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精品文档一个以互联网为基础的注塑模具智能设计系统 摘要 互联网与信息技术的飞速发展为支持和推动地理分布不同的企业之间协同开发产品提供了一个解决办法。一种有效地和切实可行的工具可以通过开发一个基于互联网的注塑模具智能开发系统来推动和促进住宿模具的发展。本文提出的一种基于互联网的智能设计系统原型为注塑模具。系统的建筑由一个嵌入在一个网络环境里的互动KB模具设计系统组成。通过Java-enabled和人工自能技术的应用，发展成这样的一个网络互动的CAD系统。在这个系统中，用于生成模具特征的模块计算、知识库模块和图形模块综合在一个互动的CAD-based框架中。该系统的的知识库通常是模具师通过交互的程序，使其自身的才智与经验与模具设计相结合。在整个设计过程中，采用了2种速度，这样有助于设计的标准化，增强模具制造的速度。一个现实的案例研究验证了以互联网为基础的模具设计系统的运作。关键词:网络,以知识为基础的专家系统;注塑模具设计;协作目录1.介绍2.注塑模具设计3.相关研究4.网路建筑 4.1.概述 4.2.系统结构5.基于知识的模具设计系统 5.1.编码系统 5.1.1.部分描述5.1.1.1.部分类5.1.1.2.部分外部形态5.1.1.3.削弱特征5.1.1.4.材料类型 5.1.2.第二部分：模具部分与整体的关系 5.1.3.第三部分：模具描述 5.1.3.1.型腔的数量 5.1.3.2.外部削弱释放机制 5.1.3.3.机构内部削弱释放 5.1.3.4.流道系统 5.1.3.5.浇注系统 5.1.3.6.冷却系统 5.1.3.7.顶出机构 5.2.知识库6.系统实施7.设计实例8.总结9.鸣谢1介绍塑料，在当今这个最多才多艺的时代，在世界各地被广泛应用于制作各种产品，跟塑胶零件相比较，其具有良好的尺寸精度，生产周期短，在当今的塑胶行业，注塑已经成为塑料零件制作过程中最重要的工艺。然而，由于市场的全球化，短生命周期产品的开发，产品多样化的增加，高要求质量产品的出现，当前塑料行业正承受着巨大的压力。为了满足这种需求，采用各种先进的技术，包括信息与网络技术、CAD/CAE/CAM集成技术、并行工程，人工智能等技术来有效地推动注塑行业的发展就显得尤为重要的。在注塑模具的设计过程中，产品的质量和高效的加工是至关重要的。在大多数情况下，优质的模具制作更整个过程息息相关。注塑模具的设计涉及到广泛的知识、经验和对模具的各种结构和功能的熟悉。如今，模具设计面临的压力其实在于其本身，设计中最主要依靠的是模具设计师的经验与技术。模具设计师应当具备深入和广泛的经验，因为详细地决定，需要知识的各种参数之间的相互作用。不幸的是，目前这样经验丰富的的设计师不可能满足不断增长的需求。因此，在模具设计过程中，通过智能CAD工具协助完成各项任务，从而提高生产效率，这是十分重要的。全球制造业市场的快速增长在很大程度上市依靠网络，信息技术和全球销售。如今，人们常常可以看看，一个产品的设计、制造和组装的部门可以分别坐落在世界不同的地方。在产品开发过程中，各位负责人需要分享他们的知识和经验。当前互联网和信息技术的进步可以解决这个问题，支持和促进了不同地域分布的企业之间的产品合作问题。开发一个以互联网为基础的智能模具设计系统，它作为协同产品开发系统的一个模块，能够提供一种有效的和切实可行的工具来促进中小企业之间注塑模具设计的合作发展，进而满足当今全球市场对于模具设计的苛刻要求。本文提出了一种基于因特网的智能模具设计系统，它是把网络技术和知识作为基础的方法。该系统可以有效的缩短注塑模具的设计周期，能够有效的帮助中小企业在模具设计与开发过程中，更好的满足当今竞争激烈的国际市场日益增长的压力。接下来，文章的基本内容如下。第二节简单介绍了注塑模具的设计。