（航空宇航制造工程专业论文）基于实例的注射模设计技术研究.pdf

西北工业大学硕士学位论文摘要 摘要 本文针对注射模设计 “ 强经验弱理论”的设计特点，对基于实例推理 ( c a s e - b a se d r e a s o n in g , c b r ) 的 注 射 模设 计 辅 助 技 术 进 行了 研究 。 首 先 分 析了 c b r 的 技术特征及其关键技术， 并与其他智能技术 ( 如基于规则推理、 基于模型 推理) 进行了对比分析， 提出了应用于 注射模辅助设计的 c b r技术实施方案。 实例库是 c b r 技术应用的重要前提，在对几百个注射模实例进行分析的基础上， 提出了表达注射模实例的 特征信息以及特征信息的 提取方法，并引入了注射模 实例的层次化描述方法; 进一步提出了实 例库的 设计原则与 组织原则，建立了 塑件和模具之间的e - r模型， 提出了 注射模实例的分散组织存储方法。 实 例检索是c b r 系统实现其功能的重要环节。 本文探讨了几种检索算法的 优缺点，并引 进属性距离的概念来度量属性相似程度， 并对属性距离进行了规 范化定 义， 在此基础上给出了塑件实例相似度度量方法。为使不同塑件之间的 相似度具有可比性，同样对其进行了 规范化定义，并对各属性距离引入权值系 数，提出了基于属性贡献比 的权值计算方法，从 而减小了 人为因素对权值的影 响。对检索结果进行修正 是c b r 系统实现 “ 自 学习” 与扩充的 重要条件。 本文 对常用的实例修正方法进行了 探讨，提出了基于标准件的实例修正方法，通过 人工干预完成实例的修正。对修正后实例的存储，提出了以模具标准化程度高 低为原则对实例库进行 “ 自学习” ，即对能实现同样 设计目标的实例，淘汰标准 化程度低的实例而保留标准化程度高的实例，以避免实例的重复出现。 作为应用验证，最后对所开发的基于 c b r方法的注射模辅助设计原型系统 作了简要介绍。 关键词:基于实例推理，注射模，相似度算法，实例表达，塑件 r北丁业大学硕 ! : 学位论文a b s tr a c t ab s t r a c t i n j e c t i o n m o u l d d e s i g n s t i l l r e m a i n s m o r e a n a r t t h a n a s c i e n c e . i n t h i s t h e s i s , t e c h n o l o g i e s o f c a s e - b as e d r e a s o n i n g ( c b r ) c o m p u t e r a i d e d i n j e c t i o n m o u l d d e s i g n a r e s t u d i e d . i t s a k e y c o n d i t io n t o b u i l d a c o mp r e h e n s i v e c a s e l i b r a r y f o r a p p l i c a t i o n o f c b r s y s t e m . mo u l d c a s e s a r e i n v e s t i g a t e d , a n d r u l e s o f f e a t u r e s i n f o r ma t i o n d e s c r i b i n g a n d a b s t r a c t i n g a r e p r o p o s e d , a n d a l s o , a l a y e r m o d e l t o r e p r e s e n t t h e c a s e o f i n j e c t i o n m o u l d i s b u i l t . f u r t h e r m o r e , r u l e s o f c a s e l i b r a r y d e s i g n i n g , o r g a n i z i n g a n d d i s t r i b u t e d s t o r i n g a r e i n v e s t i g a t e d , i n w h ic h , a n e - r ( e n t i t y - r e l a t i o n) m o d e l o f p l a s t i c p a rt s a n d i n j e c t i o n mo u l d i s c o n s t r u c t e d c ase r e t r i e v e i s a n i m p o rt a n t s e c t o r f o r c b r s y s t e m t o r e a l i z e i t s u t i l it y . t h e c a s e - r e t r i e v e a l g o r i t h m s a r e i n v e s t i g a t e d a n d a n e w e r o n e i s p r o p o s