国内外研究现状 .31.2.2 注塑模具智能 CAD 技术发展趋势 .71.2.3 模具智能 CAD 技术研究存在的问题 .71.3 课题的研究意义和主要内容

18、.81.3.1 课题的研究意义 .81.3.2 课题的主要研究内容 .92 注塑模具设计过程分析 .102.1 注 塑 模 具 的 结 构 组 成 .102.2 注塑模具设计过程及特点 .112.2.1 注塑模具设计过程及考虑因素 .112.2.2 注塑模具设计的特点 .143 注塑模具方案智能化设计的关键技术 .163.1 多 智 能 体 技 术 .163.1.1 多智能体系统的基本概念及特点 .163.1.2 智能体的体系结构及其设计 .183.1.3 多智能体系统的通信与交互技术 .223.1.4 多智能体系统的任务分解与分配 .223.1.5 多智能体系统的协调与合作机制 .233.2

19、 可 拓 理 论 .243.2.1 可拓理论简介 .243.2.2 基 元 的 概 念 .253.2.3 可 拓 方 法 .263.2.4 可拓集合和关联函数 .273.3 发明问题解决理论（TRIZ) .293.3.1 TRIZ 基本含义 .293.3.2 TRIZ 体系结构及解决问题流程 .303.3.3 TRIZ 技术冲突解决原理 .314 注塑模具方案智能设计系统实现 .344.1 智能设计系统的总体结构设计 .344.1.1 智能设计系统功能分析 .344.1.2 智能设计系统总体框架 .354.1.3 系统工作流程 .374.2 智能设计系统的协作机制 .384.2.1 模具整体设

20、计任务的分解及其形式化描述 .384.2.2 模具设计任务的分配和协作 .394.2.3 系统设计智能体的状态变化 .434.2.4 协作过程中智能体间的通信与交互 .444.3 注塑模具方案智能设计系统知识库的建立 .454.3.1 注塑模具设计知识的类型及特点 .454.3.2 基于可拓物元模型的模具知识表示 .464.3.3 可拓知识库的实现方法 .484.4 基于可拓与 TRIZ 结合的推理机制 .514.4.1 模具功能结构的初级推理 .524.4.2 模具功能结构方案优化 .554.5 注塑模具方案智能设计系统冲突的消解 .594.5.1 智能设计系统冲突的类型及特点 .594.5

21、.2 智能设计系统冲突的解决模型 .604.6 基于；TADE 的注塑模具方案智能设计系统的实现 .614.6.1 注塑模具智能化设计平台和工具 .614.6.2 智能设计系统的实现流程和类库结构 .634.6.3 注塑模具设计智能体的实现 .644.6.4 系统用户界面的设计 .654.6.5 JADE 的启动和实例化 .685 注塑模具方案智能设计系统应用实例 .705.1 注塑模具初始设计信息的输入 .705.2 注塑模具方案的推理 .735.3 设计结果的显示与保存 .75 A .77参 考 文 献 .78攻 读 硕 士 学 位 期 间 发 表 学 术 论 文 情 况 .81ISt M

22、 .82大 连 理 工 大 学 学 位 论 文 版 权 使 用 授 权 书 .831 绪 论塑料制品具有质量轻、比强度大、化学稳定性好、电绝缘、耐磨耐冲击性等优异性 能， 因此在航空航天、汽车、机械、国防工业、医疗保健、日常生活用品和电子通信等 行业中得 到广泛应用。随着国民经济的高速发展，市场对塑料制品的数量需求日益增加， 对于塑料制 品的成型质量、尺寸精度和外观的要求越来越高，因而使得注塑模具的需求 量急剧增加，对 模具设计制造水平的要求也越来越高。传统的模具 CAD 技术和以设计 者知识及经验为主导 的设计方法己不能满足现代工业产品的发展对模具的高质量、高精 度、低成本和短周期的要 求

23、1。如何能够根据不同塑料制品的结构特点和使用要求，在 最短的时间内有效地给出合理 的 符 合 塑 件 质 量 要 求 的 注 塑 模 具 方 案 ， 是 现 代 模 具 技 术 领 域 的 重 要 研 究 内 容 之 一 。 智 能 CAD 技术的出现，为模具设计提供了新思路。将人工智 能技术与计算机网络通信技术、软件技术 等相结合形成的智能 CAD 技术应用于注塑模 具设计过程，充分利用知识工程对模具的设计 知 识 和 专 家 经 验 的 知 识 处 理 能 力 ， 并 依 赖 计算机强大的计算能力和方便快速的网络通信能力， 实现注塑模具的智能化设计，可以 避免设计失误造成的模具结构缺陷，减

24、少设计制造时间， 提高注塑模具设计制造的质量 和效率 2。1 . 1 智 能 GAD 技 术 概 述智能 CAD (Intelligent CAD，ICAD)是传统的计算机辅助设计和人工智能技术相结 合 的综合性 CAD 系统，通过引入知识工程、多智能体技术、遗传算法等人工智能技术 处理工 程设计中的经验知识、规范和标准等并进行规划、判断和决策，使 CAD 系统能 够很大程度 上模拟设计师思维，在设计过程中有效地进行各种复杂的设计分析和决策， 以满足产品设计 自动化的需求 3_5。1 . 1 . 1 智 能 CAD 技术的特点(1) 集 成 一 体 化 。 智 能 CAD 技术的集成特性不仅仅表现为与 CAM、 CAE 的 集 成 ， 还 表现为软件和硬件系统的集成、知识及各种智能设计方法的集成，从而实现真正的集 成一体 化。(2) 智能化。智能 CAD 技术以人工智能为实现方法，结合知识工程强大的知识表 示 及处理功能，应用 CBR 和 RBR 等推理机制，使智能 CAD 系统具有推理分析知识的 能力及 自学习能力以实现智能化设计。此外，设计师可通过智能 CAD 系统的人机智能 交互界面实 现对设计过程的干预和控制 6,并可借助系统的智能显示功能对设计过程及