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- 1 - 原文出處 者 . . 文標(biāo)題 文標(biāo)題 注塑成型的智能模具設(shè)計(jì)工具 摘要 注塑成型是一個(gè)生產(chǎn)熱塑性塑料制品最流行的制造工藝，而模具設(shè)計(jì)是這個(gè)過(guò)程的一個(gè) 重要方面。模具設(shè)計(jì)需要專業(yè)的知識(shí)、技能，最重要的是擁有該領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)。三者缺一不可。生產(chǎn)塑料組件需要選擇恰當(dāng)?shù)哪＞?，如果缺乏其中之一，這種選擇就得在反復(fù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。這會(huì)增加生產(chǎn)成本，并造成設(shè)計(jì)上的不一致。 本文介紹了智能模具設(shè)計(jì)工具的發(fā)展。該工具捕獲模具設(shè)計(jì)過(guò)程的知識(shí)，并且以符合邏輯的方式將這些知識(shí)反映出來(lái)。所獲得的知識(shí)將是確定性的，但模具設(shè)計(jì)過(guò)程中的信息是非確定的。一旦開(kāi)發(fā)了模具設(shè)計(jì)工具，它將指導(dǎo)使用者根據(jù)不同客戶的要求，為其塑料零件選擇合適的模具。 導(dǎo)言 注塑成型工藝過(guò)程需要專業(yè)的知識(shí)、技能，最重要 的是需要它成功的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通常是工藝參數(shù)控制過(guò)程的效率。在制造過(guò)程中，有效地控制和優(yōu)化這些參數(shù)能實(shí)現(xiàn)一致性，這種一致性會(huì)在零件質(zhì)量和零件成本上表現(xiàn)出來(lái)的問(wèn)題。 1 智能化工程模塊注塑成型工藝（ 基于知識(shí)的智能化工程模塊的注塑成型工藝（ 一種軟件技術(shù)，它領(lǐng)先于并行工程和 統(tǒng)。它集成工程的設(shè)計(jì)和制造工藝的最新知識(shí)，給用戶各種設(shè)計(jì)方面的指示，通過(guò)減少在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)階段的工程變更，有助于減少一些工時(shí)。該系統(tǒng)將用于注塑設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)迭代和流程整合。目前的過(guò)程由許多手工計(jì)算、 形 結(jié)構(gòu)和從以前項(xiàng)目取得的經(jīng)驗(yàn)三部分組成。一旦工程師完成設(shè)計(jì)，這將是性能評(píng)估。 - 2 - 該 目已分為三大模塊。 (1) 費(fèi)用估算模塊 (2) 模具設(shè)計(jì)模塊 (3) 生產(chǎn)模塊 統(tǒng)有兩種形式輸入。在一個(gè) 型的形式（ 文件）下輸入，和在給出的用戶界面形式下輸入。圖 1明了那種進(jìn)入每個(gè)模塊的輸入形式和用戶輸出形式。 制造商的經(jīng)驗(yàn)水平將決定如何有效地控制工藝參數(shù)。有時(shí)這就導(dǎo)致人為錯(cuò)誤引起的不一致性。還有經(jīng)驗(yàn)不足，時(shí)間、資源短缺和創(chuàng)新的空間不大的情況。通過(guò)創(chuàng)造所謂的“智能模型”的問(wèn)題，工程學(xué)知 識(shí)提供了一個(gè)可行的方案去解決所有這樣 圖 1織工程的 智能模具設(shè)計(jì)工具 在它的基本形式中模具設(shè)計(jì)工具是一個(gè)從文本文件中提取輸入的 種文本文件包含關(guān)于零件和用戶輸入程序。該文本文件包含來(lái)自 的一個(gè)信息文件的零件的幾何解析。輸入是用來(lái)估測(cè)模具得尺寸和其它各種特性。 獻(xiàn)回顧 用戶輸入形式 型 語(yǔ)法分析程序 成本估計(jì) 制造 模架設(shè)計(jì) 用戶輸出形式 - 3 - 模具設(shè)計(jì)的是另一種注塑成型過(guò)程的階段，有經(jīng)驗(yàn)的工程師在很大程度上有助于自動(dòng)化進(jìn)程，提高其效率。這個(gè)問(wèn)題需要注意的是深入研 究設(shè)計(jì)模具的時(shí)間。