第三节介绍了早期的研究工作中的模具设计以及相关领域，以互联网为基础的模具结构设计模型已经横空出世了。第四节主要描述了以知识为基础的部分模具设计系统方案。第六节论述了该系统的发展。第七节运用了一种实用的设计案例进行了论证。第八节中进行了全文的总结。2.注塑模具设计 注塑模具基本是有型腔数目与布局，喂料系统，冷却系统，压射系统和模具结构等几大部分组成。图一中指出了模具设计的一半程序1,可以看出如何使这些相互关联的边界条件和次要条件满足主要的功能。一个模具项目的设计通常由经济考量开始做起，即一模可以做多少个零件，进而来满足交货期限等要求。之后就是考虑模具型腔在模具框架上的定位，以及直接顶出机构，安装以及工位之间的关系，流道和配件的质量（数量、位置和形状）。喂料系统是由模具成型机的喷嘴将熔化的塑料材料送至模具框架的每个主腔内，为了去除热能，需要为模具提供冷却系统。在模具冷却和固化以后，它必须由顶出机构从模具的弹射系统上分离开来。模具通常是一个又若干个金属板构造叠加而形成的一个刚体，对于正常运转的模具，它需要把模具的各个零部件放在准确的位置。对于一些复杂的塑料零件，以及一些其他的机构，比如幻灯片、旋盖设备等等，也可能模具的结构设计中被应用。3.相关研究在过去的几年里，在模具设计以及相关领域里进行了大量的研究活动，计算机辅助技术因而也得到广泛的应用。他们把模具设计作为一个完整的体系，从特定范围内进行调查。他们大致可以分为3个方面：原始和功能模具设计；自动化模具算法；模具设计系统的开发。慧和谭2在自动化横扫模具设计系统的基础上提出了一个启发式的搜索方法来确定模具部分零件的方案，如粉末先，侧向抽芯等。黄孙俪3使用固体造型技术来制造模具板和图书馆里的标准模具零部件。陈和刘4已经开发出了一种成本模型，主要描述成本要素以及产品开发活动之间的关系，它是一种考虑到产品几何设计以及成本效益的注射成型。她提出了一种高效的方法，系统地提出了削弱方法论特征定义、分类、特征参数等，并确定了所有类型条件的特征识别功能来缓和注射模具设计系统的削弱特征。李7李提出了一种基于神经网络的建模和优化方法的注射模具参数。李8使用了一种基于特征的方法来设计注塑模具的冷却系统。勇和李9希望同提出了设计环境的基本框架，为多学科的设计师以及地理分布的注射成型提供了以个可以相互关联的机会。马孙俪10采用一种面向对象的方法，开发出了一种标准构件库来描述注射模具的设计。楼和李在三维实体模型替代二维图纸中使用标准化方法，提出了一种初步设计的方法论。Ashaab孙俐12描述了一个支持塑料工程开发系统,便于通过互联来分享信息和知识，探讨注射模协同设计过程中的各种利害关系。李孙俐13使用基于图论技术开发的一种启发式搜索算法来设计塑料注射模自动布局地冷却系统。在近几年，研究者们开始采用以知识为基础的方法来解决注塑模具设计问题mouldability15EIMPPLAN-1考虑纳入零部件设计并成为注射模具概念设计发展的部分。为注塑模的设计而研制出来的CADFEED16,它局限于具体的设计领域或是设计中简单的部分，并且是不成熟的，不能满足一般实用的模具设计。专家Bozdana和Eyercioglu17开发出了注射成型参数的测定热塑性材料系统。成龙孙俐。18提出了一个计算机辅助设计(CAD)的基本结构知识辅助注塑模具设计系统,它同时涵盖了模具设计过程以及模具知识管理。从上面的评论中可以看出，大多数之前的研究工作知识考虑到某方面的总体设计，他们之中的一些太过理论。被应用到实际模具结构设计的使用知识结构的苟能应当是人类知识和宝贵经验的结晶。紫玉盘系统已经显示出强大的生命力，它以工程经验法则来协助设计师相互交流CAD系统的概念设计以及农具最终的工程设计。此外，有较少的一部分工作是以互联网为基础的智能模具设计系统的研究。4.建筑以互联网为基础的模具设计系统4.1.