鋳造方案支援エキスパートシステム
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば鋳造が行われる砂型中に埋められる湯道の模型、堰の模型、および製品となる部分の模型すなわち主型のレイアウトを計画する鋳造方案を自動的に行う鋳造方案支援エキスパートシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の鋳造の概略を図２２に示す。上型１と下型３とは、ともに砂型である。すなわち、上型１または下型３を作成する際の台となるプレート５、７の上で、製品となる模型９を砂に埋め固める（同図（Ａ））。このとき、この製品となる模型９、１１の部分に溶融金属である湯を導くための模型１３も同時に埋められた状態で、上型１と下型３が合わされる（同図（Ｂ））。そして、上型１と下型３が分離され（同図（Ｃ））、各模型９、１１、１３が取り去られ（同図（Ｄ））、空間１５を得る（同図（Ｅ））。この空間１５に湯を導き凝固させ、砂型を崩して製品を取り出す。
【０００３】なお、この図２２の従来例では、模型は取り去られた後に湯が導かれるものであったが、他の従来例では模型を発泡スチロールで形成し、模型を取り去ることなく湯を導き、発泡スチロールは湯の熱で蒸発するようにする事もできる。
【０００４】また、製品の内部に空間部分が設計されているものなどは、空間部分を形成するために中子が用いられるが、ここでは製品となる模型９である主型という概念には、この中子および中子を支える幅木が含まれるものとする。
【０００５】次に、図２３に示すように、湯を導くための模型１３には、例えば湯の注ぎ口となる上下方向の湯口棒１３Ａの部分、湯口棒１３Ａに連続する水平方向の湯道１３Ｂの部分、湯道１３Ｂに連続し最終凝固部となる押湯１３Ｃ、押湯１３Ｃに連続し製品となる部分のどこへ湯を導入するのかという堰１３Ｄの部分などがある。
【０００６】これらの模型を何個、どのような形状で、どの位置に，どの方向で、天地をどちらにするかと言う事を考えて配置するレイアウトは、製品の品質やコストに大きく影響し、熟練技術者の知識（ノウハウ、さらには勘を含む）に依存する事が多かった。
【０００７】一方、鋳造方案をコンピュータを用いて支援しようとする試みも行われているが、この従来の試みは、流体力学等の理論式（例えばベルヌーイの式など）をもとに、主型、堰、湯道などの形状や寸法を算定しようとするものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鋳造方案を熟練技術者の知識（ノウハウ、さらには勘を含む）に依存するものとすれば、新たに熟練技術者を養成するためには非常に長い期間がかかることになり、多様化する鋳造方案へのニーズに対応し切れないものがあった。
【０００９】また、流体力学等の理論式をもとに、主型、堰、湯道などの形状や寸法を算定するコンピュータの支援は部分的であり、熟練技術者の知識（ノウハウ、さらには勘を含む）のレベルに準じた全体的な支援にはなりにくいものであった。
【００１０】以上の問題点は、砂型を用いる鋳造技術について説明したが、同様の問題は、樹脂成形用の金型であるモールドによる鋳造技術、アルミの精密鋳造を行うダイカストの鋳造技術についても存在する。
【００１１】この発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、湯道の模型、堰の模型、および主型などのレイアウトを計画する鋳造方案を、熟練技術者の知識に準じた高度なレベルで、自動的に行う事が可能となる鋳造方案支援エキスパートシステムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、溶融金属などの湯が、鋳型中で湯道の部分、押湯の部分、堰の部分、および製品となる部分の順に導かれて鋳造が行われる前に、鋳型中に配置される湯道の模型、押湯の模型、堰の模型、および製品となる部分の模型すなわち主型のレイアウトを計画する鋳造方案を、自動的に行う鋳造方案支援エキスパートシステムであって、主型形状、および主型の個数を入力し登録する手段と、予め、過去に実績がある鋳造方案から熟練技術者の知識を獲得して、堰と湯道について形、位置、および寸法に関する複数の種類の知識に分類して登録しておく手段と、前記分類された各知識が有する複数の知識内容のうち、どの知識内容を使用するかを、各知識について順に決定する手段と、始めに入力された主型形状、主型の個数、および複数の知識で決定された知識内容にしたがって、湯道、押湯、堰、および主型のレイアウトをシミュレーションし、レイアウトが満足すべきものか否かをチェックする手段と、を備え、満足すべきものでない場合には、始めの主型の個数の入力に戻って手順を繰り返し、満足すべきものになって手順を終了する事を特徴とする鋳造方案支援エキスパートシステムである。
【００１３】請求項２の発明は、溶融金属などの湯が、鋳型中で湯道の部分、押湯の部分、堰の部分、および製品となる部分の順に導かれて鋳造が行われる前に、鋳型中に配置される湯道の模型、押湯の模型、堰の模型、および製品となる部分の模型すなわち主型のレイアウトを計画する鋳造方案を、自動的に行う鋳造方案支援エキスパートシステムであって、主型形状、および生産方針や生産設備上の制約である生産制約を入力し登録する手段と、予め、過去に実績がある鋳造方案から熟練技術者の知識を獲得して、堰の形を選択する堰形選択知識、堰の位置や数を選択する堰位置選択知識、湯道の形を選択する湯道形選択知識、前記堰や湯道の寸法を決定する湯口系設計知識、および前記主型、堰、押湯、湯道のレイアウトするための座標を決定するレイアウト座標決定知識からなる５つの種類の知識に分類して登録しておく手段と、前記分類された各知識を構成する複数枚の知識カードであって、どの知識カードを採用するかにより各知識が使用され、前記分類された知識の種類によって定まる属性、および属性を充足する値である属性値を有し、これら属性と属性値により、当該知識カードを採用できるか否かの条件である制約条件が表現され、制約条件が満たされたときに決定される決定項目が表現され、採用されたときに決定項目が登録される知識カードと、制約条件が満たされたか否かは、主型形状、生産制約、および既に登録された知識カードの決定項目が、当該知識カードの制約条件と一致しているか否かで判断することで、各知識カードについて順に判断をおこなう手段と、始めに入力された主型形状、生産制約、および５つの知識の各知識カードで決定された決定項目にしたがって、主型、堰、押湯、および湯道のレイアウトをシミュレーションし、砂型の平面積に対応するプレート上からはみ出さないか否かをチェックする手段と、を備え、プレート上からはみだす場合には、始めの生産制約の入力に戻って手順を繰り返し、プレート上からはみ出さなくなって手順を終了する事を特徴とする鋳造方案支援エキスパートシステムである。
【００１４】
【作用】請求項１の発明では、システムは予め、過去に実績がある鋳造方案から熟練技術者の知識を獲得して、堰と湯道について形、位置、および寸法に関する複数の種類の知識に分類して登録しておく。そして始めに、主型形状、および主型の個数を入力し登録する。次に、前記入力された主型形状、および主型の個数に基づいて、前記分類された各知識が有する複数の知識内容のうち、どの知識内容を使用するかを決定する。この決定は、各知識について順になされる。
【００１５】そして、始めに入力された主型形状、主型の個数、および複数の知識で決定された知識内容にしたがって、湯道、堰、および主型のレイアウトをシミュレーションする。レイアウトが満足すべきものでない場合には、始めの主型の個数の入力に戻って手順を繰り返す。満足すべきものになった場合には、手順を終了する。
【００１６】請求項２の発明は、システムは予め、過去に実績がある鋳造方案から熟練技術者の知識を獲得して、堰の形を選択する堰形選択知識、堰の位置や数を選択する堰位置選択知識、湯道の形を選択する湯道形選択知識、前記堰や湯道の寸法を決定する湯口系設計知識、および前記主型、堰、湯道のレイアウトするための座標を決定するレイアウト座標決定知識からなる５つの種類の知識に分類して登録しておく。
【００１７】そして始めに、主型形状、および生産方針や生産設備上の制約である生産制約を入力し登録する。
【００１８】次に、この主型形状および生産制約に基づいて、各知識を構成する複数枚の知識カードのうちどの知識カードを採用するかにより、各知識が使用される。ある知識カードを採用できるかどうかは、当該知識カードの制約条件が満たされたか否かによる。制約条件が満たされたか否かは、主型形状、生産制約、および既に登録された知識カードの決定項目が、当該知識カードの制約条件と一致しているか否かで判断する。当該知識カードが採用されると、この知識カードの決定項目が登録される。各知識カードについて順に判断、採用、登録が行われる。
【００１９】そして、始めに入力された主型形状、生産制約、および５つの知識の各知識カードで決定された決定項目にしたがって、湯道、堰、および主型のレイアウトをシミュレーションし、砂型の平面積に対応するプレート上からはみ出さないか否かをチェックする。プレート上からはみだす場合には、始めの生産制約の入力に戻って手順を繰り返し、プレート上からはみ出さなくなって手順を終了する。
【００２０】
【実施例】以下この発明の１実施例を図１乃至図２１において説明する。
【００２１】「システム概要」本実施例におけるシステムの全体概要を図１に示す。このシステムは、模型（湯道の模型、堰の模型、主型などのこと）のレイアウトデータを自動生成する推論モジュール（Ｉｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｍｏｄｕｌｅ）２１およびそのレイアウトデータを受取り、プレート（図２２の５参照）へのレイアウトを実行するレイアウトモジュール（Ｌａｙｏｕｔ Ｍｏｄｕｌｅ）２３で構成する。
【００２２】レイアウトデータを自動生成する推論モジュール２１は、過去の鋳造方案に関する熟練技術者の技術知識、ノウハウ、勘、経験則などをもとに作成された知識ベースに基づき、品質・生産効率を考慮した生産方針や生産設備上の制約のもとで、最適な模型方案（各模型の形、寸法、数を定めるもの）と、模型レイアウト（各模型の配置を定めるもの）情報を推論し、グラフィック情報（表示画面などに表示するためのもの）およびレイアウト指示情報（レイアウトのための実際の数値など）として出力する。
【００２３】レイアウトを実行するレイアウトモジュール２３では、まず、生成された模型方案およびレイアウト情報を、制御装置２５で模型の空間レイアウト情報へ変換する。次に、マシニングセンタ等のＮＣ加工機からなるレイアウト自動機械２７で空間レイアウト情報によって得られたレイアウト位置をマーキングするか、あるいはレイアウト専用機からなるレイアウト自動機械２７でプレート上に模型を自動的にレイアウトする。その後、プレート上に鋳物砂を投入し砂型を完成させる。
【００２４】次に、前記推論モジュール２１の構成について、さらに詳しく述べる。
【００２５】（１）データ入力部（ＣＡＤ）２９このデータ入力部２９の機能は、主型の形状や寸法と生産制約（主型付数、品質等の内容からなり、生産方針や生産設備上の制約を意味する）を入力する機能である。ユーザ３１は、表示画面上にグラフィカルに提示された要求項目に対し、必要な情報（前記主型の形状や寸法と生産制約など）を対話的に入力する。
