（机械电子工程专业论文）注塑模具模架的智能化设计技术研究.pdf

大连理工大学硕士研究生学位论文 摘要 模架设计作为模具生产中的一个重要环节 高效的模架设计必将缩短整个模具生产 周期 智能化c a d 技术作为提高模具生产效率和质量的重要手段之一 将在本文中进 行重点研究 模架设计涉及到很多因素 用精确的理论模型进行描述很难实现 本文分析归纳模 架设计知识 将其分为各自独立的不同模块 针对不同模块采用编程方法嵌入或以独立 于c a d 系统的设计知识表来处理 设计知识表独立于开发环境 有利于设计知识的更 新和修改 扩大知识利用的广度 模架类型的不同 其组成结构也不同 随之确定它所需要的参数也不同 模架可从 结构和功能上进行分类 本文针对不同的类型进行特征编码处理 对具体的模架采用面 向对象的知识表达进行信息的描述 从而为计算机处理提供了可能 针对某种模架 如果完全依赖工程技术条件 利用公式和图表来计算 有多少个制 品尺寸就对应多少个模架结构尺寸 但由于模架零件的标准化 系列化程度较高 所以 设计中尺寸参数的确定应既要保证科学性 也要满足系列标准化要求 本文以层状结构 的文件来存储设计中的尺寸系列 它与软件开发平台物理结构上相互独立 针对流道截面的种类不多 形状简单 结构固定特点 采用参数化编程方法实现 在模板尺寸确定中 建立了一模多腔流道的参数化图库 在具体的模具尺寸和注塑条件 下 选择需要的参数化布局图 以布局图特点来建立目标函数和约束方程进行优化处理 以确定布局图尺寸参数 从而确定最优的模板尺寸 关键词 注塑模具 c a d 模架设计 智能化设计 模块化 设计知识表 王雷钢 注塑模具模架的智能化设计技术研究 t h er e s e a r c ho f t h ei n t e l l i g e n td e s i g no f i n j e c t i o nm o u l d b a s e a b s t r a c t a sa 1 1i m p o r t a n ts t a g eo fm o u l dm a n u f a c t u r e t h eh i g he f f i c i e n c ym o l d b a s ed e s i g nc a l l s h o r t e nt h ew h o l ec y c l eo fm o u l dm a n u f a c t u r e i n t e l l i g e n tc a dt e c h n i q u ea so n eo ft h ek e y m e t h o d st o i m p r o v ed e s i g ne f f i c i e n c y a n d q u a l i t y o fm o u l dm a n u f a c t u r ei ss t u d i e d e m p h a t i c a l l yi nt h i sp a p e r a sm a n yf a c t o r sa r ei n v o l v e di nm o l d b a s ed e s i g n i t sd i f f i c u l tt od e s c r i b ei tw i t ha n a c c u r a t et h e o r ym o d e l t h r o u g ht h ea n a l y s i sa n di n d u c t i o no ft h ek n o w l e d g eo fm o l d b a s e d e s i g n i t i sd i v i d e di n t oi n d e p e n d e n tm o d u l e s w h i c ha r ee m b e d d e di n t os o f t w a r eb y p r o g r a m m i n go rm a n a g e db yd e s i g nk n o w l e d g es h e e ti n d e p e n d e n to fc a ds y s t e m d e s i g n k n o w l e d g es h e e tc a r lb ef i n i s h e dw i t h o u td e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t w h i c hh e l p se n l a r g i n g a n du p d a t i n gd e s i g nk n o w l e d g e d i f f e r e n tp a r a m e t e r sa r en e e d e di nt h em o l d b a s ed e s i g na c c o r d i n gt ot h e i rk i n d sa n d c o m p o n e n t s n em o l d b a s e c a r lb ec l a s s i f i e dw i t hi t sf i m c t i o na n ds t r u c t u r e d i f f e r e n tt