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關(guān)鍵字： 特征；澆注系統(tǒng)；RBR和CBR；智能化設(shè)計 摘　要： 提高模具設(shè)計成功率、縮短模具制造周期已經(jīng)成為模具產(chǎn)業(yè)的主旋律。然而，以往的注塑模具澆注系統(tǒng)的設(shè)計已無法滿足市場對模具短周期與高質(zhì)量的要求。為此，進(jìn)行注塑模具澆注系統(tǒng)智能化技術(shù)研究有著深遠(yuǎn)的意義……

注塑模具因其可一次成形多個結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精密、內(nèi)在質(zhì)量好的塑件，在塑料制品生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用。但注塑模具的設(shè)計制造過程很復(fù)雜，影響因素也很多。澆注系統(tǒng)是注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個重要組成部分，也是塑料熔體進(jìn)入模具型腔的唯一通道。它的幾何形狀及結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計的合理與否，直接影響到聚合物熔體在模具通道中的流變特性及填充效果，進(jìn)而影響到最終塑件的成型質(zhì)量與模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜程度。生產(chǎn)實(shí)踐表明，塑件成型過程中的許多缺陷, 如噴射流、翹曲變形、熔接痕及欠注等的產(chǎn)生都與澆注系統(tǒng)設(shè)計有著密切的關(guān)系。

然而，以往的注塑模具設(shè)計中，大多都是憑借模具設(shè)計人員的知識和經(jīng)驗(yàn)積累，確定澆注系統(tǒng)的類型和結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計的合理與否只能根據(jù)試模結(jié)果進(jìn)行評價。顯然這種設(shè)計方法已不能適應(yīng)瞬息萬變的現(xiàn)代產(chǎn)品市場對成型模具的短周期與高質(zhì)量要求。目前，雖有部分企業(yè)采用了CAE分析工具對澆注系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了流動模擬，但由于塑件結(jié)構(gòu)與材料的多樣性及澆注系統(tǒng)與塑件材料流變性能匹配的復(fù)雜性，設(shè)計時要快速找出適應(yīng)特定塑件結(jié)構(gòu)及材料流變特性的最佳澆注系統(tǒng)尺寸參數(shù)，仍需做大量工作。

基于上述分析，本文將人工智能技術(shù)引入注塑模具設(shè)計過程，采用基于特征的Object ARX實(shí)體造型與參數(shù)化建模和面向?qū)ο蟮膶＜抑�識與數(shù)據(jù)庫技術(shù)，應(yīng)用RBR和CBR相結(jié)合的方法，針對注射模具設(shè)計的實(shí)際特點(diǎn)，進(jìn)行了注射模具澆注系統(tǒng)智能化設(shè)計的實(shí)現(xiàn)技術(shù)與方法的研究。通過將澆注系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)知識和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)提煉成設(shè)計規(guī)則，將以往成功的設(shè)計和典型結(jié)構(gòu)整理成事例，構(gòu)建有效的推理機(jī)制，建立注塑模具澆注系統(tǒng)設(shè)計的智能化系統(tǒng)，力求在模具設(shè)計中盡量準(zhǔn)確、合理地給出澆注系統(tǒng)設(shè)計方案，以減少設(shè)計失誤和數(shù)值模擬及物理試模的次數(shù)，提高模具設(shè)計的成功率，縮短模具制造周期。

1 塑件與澆注系統(tǒng)特征分類

塑件幾何模型是模具設(shè)計的唯一依據(jù)，也是澆注系統(tǒng)設(shè)計的重要信息來源。采用基于特征的建模技術(shù)，把塑件的幾何特征作為塑件模型中的基本單元進(jìn)行有機(jī)組合，可使特征成為CAD/CAM集成系統(tǒng)中的有效信息載體，充分滿足模具設(shè)計制造各階段對塑件信息的需求，并保證塑件信息在整個模具設(shè)計制造過程中的準(zhǔn)確性和一致性。

構(gòu)成塑件幾何模型的特征可分為以下幾種類型：形狀特征、精度特征、材料特征、技術(shù)特征和分析特征。本文重點(diǎn)研究形狀特征和材料特征，因形狀特征表示了組成塑件結(jié)構(gòu)各幾何元素的準(zhǔn)確形狀，具有特定的屬性，它對澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和類型選擇有著直接的關(guān)系。不同的形狀特征在構(gòu)造零件的幾何形狀、滿足零件的功能要求和制造過程中所起的作用是不同的。有的形狀特征用于構(gòu)造零件的主要形體結(jié)構(gòu)，而有的只是用于修飾零件的局部細(xì)微結(jié)構(gòu)�？梢娝芗�的形狀特征具有層次關(guān)系的屬性。因此可將形狀特征分為主形狀特征(基特征)和輔助形狀特征(輔特征)。主特征用于描述塑件的基本幾何形狀，是一個獨(dú)立的幾何形體；輔特征是依附于主特征上的尺寸較小的局部幾何結(jié)構(gòu)或是對主特征的局部修飾。塑料制品的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形狀各異，種類繁多，性能差別較大。采用特征的分類方法，有助于智能化設(shè)計過程中的信息表示和提取。