【００２６】（２）推論機構（Ｉｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｅｎｇｉｎｅ）３３この推論機構３３の機能は、ユーザ３１が入力した主型形状などの情報を基に、同様に入力された生産制約を考慮し、知識ベース部３５の知識を駆使して最適な模型方案と模型のレイアウト情報を推論する機能である。
【００２７】（３）知識ベース部（Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ Ｂａｓｅ）３５熟練技術者が長年に渡って培ってきた鋳造方案に関する知識（技術知識、ノウハウ、勘、経験則などに関し、概念的なものおよび数値データを含む）を、コンピュータで扱える知識カード（後で詳しく述べる）に変換し、登録したものである。
【００２８】（４）データベース部（Ｄａｔｅ Ｂａｓｅ）３７このデータベース部３７は模型方案の対象となる物（以下オブジェクトと言う：例えば、湯道・押湯・湯口棒など）の寸法、形状、数の情報やレイアウトするプレートの寸法、形状に関する情報などを登録したデータベースである。
【００２９】（５）知識入力修正機構（Ｋｎｏｗｌｅｇｄｇｅ Ｅｄｉｔｏｒ）３９知識ベース部３５やデータベース部３７では、最新の知識のデータ獲得、追加、あるいは使用実績の少ないデータの変更・削除を行う必要がある。この知識入力修正機構３９の機能は、メンテナンス技術者４１によるこれらデータの獲得、追加、変更、削除を支援する。
【００３０】なお、この推論モジュール２１は、エンジニアリングワークステーション（ＮＥＷＳ５０００）４３上に構築され、データ入力部２９、推論機構３３、知識ベース部３５、データベース部３７は記号処理言語であるＰｒｏｌｏｇ言語、出力結果等のグラフィカル情報はＸ−ＷｉｎｄｏｗをベースにしたＭｏｔｉｆで作成されている。
【００３１】「主型形状の入力」本実施例に係るシステムで取扱う製品は、主に、青銅鋳物の給水栓、金具、継ぎ手、およびバルブのような概略円筒状のものとする（もっとも、より複雑な形状の製品も取り扱う事はもちろん可能である）。特に、この実施例で鋳造される製品は図１４の形状をしている。厳密には、主型形状というときは、製品となる部分の模型のみならず、中子および中子を支える幅木を含む。この実施例における具体的な主型形状を、図１５に示す。
【００３２】主型形状は、図１６に示すような６種類の基本要素の組合わせで表現する。この組み合わせの具体例を図１５について、図１７に示す。中実部のみの主型の場合は、外形状の定義をする。中空部を含む主型の場合は、外形と内形との組合わせで１つの基本要素を定義し、複数の基本要素の組合わせで１つの主型を定義する。また幾何学的な寸法指定以外に、耐圧性等の品質や鋳込み後の機械仕上げ部分の指定（Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）を各基本要素ごとに付加するデータ表現（後述する）となっている。
【００３３】鋳造方案において、この様に主型形状を表現することで、機械加工が必要な部分、最大肉厚、堰を取り付けるべき要素等の情報が具体的に容易に表現できる。一般のＣＡＤでは、線や曲線の情報（幾何学情報）が入力できるのみで、それらが何を意味しているのかはシステム側では判断できない。このシステムでは、形状を定義する時に、こうした情報を具体的に容易に表現でき、システム側で自動的に、入力された情報の意味を判断し、必要な情報を得ることができるため効率的な推論が可能になる。
【００３４】「生産制約の入力」図１９に示すように、生産制約は、生産方針あるいは保有設備上の一般属性と形状属性を含む。この生産制約の内容は、所定の手順を経て鋳造方案の生成が不可能な場合に変更し、鋳造方案の生成が可能なものにする。この変更を行うことでコスト等を評価値とした鋳造のシミュレーションも可能となる。
【００３５】一般属性の具体的な例として、主型付数、中子の数、幅木の数、品質（耐圧性）、肉厚仕上げ加工などの機械加工の有無、中子吹込みの有無、加工基準面などがある。
【００３６】ここで主型付数とは、プレート上に配置する主型の数で、数を増やせば生産性は良くなるが、湯回り不良やひけ巣、割れ、その他様々な不良要因のために不良率が上昇する。数を減らせば不良率は低減できるが、生産性は低下する。よって、最適な数がある。
【００３７】また、幅木とは、中子をささえる部分を言う。中子は、製品の中空となる部分を形成するためのものであり、製品とは予め別途に作り、それを砂型内で製品に挿入することによって、鋳造後その部分が中空となる。この中子は、やはり砂でできており、最後に壊せば中空部分が得られる。
【００３８】形状属性には、例えば図１８のように、製品や中子の大まかな形（図（ａ））や円筒状の主型の形をさらに細かく分類したもの（図（ｂ））等がある。
【００３９】「知識の分類」熟練技術者の知識を次の５つに分類した。
【００４０】（１）堰形選択知識主型形状、主型付数、肉厚、幅木形状等を制約条件として堰形を決定するための知識。
【００４１】取扱う堰形は、本実施例では図７に示す３つの形に分類した。これら３つの堰を、本堰・バリ堰・リング堰とよぶものとする。
【００４２】本堰（同図（Ａ））は、非常に引け巣が発生しやすい製品形状の場合や、幅木部に堰を付けることが不可能な場合に使用する。製品の外径部に直接付ける。製品の断面は、多角形、半円であることが条件である。
【００４３】バリ堰（同図（Ｂ））は、製品が薄板状であることが条件であり、堰位置の製品肉厚Ｔとバリ堰厚みｔの関係はｔ＝Ｔであること、バリ堰の厚みは本堰（同図（Ａ））の厚みより薄いことが必要になる。
【００４４】リング堰（同図（Ｃ））は、幅木長さが幅木径の１、５倍以上ある場合に使用する。
【００４５】（２）堰位置選択知識主型形状、幅木形状、中子形状（吹込み口マンドレルの有無）等を制約条件として堰の個数および堰の主型への取付け位置を決定するための知識。
【００４６】（３）湯道形選択知識堰形、主型付数等を制約条件として湯道形を決定するための知識。
【００４７】取扱う湯道形は、Ｉ形とＨ形である。
【００４８】（４）湯口系設計知識堰形、湯道形、主型形状等を制約条件として湯口棒・堰・湯道・押湯・湯口受底寸法を決定するための知識。
【００４９】（５）レイアウト座標決定知識主型付数、主型形状、堰形、押湯、湯道形等を制約条件として各オブジェクトのプレート上へのレイアウト座標を決定するための知識。
【００５０】なお、これら５つの知識は、図３のように、ある知識の使用を決定するときに、他の知識を参照する（矢印の向き）という関係でネットワークを形成し、最終的に各種制約条件全体を考慮したレイアウトの最適化を行う。
【００５１】また、前記（１）から（３）では、堰や湯道等の形や数、主型への取付け位置等が決定されているだけであり、（４）ではじめて寸法が決定される。（１）から（３）で寸法を決定しない理由は、主型、堰、湯道のオブジェクトでは寸法決定時に、他のオブジェクトの寸法を参照して自身の寸法が決定されるためである。つまり、そのオブジェクトの寸法を決定するときに他のオブジェクトの寸法が決定されていないため、参照すべきデータがなく決定できない場合が有り得るためである。また、最後に（４）の湯口系設計知識で一括して寸法を決定した方が、効率的（推論時間の短縮）になるためである。
【００５２】「知識の獲得」本システムでは、熟練技術者から知識を引き出す知識獲得は、インタビューを通して行った。一般に、生産技術上の知識には、具体的な数値によって表現できる定量的知識と経験や勘による定性的知識がある。鋳造方案作業における知識も、定性的知識と定量的知識の組合わせであり、複雑である。また、定性的知識に関しては無意識であいまいさや各技術者の主観が含まれ、熟練者でも明確に表現できない場合もある。こうした要因により知識の整理は非常に困難であり、これは、「知識獲得ボトルネック」として知られ、エキスパートシステムが成功するかどうかはこの整理作業にかかっている。
【００５３】熟練技術者の作業を詳細に分析すると、新規事例を解くために、過去の実績例を参考にしている場合が多い。そこで、本発明では、知識の獲得にあたり過去の鋳造方案の実績のあるレイアウトデータに注目した。この実績のあるデータは、試行錯誤の結果であり、形状・寸法は具体的に数値で表現されている。加えてこの数値は品質・コスト・作業性・歩留まりなどを十分考慮したものである。そのため、このデータには熟練者の経験やノウハウなど鋳造方案に必要な全ての知識が含まれていると考えられる。
【００５４】「知識の構成」エキスパートシステムを構築する場合、獲得した知識をどのように構成するかは大変重要である。つまり、知識をいかに効率よく蓄積、検索、変更できるかがこの種のシステムでは信頼性、操作性を大きく左右する。
【００５５】本システムでは、まず、熟練技術者の持つ鋳造方案上の知識は、知識カードと呼ぶフォーマットシートで表現し、知識ベース部（図１）に登録する。ここで、堰形選択知識・堰位置選択知識・湯道形選択知識・湯口系設計知識・レイアウト座標法定知識のフォーマットシートの１例をそれぞれ図８から図１３に示す。
【００５６】この知識カードは、例えば図８に示す様に大きく３つの内容をもつ。第１部は、カードのヘッダー部分で、知識カードの名前（Ｎａｍｅ）、知識カードの優先度（後述する）、推論の実行を制御する項目名である。推論の実行を制御する項目名には、Ａｔｔｒｉｂｕｔｅ：属性、Ｖａｌｕｅ：属性値、Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ：付加手続き、Ｎｏｔｅ：品質上の特記事項がある。
【００５７】第２部は、知識カードが採用されるか否かを決定する制約条件（Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）であり、前記した属性、属性値、付加手続き、品質上の特記事項に関する具体的な内容により表現される。
【００５８】第３部は、知識カードが採用されたときに決定される項目（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ）である。
【００５９】これらはフレーム型構造で整理される。また、属性とその値をどのオブジェクトデータベースから得るか、どのオブジェクトデータベースへ登録するか（Ｃｒｅａｔｅ）と言う付加手続き（Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）が記述してある。
【００６０】このフレーム型構造は、人間の記憶および認知の過程をモデル化するための枠組みとして、ミンスキーによって提案されたものである。データベースを検索するためには、情報をある基準によってまとめて整理したほうが効率的である。このような情報のまとまり（例えると属性と属性値のまとまり）をフレームと呼ぶ。
【００６１】さらに工夫した点がある。つまり、属性と属性値のまとまった知識カードの表現になっているのみならず、属性と属性値とによって制約条件と、決定項目が表現され、さらに付加手続きが付いて、拡張されている点がそれである。
【００６２】そして、複数の知識カードを検索し、そこに記述してある当該知識カードを採用できるか否かをチェックするためには、制約条件と、既知データ（既に入力された主型形状や生産制約、さらには既に採用された知識カードの属性値）との整合性をチェックし、問題が無ければ知識カードを採用する。このチェックは、パターンマッチングにより行う。
【００６３】このチェックにより、第２部の各属性値の制約条件を満足することが判断されると、結果として第３部の決定項目の各属性値を決定し、該当するオブジェクトデータベース（図１の３７参照）に登録する。
