重型铸铁件制造流程优化专家系统的研究

作者: admin 分类: 技术资讯 发布时间: 2020-01-19 17:38
1 前言
目前多数重型铸铁件的生产流程Ⅲ是在铸造厂的铸造车间由冲天炉或电炉把生铁、废钢、回炉料熔炼成合格的铁水,再对模型进行浇注成铸件,而生铁是由冶金厂熔炼出的高炉铁液浇铸冷却而成的,再运输到铸造厂进行熔炼。整个制造流程跨冶金与机械两大行业,流程比较长、消耗了大量的能源、排放了比较多的环境污染物,有必要对其进行流程优化。传统的制造流程优化都是对零件的某一段流程或者整个流程进行流程分析,对分析出的流程中不合理的地方利用流程优化技术进行优化,结束之后并没有把流程信息、流程分析和改进用的规则存储起来,这样下次遇到同样或相似的零件,还需要重新分析,而且在整个流程优化过程中几乎都是靠人工进行分析的,并没有与现代的计算机技术结合起来,降低了流程优化的效率。为此,本文采用基于规则的专家系统技术对制造流程优化系统的实现技术展开了研究。
2 流程优化的专家系统
专家系统构造技术是人工智能的一个分支。其核心是知识库和推理机。知识库中的知识包括事实和规则。在开发系统时,需要把知识按一定的表示形式输入到专家系统的知识库中,而流程优化各种知识单元之间存在因果关系,比如因为该工序在流程中没有必要,所以删除,这种因果关系也就是前提与结论的关系,因此用产生式形式来表示知识是非常方便的,
而且产生规则知识的表示方法具有直观、自然、便于进行推理
和模块化管理的特点。
本文采用SQL关系型数据库描述流程中的事实以及流程分析和优化规则。把事实库和规则库建立好后,推理机就根据事实库中的事实与规则库中的规则前提进行匹配,推理出需要解决问题的最终解。由以上分析可知专家系统包括事实库、规则库和推理机构。下面着重介绍流程优化专家系统事实库、规则库和推理机的设计。
3 事实数据库
事实数据库是一个用来存放与求解问题相关的各种当前信息的数据结构。流程事实数据库由工序信息、工件信息、工序功能信息、设备数据等子库组成,具体有(1)工序信息:工序编号、工序名、工序所在的车间位置;(2)工序输出的金属材质信息:材料编号、材料类型、材料名称、材料牌号;(3)工件信息:工件号、工件名、工件的尺寸、工件的重量、工件的材料名;(4)工艺功能表:工艺功能号、工艺功能名、工序号;(5)设备号、设备名、设备的规格。工序编号是按照工序发生的顺序从1到n。先发生的编号就小。工艺功能号是按照功能对整个流程的权重大小从1排到na,编号小的功能权重大,权重是由层次分析法确定的。
在进行规则推理时,当事实数据库中的某些事实或用户输入信息与规则库中的某条规则的前提相匹配时,该规则被激活,并把用它推出的结论放人事实数据库中,作为后面推理的已知事实,因此事实数据库也是一个动态数据库。在分析流程的时候主要是从工序功能的角度分析不合理的工序,所以为方便分析,需要将事实库中的工序信息表和工艺功能表通过工序号外键联系,从工序表和功能表中选择工序和功能构成工序功能表,并用二维数据表在界面上显示出来,工序作为表的行,功能作为表的列,行列交叉为“l”或“0”元素,“1”表示工序具备该工艺功能,“0”表示工序不具备该工艺功能。
4 规则库
规则库是流程优化专家系统进行求解的基础,存放着能够分析流程中不合理的工序并采取合理措施的优化规则。推理机利用这些规则可以根据用户输入的信息或者事实数据库中的事实得出一个新的工艺制造流程。下面列出重大铸件工艺制造流程优化专家系统规则库中的部分规则。
以下是分析出流程中有可能不合理工序的部分规则
R1:If工序功能表中具有0或1元素相同的两行Then这两行对应的工序不合理(0.6)
这是一条不确定流程,0.6是置信度
以下是对由R1规则推出的可能不合理的工序迸一步分析确定是不合理的工序并改进的部分规则
R4:If工序的功能有流态化Then两道工序的类型是熔炼工序
R5:If两道熔炼工序之间的工序中有固化成锭功能Then两道工序之间有浇锭工序
R6:If第一道熔炼工序与浇锭工序之间的工序中无精炼功能Then第一道工序与浇锭工序之间无炉外精炼工序
R7:If两道工序的类型是冶炼工序and两道工序的材质类型相同and材质的化学成分不相同and两道工序之间有浇锭工序and第二道工序的材质所含化学成分不能满足工件材质的要求and第一道工序与浇锭工序之间无炉外精炼工序Then删除浇锭工序和第二道熔炼工序、在第一道工序后面增加炉外精炼工序。
由于篇幅有限还有一些流程优化的规则不再描述。
以上这些规则都是产生式规则,一条规则包括条件和结论两部分,要把一条规则完整正确放在数据库里以使推理机更有效推理,在规则库里需要通过三个表:条件表、结论表和规则表来表达一条规则,见表1一表3。

将一条产生式规则拆为条件和结论两部分,再把条件和结论中包含的事实拆分成事实名、事实属性值,按照上述表将其表示出来,再利用表中的主键和外键的关系将其重新连接成产生式规则的结构。
5 推理机
推理机由一组程序组成,实现对流程优化专家系统中问题的推理求解。按推理方向的不同。可以分为:正向推理、逆向推理和混合推理f3l。本文采用的是正向推理方式,从事实数据库中的事实或用户输入的信息出发,根据规则库中的各种规则,推理出流程中一些不合理的地方并优化。推理流程如图1。
6 系统主要运行实例
本文通过4500B镗铣床机座毛坯件制造流程实例验证系统的有效性。考虑了冶金行业的流程,机座现有制造流程:高炉熔炼铁水后把铁水浇注成铁块然后再和废钢启动系统后进人如图2的界面,即输人工件的名称,点击确定按钮,系统从事实数据库中调入流程的工序和工艺功能,显示在数据的二维表格中,再点击分析按钮,系统对这个二维数据表中的数据进行分析,点击分析结果按钮出来分析结果。分析的结果显示如图3所示,根据分析的结果得出一个新的工序功能表如图4所示,由此可得新的流程:高炉熔炼铁水后,经过炉外精炼得出合格的铁水,对模型进行浇注。新的流程与旧流程相比可知,减少了一道浇锭工序,同时炉外精炼的作用代替了旧流程中冲天炉熔炼,这样新的流程不仅节约了熔炼生铁锭所需要的能量,而且充分利用了高炉铁液的热量,在炉外精炼中通人氧气,在高炉铁液的热量下与铁液中的碳、硫、硅发生反应,放出大量的热来熔炼加入的废钢等固体,减少了由于冲天炉依靠焦炭提供能源而排放的大量烟气、粉尘和二氧化硫等有害气体。由此可知,新的制造流程体现了绿色制造的理念,符合可持续发展的要求。

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