一种基于实例推理的注塑模具零件多相似实例加工工艺重用设计方法

本发明涉及一种基于实例推理的注塑模具零件多相似实例加工工艺重用设计方法，属于工艺capp中的工艺重用设计技术分析领域。针对注塑模具相似结构件，快速得到其加工工艺方案。

背景技术：

1、工艺重用设计一直是capp领域研究的热点问题，随着数字化设计制造技术的广泛应用，很多企业通过构建工艺实例库积累了大量的工艺实例，有效地利用已有的工艺并快速准确地生成新产品目标零件的加工工艺，是提升企业工艺设计效率、降低零件加工工艺设计周期的重要途径之一。

2、加工工艺设计是根据零件的材料、尺寸规格、结构特征及精度和粗糙度要求，制定出经济、合理的加工方案及加工工艺流程。目前，传统的注塑模具零件加工工艺主要依靠工艺工程师的经验，通过人工进行零件结构特征的分析及工序的编制，存在着编制效率低、设计周期长，没有将以往设计的历史案例进行记录和有效复用，无法适应注塑模具多品种、小批量、高效智能化生产的需求，严重制约模具零件高效智能化制造的发展。因此，需要研究如何快速检索到相似的零件实例并利用其工艺进行作为修改的工艺骨架，以及融合多相似实例的局部工艺信息进行工艺重用设计，来快速的生成更精确有效的目标零件加工工艺。

3、实例推理技术(case-based reasoning,简称cbr)是根据历史经验知识进行推理的人工智能技术，其核心思想是将以往工作积累下来的经验知识存储到实例库中，在人们解决新问题时利用类比的方法，从实例库中获取相似问题的求解过程及解决方案，通过对相似问题的解决方案进行一定的修改和调整，重新应用到新问题的求解过程中。实例推理技术具有易维护、数据自积累以及容易操作等特点，适合目前注塑模具零件加工工艺设计知识难以规则化的智能化设计问题的发展现状。近年来，针对“相似零件结构具有相似工艺”做了很多的研究，认为相似零件具有相似的加工方法和工艺路线。当不同的零件存在相同的加工特征时，可以考虑使用相同的工艺进行加工，这就形成了工艺重用的基础。工艺重用设计不仅可以快速获得解决方案，而且可不断补充成功的案例实现自我更新。

4、目前,基于实例推理技术的工艺重用设计方法已经开始应用于零件加工工艺智能化设计中。在工艺修正方面，大多以工艺规则的形式，进行规则推理进行修改，没有充分利用实例推理时的数据，没有有效的利用局部相似度的评价指标，进行工艺修正。基于实例推理的工艺重用技术的关键在于实例的检索与修正，本文提出一种基于实例推理的注塑模具零件多相似实例加工工艺重用设计方法,该方法包括基于实例推理的双层检索模型和多相似实例的工艺重用修正模型。在相似实例检索时，利用改进的k-means聚类算法，缩小实例检索范围；采用最邻近算法(knn)，实现基于局部属性相似度的实例检索。检索完成后，通过计算实例中特征的相似度来查询可重用的特征所对应的工艺，利用其余多相似实例中局部特征对应的工艺信息，对工艺骨架进行智能修改，实现了对注塑模具零件加工工艺的高效智能化设计。该方法对实现注塑模具零件加工工艺的高效智能化设计有着重要的指导意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于实例推理的注塑模具零件多相似实例加工工艺重用设计方法，实现目标零件工艺智能化设计。该方法是基于改进k-means算法，将零件规格、零件材料、零件类型等基本零件信息作为实例检索第一层检索属性，完成相似实例零件聚类检索，然后基于knn算法，将零件的主要加工特征的尺寸、加工精度、表面粗糙度、数量作为实例检索的第二层检索属性，完成零件总体相似度的检索计算，从而建立出双层检索模型，实现目标零件最相似的实例的检索，并提取最相似实例的工艺信息作为目标零件的工艺骨架，然后根据多相似实例的特征相似度作为工艺修正的指标，构建工艺重用修正模型，对目标零件的工艺骨架进行修正，实现局部特征对应工艺的信息替换，完成工艺智能化设计。

2、为实现上述目的，本发明以注塑模具模板类零件为例，建立双层检索模型的检索属性，并基于特征相似度的工艺重用修正模型，通过实验案例验证该方法在注塑模具零件快速工艺设计方面的可行性和有效性。

3、其具体实施步骤如下：

4、步骤1：建立双层检索模型的第一层检索，基于改进的k-means算法对实例集中实例进行聚类。

5、步骤1.1：以零件材料、零件规格、零件类型作为第一层检索属性。

6、步骤1.2：对k-means进行改进，对初始实例集中孤立点进行剔除，删除与均值中心较远的孤立点，避免孤立点对实例聚类效果的影响

7、步骤1.3：根据距离代价跟函数，对最佳聚类k值进行确定，使用经验公式计算出k值得范围，对每个k值得聚类结果进行距离代价函数计算，选择使距离评价函数值最小的k值作为最佳聚类数，实现聚类的最佳效果。