概述 目前，大多数CAD系统只提供了几何造型功能，这样有助于模具设计的开始与操作，但是没有为设计者提供必要的知识，也没有帮助模具设计者养成狼嚎的设计习惯。传统的计算机辅助工程软件包通常擅长数据处理和新型数字的操作问题。前者包含计算机辅助绘制图形，数据计算和转换；而后者设计数值（或数学）建模与分析。然而，在设计中存在的一些问题，特别是在涉及到moulddesign实践知识构件的功能与结构的有关知识以及除开formulation-intensive新型知识的人类启发式经验类型知识的需要。因此，传冲的计算机辅助设计技术比较是用于解决加工启发式和实证类型等至关重要的模具设计方面的问题。一般来说，紫玉盘系统对于模具设计的最大好处在于运用计算机辅助设计具有更加清晰的表示方法和完整的操作知识体系，它代表着人类的知识。一个机遇互联网的模具设计系统是以因特网技术和知识为基础的，它能够提供一种有效的、可行的工具来援助中小企业的注塑模具的发表，确保他们能够满足竞争激烈的全球市场的苛刻要求。此外，也需要始终如一的检查和更新信息以此来保证数据的准确性，最新的模具制造商和标准元件供应商也需要不断的改进和升级他们的设备和工艺。通过充分得利用快速进化的计算机网络和信心技术，一个级机遇互联网的模具智能设计系统就能够有能力进行不断的升级，大量信息的更新能够使注塑模具的设计始终保持在一个快速便捷的状态。4.2.系统架构全尺寸的图像 在这一阶段基于实际模具设计程序上的问题，是智能模具设计系统的网络结构的设计。如图2，它是一个以知识为基础嵌入在一个以互联网为基础的网络环境里的模具设计系统。本方法涉及了模具设计的各方面的问题。例如进料系统，功能设计系统，冷却系统等等，进而找到各式各样的问题的解决方案。所有的设计活动都组织在七个功能模块里面，即型腔布局设计、进料系统设计，冷却系统设计，顶出机构设计，模具设计，模具制造，建筑基地的选择和标准元件的选择。这些模块所产生的设计功能包括型腔设计、布局、进料、压射水冷系统设备、模具制造、模具制造基地的选择标准和辅助部件（包括注册的环，分流道，导柱，冲压件，紧固件等等）。图2。以互联网为基础的moulddesign建筑的系统5.基于知识的模具设计系统 以知识和互联网为基础的模具设计系统在图三中，通过使用一个编码系统中推理的机制，知识库进行独立的互动操作。这就要求设计师考虑选择一定数量的建议来解决特定的功能设计。实际解决方案的选择以及最终模具的完成都在于设计师得选择，因此，他们自己的智慧与经验可以与模具的总体设计相结合。详细地操作系统描述如下：首先，一个偏远服务器的客户端可能会吸引客户对于塑料制品的需求，同时客户需要零件图纸数据库以及其他要求。然后询价程序（块5）选择问题，通过零件的几何形状、尺寸、材料等给出了答案，并对模具型腔的数量以及其他各种规格进行校正。设计师回答完一切问题后，系统就会创造一个编码的部分来描述模具。代码的使用是双重的。首先，他是用来参考现有模具的数据库，然后去寻找部分代码相同或相近的部分（模块6）。如果搜索发现适当的部分和各自的模具，那么他们将会被去除，然后评述它们是否满足要求。它通常需要修改现有模具的某些部分，进而调整模具来达到要求，使用计算机辅助设计来完成这项工作通常来说是相当快捷的。第二个和主要代码访问的知识库系统。在第二阶段的设计中，先进行分析，然后进行功能设计，使相关的各种功能设计方法被选择。方法文件是知识数据库的一部分，它包含了一连窜的方法来实现注塑模具的多种功能设计。因为这些方法中只有一些适用于特定结构，因此设计师其本身有必要选择过滤掉的可能列表。这个任务是现在法相结合的筛选程序，它建议采用模块部分代码清单的方法。一但方法已被选择，就会提示其他的方法代码。它常常依据模具的特点有许多种不同的方案以及代码（硬件安排）。然后就是所选择的方法，设计师依据知识库的三种模具的特点以及姿态来选择方法，通过模具的特征来筛选程序。这个逻辑的方案通过减少选择的种类，从而加速了设计的过程。