通常情況下，當(dāng)設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)模具時(shí)，他們會(huì)參閱表格和標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)，這會(huì)消耗大量的時(shí)間。另外，在標(biāo)準(zhǔn)的 同的研究人員已經(jīng)解決了縮短用不同的方式來(lái)設(shè)計(jì)模具所花費(fèi)的時(shí)間的問(wèn)題。凱爾奇和詹姆斯采用成組技術(shù)來(lái)減少模具設(shè)計(jì)時(shí)間。聚合一類注塑成型件的獨(dú)特的編碼系統(tǒng)和在注射模具中所需的工具已開(kāi)發(fā)，它可以適用于其它產(chǎn)品生產(chǎn)線。實(shí)施編碼系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)也已經(jīng)被開(kāi)發(fā)。通過(guò)獲取在這方面領(lǐng)域的工程師的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，嘗試直接使模具設(shè)計(jì)過(guò)程的自動(dòng)化。并行模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)就是這樣的一個(gè)過(guò)程，在并行工程環(huán)境中試圖制定一個(gè)系統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)流程。他們的研究目標(biāo)是研制一個(gè)有利于并行工程實(shí)踐的模具開(kāi)發(fā)的進(jìn)程，和研制開(kāi)發(fā)一個(gè)以知識(shí)為基礎(chǔ)的為注塑模具設(shè)計(jì)提供工藝問(wèn)題和產(chǎn)品要求的輔助設(shè)計(jì)。 通過(guò)各種方式獲取關(guān)于模具設(shè)計(jì)過(guò)程的確定信息和不確定信息，研究人員一直試圖使模具設(shè)計(jì)流程自動(dòng)化。這個(gè)研究試圖研制開(kāi)發(fā)一個(gè)獨(dú)特的模具設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，它一確定性和不確定性兩種形式獲取信息。 用的方法 為了發(fā)展智能模具設(shè)計(jì)工具，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法在被研究。應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員和設(shè)計(jì)工程師合作設(shè)計(jì)一種特定塑料 零件的模具。在此期間，被工程師采納用來(lái)選擇模底座的方法正在被地密切關(guān)注和 篩選過(guò)程的各個(gè)方面，需要他的知識(shí)經(jīng)驗(yàn) 來(lái) 確定 。此外，有時(shí)候工程師將參考圖表和手冊(cè)以規(guī)范其甄選過(guò)程。這耗費(fèi)時(shí)間的過(guò)程，稍后也被記錄在應(yīng)用程序中。 系統(tǒng)的闡述依據(jù)輸入和輸出的應(yīng)用程序是下一階段。這涉及到如何定義什么養(yǎng)的模具布局信息是用戶最需要的，也是他輸入最少卻得到相同的輸出。 根據(jù)在模具設(shè)計(jì) 工作中 收集到的信息 ， 由工程師遵循的公約被轉(zhuǎn)化為 則。決策表是用來(lái)解釋各種可能出現(xiàn)的情況，它們是當(dāng)處理模具設(shè)計(jì)工程中某一特定的方面所提出 的。這樣被制定規(guī)則，然后被組織在相互交融的模塊中，使用應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。最后，應(yīng)用程序是檢驗(yàn)其正確性，當(dāng)涉及到為塑料零件設(shè)計(jì)模具在工業(yè)生產(chǎn)中。 擇合適的模架 通常情況下，為制造塑料零件選擇適當(dāng)?shù)哪＜芩婕暗挠校? （ 1）估計(jì)模腔數(shù) 模腔數(shù)量的決定取決于在一定時(shí)間內(nèi)所需部件的數(shù)量，像機(jī)器的塑化能力，廢品率等問(wèn)題也會(huì)影響到模架的模腔數(shù)量。 （ 2）確定鑲塊及其尺寸 鑲塊有助于模架重用，因此有助于降低生產(chǎn)成本。- 4 - 當(dāng)涉及到尺寸和數(shù)量的選擇，作出決定取決于現(xiàn)有的鑲塊的重用性和新的鑲塊的成本。 （ 3）確定澆道的尺 寸和定位 澆道的尺寸取決于所成型的材料。盡管還有其它要考慮材料特性來(lái)決定它的澆道的尺寸供符合它的流量要求。轉(zhuǎn)輪的定位，取決于所用流道的拓?fù)洳季帧ｋm然循環(huán)的澆道系統(tǒng)始終是最好的，支道系統(tǒng)的平衡，避免流道均衡補(bǔ)償?shù)臉?shù)枝狀澆道系統(tǒng)是一個(gè)最被廣泛應(yīng)用的系統(tǒng)。 （ 4）確定澆道直徑 澆道直徑?jīng)Q定于模具的尺寸，模腔的數(shù)量或在一定的時(shí)間內(nèi)用來(lái)填補(bǔ)的塑料的總數(shù)。 （ 5）澆口的定位 塑料在某一點(diǎn)進(jìn)入模腔，在這點(diǎn)可以均勻填充滿模腔。澆口可以設(shè)在循環(huán)模腔的任何周圍點(diǎn)，但當(dāng)填補(bǔ)矩形腔時(shí)，必須從中部流進(jìn)。 （ 6）確定供水道的的尺寸和 定位 供水道之間和從模具中的任何壁上以標(biāo)準(zhǔn)的距離定位。該公約不是用一個(gè)直徑范圍定位水道在模具壁上。 （ 7）根據(jù)以上結(jié)論確定模具的尺寸 根據(jù)以上的所有結(jié)論，模具的大概尺寸可以被估計(jì)，并四舍五入至最接近的產(chǎn)品目錄號(hào)。在模架以前，如果重新設(shè)計(jì)，考慮到以上所有方面會(huì)降低成本和減少設(shè)計(jì)時(shí)間，進(jìn)入重新設(shè)計(jì)。 題的提出 建立問(wèn)題，需要人的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，模具設(shè)計(jì)方面消耗的時(shí)間涉及到圖表，數(shù)據(jù)表等，為開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序的問(wèn)題解釋如圖 2示。雖然大部分的輸入如模腔數(shù)、腔的圖像尺寸、周期時(shí)間，都是根據(jù)客戶要求，其他輸入如塑 化能力、每分鐘注射量等，可從機(jī)器的說(shuō)明書中獲得。應(yīng)用程序的輸出包含模具尺寸和其他資料，這顯然有助于在目錄中選擇標(biāo)準(zhǔn)模架。除了輸入和輸出，圖 2 也顯示了產(chǎn)生的最終輸出的各種模塊。 定規(guī)則 在這個(gè)階段，專家的知識(shí)可以通過(guò)多形式的“如果 句表現(xiàn)出來(lái)。這個(gè)規(guī)則可以是對(duì)定性和定量知識(shí)的陳述。所謂定性知識(shí)，是指一個(gè)能夠解決計(jì)算問(wèn)題的確定性的信息。所謂定性，是說(shuō)對(duì)于不確定性的信息，而僅僅是作為在以往個(gè)案的基礎(chǔ)上的一種已經(jīng)應(yīng)用的規(guī)則。一個(gè)典型的規(guī)則說(shuō)明如下： 輸入 主程序 鑲塊尺寸 模腔圖像維數(shù) 冷水 道直徑 周期時(shí)間 零件重量 塑化能力 每分鐘注射量 允許時(shí)間 模具尺寸 澆道尺寸 模腔數(shù) - 5 - 輸出 模腔數(shù) 模具尺寸 澆道尺寸 澆口尺寸 冷水道定位 圖 2具設(shè)計(jì)模塊的組織 如果材料 =“縮醛”和分流道長(zhǎng)度“ 0，那么分流道直徑 = 束 當(dāng)制定了規(guī)則，重要的是我們用一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞降膩?lái)表現(xiàn)這些信息，同時(shí)要避免重復(fù)、不完整和不一致的現(xiàn)象。決策表可以幫助處理上述問(wèn)題，它是通過(guò)對(duì)過(guò)于冗余和廣泛的問(wèn)題陳述的檢查實(shí)現(xiàn)的。比如說(shuō)，在選擇適當(dāng)?shù)哪＜艿倪^(guò)程中，模架尺寸取決于型腔和鑲件的數(shù)目。為確保 所有型腔和鑲件都被考慮到，我們使用了決策表，并隨后用決策表來(lái)制定規(guī)則。 表 2策表樣本 模腔數(shù)目（ 1， 2，4） 1 1 1 2 2 2 4 4 4 模塊數(shù)目（ 1， 2，4） 1 2 4 1 2 4 1 2 4 模具尺寸 A * * A B * A B C 表 2示了在一個(gè)以上的情況下，模具的尺寸是相同的 情況 A: 模具寬度 =(鑲塊長(zhǎng)度 + 2)；模具長(zhǎng)度 =(鑲塊長(zhǎng)度 + 2)；模具厚度 =鑲塊厚度。 