e d . f i r s t l y , a d i s t a n c e o f f e a t u r e i t e m i s i n t r o d u c e d a n d u n i t i z e d f o r me a s u r e me n t o f mo u l d f e a t u r e s s i m i l a r i t y . t h e n , t h e u n i t i z e d s i m i l a r i t y a l g o r it h m o f m o u l d c a s e i s p r e s e n t e d w i t h t h e u n i t i z e d d i s t a n c e o f f e a t u re i t e m s . w e i g h t e d v a l u e s o f f e a t u r e s a r e i n t r o d u c e d b a s e d o i l t h e r a t i o o f f e a t u r e d e v o t i o n s , s o t h a t t h e u n d e t e r m i n e d a r ti f i c i a l f a c t o r s a r e a v o i d e d i n a p p o rt io n i n g t h e m w i t h e x p e r i m e n t s . t h e r e v i s i o n o f r e t r i e v e d r e s u l t s i s o f g r e a t i m p o r t a n c e f o r c b r s y s t e m t o r e a l i z e i t s s e l f - i m p r o v e m e n t a n d a m p l i a t i o n . s e v e r a l r e v i s i o n a l g o r i t h m s a r e i n v e s t i g a t e d a n d a n e w o n e b a s e d o n s t a n d a r d c o mp o n e n t i s p r o p o s e d . f o r t h e s t o r a g e o f r e v i s e d c a s e s , r u l e s a r e p r e s e n t e d f o r t h e s e l f - i m p r o v e m e n t o f c a s e l i b r a ry , t h a t i s t o r e s e r v e h i g h s i a n d a r d i z e d c ase s a n d d i s u s e l o w s t a n d a r d i z e d o n e s . a s a n a p p l i c a t i o n , t h e c b r mo u l d d e s i g n s y s t e m d e v e l o p e d i n t h e s t u d y i s i n t r o d u c e d t o s h o w t h e e f f e c t i v e n e s s o f a l g o r i t h m s p r e s e n t e d i n t h e t h e s i s . k e y w o r d s : c a s e - b a s e d r e a s o n i n g , r e p re s e n t a t i o n o f c a s e . p l a s t i c p a r t s , i n j e c t i o n mo u l d s i mi l a r i t y m a t c h i n g a l g o r i t h m 西北工业大学硕上学位论文 第一章 绪论 第一童 绪论 1 模具在工业发展中的重要地位 模具工业是国民 经济的基础工业，是国际上公认的关键工业，_工 业发达国 家称之为 “ 工业之母” 。模具成型具有效率高、质量好、节省原 材料、降低 产品 成本等优点， 采用模具制造产品零件己 成为当 今工业生产的重要工艺手段。模 具在机械、电子、轻工、纺织、航空、航天等工业领s里，己成为使用最为广 泛的工业化生 产的主要工艺装备， 它承担了这些工业领域中6 0 % - - 8 0 % 产品零件、 组 件 和 部 件的 加 工 生 产 1 11“ 模具 就 是 产 品质 量” 、 “ 模 具就 是 经 济 效 益” 的 观 念 越来越多地为人们所认识和接受。 在中国，人们己 经认识到模具在制造业中的 重要基础地位，认识到模具 水平的高 低在很大程度上决 定着产品的质量、生， “ 效 益、 产品 更 新 换 代的 速 度、 新 产 品的 开 发 能力 ， 进 而决 定 企 业的 应 变 能 力和 市场竞争能力。