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1计算机辅助设计与制造国际性刊物第2卷第6975页（2002）智能注射模具模腔布局设计WEIGANGHUANDSYEDMASOOD工业研究学会（IRIS,斯运伯恩大学，山楂县，墨尔本市，澳大利亚摘要本文介绍智能注射模具模腔布局设计系统的发展。本系统是用来帮助模具设计师在内共振腔电路图设计的方案设计的阶段的作为辅助。模腔布局设计的复杂性和原则性和多种注塑模具的设计将被介绍。内共振腔电路图设计的知识的概述和分类。该系统的功能，整体结构和一般工艺性将被解释。本篇文章的论述发行只是当作知识的表述，是建立在这种系统的发展之上的。本体系的功能是以一个模腔布局的设计例子来说明的。关键词智能设计，模腔布局设计，注塑模具的设计，建立的理由，设计辅助系统1介绍在制造中，注塑模塑法在生产高生产率和很小或没有光洁度要求的塑料零件时应用最广泛的的生产过程之一。这工艺是由注满熔融塑料的热容器注入一封闭的模具模腔，然后冷却凝固和从模具中推出产品组成。每一个新的塑料制品，注射成型机需要一个新的注射模。注射塑模的设计和制造是一次性耗费和昂贵的工艺和对传统的熟练工具和模具制造要求非常高。一个注射塑模是由几个元件组成，包括模具基座，模腔，导柱导套，流道，操作者，控制器，冷却管道，支撑板，阀门和工件自动卸料机构。模具的设计也受个别因素的影响，例如部分结构，模具材料，分型面和每副模具的模腔的个数。随着计算机技术和人工智能的发展，正努力使一副注射塑模的设计和制造的成本降低，研制周期减少。注射塑模设计已经成为主要的研究方向，因为它是一个复杂的过程包括多样模具元件的多个分别设计，每一步都需要专门的知识和经验。模具的设计在生产力中起着作用，模具的维修费，模具的可制造性，和高档的模型制品。大部分从事模具设计的已经指向专家系统的应用，知识系统和人工智能替代在传统的设计过程中巨大的对人的经验的要求。KRUTH和WILLEMS认为这一智能的辅助2系统是为了集成工业上的计算机辅助设计和制造的关系数据库和专家系统。LEEETAL建议这一体系的操作方法和知识库都是在模拟注射塑模设计的工程师环境中。RAVIWONGSE和ALLADA认为这一设计理念是为了计算模具的复杂性去帮助模具设计师评定他们设计的模具的可靠性。KWONG和SMITH认为一个注射模塑法的工艺设计的计算系统是根据集成专家系统和相似性，包括模具设计，生产调度，成本估算和注射模塑法参数的测定。BRITTONETAL认为从这注射塑模设计的功能透视其使用功能和许多方面。MOKETAL认为一个以数据库为基础的CAD交互系统应该为注射塑模设计的计算的整合，知识和图解。个别研究已经通过改善注射塑模的特定零件的设计获利。ONGETAL为馈电系统的注射塑模设计开发了一个以知识为基础的和面向目标的方法，它可以在模具中有效地设计这类型，场所和大小地浇注系统。IRANIETAL也为注射塑模的浇口和浇注系统的自动设计和基于保证性能参数的浇口设计的供应估价开发了一个软件系统。NEEETAL认为这是一个为基于自动识别和抽出零件的注射塑模的设计的最理想的测量部分的操作方法。CHEN和CHOU为通过计算切割体积和极小的过渡切削选择模具设计的分型线开发了算法。PARK和KWON从事于注射模塑的冷却系统和根据注射模塑工艺的冷却阶段的理论灵敏度和热分析得到最佳设计。LIN从事于通过利用浇口的大小和位置的主要参数模拟注射塑模来进行性能预测。一个不被注意的注射塑模设计的领域，是一模多腔的注射塑模模腔布局的设计。模腔布局的设计直接地影响着注射模塑法的整个工艺过程，因为它是模具设计工艺的最重要的阶段之一。