第 1 章 绪论
1.1 引言
随着塑料的迅猛发展，塑料工业逐渐成为国民经济中一个十分重要的行业。塑料具有质量轻、耐腐蚀、强度高及机械加工性能优良等特点，因此广泛应用于汽车、家电、仪器仪表等领域，市场对塑料模具的需求越来越大，对设计和制造的要求也越来越高，传统的注塑模具设计与制造方法己不能满足市场对高质量注塑模具的要求。在注塑模具的计算机辅助设计过程中，把人工智能 (ArtificialIntelligence 简称 AI) 技术、专家系统(Expert System 简称 ES) 和基于知识的工程技术应用于注塑模具设计领域，不仅可以发挥计算机的强大功能优势，而且可以充分利用注塑模具基础知识和领域内设计专家的经验知识，实现注塑模具的智能化设计，进而显著提高塑料制品和塑料模具的设计制造效率，减少试模和修模时间。
1.2 专家系统技术发展概况与应用现状
1.2.1 专家系统的发展及其研究动态
人工智能主要研究怎样让计算机去做以前只有人才能完成的具有智能性质的任务，它包括很多领域，如图 1-1 所示。其中，专家系统是对人工智能问题中智能程序设计的很成功的近似解决方法，是人工智能技术的重要分支之一，也是其中最活跃、最有成效的一个研究领域。专家系统是在20世纪60年代初期产生和发展起来的一门新兴的人工智能的应用学科，它通过调用知识库中的相关知识、经过推理机的推理而获得所需的结果，它的特点是智能化程度高和实时性强，因而在很多领域得到广泛应用。专家系统的迅速发展和广泛应用大大推进了各个应用领域向智能化方向的发展，成为人工智能从实验室研究进入实用领域的一个里程碑。专家系统是在产生式系统的基础上发展起来的。产生式系统 (productionsystem) 首先是 Post 于 1943 年提出的产生式规则 (production rule) 而得名的，是用来描述若干个不同的以一个基本概念为基础的系统。在产生式系统中，知识分为两部分：用事实表示静态知识，如事物、事件和它们之间的关系；用产生式规则表示推理过程和行为。
由于这类系统的知识库主要用于储存规则，因此又称为基于规则的系统 (rule-based system) 。早在20世纪50年代中期，人工智能的研究者们就尝试建立一个模拟人脑的智能机器，典型的系统是 PERCPTRON ，这是一个自组织的自动机，它能被教会认识模式。那时，人们认为这样一个模拟神经的并且有着丰富的相互联接的系统，可以从无知开始，接受训练，就可以完成人们让它做的任何事情。而实际上，人的大脑包含10亿多个神经，每一个都相当的复杂，要模拟人脑在现有的硬件条件下是无法实现的。最后，这个系统被证实是失败的。
在20世纪60年代初期，人们开始探索利用人工智能技术来解决实际问题，其中一个比较典型的例子通用求解器 GPS(General Problem Solver) 。由于GPS并不指定特定的问题而具有通用性，用户只要借助于目标和应用在这些目标下的算子定义一个任务环境，就可以应用这个系统。当时，该系统程序已经可以解11种不同类型的课题，如“猴子摘香蕉 ”， “人—羊过河”等。但GPS的通用性也受到一定的限制，它只能在状态集合相对较少和形式规则都有完整定义的领域内使用，缺少高级专门知识，尚不能解决现实生活中的问题[4]。1965 年美国斯坦福大学费哥巴姆教授 (E. A. Feigenbaum) 与其它科学家合作，研制出第一个计算机专家系统 DENDRAL 。 DENDRAL 系统是世界上最早的而又比较成功的专家系统，为人工智能的发展树立了典范，它的意义远远超过了系统本身的实用价值。 DENDRAL 系统是化学方面的“专家 ”， 它能像化学家一样工作，能够分析未知有机化合物的质谱实验数据，经过分析推理出有机化合物的分子结构，其分析能力甚至超过了一些化学家专家的水平。
目前专家系统技术已经广泛地应用于医学、数学、化学、物理、生物、农业、工程、制造业、地质、气象、交通、冶金、化工、军事、空间技术、环境科学、信息管理系统、金融和信息高速公路等诸多领域，它的应用几乎渗透到所有行业，只要是需要用专家知识解决问题的都可以用到专家系统。在机械制造工业中，专家系统技术也广泛地应用于生产过程的各个环节，诸如机械产品设计、工艺设计、生产过程故障诊断和分析、质量检测控制和实时调度等。比较著名的专家系统有很多，例如，用于诊断 / 治疗细菌感染的医学专家系统EYCIN、用于解释蛋白质三维结构的化学专家系统 CRYSALIS 、诊断 / 补救核反应堆事故的工程学专家系统 REACTOR 、数学符号运算专家系MACSYMA、分子遗传工程方面的MOLGEN等。
第 2 章 专家系统有关基础理论及专家系统开发工具 CLIPS 简介
2.1 专家系统的概念及特点
专家系统是一个基于知识的智能推理系统，它涉及到对知识获取、知识库、推理控制机制以及智能人—机界面的研究，集人工智能和领域知识于一体。专家系统是一种大型复杂的智能计算机程序，被广泛应用于那些非结构化问题的求解。它具有相关领域中专家水平的解题能力，能运用领域专家多年积累的实践经验和专门知识，模拟人类专家思维过程，求解所需解决的问题。