目 前，模具设计与制造水平的高低己 成为衡量一 个国家制造水 平的重要标志之一。 在我国，“ 模具是工业生产的基6 14 : ? _ 艺装各”也已经取得了共识。在电子、 汽车、电机、电 器、 仪器、 仪表、 家电和通信 等产品中，6 0 % 8 0 % 的零部件都 要依靠模具 成形。 用模具生 产制件 所表现出来的高 精度、高复杂程度、高一致 性、 高生产率和低消耗， 是其他加工制造方法所不能比 拟的。 模具又是 “ 效益 放大器” ， 用模具生产的最终产品的价值， 往往是模具自 身价值的几十倍、上百 倍。 在2 0 0 0 年， 全世界的摸具年立 值约为6 0 0 亿美 元，日、美等工业发达国家 的模具 工业产值已 超过机床工业。从1 9 9 7 年开始， 我国的 模具工业产值也 超过 了 机床工业产值 2 1 。 到 2 0 0 2 年， 据海关资料显示，我国共进口 模具 1 2 . 7 2亿美 元，比2 0 0 1 年增长1 4 . 4 %， 其中塑 料橡胶模具进a金额为6 . 9 3 亿美元r占 送p 总量的5 4 . 5 0% 2 0 0 2 年， 我国共出 模具2 . 5 2 亿美元， 比2 0 0 1 年增长3 4 %. 其 中塑料橡胶模具出口 金额为 1 . 7 2 亿美元，占总出口 量的6 8 . 3 %。专家预测， 在 外资的带动下， 2 0 0 3 年我国模共市 场总沐规 模将增加1 3 %左石， 到2 0 0 5 年模共 产值将达到 4 6 0 亿元，年增沃 这度为 1 2 0i c 左右。 模具自 给率将从目 前的7 0 % 提 高到 8 0 %左右， 模具及标准件出j= 1 将认2 0 0 4年的 9 0 0 0多万美元增长受2 0 0 5 西北工业大学硕上学位论文 第一章 绪论 第一童 绪论 1 模具在工业发展中的重要地位 模具工业是国民 经济的基础工业，是国际上公认的关键工业，_工 业发达国 家称之为 “ 工业之母” 。模具成型具有效率高、质量好、节省原 材料、降低 产品 成本等优点， 采用模具制造产品零件己 成为当 今工业生产的重要工艺手段。模 具在机械、电子、轻工、纺织、航空、航天等工业领s里，己成为使用最为广 泛的工业化生 产的主要工艺装备， 它承担了这些工业领域中6 0 % - - 8 0 % 产品零件、 组 件 和 部 件的 加 工 生 产 1 11“ 模具 就 是 产 品质 量” 、 “ 模 具就 是 经 济 效 益” 的 观 念 越来越多地为人们所认识和接受。 在中国，人们己 经认识到模具在制造业中的 重要基础地位，认识到模具 水平的高 低在很大程度上决 定着产品的质量、生， “ 效 益、 产品 更 新 换 代的 速 度、 新 产 品的 开 发 能力 ， 进 而决 定 企 业的 应 变 能 力和 市场竞争能力。目 前，模具设计与制造水平的高低己 成为衡量一 个国家制造水 平的重要标志之一。 在我国，“ 模具是工业生产的基6 14 : ? _ 艺装各”也已经取得了共识。在电子、 汽车、电机、电 器、 仪器、 仪表、 家电和通信 等产品中，6 0 % 8 0 % 的零部件都 要依靠模具 成形。 用模具生 产制件 所表现出来的高 精度、高复杂程度、高一致 性、 高生产率和低消耗， 是其他加工制造方法所不能比 拟的。 模具又是 “ 效益 放大器” ， 用模具生产的最终产品的价值， 往往是模具自 身价值的几十倍、上百 倍。 在2 0 0 0 年， 全世界的摸具年立 值约为6 0 0 亿美 元，日、美等工业发达国家 的模具 工业产值已 超过机床工业。从1 9 9 7 年开始， 我国的 模具工业产值也 超过 了 机床工业产值 2 1 。 到 2 0 0 2 年， 据海关资料显示，我国共进口 模具 1 2 . 7 2亿美 元，比2 0 0 1 年增长1 4 . 4 %， 其中塑 料橡胶模具进a金额为6 . 9 3 亿美元r占 送p 总量的5 4 . 5 0% 2 0 0 2 年， 我国共出 模具2 . 5 2 亿美元， 比2 0 0 1 年增长3 4 %. 其 中塑料橡胶模具出口 金额为 1 . 7 2 亿美元，占总出口 量的6 8 . 3 %。专家预测， 在 外资的带动下， 2 0 0 3 年我国模共市 场总沐规 模将增加1 3 %左石， 到2 0 0 5 年模共 产值将达到 4 6 0 亿元，年增沃 这度为 1 2 0i c 左右。 模具自 给率将从目 前的7 0 % 提 高到 8 0 %左右， 模具及标准件出j= 1 将认2 0 0 4年的 9 0 0 0多万美元增长受2 0 0 5 内北工业大学 hill 卜 学位论文第一章 绪论 的2 亿美元生 右 3 1 我国的摸具正处在高速增长时期， 尤其是塑料模具近年来发展相当快， 2 0 0 2 年已 猛 增 到1 4 0 亿 元 左 右 3 1。 当前 国内 塑 料 模 具 市 场以 注 射 模需 求 量 最 大 ， 其 中 发 展重点为工程塑料模具， 这是与工 程塑料的快 速发展分不开 的。 预期到 2 0 0 5 年建筑用塑料制品占 总产量的 1 6 0 o ， 约4 0 0 万吨;预计到2 0 1 0 年塑料门 窗和塑 料管的普及率将达到3 0 % - - 5 0 % ,塑料 排水管的市场占 有率 将超过5 0 % ， 因此塑 料产品模具需求量将增长较快。 