y p e so f m o l d h a s ea r ec o d e d a n do r i e n t e d o b j e c tk n o w l e d g ee x p r e s s i n gi sa d o p t e dt od e s c r i b et h e i n f o r m a t i o no f s p e c i a lm o l d b a s e a l lo f t h e s em a k ei tp o s s i b l ef o rc o m p u t e rp r o c e s s i n g f o rac e r t a l nk i n do fm o l d b a s e t h e r ea r ea sm a n ym o l d b a s es t r u c t u r a ld i m e n s i o n sa s p r o d u c t si f t h e ya r ea b s o l u t e l yc a l c u l a t e db yf o r m u l a sa n dd i a g r a m sa c c o r d i n gt oe n g i n e e r i n g t e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n s b u tt h ed e g r e eo fs t a n d a r d i z a t i o na n ds e r i a l i z a t i o no fp a r t so f m o l d b a s ei sh i g h i ti sn e c e s s a r yt h a tb o t hs c i e n t i f i c i t ya n ds e r i a l i z a t i o no fd i m e n s i o n a l p a r a m e t e r ss h o u l db es a t i s f i e d 1 1 1 es a m d w i c h f i l e w h i c hi n d e p e n d e n to f p h y s i c a ls t r u c t u r eo f c a d c e u s i sa d o p t e dt os t o r ed e s i g nd i m e n s i o n s f o rr u n n e rs e c t i o n sh a v et h ec h a r a c t e r so ff e wt y p e s s i m p l ec o n f i g u r a t i o n r e g u l a r s t r u c t u r e t h ep a r a m e t r i cp r o g r a m m i n gi sa d o p t e dt oc r e a t e st h e ma n dr u n n e re n t i t yi sc r e a t e d b yb o o l e a no p e r a t i o n i no r d e rt od e c i d ed i m e n s i o n so fm o l d b a s e t h ed a t a b a s eo fp a r a m e t r i c r l l n n e rl a y o u ti sc o n s t r u c t e df o rm u l t i c a v i t i e s u n d e rt h es p e c i f i cc o n d i t i o n so fm o u l d s i z e a n di n j e c t i o n o b j e c t i v ef u n c t i o n sa n dc o n s t r a i n te q u a t i o n sa r ee s t a b l i s h e da c c o r d i n gt o s e l e c t e dp a r a m e t r i c l a y o u ta n di t sc h a r a c t e r i s t i c t h r o u g ht h eo p t i m i z i n gp r o c e s s t h e d i m e n s i o no fl a y o u ts t r u c t u r ec a nb eo b t a i n e d s ot h eo p t i m i z a t i o nr e s u l t so fp l a t ea r e d e t e r m i n e d k e yw o r d s i n j e c t i o nm o u l d c a d m o l d b a s ed e s i g n i n t e l l i g e n td e s i g n m o d u l a r i z a t i o n d e s i g nk n o w l e d g es h e e t 独创性说明 