【００６４】また、例えば図８に示すように、品質上の特記事項に生産性（Ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）・耐圧性（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｒｏｏｆ）等の制約条件を組込むことが可能である。
【００６５】このようにフレーム型構造で知識を表現するために、知識の追加・削除等のメンテナンス性が向上する。
【００６６】図１３のレイアウト座標決定の知識カードにおける座標決定方法としては、まず、熟練技術者の経験などから得られたオブジェクトの各属性値に基づくプレート寸法と各オブジェクトのレイアウト間隔と座標をあらかじめレイアウトデータベースに登録しておく。次に、推論で得られたオブジェクト属性値と適合するレイアウトデータベースを総数検索し、そこに記述してある各オブジェクトのレイアウト座標を採用する。そして、図１３に示すようにこの知識カードが採用された場合は、６−２０（図１３）のレイアウトパターンに基づく座標値が決定される事を意味する。
【００６７】なお、今回の知識獲得にあたり作成した知識カード数は１１０例である。
【００６８】「オブジェクトデータ」本システムのオブジェクトデータベース内のオブジェクトデータは以下の６つで構成される。
【００６９】（１）主型オブジェクト形状、寸法、主型付数、加工の有無等のデータからなる。
【００７０】（２）堰オブジェクト堰形、個数、主型への取付け位置等のデータからなる。
【００７１】（３）湯道オブジェクト湯道形、寸法等のデータからなる。
【００７２】（４）湯口棒オブジェクト寸法等のデータからなる。
【００７３】（５）湯口底オブジェクト寸法等のデータからなる。
【００７４】（６）押湯オブジェクト形状、寸法等のデータからなる。
【００７５】なお、これらはフレーム型構造で整理される（（２）〜（６）は図６に示される）。
【００７６】「推論手順」本システムにおける推論手順を、図２に示す。推論は、「オブジェクト（堰や湯道等の方案対象物）の生成」と「オブジェクトのレイアウト」の２つで構成される。まず、「オブジェクトの生成」では、プレート上へレイアウトされる主型の主型形状および全オブジェクトの属性値を決定する。なお、各オブジェクトの属性は図６に示すとおり（図中の中央上二つの欄）であり、形、寸法形状、数などからなる。これらの各属性に対し、所定の値からなる具体的な属性値（図中の右上二つの欄）が充足される。
【００７７】次に、「オブジェクトのレイアウト」において、全オブジェクトの属性値を制約条件として、これを満たす過去の実績あるレイアウト事例データベースを検索し、オブジェクトのレイアウトの座標値（図中の右下の欄）を算定する。この時、有限空間（例えばプレート（図２２の５参照）上）における全オブジェクトの物理的なレイアウト可能性のチェックを行い、もし、不可能な場合、即ちはみ出す場合は主型付数等の生産制約を変更し、再度必要なオブジェクトを生成する。このレイアウトの可能性のチェックは、有限空間からはみだすか否かのチェックだけではなく、他の様々なチェックを含むものとすることができる。例えば、鋳型の総重量または総体積に対する製品重量または製品体積の比であるＳ／Ｍ比（ＳａｎｄＭｅｔａｌ Ｒａｔｉｏ）のチェック、品質のチェック、生産効率のチェックを行うことができる。これにより、品質的に安定したものを鋳造する工夫を施せる。このような品質や生産効率のチェックは、各オブジェクトの制約条件の内容で行われることになる。
【００７８】「競合の解消」本システムは、１つの主型につき、レイアウト可能な案を複数生成することができる。これは、推論中に適用可能な知識カードを総数検索後、妥当な知識を全て採用し、これらのオブジェクトからツリー構造で次のオブジェクトが生成される仕組みとなっているからである。しかし、推論の効率を考えた場合、案の生成中に何らかの制限を加えないと組合わせ爆発が発生し、システムの実用性が低下する。
【００７９】そこで、本システムでは、図９に示すように、知識適用における競合の解消として、同一制約条件から複数の属性を決定する可能性がある複数の知識カードについては、過去の使用実績回数に応じて知識カードに優先度（Ｐｒｉｏｒｉｔｙ）を記述した。
【００８０】「推論手順の具体例」具体的な推論手順を図４および図５の番号（Ｓ１からＳ５０）にしたがって示す。
【００８１】Ｓ１ ユーザが主型形状と制約条件を（データ入力部でキー入力、マウス操作により）定義する。また、システム実行時に使用する知識シートの優先度を定義する。
【００８２】Ｓ２ システムは、Ｓ１の情報をデータベース部の主型オブジェクトデータベース（ハードディスク）に登録（保存）する。
【００８３】Ｓ３ 堰形選択を以下Ｓ４からＳ７の手順で行う。
【００８４】Ｓ４ 知識ベース部の知識カードデータベース（ハードディスクに登録してある）から堰形選択に関する知識カードをシステムが検索する。
【００８５】Ｓ５ そのカードに記述してある制約条件（ここでは図８に示すように、製品形状、中子形状、主型付数、最大肉厚）が、ユーザがＳ２で登録した主型形状や生産制約と一致するか否かをチェック（パターンマッチング）する。これを制約条件の数だけ繰り返す。
【００８６】Ｓ６ 否（Ｓ５で制約条件を満足しなかった）の場合は、一致するるまでＳ４とＳ５を繰り返す。
【００８７】Ｓ７ 可（Ｓ５で制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある属性と属性値をデータベース部の堰オブジェクトデータベースに登録する。
【００８８】Ｓ８ 堰位置選択を以下Ｓ９からＳ１２の手順で行う。
【００８９】Ｓ９ 知識カードデータベース（ハードディスクに登録してある）から堰位置選択に関する知識カードをシステムが検索する。
【００９０】Ｓ１０ そのカードに記述してある制約条件（ここでは図１０に示すように、堰形、主型形状、中子の長さ、機械加工の有無）が、ユーザがＳ２で登録した主型形状、生産制約、Ｓ７で登録した堰形選択の知識カードの決定項目と一致するかどうかをチェック（パターンマッチング）する。これを制約条件の数だけ繰り返す。
【００９１】このシステムでは、Ｓ１０の様に、あるオブジェクトの属性と属性値を決する時に、既に推論済み（すなわち知識カードの決定事項が登録された）のオブジェクト属性と属性値が使用される。これは、鋳造方案作業の経験上、ある知識が適用できるかどうかを決定する時に、他の知識を有効に使う必要があると言う知識のネットワークを形成するためである。この様に、ダイナミックに（時事刻々登録された決定項目のデータが変わる）かつ連鎖的（自己の知識カードの登録された決定項目が次の知識カードの採用の可否を決める）に各オブシェクトの推論を最後まで繰り返すのがこのシステムの特徴となっている。
【００９２】Ｓ１１ 不（Ｓ１０制約条件を満足しなかった）の場合は、一致するまでＳ９とＳ１０を繰り返す。
【００９３】Ｓ１２ 可（Ｓ１０で全制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある属性と属性値を堰オブジェクトデータベースに登録する。
【００９４】Ｓ１３ 湯道形選択を以下Ｓ１４からＳ１７の手順で行う。
【００９５】Ｓ１４ 知識カードデータベース（ハードディスクに登録してある）から湯道形選択に関する知識カードをシステムが検索する。
【００９６】Ｓ１５ そのカードに記述してある制約条件（ここでは、図１１に示すように堰形、製品形状、主型付数、主型の最大直径、湯道に対する主型の方向）が、ユーザがＳ２で登録した主型形状、生産制約とＳ７で登録した堰形選択の知識カードの決定項目、Ｓ１２で登録した堰位置選択の知識カードの決定項目と一致するかどうかをチェック（パターンマッチング）する。これを制約条件の数だけ繰り返す。
【００９７】Ｓ１６ 不（Ｓ１５で制約条件を満足しなかった）の場合は、一致するまでＳ１４とＳ１５を繰り返す。
【００９８】Ｓ１７ 可（Ｓ１５で全制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある属性と属性値をデータベース部３７（図１）の湯道オブジェクトデータベースに登録する。
【００９９】Ｓ１８ 湯口棒の設計を以下Ｓ１９からＳ２２の手順で行う。
【０１００】Ｓ１９ 知識カードデータベース（ハートディスクに登録してある）から湯口棒の設計に関する知識カードをシステムが検索する。
【０１０１】Ｓ２０ そのカードに記述してある制約条件が、ユーザがＳ２で登録した主型形状、生産制約とＳ７で登録した堰形選択の知識カードの決定項目、Ｓ１２で登録した堰位置選択の知識カードの決定項目、およびＳ１７で登録した湯道形選択の知識カードの決定項目と一致するかどうかをチェック（パターンマッチング）する。しかし、湯口棒の場合には、制約条件が緩く、同一の制約条件から複数の知識カードが採用され得る可能性がある。よって、実質上は、優先度の順に前記チェックを行う。
【０１０２】Ｓ２１ 不（Ｓ２０で制約条件を満足しなかった）の場合は、優先度番号に１をプラスした優先度を持つ知識カードをチェックする。
【０１０３】Ｓ２２ 可（Ｓ２０で制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある属性と属性値を、湯口棒オブジェクトデータベースに登録する。
【０１０４】Ｓ２３ 湯口底（湯口棒の下端部が接続され、さらに湯道へ接続する部分）の設計を以下Ｓ２４からＳ２７の手順で行う。
【０１０５】Ｓ２４ 知識カードデータベース（ハードディスクに登録してある）から湯口底設計に関する知識カードをシステムが検索する。
【０１０６】Ｓ２５ そのカードに記述してある制約条件が、ユーザがＳ２で登録した主型形状、生産制約とＳ７で登録した堰形選択の知識カードの決定項目、Ｓ１２で登録した堰位置選択の知識カードの決定項目、Ｓ１７で登録した湯道形選択の知識カードの決定項目、およびＳ２２で登録した湯口棒選択の知識カードの決定項目と一致するかどうかをチェック（パターンマッチング）する。しかし、湯口底の場合には、制約条件が緩く、同一の制約条件から複数の知識カードが採用され得る可能性がある。よって、実質上は、優先度の順に前記チェックを行う。
【０１０７】Ｓ２６ 不（Ｓ２５で制約条件を満足しなかった）の場合は、一致するまでＳ２４とＳ２５を繰り返す。
【０１０８】Ｓ２７ 可（Ｓ２５で制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある属性と属性値を湯口底オブジェクトデータベースに登録する。
【０１０９】Ｓ２８ 湯道の設計を以下Ｓ２９からＳ３２の手順で行う。
【０１１０】Ｓ２９ 知識カードデータベース（ハードディスクに登録してある）から湯道設計に関する知識カードをシステムが検索する。
【０１１１】Ｓ３０ そのカードに記述してある制約条件（ここでは、耐圧性、主型直径、堰形、湯道形）が、ユーザがＳ２で登録した主型形状、生産制約とＳ７で登録した堰形選択の知識カードの決定項目、Ｓ１７で登録した湯道形選択の知識カードの決定項目と一致するか否かをチェック（パターンマッチング）する。これを制約条件の数だけ繰り返す。
【０１１２】Ｓ３１ 不（Ｓ３０制約条件を満足しなかった）の場合は、一致するまでＳ２９とＳ３０を繰り返す。
【０１１３】Ｓ３２ 可（Ｓ３０で全制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある属性と属性値を湯道オジェクトデータベースに登録する。
【０１１４】Ｓ３３ 堰の設計を以下Ｓ３４からＳ３７の手順で行う。
【０１１５】Ｓ３４ 知識カードデータベース（ハードディスクに登録してある）から堰設計に関する知識カードをシステムが検索する。