2 注射模设计技术的发展历程 注射模设 计经历了三个主要的发展阶段n 1 。第一个阶段是手工作坊设计阶 段。这一阶段一直持续到 c a d c a m技术发展的初期。当时的 注射模设 计纯粹依 靠设计人员的经验、技巧和 现有的设计资料来完成。 . 从塑件的工艺计算到注射 模的设计制图，全靠手工制 作完成，是一种手工作坊式的生产方式，生产效率 极为低下。同时由于设计过程纯粹依赖设计人员的设计经验和技巧，缺乏系统 的理论指导，所以模具和塑件的质量难以保障。 第二个阶段是通用c a d c a m 设计 阶段 2 0 世纪7 0 年代， 手工作坊式的注射 模生产在质量和数量上已跟不上塑料_ 业生产高速发展的形势，远远满足不 了 用户 “ 高质量、短周期、低价格”的需求，于是人们开始尝试当时比较成熟的 通用 c a d c a m 系统进行注射模设计。到了8 0 年代，随着c g i 1 . p r o e 等优秀通 用c a d c a n 集成软件系统的问世， 注射模c a d 技术也 蓬勃发展起来了 。 c a d 技术 在 注射模设计中的应用，在很大程度 h 提高了 注射模设计的质量和效率， 提高 了注射模设计的整体水平。 第三个阶段是采用专用注射模 c a d系 统的设计阶段。 采用通用c a d c a m 进 行注射模设计虽然在很大程度上提高了注射模设fl 的质量和效率，但是由 于通 用 c a d c a m系统在一定意义上说 只是一 种几何建模工具，并 不是 真正 意义上的 没 计 工具。通用 以。c a m系统在注射模设计中的引入，设计 效率的提高仅限于 三维效果的增强、分析及建模速度的 提高等实现手段上， 注射模设计经验的加 入 还需人工干预， 每一次设计过程由手工 实现过程基本一样，设计效率没有从 内北工业大学 hill 卜 学位论文第一章 绪论 的2 亿美元生 右 3 1 我国的摸具正处在高速增长时期， 尤其是塑料模具近年来发展相当快， 2 0 0 2 年已 猛 增 到1 4 0 亿 元 左 右 3 1。 当前 国内 塑 料 模 具 市 场以 注 射 模需 求 量 最 大 ， 其 中 发 展重点为工程塑料模具， 这是与工 程塑料的快 速发展分不开 的。 预期到 2 0 0 5 年建筑用塑料制品占 总产量的 1 6 0 o ， 约4 0 0 万吨;预计到2 0 1 0 年塑料门 窗和塑 料管的普及率将达到3 0 % - - 5 0 % ,塑料 排水管的市场占 有率 将超过5 0 % ， 因此塑 料产品模具需求量将增长较快。 2 注射模设计技术的发展历程 注射模设 计经历了三个主要的发展阶段n 1 。第一个阶段是手工作坊设计阶 段。这一阶段一直持续到 c a d c a m技术发展的初期。当时的 注射模设 计纯粹依 靠设计人员的经验、技巧和 现有的设计资料来完成。 . 从塑件的工艺计算到注射 模的设计制图，全靠手工制 作完成，是一种手工作坊式的生产方式，生产效率 极为低下。同时由于设计过程纯粹依赖设计人员的设计经验和技巧，缺乏系统 的理论指导，所以模具和塑件的质量难以保障。 第二个阶段是通用c a d c a m 设计 阶段 2 0 世纪7 0 年代， 手工作坊式的注射 模生产在质量和数量上已跟不上塑料_ 业生产高速发展的形势，远远满足不 了 用户 “ 高质量、短周期、低价格”的需求，于是人们开始尝试当时比较成熟的 通用 c a d c a m 系统进行注射模设计。到了8 0 年代，随着c g i 1 . p r o e 等优秀通 用c a d c a n 集成软件系统的问世， 注射模c a d 技术也 蓬勃发展起来了 。 c a d 技术 在 注射模设计中的应用，在很大程度 h 提高了 注射模设计的质量和效率， 提高 了注射模设计的整体水平。 第三个阶段是采用专用注射模 c a d系 统的设计阶段。 采用通用c a d c a m 进 行注射模设计虽然在很大程度上提高了注射模设fl 的质量和效率，但是由 于通 用 c a d c a m系统在一定意义上说 只是一 种几何建模工具，并 不是 真正 意义上的 没 计 工具。通用 以。c a m系统在注射模设计中的引入，设计 效率的提高仅限于 三维效果的增强、分析及建模速度的 提高等实现手段上， 注射模设计经验的加 入 还需人工干预， 每一次设计过程由手工 实现过程基本一样，设计效率没有从 西北工业大学硕上学位论文第一章 绪论 根本上提高。 另一方面，作为 通用c a d c a m系统，无论是l g 1 1 ， 还是 p r o e , 在开发之初都是作为通用机械设计与 制造工具采构思设计的， 并不针对注射模 具，因此在使用这些通用 c a d 软件设计注射模时仍会感到效率低下、操作繁琐、 功能短缺。因此， 近年来的发展趋势是开发 新一代的 注射模 c a d专用系统， 或 者是在 c a d c a m通用系统的基础上进行有针对性的二次开发，以 实现注射模设 计时的自动化和智能化。 