以塑件主要結(jié)構(gòu)形狀和材料的流動性能相似為原則，可把塑件分為以下幾種類型：常規(guī)幾何形狀塑件、大型厚壁長流程塑件、大面積薄壁塑件、外觀質(zhì)量要求嚴(yán)格的塑件等。其中常規(guī)形狀塑件又可包含回轉(zhuǎn)體形狀和非回轉(zhuǎn)體形狀。根據(jù)常用塑料材料的流動性能，可將材料分為流動性好的、流動性中等和流動性差的三種類型。對流動性好的材料，流道設(shè)計時其截面尺寸可取相對較小的值；流動性差的材料流道設(shè)計時，截面尺寸應(yīng)取較大值；流動性中等的材料，流道截面尺寸介于前兩者之間。模具設(shè)計時通過識別塑件幾何模型的形狀特征，可初步確定出澆注系統(tǒng)的基本類型和澆口形式，再通過塑件尺寸和材料特征確定分流道的截面形狀。其中主流道形狀不管何種結(jié)構(gòu)或材料的塑件，均以常用的直錐型結(jié)構(gòu)為首選。

根據(jù)澆注系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，澆注系統(tǒng)的特征可分為主流道特征、分流道特征、澆口特征、冷料井特征和流道布局特征，如圖1所示。

2 澆注系統(tǒng)智能化設(shè)計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

澆注系統(tǒng)智能化設(shè)計系統(tǒng)的主要功能模塊包括：輸入模塊、智能化設(shè)計模塊和輸出模塊。

1）輸入模塊

該模塊是系統(tǒng)與用戶進(jìn)行信息交互的接口，也是RBR推理過程的動態(tài)知識來源。它把用戶輸入的信息如塑件材料性能參數(shù)、注塑機(jī)參數(shù)、塑件幾何模型、模架參數(shù)等傳遞給智能化設(shè)計模塊，以便進(jìn)行下一步的設(shè)計推理判斷。

2）智能化設(shè)計模塊

智能化設(shè)計模塊是系統(tǒng)的主模塊。主要包含RBR推理子模塊、CBR推理子模塊及相關(guān)的設(shè)計知識與規(guī)則庫。其中RBR子模塊主要是根據(jù)輸入模塊的信息，智能化的推出符合給定條件的澆注系統(tǒng)設(shè)計方案。由于塑件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與多樣性，完全基于規(guī)則來推理出所有塑件的模具澆注系統(tǒng)設(shè)計方案是不現(xiàn)實(shí)的。因此，對于應(yīng)用RBR推理無法得到適合的澆注系統(tǒng)設(shè)計方案時，系統(tǒng)采用CBR的方法來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜或特殊塑件的澆注系統(tǒng)設(shè)計。這樣可使智能化設(shè)計系統(tǒng)更加靈活和全面。

3）輸出模塊

該模塊主要完成設(shè)計推理過程的錯誤信息提示和澆注系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果的顯示。

智能化設(shè)計模塊，將澆注系統(tǒng)設(shè)計分為初始設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計三個階段。其中初始設(shè)計階段主要進(jìn)行流道的布局形式和澆口數(shù)目的確定，這可通過輸入模塊的信息，經(jīng)推理判斷和計算獲得。澆口類型與塑件的外觀要求、幾何形狀有直接的關(guān)系，如外觀質(zhì)量要求高的塑件最好選用點(diǎn)澆口或潛伏式澆口，一般殼體類塑件可選用側(cè)澆口、點(diǎn)澆口等，大型桶、盆、罩類件最好選用直澆口，而大型平板型塑件最好選用扇形澆口或護(hù)耳澆口等。這些知識被整理成規(guī)則存儲于系統(tǒng)規(guī)則庫，設(shè)計時根據(jù)塑件類型、材料特性及外觀質(zhì)量要求等輸入信息，系統(tǒng)可自動推理出相應(yīng)的澆口類型。澆口位置的確定影響塑件的成形質(zhì)量。澆口位置不合理將導(dǎo)致模具排氣不良、塑件熔接痕及殘余應(yīng)力等。設(shè)計推理時，首先將塑件上的孔、槽、倒角等不宜設(shè)置澆口的輔助特征排除，然后根據(jù)各主特征的幾何結(jié)構(gòu)和空間位置，以及主特征上不適合設(shè)置澆口的限制邊、限制點(diǎn)等約束條件，按照前一步推出的澆口類型對主特征進(jìn)行逐一的匹配。最后參照塑件外觀要求及可能產(chǎn)生的缺陷等限制條件，即可對匹配成功的主特征進(jìn)行澆口位置計算。優(yōu)化設(shè)計主要是對初始設(shè)計的流道布局進(jìn)行平衡分析與計算及對澆口位置與數(shù)量等進(jìn)行優(yōu)化；詳細(xì)設(shè)計主要是根據(jù)優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果，進(jìn)行澆注系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)模型的生成。智能化設(shè)計系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 澆注系統(tǒng)智能化設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