在注射塑模方案设计阶段考虑模腔布局的设计将提高高档注射成型产品，因为它与影响设计和模具质量的许多测量的关键因素有关系。这样的因素包括模腔的数，分型线，模具的种类，浇口的位置和类型，浇注系统，冷却系统和卸料系统。一部分因素很难作为真实的分析和设计的数理模型。本文介绍了这一辅助系统的发展，叫做智能模腔布局设计系统（ICLDS,基于知识和面向对象的一模多腔的注射塑模。它运模块的和规则为基础来达到布局的解答。它是基于名称为“RETE”的商业系统软件，它是一个给顾客开发属于自己的数据库的综合开发平台。这样做的目标是帮助模具设计师在方案设3计阶段充分利用人工智能的方法。2在注塑模具中的型腔布局现在的注塑模具设计，尤其是型腔布局设计，在很大程度上取决于设计者的经验和知识。因此，最好使用数据库，人工智能，智能设计技术在注塑模具设计和有效率创造一个型腔布局设计。在模具设计中，大多数的模具型腔布局和规则以及型腔布局设计的原则还可以很容易的以知识的形式表达，它还可以用于以知识体系为基础的设计系统。例如，如布局模式图1所示，选择合适的布局模式的设计标准主要依赖于工作环境，条件和客户的要求，主要使根据设计人员的技术和经验，选择的矛盾因素将明显依赖于设计师的知识和经验。它适用于智能设计技术，可用于系统设计的情况，尤其是对常规和创新设计。注塑模具设计主要考虑的因素（1）模具类型（2）型腔（3）型腔布局（4）热流道系统（5）注射系统（6）冷却系统（7）排气（8）装配。大部分因素都是相互依存的，例如，它几乎不可能产生涵盖整个模具设计过程的流程图。一些设计形成的复杂的设计网络如图2所示。显然，在注塑模具设计中，考虑到所有的设计参数对于设计师来说是困难的。型腔的布局设计直接影响到大部分的其他因素。采用先进知识为基础的电脑辅助注塑模具设计与制造系统，将大大有助于设计师在型腔布局设计阶段进行概念设计。从图1中显示，在一模多腔的模具中有一些不同的布局模式。模具的模腔越多，注塑模具的生产率就越高。但是，这可能导致难题，比如平衡流动或具有复杂形状的产品，这反过来会导致模具制造出现问题。浇口的数量和布局模式，浇口离型腔的距离，浇口的位置，热流道系统和冷却系统都是个问题。因此，模具型腔的布局影响着模具设计中大多数因素。图3显示着模具型腔设计和设计中其他因素的关系。因此，在整个模具设计系统中，模具型腔的设计取决于很多因素，其中包括（1）定义设计规范，包括分析和表述设计的特点和问题（2）确定模具类型（3）确定浇口的个数4（4）确定产品的安放方向（5）确定流道的类型和布局（6）浇口的位置和类型（7）型腔布局的设计（8）评估卸料能力，制造的难度和成本（9）测定冷却系统（10）用图形显示输出结果3智能注射的结构和设计过程智能型腔布局设计系统（ICLDS）是基于案例的推理和设计的软件系统。图4显示的是ICLDS的总体结构。图5显示的是ICLDS的一般设计过程。设计过程开始于定义设计的规格。检索并计算ICLDS中的案例与要设计的产品之间的相似性。如果解决方案是令人满意的，那么显示结图形。如果解决方案不是令人满意的，然后ICLDS将使用推理规则向前向后检索达到新的解决方案。如果解决方案仍然是不能令人满意的，那么用户必须修改一些初步的设计规格。以案例为基础的ICLDS的设计过程使用户更迅速和灵活地获得解决设计问题的方案。知识结构基础和数据库是用来开发ICLDS软件的基础，这是一个商业化软件开发平台。4ICLDS的发展41知识分类由于各种逻辑和步骤的布局设计，有各种不同的知识，需要加以说明，然后分类进行模具型腔布局设计。