【０１１６】Ｓ３５ そのカードに記述してある制約条件（ここでは、耐圧性、製品重量、肉厚、堰形）が、ユーザがＳ２で登録した主型形状、生産制約とＳ７で登録した堰形選択の知識カードの決定項目と一致するか否かをチェック（パターンマッチング）する。これを制約条件の数だけ繰り返す。
【０１１７】Ｓ３６ 不（Ｓ３５で制約条件を満足しなかった）の場合は、一致するまでＳ３４とＳ３５を繰り返す。
【０１１８】Ｓ３７ 可（Ｓ３５で全制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある属性と属性値を堰オブジェクトデータベースに登録する。
【０１１９】Ｓ３８ 押湯の設計を以下Ｓ３９からＳ４２の手順で行う。
【０１２０】Ｓ３９ 知識カードデータベース（ハードディスクに登録してある）から押湯設計に関する知識カードをシステムが検索する。
【０１２１】Ｓ４０ そのカードに記述してある制約条件（ここでは図１２に示すように、堰形、主型の最大直径）が、ユーザがＳ２で登録したで登録した主型形状、生産制約とＳ７で登録した堰形選択の知識カードの決定項目と一致するか否かをチェック（パターンマッチング）する。これを制約条件の数だけ繰り返す。
【０１２２】Ｓ４１ 不（Ｓ４０で制約条件を満足しなかった）の場合は、一致するまでＳ３９とＳ４０を繰り返す。
【０１２３】Ｓ４２ 可（Ｓ４０で全制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある属性と属性値を、押湯オブジェクトデータベースに登録する。
【０１２４】Ｓ４３ レイアウト座標の決定を以下Ｓ４４からＳ４７の手順で行う。
【０１２５】Ｓ４４ 知識カードデータベース（ハードディスクに登録してある）からレイアウト座標決定に関する知識カードをシステムが検索する。
【０１２６】Ｓ４５ そのカードに記述してある制約条件（ここでは図１３に示すように、主型付数、湯道形、主型形状、堰形）が、ユーザがＳ２で登録した主型形状、生産制約とＳ７で登録した堰形選択の知識カードの決定項目、Ｓ１７で登録した湯道形選択の知識カードの決定項目と一致するか否かをチェック（パターンマッチング）する。これを制約条件の数だけ繰り返す。
【０１２７】Ｓ４６ 不（Ｓ４５で制約条件を満足しなかった）の場合は、一致するまでＳ４４とＳ４５を繰り返す。
【０１２８】Ｓ４７ 可（Ｓ４５で全制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある全オブジェクトのレイアウト座標に基づきプレート上へ配置し、プレートからはみ出していないかチェックを行う。
【０１２９】Ｓ４８ 不（はみ出す）の場合は、Ｓ１に戻り再度今までの手順を繰り返す。
【０１３０】Ｓ４９ 可（プレートに納まった）の場合は、このレイアウトは満足すべきものとして、レイアウト座標オブジェクトデータベースに登録する。
【０１３１】Ｓ５０ 全オブジェクトデータベースの属性と属性値が決定され終了する。
【０１３２】「実行結果」システムの実行結果を図２０に示す。使用した知識カードは７６枚であり今回生成した案は１例のみであった。図２１は熟練技術者による鋳造方案例である。双方の結果は大変良く一致している。
【０１３３】また、熟練技術者による鋳造方案作成時間は、様々な文献チェック、各種計算、過去の事例検索および作図等の所要時間合計で約１２時間であった。本システムでは、データ入力からグラフィック出力までの合計で約３０分（推論のみ：１５秒）で、時間にして１／１２の効率化を図ることができた。
【０１３４】以上の実施例は、砂型を用いる鋳造技術について説明したが、他の実施例では、樹脂成形用の金型であるモールドによる鋳造技術、アルミの精密鋳造を行うダイカストの鋳造技術について、この発明を実施することが可能である。
【０１３５】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１または２の発明によれば、システムは予め、過去に実績がある鋳造方案から熟練技術者の知識を獲得しておき、この知識を使用することができるので、熟練技術者の知識に準じた高度なレベルで、鋳造方案を自動的に行える。このため鋳造方案を、個々の熟練技術者の知識やノウハウ、さらには勘に依存せずに済み、新たに熟練技術者を養成する必要がなくなる。よって、多様化する鋳造方案へのニーズに迅速に対応できることとなる。
【０１３６】このような熟練技術者の知識の使用は、この知識を堰と湯道について形、位置、および寸法に関する複数の種類の知識に分類して登録しておき、各知識が有する複数の知識内容のうちどの知識内容を使用するかの決定を、各知識について順におこなうことで、はじめて可能となった。
【０１３７】請求項２の発明によれば、さらに、熟練技術者の知識を堰形選択知識、堰位置選択知識、湯道型選択知識、湯口系設計知識、およびレイアウト座標決定知識の５つの知識に分類することで、エキスパートシステムを鋳造方案に実用的に適用する事が可能となった。
【０１３８】また、堰形選択知識、堰位置選択知識、湯道型選択知識とは別に、湯口系設計知識を分類することで、堰や湯道の形や数が決定された後に、始めて堰や湯口の寸法が決定されることになり、本発明のシステムによる推論時間の短縮が図られシステムの運用が効率的になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の１実施例に係るシステムの全体概略図である。
【図２】図１の推論機構の働きを示す概略フロー図である。
【図３】図１の推論機構が推論を行う際に用いる５つに分類された知識が形成するネットワークを示す図である。
【図４】本実施例の具体的な推論手順を示す図のうちの前半図である。
【図５】本実施例の具体的な推論手順を示す図のうちの後半図である。
【図６】図６のデータベース部内に登録されるオブジェクトデータを示す図である。
【図７】図６のオブジェクトデータのうち堰の形を示す図である。
【図８】図５の５つの知識のうちの堰形選択知識の知識カードを示す図である。
【図９】図８における堰形選択知識の知識カードにおける優先度の意味を説明する図である。
【図１０】図５の５つの知識のうちの堰位置選択知識の知識カードを示す図である。
【図１１】図５の５つの知識のうちの湯道形選択知識の知識カードを示す図である。
【図１２】図５の５つの知識のうちの湯口系設計知識のひとつである押湯設計知識の知識カードを示す図である。
【図１３】図５の５つの知識のうちのレイアウト座標決定知識の知識カードを示す図である。
【図１４】本実施例に係る製品を示す図で（Ａ）は側面図であり（Ｂ）は正面図である。
【図１５】図１４の製品となる部分の模型である主型の側面図である。
【図１６】主型の形状を表現するための６つの基本要素を示す図である。
【図１７】図１５の主型を表現するための図１６に示す基本要素の組み合わせを表す図である。
【図１８】本実施例において入力される生産制約を構成する形状属性の例を示す図である。
【図１９】本実施例において入力される生産制約の例を示す図である。
【図２０】本実施例の実行結果を示す図である。
【図２１】図２０との比較のため熟練技術者が作成した鋳造方案の例を示す図である。
【図２２】従来の鋳造の概略工程の一例を示す図である。
【図２３】従来の鋳造における主型、堰、湯道、湯口棒などの配置を表す一例を示した図である。
【符号の説明】
１ 上型 ３ 下型
５、７ プレート ９、１１ 製品となる部分の模型
１３ 湯を導くための模型 １３ 湯口棒
１３Ｂ 湯道 １３Ｃ 押湯
１３Ｄ 堰
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば鋳造が行われる砂型中に埋められる湯道の模型、堰の模型、および製品となる部分の模型すなわち主型のレイアウトを計画する鋳造方案を自動的に行う鋳造方案支援エキスパートシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の鋳造の概略を図２２に示す。上型１と下型３とは、ともに砂型である。すなわち、上型１または下型３を作成する際の台となるプレート５、７の上で、製品となる模型９を砂に埋め固める（同図（Ａ））。このとき、この製品となる模型９、１１の部分に溶融金属である湯を導くための模型１３も同時に埋められた状態で、上型１と下型３が合わされる（同図（Ｂ））。そして、上型１と下型３が分離され（同図（Ｃ））、各模型９、１１、１３が取り去られ（同図（Ｄ））、空間１５を得る（同図（Ｅ））。この空間１５に湯を導き凝固させ、砂型を崩して製品を取り出す。
【０００３】なお、この図２２の従来例では、模型は取り去られた後に湯が導かれるものであったが、他の従来例では模型を発泡スチロールで形成し、模型を取り去ることなく湯を導き、発泡スチロールは湯の熱で蒸発するようにする事もできる。
【０００４】また、製品の内部に空間部分が設計されているものなどは、空間部分を形成するために中子が用いられるが、ここでは製品となる模型９である主型という概念には、この中子および中子を支える幅木が含まれるものとする。
【０００５】次に、図２３に示すように、湯を導くための模型１３には、例えば湯の注ぎ口となる上下方向の湯口棒１３Ａの部分、湯口棒１３Ａに連続する水平方向の湯道１３Ｂの部分、湯道１３Ｂに連続し最終凝固部となる押湯１３Ｃ、押湯１３Ｃに連続し製品となる部分のどこへ湯を導入するのかという堰１３Ｄの部分などがある。
【０００６】これらの模型を何個、どのような形状で、どの位置に，どの方向で、天地をどちらにするかと言う事を考えて配置するレイアウトは、製品の品質やコストに大きく影響し、熟練技術者の知識（ノウハウ、さらには勘を含む）に依存する事が多かった。
【０００７】一方、鋳造方案をコンピュータを用いて支援しようとする試みも行われているが、この従来の試みは、流体力学等の理論式（例えばベルヌーイの式など）をもとに、主型、堰、湯道などの形状や寸法を算定しようとするものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鋳造方案を熟練技術者の知識（ノウハウ、さらには勘を含む）に依存するものとすれば、新たに熟練技術者を養成するためには非常に長い期間がかかることになり、多様化する鋳造方案へのニーズに対応し切れないものがあった。
【０００９】また、流体力学等の理論式をもとに、主型、堰、湯道などの形状や寸法を算定するコンピュータの支援は部分的であり、熟練技術者の知識（ノウハウ、さらには勘を含む）のレベルに準じた全体的な支援にはなりにくいものであった。
【００１０】以上の問題点は、砂型を用いる鋳造技術について説明したが、同様の問題は、樹脂成形用の金型であるモールドによる鋳造技術、アルミの精密鋳造を行うダイカストの鋳造技術についても存在する。
【００１１】この発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、湯道の模型、堰の模型、および主型などのレイアウトを計画する鋳造方案を、熟練技術者の知識に準じた高度なレベルで、自動的に行う事が可能となる鋳造方案支援エキスパートシステムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、溶融金属などの湯が、鋳型中で湯道の部分、押湯の部分、堰の部分、および製品となる部分の順に導かれて鋳造が行われる前に、鋳型中に配置される湯道の模型、押湯の模型、堰の模型、および製品となる部分の模型すなわち主型のレイアウトを計画する鋳造方案を、自動的に行う鋳造方案支援エキスパートシステムであって、主型形状、および主型の個数を入力し登録する手段と、予め、過去に実績がある鋳造方案から熟練技術者の知識を獲得して、堰と湯道について形、位置、および寸法に関する複数の種類の知識に分類して登録しておく手段と、前記分類された各知識が有する複数の知識内容のうち、どの知識内容を使用するかを、各知識について順に決定する手段と、始めに入力された主型形状、主型の個数、および複数の知識で決定された知識内容にしたがって、湯道、押湯、堰、および主型のレイアウトをシミュレーションし、レイアウトが満足すべきものか否かをチェックする手段と、を備え、満足すべきものでない場合には、始めの主型の個数の入力に戻って手順を繰り返し、満足すべきものになって手順を終了する事を特徴とする鋳造方案支援エキスパートシステムである。