1）規(guī)則推理技術(shù)

澆注系統(tǒng)設(shè)計時不僅涉及的知識豐富，內(nèi)容較多，而且結(jié)構(gòu)形式靈活多變。因此澆注系統(tǒng)設(shè)計的規(guī)則庫結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜并且分支較多，整體結(jié)構(gòu)屬于樹狀分布，適合于正向推理。因此，本系統(tǒng)采用正向推理策略。正向推理的特點(diǎn)是從已知信息出發(fā)，選擇合適的知識，逐步遞進(jìn)求解待解的問題。

在RBR推理過程中，關(guān)鍵的問題是規(guī)則的提煉和運(yùn)用。澆注系統(tǒng)設(shè)計的知識規(guī)則有很多，規(guī)則的總結(jié)、提煉及合理組織是系統(tǒng)推理成功的重要前提。本系統(tǒng)的規(guī)則提煉主要是通過對澆注系統(tǒng)設(shè)計的基本知識和專家經(jīng)驗(yàn)的詳細(xì)總結(jié)、分類整理完成的。規(guī)則的運(yùn)用就是把提煉出來的規(guī)則以字符串的形式存儲起來，然后通過系統(tǒng)設(shè)定的指針變量搜索來完成規(guī)則的提取與匹配。

在澆注系統(tǒng)設(shè)計中，主要涉及兩類知識。一是待分析的注塑制品的設(shè)計特征；二是澆注系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)則。注塑制品的設(shè)計特征需要從制品的幾何模型中提取。澆注系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)則來自于規(guī)則庫，而規(guī)則庫本身就是一個類，如同樹狀結(jié)構(gòu)的樹干，澆注系統(tǒng)的各組成部分就是樹杈，每個樹杈又可有不同的樹枝，如分流道部分就具有三個不同的樹枝，分別是流道布局形式、流道尺寸、流道截面形狀。此外，位于每個分枝下面的規(guī)則還分很多層。各個層又通過鏈表指針和自己的兄弟節(jié)點(diǎn)相連接。這樣便形成了總體的樹狀結(jié)構(gòu)和具有層次關(guān)系的規(guī)則體系，以方便系統(tǒng)推理時的信息檢索與查詢。系統(tǒng)的規(guī)則表示模式如下：

class CRulel:public Cruner-Rule

{

Protected:

UINT  m_ nRn1eID;  //規(guī)則序列號

CString  m_strRuleName; //規(guī)則名稱

BOOL  m_bStatus;  //規(guī)則匹配后的狀態(tài),缺省

IF (輸入主流道信息==庫存信息)；

THEN  D.Czhuliudao()  //輸出主流道圖形

IF (輸入分流道形式信息==庫存信息)

THEN   

{IF （輸入的材料信息==庫存信息）

THEN  D.fenliudao()  //輸出分流道圖形

}

. . .

ELSE    提示錯誤信息

}

知識庫中運(yùn)用的規(guī)則均以IF—THEN的形式進(jìn)行組建。系統(tǒng)運(yùn)行過程中各環(huán)節(jié)緊密相關(guān)，內(nèi)部形成復(fù)雜的推理網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計知識在推理網(wǎng)絡(luò)中快速傳遞，并進(jìn)行相應(yīng)的分析判斷和匹配，最終推出合理的澆注系統(tǒng)設(shè)計方案。

2）事例推理技術(shù)

當(dāng)塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用RBR方法不能有效地推理出澆注系統(tǒng)設(shè)計方案時，系統(tǒng)可采用CBR方法進(jìn)行推理設(shè)計。當(dāng)然，對于應(yīng)用RBR方法能夠推出合理的設(shè)計結(jié)果時，也可采用CBR和RBR相結(jié)合的方法進(jìn)行設(shè)計。CBR方法的最大優(yōu)點(diǎn)在于能夠通過增量學(xué)習(xí)不斷增加知識的事例庫。在CBR中，Case庫模擬了人腦的記憶功能，其中存儲了大量具有各類塑件形狀特征的典型澆注系統(tǒng)設(shè)計實(shí)例，這些事例是以基于塑件特征的層次關(guān)系進(jìn)行組織與存放的，設(shè)計時能夠快速從Case庫中檢索出相

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