8、步骤1.4：输入最佳聚类数k值，对实例集运行改进后的k-means算法，得出实例集中相似零件聚类簇。

9、步骤1.5：将目标零件的零件材料、零件规格、零件类型输入，计算与相似零件聚类簇聚类中心点的距离，将目标零件划入距离最近的簇内。

10、步骤2：建立双层检索模型的第二层检索，基于knn算法，对聚类后的实例集中的实例进行总体相似度计算。

11、步骤2.1：以零件的主要加工特征的尺寸、加工精度、表面粗糙度、数量作为第二层检索属性。

12、步骤2.2：制定零件检索属性的重要程度等级表。

13、步骤2.3：使用层次分析法确定第二层检索各个属性权重。

14、步骤2.4：计算相似簇中各实例的各个局部属性相似度。

15、步骤2.5：计算各个实例与目标零件的总体相似度。

16、步骤2.6：设置动态阈值，根据实际计算的最大总体相似度进行阈值的动态调整。

17、步骤2.7：输出大于阈值相似实例，并提取总体相似度最大的实例的工艺信息作为目标实例的工艺骨架。

18、步骤3：建立工艺重用修正模型，考虑多相似实例的特征相似度计算结果，作为局部工艺修正的指标，对工艺骨架进行工艺重用修正。

19、步骤3.1：以局部特征的尺寸、加工精度、表面粗糙度、个数作为实例的局部特征相似度的计算属性。

20、步骤3.2：对比目标零件与最相似实例的特征信息，并计算对应特征相似度。

21、步骤3.3：选择特征相似度不满足100％的特征，需要对其对应在工艺骨架中的工艺信息进行修正。

22、步骤3.4：查询其余多相似实例关于该特征的特征相似度，查看是否满足复用条件。

23、步骤3.5：将查询到可复用的特征对应的工艺信息与工艺骨架中的工艺信息进行替换，替换的工艺信息，包括工艺内容、工艺设备、刀具。

24、具体步骤内容通过以下描述结合附图说明。

技术特征：

1.一种基于实例推理的注塑模具零件多相似实例加工工艺重用设计方法，其特征在于，建立双层检索模型，将零件材料、零件规格、零件类型基本零件信息作为实例检索第一层检索属性，实现相似零件的聚类，缩小相似零件检索范围，将零件的主要加工特征的尺寸、加工精度、表面粗糙度、数量作为实例检索的第二层检索属性，实现相似零件的精确检索，建立工艺重用修正模型，根据特征的尺寸、加工精度、表面粗糙度、个数来计算特征相似度，利用特征相似度作为局部工艺修正的指标，由特征映射到工艺信息，提取特征对应的工艺信息对工艺骨架进行修正，完成工艺智能化设计；该方法的实现包括如下步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种基于实例推理的注塑模具零件多相似实例加工工艺重用设计方法，其特征在于：步骤(1)基于改进的k-means算法对实例集中实例进行聚类，通过对k-means算法进行改进，首先在聚类开始前，对初始实例集，进行孤立点的剔除，删除与均值中心较远的孤立点，避免了孤立点对实例聚类效果的影响，其次，根据距离代价跟函数，对最佳聚类k值进行确定，实现聚类的最佳效果，使实例检索的第一层聚类出类间距离最远，类内距离最近的实例簇，缩小实例检索范围，提高实例检索速度；将零件材料、零件规格、零件类型基本零件信息作为实例检索第一层检索属性，实现相似零件的聚类，缩小相似零件检索范围。

3.根据权利要求1所述的一种基于实例推理的注塑模具零件多相似实例加工工艺重用设计方法，其特征在于：步骤(2)基于knn算法，将零件的主要加工特征的尺寸、加工精度、表面粗糙度、数量作为实例检索的第二层检索属性，实现相似零件的精确检索；首先，使用层次分析法确定第二层检索属性权重，更加客观的计算权重，对实例的局部属性相似度加权计算实例与目标零件的总体相似度，设置动态阈值，根据实际计算的最大总体相似度进行阈值的动态调整，避免检索不到实例的情况，输出大于阈值相似实例，提取总体相似度最大的实例的工艺信息作为目标实例的工艺骨架，进行工艺修正。

4.根据权利要求1所述的一种基于实例推理的注塑模具零件多相似实例加工工艺重用设计方法，其特征在于：步骤(3)建立工艺重用修正模型，将目标零件中特征与工艺骨架上所对应的特征信息进行对比，比较特征的尺寸、特征数量、加工精度、表面粗糙度，计算特征相似度；根据多相似实例的特征相似度计算结果，作为局部工艺修正的指标，对比特征相似度，选择特征相似度最大的工艺，查看是否可以直接复用工艺信息；若不可复用，则继续查询其余实例的该特征相似度，以特征相似度作为工艺修正的指标，替换工艺骨架上特征对应的工艺信息，替换的工艺信息，包括工艺内容、工艺设备、刀具，进而完成工艺骨架的修正过程，输出目标零件工艺信息，实现工艺骨架智能化修正。

技术总结
本发明公开了一种基于实例推理的注塑模具零件多相似实例加工工艺重用设计方法，包括基于实例推理的双层检索模型和多相似实例的工艺重用修正模型。以注塑模具某类零件的基本信息和加工工艺属性作为实例检索属性，进行相似实例检索，结合基于特征相似度的工艺修正，来实现快速工艺重用设计的方法。根据零件基本信息等属性进行基于改进的K‑means算法的相似零件簇聚类，得到相似零件实例簇的聚类结果；根据相似零件簇中零件的加工工艺属性，采用KNN算法进行总体相似度检索的计算；该方法采用基于改进的K‑means和KNN算法结合构建双层检索模型，提高相似零件检索效率和准确度，基于实例零件的特征相似度，实现目标零件加工工艺文件的快速准确智能化生成。

技术研发人员：初红艳,李卓然,董可,东岳峰,曹建强
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13