模具的設計是產品迅速投入市場的關鍵，KBE系統的實現可以大大優化模具設計工藝，縮短模具開發周期。本文以摩托車塑件產品為基礎，深入討論了KBE的內涵和特點，以UG-MoldWizard為開發平臺，構造出注塑模設計KBE系統構架，利用OPEN++程序和知識融合技術，開發出內嵌于UG-MoldWizard平臺的摩托車塑件產品KBE系統。

21世紀制造業的競爭是新產品的競爭，創新產品的開發是競爭的關鍵，而模具的設計又是新產品迅速投入市場的關鍵。摩托車新車型推出迅速，其中塑料件注射模具的設計開發對新車的問世起著至關重要的作用。

模具的設計過程是建立在專家豐富的經驗和知識基礎上的創造性思維過程，它不僅是參考經驗知識的輔助設計，更是在現有經驗基礎上的進一步積累創新，是一個包含了對知識的繼承、集成、創新和管理的過程。然而，由于模具設計過程的復雜性，絕大多數模具設計專家系統在應用上有嚴格的限制，且智能化手段也比較單一，普遍存在諸如產品信息模型簡單、知識表示方式單一、圖形處理能力不強、無法與有限元仿真結果有機結合等諸多問題。

KBE（Knowledge Based Engineering，基于知識工程）技術是解決這一問題的最佳方案。KBE系統為解決傳統CAD系統存在的問題提出了方案，如設計原理的體現、約束是否沖突、如何在設計階段進行產品估價、設計制造是否可行以及設計的最終產品是否符合外觀要求等，同時提供優化方案。KBE系統所要達到的目的是使產品信息在整個生命周期中都可得到應用，從而獲得最優化方案。

一、KBE的含義和特點

1.KBE的概念

由于KBE技術的開放性，至今為止，尚無一種公認的、完備的KBE定義。如英國Coventry大學的KBE中心認為：KBE是一種存儲并處理與知識模型有關的知識，并基于產品模型的計算機系統；是目前促進工程化、實用化產品開發的最值得注意的軟件方法。英國Cranfield大學的Huihua Li博士認為：KBE是一種特殊類型的基于知識的系統，它專注于工程設計以及后續的制造、銷售等活動。世界著名系統集成公司美國UG公司認為：KBE是獲取智能對象或人造物（如零件）的生命周期內實質的方法學，包括操作性、功能性和性能的要求，以及獲取它的進一步變化。而上海交通大學模具CAD國家工程研究中心則提出：KBE是通過知識驅動和繁衍，對工程問題和任務提供最佳解決方案的計算機集成處理技術。

綜上所述，KBE的內涵可以概括為：KBE是領域專家知識的繼承、集成、創新和管理，是CAX技術與AI技術的集成。下面將可以通過對KBE的特點進一步闡述KBE的含義。

2. KBE技術的特點

(1)知識性

從定義來看，KBE是基于知識的工程，所以需要以知識為基礎，而系統為設計者提高設計所需各種知識。

知識的最初來源有：①理論公式，行業的經典理論和公式是前人經驗和實踐的積累，是知識的重要的組成部分；②工程數據，生產實踐所獲取得來的數據是長期實踐的結果，是被證明了的理論，能夠成為新產品模具設計的重要依據；③成功案例，成功的案例可以為相似產品的模具設計提供設計思路的參考，比如，相似形狀的產品可以選用同一類型的澆注口，相似尺寸的產品其模架和模腔可以選用相似尺寸，或對各個特征變量進行推理求解。

從邏輯基礎上看，常用的推理方式可分為：演繹推理，歸納推理，外展推理，非單調推理和不精確推理。目前應用于模具設計的KBE系統主要有：①基于規則的推理；②基于實例的推理（CBR）；③基于模型推理（MBR）；④神經網絡；⑤ 遺傳算法。