作者郑重声明 本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果 也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料 与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意 作者签名 墨 重 丑日期 堡 坚 塑 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解 大连理工大学硕士 博士学位论文版权使用 规定 同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版 允许论文被查阅和借阅 本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索 也可采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文 导师签名 i 鸳堡叁 丛 j 年 月 日 大连理工大学硕士研究生学位论文 1 绪论 1 1 课题研究的意义 模架为所有模具零部件提供了装配基础 承载模具的各个功能系统 模架设计是整 个模具设计的重要组成部分 通常的模具生产分三个阶段 成型零件设计 模架设计并 从其它企业订制模架 模具制造 现在更有人提出一种新的生产流程 模架设计 然后 是模架定制和成型零件设计并行 最后是一些零件的加工 1 由此可见 模架的设计在 模具生产中占有一定比重 现代模具的要求就是要高质量 短周期 如果能将模架设计 时间缩短 必将有利于缩短整个模具开发周期 c a d 技术是现代模具技术的重要基础之一 是模具生产走向全盘自动化的重要措 施之一 伴随计算机技术的发展 现代模具c a d 技术也有长足的发展 特别是参数化 造型技术 人工智能技术的应用 更使c a d 技术发生了质的飞跃 其中 为提高产品 质量 降低成本 增加产品市场竞争力 就必须开展智能化研究工作 它是c a d 技术 的一个重要的发展方向 其目的就是提高计算机辅助的水平 减少用户操作量 是衡量 软件水平的标志之一 j 现在的c a d 系统通过二次开发 利用软件自身的开发工具将专门领域的设计知识 嵌入到软件本身 这确实对设计起到一定的决策辅助意义 但这些知识以专业的程序语 言来描述 通过编译链接在软件内部 这就不利于设计知识的更新和修改 如果需要更 新或对设计知识做出变动 需要进入到开发环境 重新编写程序 重新的编译 链接 调试 修改者需要掌握专业的开发语言 这就造成了针对不同用户知识嵌入的困难 从 而不利于推广智能化 本文针对不同的模架设计知识 采用编程方法和设计知识表 d e s i g nk n o w l e d g e s h e e t 以下简称d k s 结合来对其分别进行存储和处理 在c a d 系统开发环境下 编 程法将一些设计规则 设计意图和设计依据以计算机语言形式存储起来 这些设计知识 具有比较强的通用性 另外还包括一些接口程序等 d k s 是一种新的计算机辅助设计思 想 它将设计知识存储在m i c r o s o f ie x c e l 表上 实现设计知识的存储和处理与开发软件 的相对独立 这样部分知识的利用完全可以脱离开发环境而实现 课题的顺利完成首先将大大改善工程设计人员的设计环境 减轻工作强度 提高设 计效率 其次 采用将部分需要更新知识存储于e x c e l 表中 由这些d k s 来驱动辅助设 计 便于解决软件开发者不了解专门领域的设计知识 而软件的利用者不掌握软件开发 工具带来的不便 必将扩大对已有知识利用的效率和广度 王雷钢 注塑模具模架的智自 化设计技术研究 1 2 模具g a d 的国内外研究现状 模具c a d 技术的发展历程中 参数化 p a r a m e t r i c 技术出现和应用应该是具有重 大意义的 它是8 0 年代末提出的一种产品c a d 设计方法 参数化设计指参数化模型的 尺寸用对应关系表示 而不需要具体的确定数值 它克服了传统的c a d 系统中建立和 修改零件的几何模型的困难 同时克服了零件自身及零件与零件之间的关联设计和联动 修改能力较差的弱点p 参数化设计存储了设计的整个过程 所以能设计出一族而不是 单一的产品 将参数化技术运用于实体造型而得到的参数化实体造型技术 p a r a m e t r i c m o d e l i n g 以及在此基础上发展起来的参数化特征造型技术和尺寸误差分析技术是当 前国际上c a d c a p p c a m 集成的重点研究方向 清华大学林峰 4 基于对图形数据的操作和对几何约束的处理 提出了参数化图形参 数化驱动方法 将图形中的各个单元全部映射到图形库中 利用驱动树分析几何约束的 方法 根据图形的拓扑特点 将图形进行编程 提出把图形看作一个模型 一个参数化 的依据 作为绘图者交流信息的媒介 这种思想对实现模架设计自动化生成是很重要的 是一种关键技术 浙江大学刘衍聪 5 介绍了一个基于特征建模技术和约束的参数化技术 实现了设计 数据与结构图形库 尺寸信息及约束规则库进行双向传递的c a d 系统 当时参数化技 术还不是很成熟 所以文章很侧重于介绍参数化驱动方法 他把标准模架的通用模型实 体 抽象的 不包括具体数值 