第3章 注塑模具方案智能设计程序...................... 27-37
3.1 注塑模具设计的基本过程及需考虑...................... 27-29
3.2 CLIPS 在注塑模具方案智能设计......................29
3.3 开发工具软件和智能设计程序平...................... 29-30
3.3.1 开发工具软件的选择...................... 29-30
3.3.2 开发平台的选择 ......................30
3.4 智能设计程序总体结构...................... 30-32
3.5 注塑模具方案智能设计的关键技术...................... 32-36
3.5.1 注塑模具方案智能设计知识...................... 32-34
3.5.2 基于产生式规则的推理机制...................... 34-35
3.5.3 CLIPS 推理过程监控与管理...................... 35-36
3.6 本章小结...................... 36-37
第4章 注塑模具方案智能设......................37-60
4.1 Visual C++与CLIPS 接口技术...................... 37-41
4.1.1 直接嵌入方式 ......................38
4.1.2 动态链接库（DLL）嵌入方式 ......................38-41
4.2 Pro/TOOLKIT 菜单与界面技术...................... 41-43
4.2.1 智能设计程序菜单技术...................... 41-42
4.2.2 智能设计程序的UI 对话框技术...................... 42-43
4.3 程序与Pro/Engineer 集成 ......................43-44
4.4 注塑模具方案智能设计的程序实现...................... 44-54
4.1.1 智能设计程序的方法实现 ......................44-50
4.4.2 智能设计程序的推理界面...................... 50-54
4.5 注塑模具方案智能设计实例...................... 54-58
4.6 注塑模具方案智能设计程序...................... 58-59
4.7 注塑模具方案智能设计程序...................... 59
4.8 本章小结...................... 59-60
结论
人工智能是现代科学技术发展中的一门前沿学科，而专家系统是人工智能领域最活跃的一个分支，将专家系统技术应用于注塑模具设计具有广泛的技术和经济意义。注塑模具设计是经验性很强的工作，取决于模具设计人员的知识水平和经验积累情况，长期以来依靠有经验的设计人员来完成。如何在短时间内，针对不同复杂程度的塑件结构，给出合理的模具设计方案，是现代模具设计技术研究的核心内容。本文在消化和吸收前人研究成果的基础上，运用专家系统开发工具 CLIPS，开发注塑模具方案智能设计程序，以实现注塑模具方案设计智能化，达到提高模具设计质量，缩短模具制造周期的目的。论文涉及的工作主要包括以下几个方面：
1) 对注塑模具设计领域专家的知识和经验进行搜集、整理和总结，根据注塑模具设计领域知识的特点，采用了基于产生式规则来表达注塑模具方案设计相关专家知识和经验，构建了注塑模具方案设计的知识库。以专家系统工具 CLIPS 作为推理平台，开展了基于 CLIPS 的注塑模具方案智能设计知识库及其推理机等关键技术的研究。
2) 研究了 Visual++ C 与 CLIPS 混合编程技术，分析了直接嵌入式和动态链接库DLL 嵌入方式的混合编程，最终采用动态链接库 DLL 嵌入方式实现了 CLIPS 与 VC 的无缝结合；并对 CLIPS 与 VC 信息交换，CLIPS 推理过程监控及推理机制等技术进行了研究，探索了注塑模具方案智能设计的实现途径。
3) 基于 Pro/ENGINEER 二次开发技术，运用 Pro/TOOLKIT 提供的 UI 对话框和菜单的可视化界面技术，设计出方便实用的人机对话界面。基于 Pro/ENGINEER 平台，采用专家系统工具 CLIPS，运用 VC++与 CLIPS 混合编程技术，开发了注塑模具方案智能设计程序，并对程序进行实例测试，验证了本文提出的设计方案及开发程序的正确性。
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