一些特殊模具特点的选用中，其选定的代码与其对应的模具特征会自动生成。之后设计师输入信息，访问其其个体尺寸、位置和方位的知识数据库。在知识库里的模具特点，详细地维度以及几何图形，所有的模具特点都储存在里面。一旦图形信息被选择，那么模具的几何特征就会确定下来。然后模具设计师采用如上所述的类似程序进去另一个功能设计。当所有的功能设计已经完成，那么一副完整的绘图将产生。最后，如果有必要的话，设计师所需要做的所有事情就是审查和修改模具图纸。5.1。 编码系统代码表示所有的必要信息，包括塑料的形状，削弱特点、材料和其他规格。编码系统的特点是在注射设计中考虑模具模压成型的零件。注塑模具的设计取决于产品精确的形状和特征。这几乎不可能为所有外形的塑料制件赋予一个独特的定义。然而，在现实生活中，有很大比例的常见塑料制品可以二阶近似的划分为矩形和圆形的。例如，大多数的塑料箱，外壳基本上都是矩形的，绝大多数旋钮、水桶和被子基本都是圆形的。机械零件中的这种很流行的分类系统，也被称之为在发展中的部分编码系统。这个草案一共分为三部分，共十二位数。第一部分描述了塑料零件包含第4位数。第二部分描述的模具部分之间的关系包括五位数。第三部分描述了模具含有七位数。5.1.1.第一部分：部分的描述这个部分包含4位数，他们分别代表了外型,阶级,部分削弱特点和材料类。5.1.1.1.部分类第一个数字区部分可以看作是一种循环的作用,或只是非圆的部分。有七个数字位置如下所示：(1)H / D0.5循环部分。(2)循环部分 H / D 0.5 3。(3)H / D3循环部分。(4)变分循环的一部分。(5)H / De0.5非圆部分。(6)非圆部分0.5 H /De与150 ;H100圆形流道形状圆; 50 D150；H50非圆; 50 150;H 100非圆; W 150；H 100深腔圆H 50;50D150非圆; L3W; 2550模心圆；2550非圆；模心挡板孔圆；1030非圆；L3W; 1030挡板孔非圆；L3W; W50; H50非圆；L3W; 2550台阶孔非圆；L3W; 2550U-circuit部分非圆；L3W; W50; H50专家杰斯的字面杰克系统被选中为发展以互联网为基础的模具设计系统的知识库。杰斯用JAVA语言编写了一套生产系统。它可以很轻松的调动，也可以很容易地被JAVA程序调度。知识库的计划是由注塑模设计的5个基本功能系统构成的模块结构所构成，即型腔布局、进料系统、模具生产、冷却系统、注射系统。知识库的容量可以通过不断地改良，进一步扩大数据库系统。使用该系统的编辑工具，这就相当于在知识库里很简单地添加或删除某些东西。此外，分配和组合的不确定因素也可以添加进去，而且可以很自由的添加或删除用户的查询。6系统实施一个基于J2EE的系统原型已经得到实施。该系统结合了一个商业CAD系统、商务solidworks 、Microsoft Access数据库(2000)。如前面2.2节所述，专家杰斯4.4的字面解壳系统被用来开发知识库系统。这个方案是用JSP/Servlets和Solidworks API(应用编程接口)编写的。SolidWorks的API(应用编程接口)是一个OLE SolidWorks编程接口。API具有数以百计的功能，它可被称为从Visual Basic,VBA,C,c+,或SolidWorks宏观的文件。这些函数为访问的程序员提供许多直接的功能，比如建立solidworksL连线，验证表面25和26的系统参数等等。在生成动态网页与动态服务器页面，个人网页，公共网关接口等方面，JAVA服务器页面（JSP）是一种较好的解决办法。JSP连同Servlets提供了一个更加诱惑的动态网页脚本类型，它提供了平台的独立性、增强的性能、分离的现实、易于管理、易于使用等诸多特性。如今，在商业市场有许多的数据库管理系统，如如神谕,Sybase,MySQL,英孚美。