用一个形式化的表达式来表示 其中包括了单元集合 参数取值域 单元集之间的约束关系 通过继承和从属关系来描述整体与部分 特征结 构与控制参数的关系 从而支持系列化设计 虽是对冷冲压模架设计 但思想对注塑模 架同样适用 大连理工大学的赵晶 6 等在比较了编程方式和交互式绘图地特点 利用c a x a 电子 图板的图形参数化思想和开放的非编程图形建库工具 根据模架零件的特点将其分回转 体和板两大类 建立了自己的注射塑料模具标准模架及常用零部件参数化图库 方便了 模具零件的设计 修改 查询和装配图的自动消隐 他们以c a x a 电子图板开放的非 编程工具建库 但完全脱离编程进行模架库的设计 有其不利方面 增加用户介入的次 数 不能保证系统的安全性 德国r o l l e rde 7 1 提出了一种在计算机辅助设计系统中通过交互式方法生成参数化模 型的新方法 通过利用设计输入过程中几何约束的自动存储和拓扑参数支持技术 通过 对做图顺序的记录 捕捉了作者的设计意图 获得设计的更全面描述 基于系统存储的 主体模型 依照制品的实际尺寸和结构参数 在评价模型形状中使用了变量处理器 此 方法特别适合于产品的概念设计阶段 大大提高了c a d 系统的友好性 大连理工大学硕士研究生学位论文 美国的a l d e f e l db 8 提出了一个基于符号操作和几何推理的几何模型建立参数化的 方法 该方法把用来定义约束系统得一套几何元素和公式作为一个二维模型 模型的变 动处理由一个基于规则的系统实现 系统的规则包括了几何结构约束的全部信息 系统 能够判断一个模型所有描述是否一致并且驱动变量生成 给定每一个模型参数约束的数 值 系统变量迅速产生 参数化造型技术的出现 对减少设计时间 提高设计质量方面 毫无疑问是具有决 定性意义的 但其自身也存在一些不足 参数化的图形设计过程 类似于将设计过程记 录下来而成为专门的程序库 它里面记录的仅仅是形状设计顺序的排列 不体现设计者 的设计意图和设计的依据 仅限于对一些结构相似零部件设计的重复性应用 修改程序 本身内容以实现设计思路的改变很难实现 所以实际是设计中 设计者能利用的只是进 行彻底的创作和改变形状的工具 而事实上这不是计算机辅助设计 至少不是完全意义 上的决策上的辅助 而是计算机辅助制图 c o m p u t e r a i d e d d r a w i n g 大多数c a d 系统一般都没有结合专门的专门的领域知识 不能充分利用本领域的 知识 所以不能为专门的设计提供设计依据和设计意见 在决策辅助方面没有突出 难 以从根本上促进模具开发高质量 短周期 低成本的要求 这就要求软件具有一定的智 能性 在参数化技术之前或是还不成熟阶段 实现智能化c a d 是缺少必要的技术条件 的 现在 由于特征化造型技术的在设计过程中日益渗透 通过形状参数的变更可驱动 图形直接重新生成 这就为用户将以一些关系函数 规则等知识与图形生成连接起来提 供了可能 进一步促进了将设计知识嵌入到c a d 系统 使由知识驱动设计变的可能 1 9 9 7 年第五届国际人工智能联合大会 美国斯坦福大学费根鲍姆教授在一篇题为 人工智能的艺术 知识工程课题及实例研究 的特邀文章中系统地阐述了专家系统的 思想并提出了 知识工程 k n o w l e d g ee n g i n e e r i n g k e 的概念 他指出人工智能的 研究应该从获取智能的基于能力的策略转变成基于知识的系统 k n o w l e d g eb a s e d s y s t e m k b s 研究 由此确定了知识在人工智能中的重要地位 开创了k e 研究的新 时期i9 1 知识作为一种有组织的信息 能够用于求解问题和进行决策 现今人们沉浸于日新 月异的信息中 而缺乏获取知识的系统化途径 可以预见 工业界未来发展的趋势是从 信息高度集成的操作转变成基于知识的工程 计算机应用于注塑模设计设计过程关键是 要解决工程知识的获取 知识的表达 知识逻辑推理 目前很多c a d 系统采用人工干 预的手段 由模具设计人员以交互的方式做出判断和决策 还有少部分c a d 系统采用 局部人工智能 专家系统技术 国内外已对模具的自动化 智能化的进行了并正进行着 深入的研究 国内外对基于知识的人工智能 专家系统e s 和智能数据库的已经有较深 王雷钢 注塑模具模架的智能化设计技术研究 的研究 且模糊知识的表示和模糊逻辑研究已取得了很大的成果 现在已经开发出商品 化的k b e 系统以及大量智能化数据库已经应用到商业决策支持 清华大学的何新贵 lo 把八 九十年代以来互相独立发展的各项知识处理的有关理论 与技术 系统地加以总结 重点研究了知识表示 知识获取 知识的运用和处理等核心 问题 这应该是对抽象知识以计算机语言来表示 从而能为计算机处理的方法的总括 他在知识处理和专家系统方面提出用一种统一的观点出发 在知识表示的方面提出了一 种统一的知识表示模式 定义知识原子 知识因子 知识项 知识表达式等系列概念 在这种观点下知识是被看作一种类似于程序设计语言中的表达式结构 是一种比语义网 络更一般的知识网结构 上海交通大学的娄臻亮 刘来英 阮雪榆口1 等人提出了集成的 基于知识的模架设 计系统 在此系统中采用了基于框架规则知识表示结构 基于案例的推理和神经网络技 术 主要是以框架一规则结构为主结构 具体的框架表示工程设计领域子目标 