3 注射模设计技术的国内外发展现状 工程塑件制品具有密度小、比强 度高、电绝缘、隔热、耐化学腐蚀、易成 型等优异性能而广泛应用于精密仪器、电 子仪表、航空航天、汽车工业、光学 仪器、办公设备、家用电器和日 用品等行业中， 而且有的行业还出现了金属零 件塑料化的趋势。 传统的生产方式已 经满足不了生 产的需求。 在注射模行业中， 影响塑件质量和生产效率的所有因索中， 注射模设计因素大约占8 g % 左右。 模具 的设计、制造水平和产品的的质量、成本及生产周期息息相关。随着制造业的 发展，产品对模具的要求越来越高。 人工设计、单件生产这种传统的模具设计 与制造方式己 无法适应工 业发展的需 要。计算机辅助设计与制造( c a d c a m技术 是解决模具设计与制造薄弱环 7 的有效途径。据统计，注射模占 所有模具的 3 8 . 2 % 。 在国外的模具行业调查i f , ， 注射模采用 c a d 技术的比 例约占 所有采用c a d 技术领域的7 5 % 4 1 o c a d 技术可以 显著 提高塑料制品、 注射模具的设计制造效率， 提高设计制造质量，减少试模、修模盯间，从而 缩短从塑件 产品的设计、模具 设计、模具制造到产品生产整个f -, 期。 采用专用注射模 c a d系 统进行设计代表着目 前注射模设计的最高水平，国 内 外已有许多科研单位、高等院校以 及软件公司正从事专 用注射模 c a d系统的 研究和开发工作。注射模 c a d系统在不断进行理论和实验研究的同时，十分注 意向实 用化方向发展。到8 0 年代宁朝，注射模c a d 技术己 从实验室 阶段进入实 用化阶 段， 在实际 推广和使用中不断改进、 提高和完善， 并在实际使用中 取得了 明 显的 经济效益 2 1 1 ) 国 外情况5 16 1 西北工业大学硕上学位论文第一章 绪论 根本上提高。 另一方面，作为 通用c a d c a m系统，无论是l g 1 1 ， 还是 p r o e , 在开发之初都是作为通用机械设计与 制造工具采构思设计的， 并不针对注射模 具，因此在使用这些通用 c a d 软件设计注射模时仍会感到效率低下、操作繁琐、 功能短缺。因此， 近年来的发展趋势是开发 新一代的 注射模 c a d专用系统， 或 者是在 c a d c a m通用系统的基础上进行有针对性的二次开发，以 实现注射模设 计时的自动化和智能化。 3 注射模设计技术的国内外发展现状 工程塑件制品具有密度小、比强 度高、电绝缘、隔热、耐化学腐蚀、易成 型等优异性能而广泛应用于精密仪器、电 子仪表、航空航天、汽车工业、光学 仪器、办公设备、家用电器和日 用品等行业中， 而且有的行业还出现了金属零 件塑料化的趋势。 传统的生产方式已 经满足不了生 产的需求。 在注射模行业中， 影响塑件质量和生产效率的所有因索中， 注射模设计因素大约占8 g % 左右。 模具 的设计、制造水平和产品的的质量、成本及生产周期息息相关。随着制造业的 发展，产品对模具的要求越来越高。 人工设计、单件生产这种传统的模具设计 与制造方式己 无法适应工 业发展的需 要。计算机辅助设计与制造( c a d c a m技术 是解决模具设计与制造薄弱环 7 的有效途径。据统计，注射模占 所有模具的 3 8 . 2 % 。 在国外的模具行业调查i f , ， 注射模采用 c a d 技术的比 例约占 所有采用c a d 技术领域的7 5 % 4 1 o c a d 技术可以 显著 提高塑料制品、 注射模具的设计制造效率， 提高设计制造质量，减少试模、修模盯间，从而 缩短从塑件 产品的设计、模具 设计、模具制造到产品生产整个f -, 期。 采用专用注射模 c a d系 统进行设计代表着目 前注射模设计的最高水平，国 内 外已有许多科研单位、高等院校以 及软件公司正从事专 用注射模 c a d系统的 研究和开发工作。注射模 c a d系统在不断进行理论和实验研究的同时，十分注 意向实 用化方向发展。到8 0 年代宁朝，注射模c a d 技术己 从实验室 阶段进入实 用化阶 段， 在实际 推广和使用中不断改进、 提高和完善， 并在实际使用中 取得了 明 显的 经济效益 2 1 1 ) 国 外情况5 16 1 n . 北丁业大学硕士学位论文第 一章绪论 国外进行专用注射模 c a d 系统的 研究 始于2 0 世纪 8 0 年代。近十多 年来注 射模 c a d技术在不断进行理论和实践研究的同时，已经向实用化的方向发展， 并 在推广和实际 使用中不断改 进、 提高 和完善。目 前己 有比 较成熟的注 射模c a d 软件系统问世， 较著名的有以下 流行的商品化软件。 英国达尔康 ( d e l c a m的塑料模设计专家系统p s - m o l d该软件是d e l c a m 公司 的产品之一， 是 面向模具专业人员的塑料漠 辅助设计专 家系统。 p s - m o l d 软件可 棍据 c a d模型自动创建模具标准结构及测抽芯机构，并可自动生成标准件此材 料清单( b o m 配备h a s c o , d m e 等多种模具标准件库， 用户可自 定义任意非标准 模架结构。 它提供的功能模块有型芯、型腔的快速设计、一般装配图 和零 件图 的 设计、 材料清单及标注的自 动生成、 装配件的干涉检验等o p s - m o l d 软件系统 儿 乎覆盖了 塑料模具设计的各个方 面，士 于塑料模具种类多，结构千差万 别， 与注射模专用 c a d 系统相比，p s - m o l d 软件系统的针对性不强。 