【００１３】請求項２の発明は、溶融金属などの湯が、鋳型中で湯道の部分、押湯の部分、堰の部分、および製品となる部分の順に導かれて鋳造が行われる前に、鋳型中に配置される湯道の模型、押湯の模型、堰の模型、および製品となる部分の模型すなわち主型のレイアウトを計画する鋳造方案を、自動的に行う鋳造方案支援エキスパートシステムであって、主型形状、および生産方針や生産設備上の制約である生産制約を入力し登録する手段と、予め、過去に実績がある鋳造方案から熟練技術者の知識を獲得して、堰の形を選択する堰形選択知識、堰の位置や数を選択する堰位置選択知識、湯道の形を選択する湯道形選択知識、前記堰や湯道の寸法を決定する湯口系設計知識、および前記主型、堰、押湯、湯道のレイアウトするための座標を決定するレイアウト座標決定知識からなる５つの種類の知識に分類して登録しておく手段と、前記分類された各知識を構成する複数枚の知識カードであって、どの知識カードを採用するかにより各知識が使用され、前記分類された知識の種類によって定まる属性、および属性を充足する値である属性値を有し、これら属性と属性値により、当該知識カードを採用できるか否かの条件である制約条件が表現され、制約条件が満たされたときに決定される決定項目が表現され、採用されたときに決定項目が登録される知識カードと、制約条件が満たされたか否かは、主型形状、生産制約、および既に登録された知識カードの決定項目が、当該知識カードの制約条件と一致しているか否かで判断することで、各知識カードについて順に判断をおこなう手段と、始めに入力された主型形状、生産制約、および５つの知識の各知識カードで決定された決定項目にしたがって、主型、堰、押湯、および湯道のレイアウトをシミュレーションし、砂型の平面積に対応するプレート上からはみ出さないか否かをチェックする手段と、を備え、プレート上からはみだす場合には、始めの生産制約の入力に戻って手順を繰り返し、プレート上からはみ出さなくなって手順を終了する事を特徴とする鋳造方案支援エキスパートシステムである。
【００１４】
【作用】請求項１の発明では、システムは予め、過去に実績がある鋳造方案から熟練技術者の知識を獲得して、堰と湯道について形、位置、および寸法に関する複数の種類の知識に分類して登録しておく。そして始めに、主型形状、および主型の個数を入力し登録する。次に、前記入力された主型形状、および主型の個数に基づいて、前記分類された各知識が有する複数の知識内容のうち、どの知識内容を使用するかを決定する。この決定は、各知識について順になされる。
【００１５】そして、始めに入力された主型形状、主型の個数、および複数の知識で決定された知識内容にしたがって、湯道、堰、および主型のレイアウトをシミュレーションする。レイアウトが満足すべきものでない場合には、始めの主型の個数の入力に戻って手順を繰り返す。満足すべきものになった場合には、手順を終了する。
【００１６】請求項２の発明は、システムは予め、過去に実績がある鋳造方案から熟練技術者の知識を獲得して、堰の形を選択する堰形選択知識、堰の位置や数を選択する堰位置選択知識、湯道の形を選択する湯道形選択知識、前記堰や湯道の寸法を決定する湯口系設計知識、および前記主型、堰、湯道のレイアウトするための座標を決定するレイアウト座標決定知識からなる５つの種類の知識に分類して登録しておく。
【００１７】そして始めに、主型形状、および生産方針や生産設備上の制約である生産制約を入力し登録する。
【００１８】次に、この主型形状および生産制約に基づいて、各知識を構成する複数枚の知識カードのうちどの知識カードを採用するかにより、各知識が使用される。ある知識カードを採用できるかどうかは、当該知識カードの制約条件が満たされたか否かによる。制約条件が満たされたか否かは、主型形状、生産制約、および既に登録された知識カードの決定項目が、当該知識カードの制約条件と一致しているか否かで判断する。当該知識カードが採用されると、この知識カードの決定項目が登録される。各知識カードについて順に判断、採用、登録が行われる。
【００１９】そして、始めに入力された主型形状、生産制約、および５つの知識の各知識カードで決定された決定項目にしたがって、湯道、堰、および主型のレイアウトをシミュレーションし、砂型の平面積に対応するプレート上からはみ出さないか否かをチェックする。プレート上からはみだす場合には、始めの生産制約の入力に戻って手順を繰り返し、プレート上からはみ出さなくなって手順を終了する。
【００２０】
【実施例】以下この発明の１実施例を図１乃至図２１において説明する。
【００２１】「システム概要」本実施例におけるシステムの全体概要を図１に示す。このシステムは、模型（湯道の模型、堰の模型、主型などのこと）のレイアウトデータを自動生成する推論モジュール（Ｉｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｍｏｄｕｌｅ）２１およびそのレイアウトデータを受取り、プレート（図２２の５参照）へのレイアウトを実行するレイアウトモジュール（Ｌａｙｏｕｔ Ｍｏｄｕｌｅ）２３で構成する。
【００２２】レイアウトデータを自動生成する推論モジュール２１は、過去の鋳造方案に関する熟練技術者の技術知識、ノウハウ、勘、経験則などをもとに作成された知識ベースに基づき、品質・生産効率を考慮した生産方針や生産設備上の制約のもとで、最適な模型方案（各模型の形、寸法、数を定めるもの）と、模型レイアウト（各模型の配置を定めるもの）情報を推論し、グラフィック情報（表示画面などに表示するためのもの）およびレイアウト指示情報（レイアウトのための実際の数値など）として出力する。
【００２３】レイアウトを実行するレイアウトモジュール２３では、まず、生成された模型方案およびレイアウト情報を、制御装置２５で模型の空間レイアウト情報へ変換する。次に、マシニングセンタ等のＮＣ加工機からなるレイアウト自動機械２７で空間レイアウト情報によって得られたレイアウト位置をマーキングするか、あるいはレイアウト専用機からなるレイアウト自動機械２７でプレート上に模型を自動的にレイアウトする。その後、プレート上に鋳物砂を投入し砂型を完成させる。
【００２４】次に、前記推論モジュール２１の構成について、さらに詳しく述べる。
【００２５】（１）データ入力部（ＣＡＤ）２９このデータ入力部２９の機能は、主型の形状や寸法と生産制約（主型付数、品質等の内容からなり、生産方針や生産設備上の制約を意味する）を入力する機能である。ユーザ３１は、表示画面上にグラフィカルに提示された要求項目に対し、必要な情報（前記主型の形状や寸法と生産制約など）を対話的に入力する。
【００２６】（２）推論機構（Ｉｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｅｎｇｉｎｅ）３３この推論機構３３の機能は、ユーザ３１が入力した主型形状などの情報を基に、同様に入力された生産制約を考慮し、知識ベース部３５の知識を駆使して最適な模型方案と模型のレイアウト情報を推論する機能である。
【００２７】（３）知識ベース部（Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ Ｂａｓｅ）３５熟練技術者が長年に渡って培ってきた鋳造方案に関する知識（技術知識、ノウハウ、勘、経験則などに関し、概念的なものおよび数値データを含む）を、コンピュータで扱える知識カード（後で詳しく述べる）に変換し、登録したものである。
【００２８】（４）データベース部（Ｄａｔｅ Ｂａｓｅ）３７このデータベース部３７は模型方案の対象となる物（以下オブジェクトと言う：例えば、湯道・押湯・湯口棒など）の寸法、形状、数の情報やレイアウトするプレートの寸法、形状に関する情報などを登録したデータベースである。
【００２９】（５）知識入力修正機構（Ｋｎｏｗｌｅｇｄｇｅ Ｅｄｉｔｏｒ）３９知識ベース部３５やデータベース部３７では、最新の知識のデータ獲得、追加、あるいは使用実績の少ないデータの変更・削除を行う必要がある。この知識入力修正機構３９の機能は、メンテナンス技術者４１によるこれらデータの獲得、追加、変更、削除を支援する。
【００３０】なお、この推論モジュール２１は、エンジニアリングワークステーション（ＮＥＷＳ５０００）４３上に構築され、データ入力部２９、推論機構３３、知識ベース部３５、データベース部３７は記号処理言語であるＰｒｏｌｏｇ言語、出力結果等のグラフィカル情報はＸ−ＷｉｎｄｏｗをベースにしたＭｏｔｉｆで作成されている。
【００３１】「主型形状の入力」本実施例に係るシステムで取扱う製品は、主に、青銅鋳物の給水栓、金具、継ぎ手、およびバルブのような概略円筒状のものとする（もっとも、より複雑な形状の製品も取り扱う事はもちろん可能である）。特に、この実施例で鋳造される製品は図１４の形状をしている。厳密には、主型形状というときは、製品となる部分の模型のみならず、中子および中子を支える幅木を含む。この実施例における具体的な主型形状を、図１５に示す。
【００３２】主型形状は、図１６に示すような６種類の基本要素の組合わせで表現する。この組み合わせの具体例を図１５について、図１７に示す。中実部のみの主型の場合は、外形状の定義をする。中空部を含む主型の場合は、外形と内形との組合わせで１つの基本要素を定義し、複数の基本要素の組合わせで１つの主型を定義する。また幾何学的な寸法指定以外に、耐圧性等の品質や鋳込み後の機械仕上げ部分の指定（Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）を各基本要素ごとに付加するデータ表現（後述する）となっている。
【００３３】鋳造方案において、この様に主型形状を表現することで、機械加工が必要な部分、最大肉厚、堰を取り付けるべき要素等の情報が具体的に容易に表現できる。一般のＣＡＤでは、線や曲線の情報（幾何学情報）が入力できるのみで、それらが何を意味しているのかはシステム側では判断できない。このシステムでは、形状を定義する時に、こうした情報を具体的に容易に表現でき、システム側で自動的に、入力された情報の意味を判断し、必要な情報を得ることができるため効率的な推論が可能になる。
【００３４】「生産制約の入力」図１９に示すように、生産制約は、生産方針あるいは保有設備上の一般属性と形状属性を含む。この生産制約の内容は、所定の手順を経て鋳造方案の生成が不可能な場合に変更し、鋳造方案の生成が可能なものにする。この変更を行うことでコスト等を評価値とした鋳造のシミュレーションも可能となる。
【００３５】一般属性の具体的な例として、主型付数、中子の数、幅木の数、品質（耐圧性）、肉厚仕上げ加工などの機械加工の有無、中子吹込みの有無、加工基準面などがある。
【００３６】ここで主型付数とは、プレート上に配置する主型の数で、数を増やせば生産性は良くなるが、湯回り不良やひけ巣、割れ、その他様々な不良要因のために不良率が上昇する。数を減らせば不良率は低減できるが、生産性は低下する。よって、最適な数がある。