并集成 了解决该子目标的知识 各个框架通过解决目标的因果关系和上下级关系 共同构成领 域知识框 将专家系统建立在应用子领域的设计系统上 然后再综合成一个统一的系统 其中各个子领域的知识基本上互不干涉 而且结构完全不同 多种技术的综合利用 简 化了模架设计专家系统知识表示的繁杂 增加了专家系统灵活度 便于知识推理 知识 管理 这就大大提高了产品设计的效率 上海交通大学的石晓祥 1 2 将k b e 技术应用到汽车覆盖件工艺设计中 并由此建立 了汽车覆盖件的知识模型 针对不同情况 在不同阶段用不同的知识表达形式 针对覆 盖件的产品形状特点将其各个部分的分类 将其以显式和隐式来组织表达 并以 e x p r e e s 语言和集成于u g 的i n t e n t 语言来建立知识模型 首次提出了基于模型推理 m b r 来推理工艺的可行性和工艺设计方案策略 利用u g o p e n 和i n t e n t 语言开 发出覆盖件设计的智能系统i a p 2 s 实现了由领域知识驱动设计的开发目标 湖南大学的马闯 1 对冲压模具的初始设计进行了基于设计知识处理系统的研究 根 据面对对象知识表示方法的模块化程度高 类的继承性等优点 提出了用类的结构对知 识进行分类 将知识和推理封装在一个类中 研究比较了面向对象知识表达的知识库与 一般数据库技术的各自特点 将设计工程知识用数表型 公式型 规则型表示成子数据 库 实现设计知识的逻辑存储 通过设计面向对象的检索定位和采用面向过程广度优先 的正向搜索策略来实现推理 香港工艺大学的k w o n gck 将基于事例推理专家系统应用于注射参数的确定中 建立了基于事例推理的系统c b r s 通过此系统可以便利的获得合理的注射参数 同时 也提出解决专家系统知识启发的固有难题的一种方法 他给出了基于事例推理专家系统 大连理工大学硕士研究生学位论文 的基本结构 指出了基于事例推理要解决的四类问题即 事例库 检索 索引法则和事 例调整 并给出自己的解决方案 以线性表列形式和事例的层次性结合来组织事例库 将事例拆分成小的独立块 他们与他们所属的事例分开 单独的被检索 独立块与事例 之间通过d 码联系 针对知识的组织结构特点 以相似分析为基础 通过数学估计函 数来求出事例库中成功事例与待求问题的匹配度进而完成案例检索 湖北大学的秦丽 1 卅对基于规则的知识表示方法和推理作了 定研究 与传统数据库 相比多了包含了规则和过程性知识 同时引入同类规则和规则合并概念 对传统的产生 式提出改进 增强了检索的快速性 准确性 通过定义了规则一条件 规则一结论 规 则表 变量一数值表四类表来实现具体的关系模型 这将已经很成熟的传统关系型数据 库技术用于构建基于规则的知识表示和处理的知识库 应该说是一种很好的尝试 合肥工业大学的何洲平 16 提出一套注射模具的总体设计专家系统 根据模架知识的 特点 探讨专家系统知识的表示和使用问题 提出了用框架表示模具设计中的静态知识 用生产式表示经验性知识 采用关系型数据库管理这些知识 从而实现推理设计 针对 部分模架知识的模糊特性 介绍了模糊知识的表示和模糊推理方法的理论 提出了自己 的实现算法i m d e s 但他更多的只是基于理论的研究 而没通过验证来确认算法的可 靠性 上海交通大学的朱莉萍 17 在硕士论文中将c b r 技术用于注射模c a d 中 提出了塑 料注射模具设计系统中局部智能化的这一思想 利用软件工程学中模块化设计方法和思 想建立专家系统 同时也研究了用来实现系统的事例描述 组织 检索 管理等的关键 技术 给出了实例检索的项目内容 基于p r o e 的二次开发工具p r o t o o k i t 进行二次开 发 应用c b r 技术在注塑模设计c a d 系统中实现局部智能化推理 开发出注塑料注射 模具设计系统 浙江大学的沈建新 埔j 基于u g 利用人工智能的方法二次开发出一个b a s e c a d 系 统 其把数据库和程序参数化技术结合起来 提出建立独立的模架交换数据库 以隔离 数据源 加快系统的运行 此系统可面向不同层次的用户 具有推理机能 侧重于实现 人机交互 空军航空维修技术学院的孙涛 9 在以p r o e 为平台上 开发出从注塑模标准模架类 型选择 模板尺寸计算 到模具总装及二维工程图的生成与绘制的系统 为建立装配关 系模型 此系统采用了自上雨下的数据流动方向 将模具的工程图文档进行统一编号和 管理的方法 这种系统面向对模架种类 系列的国标熟悉 并有一定模具设计经验的设 计人员开发的 因而有一定局限性 王雷钢 注塑模具模架的智能化设计技术研究 天津轻工业学院的王华山 2 0 l 在a u t o c a d 平台上开发了m b c a d 系统 开发出在设 计过程中使用的标准模架自动选择模块和相似的非标准模架的设计方法 实现了模架图 的自动生成 对非标准模架主要提出了相似算法 根据相似度 生成非标准数据 存入 到数据库 虽然一些参数的输入还要靠设计人员的生产经验来定 但作者已经初步实现 了由制品型状属性来自动确定模架及零部件的尺寸 澳大利亚的s h e l e s h n e z h a dk 和s i o r e se 2 1 将专家系统用于注射参数的确定中 系 统采用了基于事例和基于规则推理两种技术集成而成 先由第 9 中技术由事例库中的已 知来大体确定待求的工艺参数 