美国 和意大利pc ( 塑料与计算机) 的c a d c a e c a m 软件t m c o n c e p t 系 统主 要包括材料选择 ( t m c - m s ) 、注射工艺条件和模具费用优化 t m c - m c o ) 、 流动模 拟 ( t m c - f a ) 、冷却分析 ( t m c - m t a )及模具型腔设计 ( t m c - c s e ) . 德国i k v 的c a d c a e 软件c a d m o l d 包 括模具方 案的构思和设计、流动 模拟、 冷却分析和模具强度、刚度分析。 美国a c - t e c h 公司的 注射模i c a f 软件( : - )a ( l d 有屯 个层次。第一 层次的软 件 用于初始阶段的设计。如优选塑料材料、选择标准模架、预测锁模力、平衡流 道系统、 优化成型时间、 预定 成型工艺 参数、布置冷却水道、 诊断注射缺陷 等。 第二层次为三 维流动模拟程序和三维冷却分析程序。第三层次将流动、保压、 冷却分析结合，得到更为精确的结果， 其结果可以用于塑料制品的应力和翘曲 分析。 美国s d r c 公司i - d e a s 系统为通用机诫的c a d c a e 系统， 近几年来s d r c 公 司陆续开发出塑料注射流动、 冷却和翘曲 分析程序，并 将这些程序集成， 在国 际市场上推出适用于注射模的 i - d e a s 软件包。 2 ) 国内情况， ， 我国在注射模 c a d技术的研究和开发方面起步较晚，从 8 0年代中期开始， 西北工业大学硕i s 学位论文第一章 绪论 国内部分大中型企业先后引进了一些国 外知 名度较高的注射模 c a d系统，国内 也有越来越多的高校和公司从事注射模 c a d方面的研究，研制出了国产注射模 专用c a d 系统， 但大多数是基于二维的注射模系统， 这是由 我国目 前的三维c a d 技术整体落后于国外的大环境决定的。 华中理工大学模具技术国家重点实验室从 1 9 8 5年开始一直致力于注射模集 成技术的 研究，推出了 注射过 程模拟软件h s c a e 4 .0 , h s c a e 4 .0 是一个自 主 版权的c a d / c a e / c a m系统软件该软件主要侧重于 泣射流动、保 压和冷却过 程分析， 系统自 带一个三维曲面造型模块，能实 现三角形网格的自 动划分和优 化，能进行顶出系统计算、 注塑机校核、型腔数目 计算、冷却系统和浇注系统 计算，为注射模结 构的详细设计提供依据。h s c a e 4 .0采用三维造型设计的方 法完成注塑模具的型腔设计，用二维参数化的方法完成装配结构的设计，输出 二维的总装图和零件图。 北京北航海尔软件有限公司也是较早涉足注射模c a d技术的公司。 北航海 尔软件有限公司是北京航空航天大学、 青岛海尔集团与 美国c - m o l d公司 在原 北航华正软件工程研究所的基破二合资组建的高科技软件企业。其产品 c a x a 注塑模设计师 v 2 是注射模设 计人员专用的c a d系统，具有图 形绘 制、资料查 询、 公式计算、安全校核等功能模援提供注射模标准架库和标准零件库，以 及塑料、模具材料和注塑机等的设计参数数据库，可随时查询、检索，并能自 动换算模腔尺寸。 国内一些单位在a u t o c a d , c a r d s等 通月 c a i 平台上用 c语言 或 l i s p 语言 进行了二次开发， 从而服务于 注射模c a d 例如南京航空航天大学c a d中 心对c a d d 4 . 0 软件进行了二次开发并 研制了叶轮类注射模具c a d :v a m系统， 大连理工大学通过对a u t o c a d系 统的二次开发， 可用于 注射 模设计的图 幅选择、 回转体设计、模架选择、布尔运算等，大大加快 了 注射模的开发速度。 4 论文的选题背景和意义 由 于塑料注射成型工艺十 分复杂， 模具设计时要考虑的因素比 较多，因此 传统的手工设计方法对模具没计人员的知识、经验和技术要求很高。注射模具 西北工业大学硕i s 学位论文第一章 绪论 国内部分大中型企业先后引进了一些国 外知 名度较高的注射模 c a d系统，国内 也有越来越多的高校和公司从事注射模 c a d方面的研究，研制出了国产注射模 专用c a d 系统， 但大多数是基于二维的注射模系统， 这是由 我国目 前的三维c a d 技术整体落后于国外的大环境决定的。 华中理工大学模具技术国家重点实验室从 1 9 8 5年开始一直致力于注射模集 成技术的 研究，推出了 注射过 程模拟软件h s c a e 4 .0 , h s c a e 4 .0 是一个自 主 版权的c a d / c a e / c a m系统软件该软件主要侧重于 泣射流动、保 压和冷却过 程分析， 系统自 带一个三维曲面造型模块，能实 现三角形网格的自 动划分和优 化，能进行顶出系统计算、 注塑机校核、型腔数目 计算、冷却系统和浇注系统 计算，为注射模结 构的详细设计提供依据。