采用Microsoft Access 2000年的理由,是由于它的易用性能。7.设计实例为了对以互联网为基础的智能模具设计系统有一个详细地了解，最好是经过一个真正的设计研究。从经验上来说，这些实际的设计计划，一般需要约100-200步的鼠标点击和键盘输入来完成一个特定的塑料零件的整设计，这取决于零件的复杂程度。设计的例子是一个小白鼠三维CAD模型，在图六中显示了。它的原材料是丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)。部分的尺寸(长度)是96毫米宽)68毫米(27毫米(高),和壁厚是2毫米。根据客户需求,四腔的模具,是必需的,并且是在一个Kawaguchi操作K180-I注塑机上完成。由于要列出所有相关的操作步骤来执行这样的操作会显得太长，在这里就概括性的介绍一下这个设计实例的主要步骤。1.首先，一个远程用户在服务器的客户端提交CAD文件，他有可能被吸引，进而产生对零件图示数据的需求。2.解决客户关于模具规格的所有问题之后，标准模具基地自动从基础数据库里选取模具以及它的尺寸进行确认。3.设计菜单主要包括如下八个基本部分，文件、编辑、视图、建模、预计算、应用（型腔布局设计、浇注设计、冷却设计、顶出机构设计、模具建设）、合作、支持和帮助。在这一阶段一般是设计师通过模具来选择腔布局设计的过程。知识库系统提出了一个对称的型腔布局。然后是通过该系统的计算机辅助设计来设计核心腔周围的布局设施。接下来，设计师需要选择浇注系统的功能。在这时候，知识库系统将会为此挑选出合适的浇注系统。然后设计师需要从这个列表中厦门站一个合适的，这种情况下，一般选择侧浇口。程序的计算会自动定好流道和浇口的尺寸。型腔的布局、型芯的插入和浇注系统都在图中呈现了。全尺寸的图像 全尺寸的图像4.其次，设计师从模具制造菜单中选择模具结构。知识数据库会识别部分代码所对应的模具类型，即一个two-plate模具。 屏幕上就会显示整个模具结构,如图。5.然后设计师选择冷却系统。知识库会像设计师推荐可用的型芯和腔的冷却系统，冷却系统会显示在屏幕的图像中。 全尺寸图像6.接下来设计师选择脱模机构，知识库会向设计师推荐可用的顶杆，进入顶杆的信息库后，就会出现机构的大小、位置和顶出方向等等信息，都会呈现在图像中。如果有必要的话，剩余的工作就是检查和修改模具的图纸了，比如修改尺寸，剖面线等等都可以在这一步进行。但是这些如果使用计算机辅助设计来完成，那将显得更为方便快捷。 全尺寸图像 全尺寸图像8.总结文中以实例阐述了以因特网为基础的智能设计系统在模具设计方面的应用。构建的模具设计系统是由一个嵌入在网络环境里的知识库组成，使得通过人工智能技术来发展网络互动的CAD系统的方案得以实现。模具的设计通常包含许多相关的复杂问题，然后又缺乏一个完整的构造方案。目前的方法是将一个完整的设计分解成若干个部分，如浇注系统，冷却系统，脱模机构等等，然后通过这个数据库来解决各式各样的难题。通过这个编码系统的推理机制，知识库成为一种独立的交互项目，这就要求考虑到设计师在特定的功能设计中提出的一些建议。实际解决方案的选择以及模具的最终发展是由设计师来决定的，因此他们的智慧和经验也可以与模具的设计相结合。在目前实施的方案中，程序都是写在模块中，以此来促进知识库的进一步发展和扩大。在整个设计过程中，这种方法采用了2种步伐，有助于设计的标准化，提高了模具的制造速度。该系统可以将他们合并成一个模块，共同为产品的开发提供一种有效的、可行的办法，进而帮助中小企业注塑模具的设计与开发，从而满足竞争日益激烈的市场需求。9.鸣谢本文所描述的工作,得到了中国香港特别行政区的研究资助(没有项目。1123/03E)。参考文献1 Jonas R, et al. 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