然后通过基于规则的子系统来对先前确定参数的进行修 正 将专家系统在注射模参数的确定分三阶段 首先是根据材料 几何形状 流动特点 从事例库中提出所有与之相吻合的事例 然后将根据他们与待解决问题的相似程度分 级 最后是将已有事例中对解决现有问题的有用的部分继承下来 经过处理得到注射参 数 美国的p e n o y e rj a b u r n e r g f a w c e t t dj 2 2 1 等人认为c a d 系统要能够不断的更 新 知识库 k b e 应该被应用到软件产品开发的许多方面 c a d 系统开发者应该考 虑建立开放的体系来集成更大范围的功能领域 以模块为单位建立系统 可对每一个模 块的单独完成 然后集成为一个总的系统 这样系统的扩充性好 集成方便 便以系统 的推广 通过材料的研究 既使这种基于知识的智能化c a d 系统被提出这么久 但在实际 应用中在内容和形式上还是各不相同的 或是知识的存储形式各不相同 或是知识处理 方式不同 以三维的高端造型的商品化软件c a t i a v 5 为例 在知识利用方面 在参数 化造型时 如 孔半径满足在1 0 1 2 m m 之间 这条规则 系统要预先设定一个设计限 制 在造型的时候如果孔的半径值超出设定范围 则发出警告信息且不为系统所接受 而在u g 里面 则可通过利用程序语言u gk n o w l e d g ef u s i o n 来定义工程规则以构建可 利用知识库 可以看出 这些软件的智能化 要么是对知识利用太浅 太窄 要么就是 c a d 用户仍只是利用传统的各种c a d 系统自身的功能如宏语言 参数化 编程等功能 来完成设计知识的存储和积累 后者可以对知识的利用比较深入全面 但他对使用者设 置的门槛较高 因为设计者要以自己的设计知识来指导设计 需要掌握软件开发者提供 的编程语言和接口等等 基于此 本文对部分设计知识采用独立与设计平台的e x c e l 表 来处理设计知识 以实现智能化 采用d k s 来存储设计知识来驱动设计完成并不是一完全的种标新立异 其实在许 多c a d 系统中都部分有这种体现 如p r o e c a t i a 中 都有对e x c e l 表类似的应用 如p m e 中的族表 f a m i l y t a b l e 通过族表来存储有相同或相近结构的零件 整个族 大连理工大学硕士研究生学位论文 表通过电子表格来管理 但这些都是对e x c e l 简单的利用 更多的侧重于对一些简单的 设计数据的存取 没能对e x c e l 的深层功能进行挖掘和利用 e x c e l 作为一种通用的办 公软件 它为大部分用户所熟悉 以其为对象进行知识的存储和利用 必会减轻设计开 发者的负担 1 3 本文的主要工作 本文认为塑料注射模具模架智能化设计的关键就在于模架种类确定 主要尺寸参数 确定 图形的自动生成三个方面 如何根据制品特点来确定类型 针对某种模架 根据 流道的布局如何确定模板的系列 这是基本上要解决的问题 其核心就是要解决各种设 计知识与c a d 平台之间的联系 以及利用参数化技术来实现图形的交互式生成 最终 目的就是开发出一个合理 有效 实用的注塑模模架设计智能化功能模块 它集知识处 理 数据管理 图形自动生成为一体 以指导和辅助模架的图形设计及生成 所以本文 的主要工作为 1 研究模架设计知识 以软件开发语言和d k s 两种方式来进行设计知识的存储 和处理 并构建d k s 应用结构体系 2 总结模板尺寸确定知识 将其分解为各个设计模块 确定原则为每个模块应 作为一个独立的子目标 每个子目标之间成为条件与待解决问题的关系 即将一个目标 的求解结果作为下一个目标求解的条件 3 对流道截面 采用参数化编程技术驱动图形生成 针对流道布局图 建立参 数化图库 并以优化的方法来确定布局图的主参数 王雷钢 注塑模具模架的智能化设计技术研究 2 开发平台介绍 21 开发平台软硬件选择 2 1 1 硬件选型 微机和工作站是图形处理的两大硬件环境 微机环境的软件开发大多在w i n d o w s 操作系统上进行 工作站环境的操作系统一般为u n i x 咀其为工作环境的图形软件开 发大多在x w i n d o w 软件开发平台上进行 由于c a d 系统的计算量大 其对硬件的 要求比较高 最初只有工作站能满足要求 所以早期的c a d 系统主要是基于工作站开 发的 现在由于计算机的发展 微机c p u 的运算速度 内存的容量和显卡性能都有大 幅度提高 整个微机性能已与普通工作站性能相当 由于基于微机的c a d 系统经济性 能好 功能也完全能满足企业要求 其在中小企业应用越来越广泛 基于上述认识 本 课题选择微机为c a d 系统的运行开发环境 微机c p u 主频为3 0 内存为1 g 操作系 统为x p 使用开发中能够动态的进行几何造型 图形显示流畅 总体满足课题研究要 求 2 1 2 软件选型 c a d 系统所需要的三类软件分别是系统软件 支撑软件和用户开发的应用软件 1 系统软件选型 系统软件主要为操作系统 目前操作系统主要分为两个系列 u n i x 和m s w i n d o w s m sw 心 d o w s 的产品又包括w i n 9 5 9 8 m e 和w i n n t 2 0 0 0 x p i 脚 则 包括s o u 凰i