【００３７】また、幅木とは、中子をささえる部分を言う。中子は、製品の中空となる部分を形成するためのものであり、製品とは予め別途に作り、それを砂型内で製品に挿入することによって、鋳造後その部分が中空となる。この中子は、やはり砂でできており、最後に壊せば中空部分が得られる。
【００３８】形状属性には、例えば図１８のように、製品や中子の大まかな形（図（ａ））や円筒状の主型の形をさらに細かく分類したもの（図（ｂ））等がある。
【００３９】「知識の分類」熟練技術者の知識を次の５つに分類した。
【００４０】（１）堰形選択知識主型形状、主型付数、肉厚、幅木形状等を制約条件として堰形を決定するための知識。
【００４１】取扱う堰形は、本実施例では図７に示す３つの形に分類した。これら３つの堰を、本堰・バリ堰・リング堰とよぶものとする。
【００４２】本堰（同図（Ａ））は、非常に引け巣が発生しやすい製品形状の場合や、幅木部に堰を付けることが不可能な場合に使用する。製品の外径部に直接付ける。製品の断面は、多角形、半円であることが条件である。
【００４３】バリ堰（同図（Ｂ））は、製品が薄板状であることが条件であり、堰位置の製品肉厚Ｔとバリ堰厚みｔの関係はｔ＝Ｔであること、バリ堰の厚みは本堰（同図（Ａ））の厚みより薄いことが必要になる。
【００４４】リング堰（同図（Ｃ））は、幅木長さが幅木径の１、５倍以上ある場合に使用する。
【００４５】（２）堰位置選択知識主型形状、幅木形状、中子形状（吹込み口マンドレルの有無）等を制約条件として堰の個数および堰の主型への取付け位置を決定するための知識。
【００４６】（３）湯道形選択知識堰形、主型付数等を制約条件として湯道形を決定するための知識。
【００４７】取扱う湯道形は、Ｉ形とＨ形である。
【００４８】（４）湯口系設計知識堰形、湯道形、主型形状等を制約条件として湯口棒・堰・湯道・押湯・湯口受底寸法を決定するための知識。
【００４９】（５）レイアウト座標決定知識主型付数、主型形状、堰形、押湯、湯道形等を制約条件として各オブジェクトのプレート上へのレイアウト座標を決定するための知識。
【００５０】なお、これら５つの知識は、図３のように、ある知識の使用を決定するときに、他の知識を参照する（矢印の向き）という関係でネットワークを形成し、最終的に各種制約条件全体を考慮したレイアウトの最適化を行う。
【００５１】また、前記（１）から（３）では、堰や湯道等の形や数、主型への取付け位置等が決定されているだけであり、（４）ではじめて寸法が決定される。（１）から（３）で寸法を決定しない理由は、主型、堰、湯道のオブジェクトでは寸法決定時に、他のオブジェクトの寸法を参照して自身の寸法が決定されるためである。つまり、そのオブジェクトの寸法を決定するときに他のオブジェクトの寸法が決定されていないため、参照すべきデータがなく決定できない場合が有り得るためである。また、最後に（４）の湯口系設計知識で一括して寸法を決定した方が、効率的（推論時間の短縮）になるためである。
【００５２】「知識の獲得」本システムでは、熟練技術者から知識を引き出す知識獲得は、インタビューを通して行った。一般に、生産技術上の知識には、具体的な数値によって表現できる定量的知識と経験や勘による定性的知識がある。鋳造方案作業における知識も、定性的知識と定量的知識の組合わせであり、複雑である。また、定性的知識に関しては無意識であいまいさや各技術者の主観が含まれ、熟練者でも明確に表現できない場合もある。こうした要因により知識の整理は非常に困難であり、これは、「知識獲得ボトルネック」として知られ、エキスパートシステムが成功するかどうかはこの整理作業にかかっている。
【００５３】熟練技術者の作業を詳細に分析すると、新規事例を解くために、過去の実績例を参考にしている場合が多い。そこで、本発明では、知識の獲得にあたり過去の鋳造方案の実績のあるレイアウトデータに注目した。この実績のあるデータは、試行錯誤の結果であり、形状・寸法は具体的に数値で表現されている。加えてこの数値は品質・コスト・作業性・歩留まりなどを十分考慮したものである。そのため、このデータには熟練者の経験やノウハウなど鋳造方案に必要な全ての知識が含まれていると考えられる。
【００５４】「知識の構成」エキスパートシステムを構築する場合、獲得した知識をどのように構成するかは大変重要である。つまり、知識をいかに効率よく蓄積、検索、変更できるかがこの種のシステムでは信頼性、操作性を大きく左右する。
【００５５】本システムでは、まず、熟練技術者の持つ鋳造方案上の知識は、知識カードと呼ぶフォーマットシートで表現し、知識ベース部（図１）に登録する。ここで、堰形選択知識・堰位置選択知識・湯道形選択知識・湯口系設計知識・レイアウト座標法定知識のフォーマットシートの１例をそれぞれ図８から図１３に示す。
【００５６】この知識カードは、例えば図８に示す様に大きく３つの内容をもつ。第１部は、カードのヘッダー部分で、知識カードの名前（Ｎａｍｅ）、知識カードの優先度（後述する）、推論の実行を制御する項目名である。推論の実行を制御する項目名には、Ａｔｔｒｉｂｕｔｅ：属性、Ｖａｌｕｅ：属性値、Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ：付加手続き、Ｎｏｔｅ：品質上の特記事項がある。
【００５７】第２部は、知識カードが採用されるか否かを決定する制約条件（Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）であり、前記した属性、属性値、付加手続き、品質上の特記事項に関する具体的な内容により表現される。
【００５８】第３部は、知識カードが採用されたときに決定される項目（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ）である。
【００５９】これらはフレーム型構造で整理される。また、属性とその値をどのオブジェクトデータベースから得るか、どのオブジェクトデータベースへ登録するか（Ｃｒｅａｔｅ）と言う付加手続き（Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）が記述してある。
【００６０】このフレーム型構造は、人間の記憶および認知の過程をモデル化するための枠組みとして、ミンスキーによって提案されたものである。データベースを検索するためには、情報をある基準によってまとめて整理したほうが効率的である。このような情報のまとまり（例えると属性と属性値のまとまり）をフレームと呼ぶ。
【００６１】さらに工夫した点がある。つまり、属性と属性値のまとまった知識カードの表現になっているのみならず、属性と属性値とによって制約条件と、決定項目が表現され、さらに付加手続きが付いて、拡張されている点がそれである。
【００６２】そして、複数の知識カードを検索し、そこに記述してある当該知識カードを採用できるか否かをチェックするためには、制約条件と、既知データ（既に入力された主型形状や生産制約、さらには既に採用された知識カードの属性値）との整合性をチェックし、問題が無ければ知識カードを採用する。このチェックは、パターンマッチングにより行う。
【００６３】このチェックにより、第２部の各属性値の制約条件を満足することが判断されると、結果として第３部の決定項目の各属性値を決定し、該当するオブジェクトデータベース（図１の３７参照）に登録する。
【００６４】また、例えば図８に示すように、品質上の特記事項に生産性（Ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）・耐圧性（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｒｏｏｆ）等の制約条件を組込むことが可能である。
【００６５】このようにフレーム型構造で知識を表現するために、知識の追加・削除等のメンテナンス性が向上する。
【００６６】図１３のレイアウト座標決定の知識カードにおける座標決定方法としては、まず、熟練技術者の経験などから得られたオブジェクトの各属性値に基づくプレート寸法と各オブジェクトのレイアウト間隔と座標をあらかじめレイアウトデータベースに登録しておく。次に、推論で得られたオブジェクト属性値と適合するレイアウトデータベースを総数検索し、そこに記述してある各オブジェクトのレイアウト座標を採用する。そして、図１３に示すようにこの知識カードが採用された場合は、６−２０（図１３）のレイアウトパターンに基づく座標値が決定される事を意味する。
【００６７】なお、今回の知識獲得にあたり作成した知識カード数は１１０例である。
【００６８】「オブジェクトデータ」本システムのオブジェクトデータベース内のオブジェクトデータは以下の６つで構成される。
【００６９】（１）主型オブジェクト形状、寸法、主型付数、加工の有無等のデータからなる。
【００７０】（２）堰オブジェクト堰形、個数、主型への取付け位置等のデータからなる。
【００７１】（３）湯道オブジェクト湯道形、寸法等のデータからなる。
【００７２】（４）湯口棒オブジェクト寸法等のデータからなる。
【００７３】（５）湯口底オブジェクト寸法等のデータからなる。
【００７４】（６）押湯オブジェクト形状、寸法等のデータからなる。
【００７５】なお、これらはフレーム型構造で整理される（（２）〜（６）は図６に示される）。
【００７６】「推論手順」本システムにおける推論手順を、図２に示す。推論は、「オブジェクト（堰や湯道等の方案対象物）の生成」と「オブジェクトのレイアウト」の２つで構成される。まず、「オブジェクトの生成」では、プレート上へレイアウトされる主型の主型形状および全オブジェクトの属性値を決定する。なお、各オブジェクトの属性は図６に示すとおり（図中の中央上二つの欄）であり、形、寸法形状、数などからなる。これらの各属性に対し、所定の値からなる具体的な属性値（図中の右上二つの欄）が充足される。
【００７７】次に、「オブジェクトのレイアウト」において、全オブジェクトの属性値を制約条件として、これを満たす過去の実績あるレイアウト事例データベースを検索し、オブジェクトのレイアウトの座標値（図中の右下の欄）を算定する。この時、有限空間（例えばプレート（図２２の５参照）上）における全オブジェクトの物理的なレイアウト可能性のチェックを行い、もし、不可能な場合、即ちはみ出す場合は主型付数等の生産制約を変更し、再度必要なオブジェクトを生成する。このレイアウトの可能性のチェックは、有限空間からはみだすか否かのチェックだけではなく、他の様々なチェックを含むものとすることができる。例えば、鋳型の総重量または総体積に対する製品重量または製品体積の比であるＳ／Ｍ比（ＳａｎｄＭｅｔａｌ Ｒａｔｉｏ）のチェック、品質のチェック、生産効率のチェックを行うことができる。これにより、品質的に安定したものを鋳造する工夫を施せる。このような品質や生産効率のチェックは、各オブジェクトの制約条件の内容で行われることになる。
【００７８】「競合の解消」本システムは、１つの主型につき、レイアウト可能な案を複数生成することができる。これは、推論中に適用可能な知識カードを総数検索後、妥当な知識を全て採用し、これらのオブジェクトからツリー構造で次のオブジェクトが生成される仕組みとなっているからである。しかし、推論の効率を考えた場合、案の生成中に何らかの制限を加えないと組合わせ爆発が発生し、システムの実用性が低下する。
【００７９】そこで、本システムでは、図９に示すように、知識適用における競合の解消として、同一制約条件から複数の属性を決定する可能性がある複数の知識カードについては、過去の使用実績回数に応じて知識カードに優先度（Ｐｒｉｏｒｉｔｙ）を記述した。
【００８０】「推論手順の具体例」具体的な推論手順を図４および図５の番号（Ｓ１からＳ５０）にしたがって示す。