知识的类型可分为五种基于面向对象的概念，描述如下（1）设计实例/案例以往的设计案例和当前的设计实例（2）关系父类和子类的关系（3）属性设计变量，功能，设计问题的特点（4）规则一般的设计规则，设计经验（5）程序/模型树枝计算，数学建模，分析，评价和程序。42知识表征5描述所有这些类型的知识，内部数据结构的ECLIPSE语言，包括RETE的本质，可以用来解释设计过程中面向对象的制造特例。其他一些因素表达如下（1）“设计实例/案例”，我们把“事实的定义”和“关系的定义”附加到数据库和案例库作为其代表。（2）“属性”的代表作为实例“模板定义”和“关系的定义”（3）“关系”，我们用“关系的定义”来形容它（4）“规则”，我们结合“规则的定义”和“规则的集定义”作为其代表（5）在“程序/模式”是指使用C语言的外部例程此外，“目标定义”和“目标的子定义”技术用于实现向后推理，“基于案例推理”是用来进行案例设计。43基于案例推理基于案例推理（CBR首先取决于检索。基于案例的检索是基于“相似性”。因此，如何计算相似性显然是CBR的关键技术，详细说明如下。相似性度量是一个在多维空间的加权距离函数，每个层面相当于其价值领域所指定查询的新情况，并非缺失值情况下的排名。案例和查询结果之间的距离（相当于在这一点多维空间）是不同的计算顺序和名义领域。有序领域是一个价值的命令或类的领域。象征字段的值代表一个定性的信息而排序没有意义。一般情况下，有序领域包括日期，整数和实数，而名义上的领域包括布尔，符号和文字。44验证案例验证案例是检查每一个符合的案例是否适合当前的问题，并找到一个合适的，因此每个案例都和测试方法和测试结果相联系。不仅如此，根据给定的条件，所有的测试结果都符合这些当前的设计问题，可以被视为解决原型的进一步完善。45有效降低成本的标准随着ICLDS型腔布局的应用，两种降低成本可以被预测。其中之一是通过使用该系统进行概念设计注塑模具来降低成本。另一种是通过案例推理，在实际价值的基础上降低成本。作为理论之一，因此没有必要定任何降低成本的标准，6因为通过提高设计质量和良好的客户的反应，成本节约将显现出来。为切实有效地降低成本，类似地标准可以被使用。例如，我们可以比较“降低成本”地两起案例，并确定哪一个能够更好的适应客户的需求。你还可以使用降低成本的公式做比较。降低成本百分比的公式为成本的降低（预算的成本实际成本）/预算成本最好先计算出成本降低的百分比，然后验证两种情况下的有效性。5应用实例一个应用实例，智能型腔布局设计系统的“概念设计型腔布局”确定型腔布局模式如下。如果最初的设计条件是（1）用于什么类型的模具两板（2）用什么类型的流道冷流道（3）模具是一模几腔6（4）多久需要清理产品模具的表面很少（5）用模具成型什么形状的产品矩形6结论在注塑模具设计中型腔布局设计的问题很少被计算机辅助注塑成型系统所注意。计算机设计系统将用最少的时间和成本达到尽可能好的型腔布局。智能型腔布局的设计系统被认为是第一次尝试在这个方向使用知识作为基础。发展ICLDS的注塑模具是基于RETE在WINDOWS环境下的PC机。从实用的角度看，ICLDS是作为一种工具用来对注射模具的型腔布局进行概念设计。它提供了积极的一步，有助于建立一个从产品模型到模具制造的完全自动化的注塑模具设计过程。参考文献1MENGESGETAL1986,“如何制造注塑模具”，汉诺威出版社，慕尼黑。2KRUTH,JP和WILLEMSR1994,“智能注塑模具设计系统”，工程设计杂志，4（5），339351。3LEE,RS,CHEN,YM,和LEE,CZ1997,“模具设计系统的发展”，计
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