s l i n i x 等 由于课题用微机作为系统的运行环境 所以选取m i c r o s o f t 的x p 操作系统 其性能稳定 用户界面友好 该操作系统安全级别较高 对硬件的要 求一般 完全可以满足开发的需要 2 支撑软件选型 目前国内外市场上的c a d 系统支撑软件很多 针对注塑模具形状复杂 数据运算 量大 图形功能要求高的特点 结合在计算机上开发c a d 的经验 需要选用成熟的大 型c a d 系统进行模具的计算机辅助设计和制造的开发和应用工作 本着以下几个原则进行c a d 系统支撑软件选型 考察软件的开发背景 即该软件重点是为何应用而开发的且是否具有良好的发 展势头 软件的功能是否满足要求 是否具有针对需求的专用模块 大连理工大学硕士研究生学位论文 在国内是否有一定的用户拥有量 以便相互交流 用户界面是否友好 是否支持国际界面标准 软件是否提供进行开发的接口 支持用户进行二次开发 21 3 目前几种广泛应用的c a d 系统 1 u n i g r a p h i c s 它是u n i g r a p h i c s s o l u t i o n 公司的核心产品 该公司首次突破传统c a d c a m 模式 为用户提供一个全面的产品建模系统 在u g 中 优越的参数化和变量技术与传统的实 体 线框和表面功能结合在一起 这一结合被实践证明是强有力的 并被大多数的 c a d c a m 软件厂商所采用 u g 最早应用于美国麦道飞机公司 它是从二维绘图 数 控加工 曲面造型等功能发展起来的软件 9 0 年代初 美国通用汽车公司选它作为 c a d c a m c a e 的主导系统 这进一步推动了u g 的发展 1 9 9 7 年1 0 月 u n i g r a p h i c s s o l u t i o n s 公司与i n t e r g r a p h 公司签约 合并了后者的机械c a d 产品 将微机 版的s o l i d e d g e 软件统一到p a r a s o l i d 平台上 由此形成了一个从低端到高端 兼有 u n i x 工作站版和w i n d o w 心汀微机版的较为完善的企业c a d c 州 c a e 伊d m 集成系统 2 p r o e n g i n e e r p r o e n g i n e e r 是美国参数化技术公司 p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n p t c 的 产品 他们提出单一的数据库 参数化 给予特征 全相关的概念改变了机械 c a d c a m c a e 的传统概念 这种全新的概念已经成为当今世界c a d c a m c a e 领域 的新标准 利用该概念开发出的新软件能将设计到生产的全过程集中到一起 让所有的 用户能够进行产品设计的同时又完成制造工作 即实现所谓的并行工程 3 i d e a s 它是美国s d r c 公司开发的c a d c a m 软件 该公司是著名的c a d c a e c a m 公 司 在全球范围享有盛誉 该软件是高度集成化的c a d c a e c a m 软件系统 它帮助 工程师以极高的效率 在单一的数字模型中完成从产品设计 仿真分析 测试直至数控 加工的产品研发全过程 日本u n i s y s 公司推出了最新的c a d c a e c a m 软件c a d c e u s 6 4 此软件在造 型和制造方面功能也是十分强大 且也集中上述各种软件部分优点 重要的是软件和 m i c r o s o f te x c e l 有很强的通信能力 同时u n i s y s 公司在d k s 方面也迸行了一定的研 究 所以决定用此软件作为开发平台 在其开发环境下进行课题的研究 2 1 4c a d c e u s 介绍 c a d c e u s c o m p u t e ra i d e dd e s i g n m a n u f a c t u r ea n de r g i n e e r i n gf o rc o n c u r r e n t 壬雷钢 注塑模具模架的智能化设计技术研究 e n g i n e e r i n g b y u n i s y ss y s t e m 是日本u n i s y s 株式会社于1 9 9 1 年推出的主要面向汽车 机械 电子和电器行业的新一代c a d c a m c a e 集成软件 特别是在汽车的车体设计 和构成部位设计中 支持从概念设计到生产准备的产品开发的全部过程 该软件己广泛 的应用在机械 模具 汽车等领域 日本的丰田汽车公司就采用c a d c e u s 作为本公司 c a d c a m 系统 t o g o 的平台 其主要有以下主要特征 1 2 d 3 d 混合建模功能 线 面 体可混合建模 运算 参数化和非参数化可 以共存 在参数化环境下 它以设计特征和约束进行建模 高层次的参数化 变量化设 计技术 采用先进的技和约束驱动 在设计过程中可以处理欠约束 过约束问题 2 协同设计支援功能 真正的统一的集成化数据库 结构合理 在数据库管理 上 对共享工作空间 个人工作空间进行管理 两空间之间的数据传送 更新权的控制 设计者之间相关参数化关系的自动一致性管理 3 与其他c