【００８１】Ｓ１ ユーザが主型形状と制約条件を（データ入力部でキー入力、マウス操作により）定義する。また、システム実行時に使用する知識シートの優先度を定義する。
【００８２】Ｓ２ システムは、Ｓ１の情報をデータベース部の主型オブジェクトデータベース（ハードディスク）に登録（保存）する。
【００８３】Ｓ３ 堰形選択を以下Ｓ４からＳ７の手順で行う。
【００８４】Ｓ４ 知識ベース部の知識カードデータベース（ハードディスクに登録してある）から堰形選択に関する知識カードをシステムが検索する。
【００８５】Ｓ５ そのカードに記述してある制約条件（ここでは図８に示すように、製品形状、中子形状、主型付数、最大肉厚）が、ユーザがＳ２で登録した主型形状や生産制約と一致するか否かをチェック（パターンマッチング）する。これを制約条件の数だけ繰り返す。
【００８６】Ｓ６ 否（Ｓ５で制約条件を満足しなかった）の場合は、一致するるまでＳ４とＳ５を繰り返す。
【００８７】Ｓ７ 可（Ｓ５で制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある属性と属性値をデータベース部の堰オブジェクトデータベースに登録する。
【００８８】Ｓ８ 堰位置選択を以下Ｓ９からＳ１２の手順で行う。
【００８９】Ｓ９ 知識カードデータベース（ハードディスクに登録してある）から堰位置選択に関する知識カードをシステムが検索する。
【００９０】Ｓ１０ そのカードに記述してある制約条件（ここでは図１０に示すように、堰形、主型形状、中子の長さ、機械加工の有無）が、ユーザがＳ２で登録した主型形状、生産制約、Ｓ７で登録した堰形選択の知識カードの決定項目と一致するかどうかをチェック（パターンマッチング）する。これを制約条件の数だけ繰り返す。
【００９１】このシステムでは、Ｓ１０の様に、あるオブジェクトの属性と属性値を決する時に、既に推論済み（すなわち知識カードの決定事項が登録された）のオブジェクト属性と属性値が使用される。これは、鋳造方案作業の経験上、ある知識が適用できるかどうかを決定する時に、他の知識を有効に使う必要があると言う知識のネットワークを形成するためである。この様に、ダイナミックに（時事刻々登録された決定項目のデータが変わる）かつ連鎖的（自己の知識カードの登録された決定項目が次の知識カードの採用の可否を決める）に各オブシェクトの推論を最後まで繰り返すのがこのシステムの特徴となっている。
【００９２】Ｓ１１ 不（Ｓ１０制約条件を満足しなかった）の場合は、一致するまでＳ９とＳ１０を繰り返す。
【００９３】Ｓ１２ 可（Ｓ１０で全制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある属性と属性値を堰オブジェクトデータベースに登録する。
【００９４】Ｓ１３ 湯道形選択を以下Ｓ１４からＳ１７の手順で行う。
【００９５】Ｓ１４ 知識カードデータベース（ハードディスクに登録してある）から湯道形選択に関する知識カードをシステムが検索する。
【００９６】Ｓ１５ そのカードに記述してある制約条件（ここでは、図１１に示すように堰形、製品形状、主型付数、主型の最大直径、湯道に対する主型の方向）が、ユーザがＳ２で登録した主型形状、生産制約とＳ７で登録した堰形選択の知識カードの決定項目、Ｓ１２で登録した堰位置選択の知識カードの決定項目と一致するかどうかをチェック（パターンマッチング）する。これを制約条件の数だけ繰り返す。
【００９７】Ｓ１６ 不（Ｓ１５で制約条件を満足しなかった）の場合は、一致するまでＳ１４とＳ１５を繰り返す。
【００９８】Ｓ１７ 可（Ｓ１５で全制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある属性と属性値をデータベース部３７（図１）の湯道オブジェクトデータベースに登録する。
【００９９】Ｓ１８ 湯口棒の設計を以下Ｓ１９からＳ２２の手順で行う。
【０１００】Ｓ１９ 知識カードデータベース（ハートディスクに登録してある）から湯口棒の設計に関する知識カードをシステムが検索する。
【０１０１】Ｓ２０ そのカードに記述してある制約条件が、ユーザがＳ２で登録した主型形状、生産制約とＳ７で登録した堰形選択の知識カードの決定項目、Ｓ１２で登録した堰位置選択の知識カードの決定項目、およびＳ１７で登録した湯道形選択の知識カードの決定項目と一致するかどうかをチェック（パターンマッチング）する。しかし、湯口棒の場合には、制約条件が緩く、同一の制約条件から複数の知識カードが採用され得る可能性がある。よって、実質上は、優先度の順に前記チェックを行う。
【０１０２】Ｓ２１ 不（Ｓ２０で制約条件を満足しなかった）の場合は、優先度番号に１をプラスした優先度を持つ知識カードをチェックする。
【０１０３】Ｓ２２ 可（Ｓ２０で制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある属性と属性値を、湯口棒オブジェクトデータベースに登録する。
【０１０４】Ｓ２３ 湯口底（湯口棒の下端部が接続され、さらに湯道へ接続する部分）の設計を以下Ｓ２４からＳ２７の手順で行う。
【０１０５】Ｓ２４ 知識カードデータベース（ハードディスクに登録してある）から湯口底設計に関する知識カードをシステムが検索する。
【０１０６】Ｓ２５ そのカードに記述してある制約条件が、ユーザがＳ２で登録した主型形状、生産制約とＳ７で登録した堰形選択の知識カードの決定項目、Ｓ１２で登録した堰位置選択の知識カードの決定項目、Ｓ１７で登録した湯道形選択の知識カードの決定項目、およびＳ２２で登録した湯口棒選択の知識カードの決定項目と一致するかどうかをチェック（パターンマッチング）する。しかし、湯口底の場合には、制約条件が緩く、同一の制約条件から複数の知識カードが採用され得る可能性がある。よって、実質上は、優先度の順に前記チェックを行う。
【０１０７】Ｓ２６ 不（Ｓ２５で制約条件を満足しなかった）の場合は、一致するまでＳ２４とＳ２５を繰り返す。
【０１０８】Ｓ２７ 可（Ｓ２５で制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある属性と属性値を湯口底オブジェクトデータベースに登録する。
【０１０９】Ｓ２８ 湯道の設計を以下Ｓ２９からＳ３２の手順で行う。
【０１１０】Ｓ２９ 知識カードデータベース（ハードディスクに登録してある）から湯道設計に関する知識カードをシステムが検索する。
【０１１１】Ｓ３０ そのカードに記述してある制約条件（ここでは、耐圧性、主型直径、堰形、湯道形）が、ユーザがＳ２で登録した主型形状、生産制約とＳ７で登録した堰形選択の知識カードの決定項目、Ｓ１７で登録した湯道形選択の知識カードの決定項目と一致するか否かをチェック（パターンマッチング）する。これを制約条件の数だけ繰り返す。
【０１１２】Ｓ３１ 不（Ｓ３０制約条件を満足しなかった）の場合は、一致するまでＳ２９とＳ３０を繰り返す。
【０１１３】Ｓ３２ 可（Ｓ３０で全制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある属性と属性値を湯道オジェクトデータベースに登録する。
【０１１４】Ｓ３３ 堰の設計を以下Ｓ３４からＳ３７の手順で行う。
【０１１５】Ｓ３４ 知識カードデータベース（ハードディスクに登録してある）から堰設計に関する知識カードをシステムが検索する。
【０１１６】Ｓ３５ そのカードに記述してある制約条件（ここでは、耐圧性、製品重量、肉厚、堰形）が、ユーザがＳ２で登録した主型形状、生産制約とＳ７で登録した堰形選択の知識カードの決定項目と一致するか否かをチェック（パターンマッチング）する。これを制約条件の数だけ繰り返す。
【０１１７】Ｓ３６ 不（Ｓ３５で制約条件を満足しなかった）の場合は、一致するまでＳ３４とＳ３５を繰り返す。
【０１１８】Ｓ３７ 可（Ｓ３５で全制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある属性と属性値を堰オブジェクトデータベースに登録する。
【０１１９】Ｓ３８ 押湯の設計を以下Ｓ３９からＳ４２の手順で行う。
【０１２０】Ｓ３９ 知識カードデータベース（ハードディスクに登録してある）から押湯設計に関する知識カードをシステムが検索する。
【０１２１】Ｓ４０ そのカードに記述してある制約条件（ここでは図１２に示すように、堰形、主型の最大直径）が、ユーザがＳ２で登録したで登録した主型形状、生産制約とＳ７で登録した堰形選択の知識カードの決定項目と一致するか否かをチェック（パターンマッチング）する。これを制約条件の数だけ繰り返す。
【０１２２】Ｓ４１ 不（Ｓ４０で制約条件を満足しなかった）の場合は、一致するまでＳ３９とＳ４０を繰り返す。
【０１２３】Ｓ４２ 可（Ｓ４０で全制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある属性と属性値を、押湯オブジェクトデータベースに登録する。
【０１２４】Ｓ４３ レイアウト座標の決定を以下Ｓ４４からＳ４７の手順で行う。
【０１２５】Ｓ４４ 知識カードデータベース（ハードディスクに登録してある）からレイアウト座標決定に関する知識カードをシステムが検索する。
【０１２６】Ｓ４５ そのカードに記述してある制約条件（ここでは図１３に示すように、主型付数、湯道形、主型形状、堰形）が、ユーザがＳ２で登録した主型形状、生産制約とＳ７で登録した堰形選択の知識カードの決定項目、Ｓ１７で登録した湯道形選択の知識カードの決定項目と一致するか否かをチェック（パターンマッチング）する。これを制約条件の数だけ繰り返す。
【０１２７】Ｓ４６ 不（Ｓ４５で制約条件を満足しなかった）の場合は、一致するまでＳ４４とＳ４５を繰り返す。
【０１２８】Ｓ４７ 可（Ｓ４５で全制約条件を満足した）の場合は、該当知識カードの決定項目に記述してある全オブジェクトのレイアウト座標に基づきプレート上へ配置し、プレートからはみ出していないかチェックを行う。
【０１２９】Ｓ４８ 不（はみ出す）の場合は、Ｓ１に戻り再度今までの手順を繰り返す。
【０１３０】Ｓ４９ 可（プレートに納まった）の場合は、このレイアウトは満足すべきものとして、レイアウト座標オブジェクトデータベースに登録する。
【０１３１】Ｓ５０ 全オブジェクトデータベースの属性と属性値が決定され終了する。
【０１３２】「実行結果」システムの実行結果を図２０に示す。使用した知識カードは７６枚であり今回生成した案は１例のみであった。図２１は熟練技術者による鋳造方案例である。双方の結果は大変良く一致している。
【０１３３】また、熟練技術者による鋳造方案作成時間は、様々な文献チェック、各種計算、過去の事例検索および作図等の所要時間合計で約１２時間であった。本システムでは、データ入力からグラフィック出力までの合計で約３０分（推論のみ：１５秒）で、時間にして１／１２の効率化を図ることができた。
【０１３４】以上の実施例は、砂型を用いる鋳造技術について説明したが、他の実施例では、樹脂成形用の金型であるモールドによる鋳造技術、アルミの精密鋳造を行うダイカストの鋳造技術について、この発明を実施することが可能である。
【０１３５】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１または２の発明によれば、システムは予め、過去に実績がある鋳造方案から熟練技術者の知識を獲得しておき、この知識を使用することができるので、熟練技術者の知識に準じた高度なレベルで、鋳造方案を自動的に行える。このため鋳造方案を、個々の熟練技術者の知識やノウハウ、さらには勘に依存せずに済み、新たに熟練技術者を養成する必要がなくなる。よって、多様化する鋳造方案へのニーズに迅速に対応できることとなる。