h s c a e 4 .0采用三维造型设计的方 法完成注塑模具的型腔设计，用二维参数化的方法完成装配结构的设计，输出 二维的总装图和零件图。 北京北航海尔软件有限公司也是较早涉足注射模c a d技术的公司。 北航海 尔软件有限公司是北京航空航天大学、 青岛海尔集团与 美国c - m o l d公司 在原 北航华正软件工程研究所的基破二合资组建的高科技软件企业。其产品 c a x a 注塑模设计师 v 2 是注射模设 计人员专用的c a d系统，具有图 形绘 制、资料查 询、 公式计算、安全校核等功能模援提供注射模标准架库和标准零件库，以 及塑料、模具材料和注塑机等的设计参数数据库，可随时查询、检索，并能自 动换算模腔尺寸。 国内一些单位在a u t o c a d , c a r d s等 通月 c a i 平台上用 c语言 或 l i s p 语言 进行了二次开发， 从而服务于 注射模c a d 规则的推理技术相比 较，基于实例的推理支 持经验本身的描述和记 忆，而且具i很强的扩充性和自 适应性， 这一点，对于 很难用知识表达、规则难以提取的注塑模结构设计非常合适。与 r b r , m b r 相比 较，c b r 有以 下几个优点: . 在设计规则难于总结时， 以设计实例为主要设计依据的 c s r 方法显得更 为有效; . 更符合领域专家的思维二饭， 对于需要重现或人量地借鉴以往设计规划 西北工业大学硕士学位论文第二帝 基于 c b r的注射模设计技术 和方案的情况，c b r 显得十分有效，并能节约大量的时间: . 具有自 学习能力， 在解决一个问题 后， 系 统就多了一个实 例， 其推理能 力也就得到增强; . 获取知识就是获取或收集以往的实例， 避免了专家系统中的知识获取和 知识表示的难题; . c b r 无需精确的实例模型即使 在无法得到实 例模型时也能进行 推理， 使得它的应用范围更广。 2 . 3 . 2 c b r 技术在注射模设计方面的应用现状 自1 9 8 7 年以 来，c b r 的研究日 益深入和广泛， 研究界每年都举行研讨会， 并出版会议论文集。 关于 c b r 的研究可以 分为两类，即c b r 理论 领域的 研究和 c b r 应用领域的研究。 c b r 理论领域的 研究主要从理论上 对c b r 进行深入的 探索， 对c b r 理论进行 完善和改进， 提高其应用水平。 具体的 研究内 容包括 c b r的理论模型、实例的 表达、 实例的检索匹配方法、实 例的调整策略等等。许多学者对其它部分理论 也 进行了深入的 研究，其中，以 i w a t s o n提出 的见 解最为独到。他在对实 例 表达、检索匹 配方法等问 题进行深入研究的 基础上， 提出了 c b r是一 种方法论 而不是具体的技术的观点 ， 1 本文认为这个观点具有重要的理论研究 价值， 有 助于深入地理解c b r 和应用c b r o o c b r 应用领域的 研究主要是和具体的工程应用相结合， 解决工程中 所存在的 一些现实问题。目 前， c b r 技术己 经被应用于模具设计领域。 李寿兵等人提出了 把c b r 方法用于注塑模概念设计m 。 王爱臣、 赵震 等人通过对注射模设 计过程的 分 析， 进行了注塑模结构智能设计 系统的研究， 指出 g b r技术可以很 好地应用 于 注射模设 计系 统，并给出了 一个 基于 c b r的注射模结 构智能没 计系统的模型 结 构 及 实 现 方 法 18 1 。 文 劲 松 等人 提出 了 以 塑 料 制品 作为 其 设 计 实 例 的 方 法， 提 出 了 基 于 塑 料 制品 实 例 推理 的宁 法开 发 注塑 模 结构 的 智 能设 计系 统 j 10 13 81 。 单方 等 通过对c b r 技术及注塑模设计过程的分析， 指出c b r 技术可以很好地应用于注塑 模 c b d系统中， 并建立了 一个 基于实例的 注塑模设汁系统的 整体结 构， 给出一 种 西北工业大学硕士学位论文第二帝 基于 c b r的注射模设计技术 和方案的情况，c b r 显得十分有效，并能节约大量的时间: . 具有自 学习能力， 在解决一个问题 后， 系 统就多了一个实 例， 其推理能 力也就得到增强; . 获取知识就是获取或收集以往的实例， 避免了专家系统中的知识获取和 知识表示的难题; . c b r 无需精确的实例模型即使 在无法得到实 例模型时也能进行 推理， 使得它的应用范围更广。 2 . 3 . 2 c b r 技术在注射模设计方面的应用现状 自1 9 8 7 年以 来，c b r 的研究日 益深入和广泛， 研究界每年都举行研讨会， 并出版会议论文集。 关于 c b r 的研究可以 分为两类，即c b r 理论 领域的 研究和 c b r 应用领域的研究。 c b r 理论领域的 研究主要从理论上 对c b r 进行深入的 探索， 对c b r 理论进行 完善和改进， 提高其应用水平。 具体的 研究内 容包括 c b r的理论模型、实例的 表达、 实例的检索匹配方法、实 例的调整策略等等。许多学者对其它部分理论 也 进行了深入的 研究，其中，以 i w a t s o n提出 的见 解最为独到。