情況 B: 模具寬度 =(2*鑲塊寬度 + 模具長(zhǎng)度 =(鑲塊長(zhǎng)度 + 2)；模具厚度 =鑲塊厚度。 情況 C: 模具寬度 =(2*鑲塊寬度 + 模具長(zhǎng)度 =(鑲塊長(zhǎng)度 + 3)；模具厚度 =鑲塊厚度。 型腔的數(shù)目是一個(gè)，鑲件的數(shù)目也是一個(gè)的情況和型腔數(shù)目是兩個(gè)和四個(gè)的情況具有相同的模具尺寸，這三種情況可以歸結(jié)為一個(gè)單一的規(guī)則： 如果 鑲塊的數(shù)目 = 1，則模具寬度 =（鑲塊寬度 + 2）模具長(zhǎng)度 =（鑲塊長(zhǎng)度 + 2）模具厚度 = 鑲塊厚度 結(jié)束 - 6 - 為了方便和清楚起見(jiàn)，用一種標(biāo)準(zhǔn)的編程語(yǔ)言將這些規(guī)則模塊化。每個(gè)模塊生成一組輸出，這個(gè)輸出又將是對(duì)其他模塊的輸入。 試應(yīng)用 通過(guò)使用各種測(cè)試 案例對(duì)智能模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用程序進(jìn)行了驗(yàn)證。對(duì)于每一個(gè)案件的零件信息，模具和機(jī)器的信息資料種類繁多，人類專家證實(shí)了把這些信息輸入到應(yīng)用程序的結(jié)果。表 2 顯示了一個(gè)這樣的試驗(yàn)，需要兩個(gè)模腔，也沒(méi)有鑲件的存在。應(yīng)用程序提供近似的模具尺寸，執(zhí)行尺寸，澆口尺寸和亞軍的模腔長(zhǎng)度基于模腔圖尺寸和其他信息。 表 2型的測(cè)試案例顯示程序的輸入和輸出 輸入 鑲塊數(shù)量 0 鑲塊長(zhǎng)度 0 鑲塊寬度 0 鑲塊厚度 0 模腔模樣長(zhǎng)度 腔模樣寬度 腔深度模樣 水道直徑 部件生產(chǎn)數(shù)量 1000 時(shí)間 6 循環(huán)時(shí)間 26 廢品率 分鐘注射量 料 出 程序輸出 模腔數(shù) 2 模具長(zhǎng)度 具的寬度 具厚度 道直徑 道長(zhǎng)度 大澆口套直徑 7 - 通過(guò)使用各種測(cè)試案例對(duì)智能模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用程序進(jìn)行了驗(yàn)證。對(duì)于每一個(gè)案件的零件信息，模具和機(jī)器的信息資料種類繁多，人類專家證實(shí)了把這些信息輸入到應(yīng)用程序的結(jié)果。表 2 顯示了一個(gè)這樣的試驗(yàn)，需要兩個(gè)模腔，也沒(méi)有鑲件的存 在。應(yīng)用程序提供近似的模具尺寸，執(zhí)行尺寸，澆口尺寸和亞軍的模腔長(zhǎng)度基于模腔圖尺寸和其他信息。 獲得的模具尺寸非常接近人類專家的一個(gè)典型設(shè)計(jì)，但并沒(méi)有明確地說(shuō)明了一個(gè)模具標(biāo)準(zhǔn)件的用途，就像 具目錄中的一種特定的模具。模具尺寸是基于所用材料而定的，因此它被限制在一定的范圍。 3 總結(jié) 本文介紹了在發(fā)展智能模具設(shè)計(jì)應(yīng)用中所采用的方法，這種應(yīng)用是根據(jù)用戶輸入進(jìn)行模架選擇的。獲取知識(shí)的過(guò)程首先是通過(guò)與業(yè)內(nèi)專家密切協(xié)商設(shè)計(jì)一種模架，也通過(guò)從舊書和數(shù)據(jù)表中收集確定性信息。收集到的資料，表示了在不同的模塊中規(guī)則的 排列形式。這些資料可定性和定量地對(duì)模具進(jìn)行選擇。決策表是用來(lái)減少規(guī)則庫(kù)的規(guī)模，使規(guī)則庫(kù)中的問(wèn)題域全面。在不同的模塊中使用這些規(guī)則來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，當(dāng)談到在給業(yè)內(nèi)生產(chǎn)的塑件選擇適當(dāng)?shù)哪＜軙r(shí)就為應(yīng)用程序的有效性作測(cè)試。 參考文獻(xiàn) [1] 錢伯斯 T. 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