【０１３６】このような熟練技術者の知識の使用は、この知識を堰と湯道について形、位置、および寸法に関する複数の種類の知識に分類して登録しておき、各知識が有する複数の知識内容のうちどの知識内容を使用するかの決定を、各知識について順におこなうことで、はじめて可能となった。
【０１３７】請求項２の発明によれば、さらに、熟練技術者の知識を堰形選択知識、堰位置選択知識、湯道型選択知識、湯口系設計知識、およびレイアウト座標決定知識の５つの知識に分類することで、エキスパートシステムを鋳造方案に実用的に適用する事が可能となった。
【０１３８】また、堰形選択知識、堰位置選択知識、湯道型選択知識とは別に、湯口系設計知識を分類することで、堰や湯道の形や数が決定された後に、始めて堰や湯口の寸法が決定されることになり、本発明のシステムによる推論時間の短縮が図られシステムの運用が効率的になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の１実施例に係るシステムの全体概略図である。
【図２】図１の推論機構の働きを示す概略フロー図である。
【図３】図１の推論機構が推論を行う際に用いる５つに分類された知識が形成するネットワークを示す図である。
【図４】本実施例の具体的な推論手順を示す図のうちの前半図である。
【図５】本実施例の具体的な推論手順を示す図のうちの後半図である。
【図６】図６のデータベース部内に登録されるオブジェクトデータを示す図である。
【図７】図６のオブジェクトデータのうち堰の形を示す図である。
【図８】図５の５つの知識のうちの堰形選択知識の知識カードを示す図である。
【図９】図８における堰形選択知識の知識カードにおける優先度の意味を説明する図である。
【図１０】図５の５つの知識のうちの堰位置選択知識の知識カードを示す図である。
【図１１】図５の５つの知識のうちの湯道形選択知識の知識カードを示す図である。
【図１２】図５の５つの知識のうちの湯口系設計知識のひとつである押湯設計知識の知識カードを示す図である。
【図１３】図５の５つの知識のうちのレイアウト座標決定知識の知識カードを示す図である。
【図１４】本実施例に係る製品を示す図で（Ａ）は側面図であり（Ｂ）は正面図である。
【図１５】図１４の製品となる部分の模型である主型の側面図である。
【図１６】主型の形状を表現するための６つの基本要素を示す図である。
【図１７】図１５の主型を表現するための図１６に示す基本要素の組み合わせを表す図である。
【図１８】本実施例において入力される生産制約を構成する形状属性の例を示す図である。
【図１９】本実施例において入力される生産制約の例を示す図である。
【図２０】本実施例の実行結果を示す図である。
【図２１】図２０との比較のため熟練技術者が作成した鋳造方案の例を示す図である。
【図２２】従来の鋳造の概略工程の一例を示す図である。
【図２３】従来の鋳造における主型、堰、湯道、湯口棒などの配置を表す一例を示した図である。
【符号の説明】
１ 上型 ３ 下型
５、７ プレート ９、１１ 製品となる部分の模型
１３ 湯を導くための模型 １３ 湯口棒
１３Ｂ 湯道 １３Ｃ 押湯
１３Ｄ 堰
【特許請求の範囲】
【請求項１】湯が、鋳型中で湯道の部分、押湯の部分、堰の部分、および製品となる部分の順に導かれて鋳造が行われる前に、鋳型中に配置される湯道の模型、押湯の模型、堰の模型、および製品となる部分の模型すなわち主型のレイアウトを計画する鋳造方案を、自動的に行う鋳造方案支援エキスパートシステムであって、主型形状、および主型の個数を入力し登録する手段と、予め、過去に実績がある鋳造方案から熟練技術者の知識を獲得して、堰と湯道について形、位置、および寸法に関する複数の種類の知識に分類して登録しておく手段と、前記分類された各知識が有する複数の知識内容のうち、どの知識内容を使用するかを、各知識について順に決定する手段と、始めに入力された主型形状、主型の個数、および複数の知識で決定された知識内容にしたがって、湯道、押湯、堰、および主型のレイアウトをシミュレーションし、レイアウトが満足すべきものか否かをチェックする手段と、を備え、満足すべきものでない場合には、始めの主型の個数の入力に戻って手順を繰り返し、満足すべきものになって手順を終了する事を特徴とする鋳造方案支援エキスパートシステム。
【請求項２】湯が、鋳型中で湯道の部分、押湯の部分、堰の部分、および製品となる部分の順に導かれて鋳造が行われる前に、鋳型中に配置される湯道の模型、押湯の模型、堰の模型、および製品となる部分の模型すなわち主型のレイアウトを計画する鋳造方案を、自動的に行う鋳造方案支援エキスパートシステムであって、主型形状、および生産方針や生産設備上の制約である生産制約を入力し登録する手段と、予め、過去に実績がある鋳造方案から熟練技術者の知識を獲得して、堰の形を選択する堰形選択知識、堰の位置や数を選択する堰位置選択知識、湯道の形を選択する湯道形選択知識、前記堰や湯道の寸法を決定する湯口系設計知識、および前記主型、堰、押湯、湯道のレイアウトするための座標を決定するレイアウト座標決定知識からなる５つの種類の知識に分類して登録しておく手段と、前記分類された各知識を構成する複数枚の知識カードであって、どの知識カードを採用するかにより各知識が使用され、前記分類された知識の種類によって定まる属性、および属性を充足する値である属性値を有し、これら属性と属性値により、当該知識カードを採用できるか否かの条件である制約条件が表現され、制約条件が満たされたときに決定される決定項目が表現され、採用されたときに決定項目が登録される知識カードと、制約条件が満たされたか否かは、主型形状、生産制約、および既に登録された知識カードの決定項目が、当該知識カードの制約条件と一致しているか否かで判断することで、各知識カードについて順に判断をおこなう手段と、始めに入力された主型形状、生産制約、および５つの知識の各知識カードで決定された決定項目にしたがって、主型、堰、湯道、および押湯、のレイアウトをシミュレーションし、砂型の平面積に対応するプレート上からはみ出さないか否かをチェックする手段と、を備え、プレート上からはみだす場合には、始めの生産制約の入力に戻って手順を繰り返し、プレート上からはみ出さなくなって手順を終了する事を特徴とする鋳造方案支援エキスパートシステム。
【請求項１】湯が、鋳型中で湯道の部分、押湯の部分、堰の部分、および製品となる部分の順に導かれて鋳造が行われる前に、鋳型中に配置される湯道の模型、押湯の模型、堰の模型、および製品となる部分の模型すなわち主型のレイアウトを計画する鋳造方案を、自動的に行う鋳造方案支援エキスパートシステムであって、主型形状、および主型の個数を入力し登録する手段と、予め、過去に実績がある鋳造方案から熟練技術者の知識を獲得して、堰と湯道について形、位置、および寸法に関する複数の種類の知識に分類して登録しておく手段と、前記分類された各知識が有する複数の知識内容のうち、どの知識内容を使用するかを、各知識について順に決定する手段と、始めに入力された主型形状、主型の個数、および複数の知識で決定された知識内容にしたがって、湯道、押湯、堰、および主型のレイアウトをシミュレーションし、レイアウトが満足すべきものか否かをチェックする手段と、を備え、満足すべきものでない場合には、始めの主型の個数の入力に戻って手順を繰り返し、満足すべきものになって手順を終了する事を特徴とする鋳造方案支援エキスパートシステム。
【請求項２】湯が、鋳型中で湯道の部分、押湯の部分、堰の部分、および製品となる部分の順に導かれて鋳造が行われる前に、鋳型中に配置される湯道の模型、押湯の模型、堰の模型、および製品となる部分の模型すなわち主型のレイアウトを計画する鋳造方案を、自動的に行う鋳造方案支援エキスパートシステムであって、主型形状、および生産方針や生産設備上の制約である生産制約を入力し登録する手段と、予め、過去に実績がある鋳造方案から熟練技術者の知識を獲得して、堰の形を選択する堰形選択知識、堰の位置や数を選択する堰位置選択知識、湯道の形を選択する湯道形選択知識、前記堰や湯道の寸法を決定する湯口系設計知識、および前記主型、堰、押湯、湯道のレイアウトするための座標を決定するレイアウト座標決定知識からなる５つの種類の知識に分類して登録しておく手段と、前記分類された各知識を構成する複数枚の知識カードであって、どの知識カードを採用するかにより各知識が使用され、前記分類された知識の種類によって定まる属性、および属性を充足する値である属性値を有し、これら属性と属性値により、当該知識カードを採用できるか否かの条件である制約条件が表現され、制約条件が満たされたときに決定される決定項目が表現され、採用されたときに決定項目が登録される知識カードと、制約条件が満たされたか否かは、主型形状、生産制約、および既に登録された知識カードの決定項目が、当該知識カードの制約条件と一致しているか否かで判断することで、各知識カードについて順に判断をおこなう手段と、始めに入力された主型形状、生産制約、および５つの知識の各知識カードで決定された決定項目にしたがって、主型、堰、湯道、および押湯、のレイアウトをシミュレーションし、砂型の平面積に対応するプレート上からはみ出さないか否かをチェックする手段と、を備え、プレート上からはみだす場合には、始めの生産制約の入力に戻って手順を繰り返し、プレート上からはみ出さなくなって手順を終了する事を特徴とする鋳造方案支援エキスパートシステム。
【図１】
【図３】
【図１４】
【図１８】
【図２】
【図６】
【図７】
【図８】
【図４】
【図９】
【図１０】
【図５】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図２１】
【図２２】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図２３】
【図２０】
【図３】
【図１４】
【図１８】
【図２】
【図６】
【図７】
【図８】
【図４】
【図９】
【図１０】
【図５】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図２１】
【図２２】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図２３】
【図２０】
【特許番号】第２９５２４６４号
【登録日】平成１１年（１９９９）７月１６日
【発行日】平成１１年（１９９９）９月２７日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平７−１３３０８６
【出願日】平成７年（１９９５）５月３１日
【公開番号】特開平８−３２３４４６
【公開日】平成８年（１９９６）１２月１０日
【審査請求日】平成９年（１９９７）６月１３日
【出願人】（３９５０１０２５５）株式会社鹿児島頭脳センター (1)
【参考文献】
【文献】特開 平７−１５２８２１（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１１年（１９９９）７月１６日
【発行日】平成１１年（１９９９）９月２７日
【国際特許分類】
【出願日】平成７年（１９９５）５月３１日
【公開番号】特開平８−３２３４４６
【公開日】平成８年（１９９６）１２月１０日
【審査請求日】平成９年（１９９７）６月１３日
【出願人】（３９５０１０２５５）株式会社鹿児島頭脳センター (1)
【参考文献】
【文献】特開 平７−１５２８２１（ＪＰ，Ａ）
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