他在对实 例 表达、检索匹 配方法等问 题进行深入研究的 基础上， 提出了 c b r是一 种方法论 而不是具体的技术的观点 ， 1 本文认为这个观点具有重要的理论研究 价值， 有 助于深入地理解c b r 和应用c b r o o c b r 应用领域的 研究主要是和具体的工程应用相结合， 解决工程中 所存在的 一些现实问题。目 前， c b r 技术己 经被应用于模具设计领域。 李寿兵等人提出了 把c b r 方法用于注塑模概念设计m 。 王爱臣、 赵震 等人通过对注射模设 计过程的 分 析， 进行了注塑模结构智能设计 系统的研究， 指出 g b r技术可以很 好地应用 于 注射模设 计系 统，并给出了 一个 基于 c b r的注射模结 构智能没 计系统的模型 结 构 及 实 现 方 法 18 1 。 文 劲 松 等人 提出 了 以 塑 料 制品 作为 其 设 计 实 例 的 方 法， 提 出 了 基 于 塑 料 制品 实 例 推理 的宁 法开 发 注塑 模 结构 的 智 能设 计系 统 j 10 13 81 。 单方 等 通过对c b r 技术及注塑模设计过程的分析， 指出c b r 技术可以很好地应用于注塑 模 c b d系统中， 并建立了 一个 基于实例的 注塑模设汁系统的 整体结 构， 给出一 种 西北s业大学硕 卜 学位论文第 几 帝 基于 c b r的注射模设计技术 如 何将 c b r技术 应用于注塑模设计的注塑 模结构实例表示、实例检索和实例库 ej 学 习的 方 法u 1d z1 总之， c b r 在注射模设计领域的娇究仍处 于探索阶段， 与普 及实 用的目 标尚 有一定的距离。 2 . 3 . 3 c b r 技术在本研究中的应用 传统的注射模设计 流程如图2 -所示。 在本研究 f ，利用c b r技术进行注 射模设计时，不必按传统的设计方法一步步完成设计，而可以根据设 计需要， 从实例库中 搜索相似的塑件信息为吕 标问 题提供最佳的建议解， 并可指定不同 的索引并行完成传统模具 设计中需要14 行完 成的工作.以 提高设计效率。 在实际的注射模设计过程中，为了提高模具设计的效率和实用性，模具设 计一 般很少进行完全创新的设计，而是首先根据经验并参考已成功应用的 模具 图 纸提出模具设计的总方案，然后根 据具体要求 进行必要的修正。 模具设计 师 的经验为模具设计提供了设计的思索方向， 不会为设计方案的确定而浪费大 量 的时间;现存模具设计图纸蕴涵着丰富;n模具设计实践经验和设计中的细节问 题，这对于新的模具设计有很大的借鉴作用。基于实例的注射模设计技术正是 利用待设计目 标与 现存模具之间的 相似性，充分借鉴既有的知识和经验， 提高 模具设计的效率与质量。 应用 c b r技术进行注射模设计盯，新问题就是塑件信 息 模型，问题的解决 方案就是塑件对应的模具。为了使存 储和后 续检索更加方 便有效，将实例库分 为塑件信息和模具信息两个部分，并 分别进行存储。两个部分的信息之间 为一 一对应关系。 根据生 产实际中注塑模具设计的要求， 提取塑 件制品实 例信息和对 应的注射模信息， 分别确定 各自 实例信.息 的表达方式， 分别 存入塑件信息数据 库和模具信息数据库，共同组成注射模实例库。 西北s业大学硕 卜 学位论文第 几 帝 基于 c b r的注射模设计技术 如 何将 c b r技术 应用于注塑模设计的注塑 模结构实例表示、实例检索和实例库 ej 学 习的 方 法u 1d z1 总之， c b r 在注射模设计领域的娇究仍处 于探索阶段， 与普 及实 用的目 标尚 有一定的距离。 2 . 3 . 3 c b r 技术在本研究中的应用 传统的注射模设计 流程如图2 -所示。 在本研究 f ，利用c b r技术进行注 射模设计时，不必按传统的设计方法一步步完成设计，而可以根据设 计需要， 从实例库中 搜索相似的塑件信息为吕 标问 题提供最佳的建议解， 并可指定不同 的索引并行完成传统模具 设计中需要14 行完 成的工作.以 提高设计效率。 在实际的注射模设计过程中，为了提高模具设计的效率和实用性，模具设 计一 般很少进行完全创新的设计，而是首先根据经验并参考已成功应用的 模具 图 纸提出模具设计的总方案，然后根 据具体要求 进行必要的修正。 模具设计 师 的经验为模具设计提供了设计的思索方向， 不会为设计方案的确定而浪费大 量 的时间;现存模具设计图纸蕴涵着丰富;n模具设计实践经验和设计中的细节问 题，这对于新的模具设计有很大的借鉴作用。基于实例的注射模设计技术正是 利用待设计目 标与 现存模具之间的 相似性，充分借鉴既有的知识和经验， 提高 模具设计的效率与质量。 应用 c b r技术进行注射模设计盯，新问题就是塑件信 息 模型，问题的解决 方案就是塑件对应的模具。为了使存 储和后 续检索更加方 便有效，将实例库分 为塑件信息和模具信息两个部分，并 分别进行存储。两个部分的信息之间 为一 一对应关系。 根据生 产实际中注塑模具设计的要求， 提取塑 件制品实 例信息和对 应的注射模信息， 分别确定 各自 实例信.息 的表达方式， 分别 存入塑件信息数据 库和模具信息数据库，共同组成注射模实例库。 西北工业大学硕士学位论文 第二帝 摧十c b r的注射模设汁技术