(2)領域性

KBE是以知識為基礎的，它的起點是專家系統，所以KBE是局限于一個具體領域的，不存在所謂的廣泛意義上的通用KBE，這樣才便于知識的提取。摩托車塑料產品在某種程度上是相似的，但摩托車塑件產品與其他比如生活用品臉盆的模具就沒有基本的相似特征。

(3)智能性

KBE不同于專家系統，它可以在人工干預下完成設計和數據計算，自動提取相關知識，并且具有獨立于人之外的判斷和推理能力。KBE還具有學習能力，隨著系統的使用，KBE會將新的成功案例加入到知識系統去，隨著用戶對軟件的應用，系統會變得越來越聰明，推理和計算更準確。

要使KBE系統成為工程過程的中心，就必須使之適用于產品模具各個階段的相關設計原則。要想從設計分析到制造都有效地利用KBE系統，就要求KBE系統具有柔性、開放性、可重用性并可用戶化。

(4)多目標優化

對KBE系統來說，最終獲得的是多個設計變量，它會考慮與設計有關的各個因素，并根據需要進行權重，進行多目標優化，使設計方案在總體目標上處于最優。神經網絡技術和遺傳算法在模具KBE上的應用，使模具設計的多目標優化得以順利實施，最終獲得合理的最優設計工藝。

二、 KBE在UG-MoldWizard平臺上的應用

UGS提供的知識驅動自動化模糊了設計、工程、幾何建模與編程之間的界限，為KBE系統的融合開發出一套簡單的知識解決方案。利用UG-MoldWizard可以將設計獨特的知識融入系統，而過程向導則使領域內的用戶能夠充分利用行業內的專家經驗。以往要解決的知識重用和過程標準化問題不再需要專業的編程人員耗費大量的資金和時間來解決，只需利用知識融合的方法，就可以盡可能地實現自動化。

1.UG-MoldWizard模具模塊與設計流程圖

UG-MoldWizard是專業的注射模具模塊，為設計模具的型芯、型腔、滑塊、推桿、和嵌件提供了建模工具，使模具設計變得更快捷和容易，它的最終結果能夠建立出與產品參數相關的三維模具，并能用于加工。UG-MoldWizard的模架庫及其標準件庫包含有參數化的模架裝配結構和模具標準件，模具標準件庫中還包括滑塊（Slides）和內抽芯（Lifters），并可通過Standard Parts功能用參數控制所選用的標準件在模具中的位置。用戶還可以根據自己的需要定義和擴展UG-MoldWizard庫。UG-MoldWizard的設計流程圖如圖1所示。

圖1 UG-MoldWizard的設計流程圖

2.KBE設計框架

KBE系統能夠根據已有成功模具設計方案和工程數據庫，利用實例和神經網絡等進行綜合推理，獲取設計所需知識，并在工藝CAE軟件上對成型工藝進行驗證和優化，并將最終設計方案返回到成功案例中，系統框架如圖2所示。

圖2 摩托車塑件產品KBE系統框架

3.系統實現和設計實例

利用OPEN++和UG知識快速融合技術，將KBE內嵌到UG-MoldWizard平臺上，使設計者可以在UG-MoldWizard中直接進行設計，KBE系統在設計者干預下能夠直接或間接操作UGS軟件進行塑料注射模具的數字化設計工作，其中KBE系統的界面如圖3所示。

圖3 KBE系統界面

三、結論

KBE系統的智能行為在很大程度上取決于知識庫中的知識和推理方式的優略。本文討論了摩托車上塑料產品注射模具的設計，并利用所提出的知識模式和邏輯推理方法，在UG-MoldWizard平臺上開發出了可行的注射模具設計KBE系統，不但可以為缺乏經驗的模具設計者提供專家的指導，還可以使相關的塑料產品設計效率大大提高。實踐表明，利用基于UG-MoldWizard平臺的摩托車塑件產品KBE系統進行相關設計，不同的產品設計周期可以縮短到原來的五分之一。KBE在模具工業以及整個制造行業具有廣闊的應用前景。