a d 系统的数据交换 一是标准的数据交换 i g e s s t e p a p 2 0 3 a p 2 1 4 直接的数据交换 c a t i a p r o e u g i d e a s 等等 4 特殊领域的专用软件包 针对工程中的不同应用领域 开发针对性强的模块 如m o l d d e s i g n p r e s s d e s i g n d i e f a c e f m c a m 等等 本文主要是在软件的m o l d d e s i g n 模块下进行比较专门和深入的研究 m o l d d e s i g n 现在已经具有以下的功能 1 分型面制作的辅助功能 它能将非连接的面视为一个复合面对实体进行分割 自动识别凸凹模 2 电极制作的辅助功能 它本身具有电极管理表 或是用户可以根据自己的需 要来完成新材料的录入 设定 3 模架图形的生成功能 它自身带有一个模架库 用户选择模架的类型 输入 相应的模架参数 则调出模架的平面图 各种模架处于抑制状态 如果激活 则可以生 成模架的实体图 4 冷却水管 顶针等部件生成 在合适位置放置水管或顶针的符号 完成位置 的合理配置 然后即能实现这些部件的实体化 5 螺钉之类的部件标准库 通过连接数据库 不但可以生成这些标准件的实体 而且可以完成对这些部件一些特殊属性的设置 如材料属性 加工属性等 6 对单元部件的操作 如对斜滑块 斜顶针等部件 可以对整个部件进行移动 旋转 复制 而不是把他们仅仅作为一个图形元素来处理 7 干涉检测的功能 大连理工大学硕士研究生学位论文 2 2s c r l p t 开发语言介绍 s c r i p t 语言是c a d c e u s 系统的专用开发语言 语言风格类似于c 语言和b a s i c 语言 从字面意义上来说 s c r i p t 就是 描述性的脚本语言 s c p r 语言程序由 s c r i p tm a n a g e r 逐行解释执行阱 1 2 4 1 其主要功能如图2 1 所示 r 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一一 一一一一一一 一一一一 一一一一一 一 1 i 调用原始命令 外出功能 l 丁i彳t 丈 七岁 系统标准命令用户自定义命令 图2 is c r i p t 语言主要功能 f i g 2 1t h em a i nf u n c t i o no fs c r i p tl a n g u a g e 在c a d c e u s 开发环境下加载s c r i p t 语言编译生成模块的步骤如下图2 2 所示 2 扪 其整个流程如下 1 编写s c r i p t 源文件 可以在e d i t o r 编辑器或是记事本来写s c r i p t 程序 应 保证两点 符合s c r i p t 语法规则 文件保存的后缀名为s c 2 编译源文件生成 o b j 文件 在c a d c e u sd o s p r o m p t 下通过编译指令将源文 件编译成目标文件 并放在指定的路径下 其一般的格式为 s c o m p i 目标文件的输出 路径文件名称 此次开发中 通过编写一个批处理文件c o m p 这样就可以直接通过c o m p 文件名而不需要每次编译都重复的指定路径 3 链接源文件 同样在上述环境下将上一步生成的目标文件连接 连接后生 成 1 d m 文件 链接命令的基本格式为 s l i n k o 目标文件输出路径目标文件名称 同样 也采用用了编写批处理文件l i n k 来减少链接的繁琐 目标文件可以放在c a d c e u s 实现 自身功能的所有 l d m 文件夹下 或是指定一个用户指定的路径下 这样需要修改 图圜 王雷钢 注塑模具模架的智能化设计技术研究 c a d c e u s 的启动文件n p s t a r t u p s t 在这个文件里面设置用户指定的路径这一常量 并 在启动顺序中将其加入启动序列组中 编辑s c r i p t 源文件 s c 上 编译源文件 上 生成目标文件 s o 上 目标文件链接 上 生成链撸文件 1 血 上 登陆文件到c a i c e i j s 上 c a d c e u s 中运行 图2 2s c i l i p t 模块加载步骤 f i g 2 2p r o c e s so f s c r i p tm o d u l el o a d e d 4 模块的执行有两种方式 其一是在c a d c e u s 主界面的命令行键入 模块 名 回车 另一种是通过编写工具栏 用户可以比较直接的进行操作 这需要做以下四 部分工作 命令组文件的定义 将所有的经过编译的s c r i p t 主程序名输入到 c s 文件之中 然后在开发环境下将其进行编译 菜单文件的定义 这个文件主要是完成用户定义的菜单文件风格布局 以及各 个后台程序之间的关系 语言文件的定义 这个文件主要是用来定义显示菜单的字符串a 上述各种文件的注册 这主要依赖于c a d c e u s 提供的命令注册器n t v c s t 来 完成上述文件在软件中的登记注册 大连理工大学硕5 r i t 究生学位论文 3 模架智能化设计技术的研究 3 1 模架结构概述 模架是注射模具设计与制造的基础部件 它是由模板 导柱 导套和复位杆等零件