基于智能的注塑模CAD系統(tǒng)二次開發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

段利君

（綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 綿陽 621000）

我國的注塑模具工業(yè)發(fā)展迅速，塑料工業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量不斷增加，對(duì)注塑模具品質(zhì)的要求也越來越高，同時(shí)力求盡可能縮短注塑模具的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期。智能化是模具CAD 設(shè)計(jì)發(fā)展的一個(gè)主要方向。

1 注塑模CAD 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)在，塑料制品日益進(jìn)入千家萬戶的生活。越來越多的企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到，自己的產(chǎn)品要想占據(jù)市場的主導(dǎo)地位，必須加快注塑模具的CAD 系統(tǒng)研發(fā)進(jìn)程。CAD/CAM 系統(tǒng)在模具行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，但由于這些CAD/CAM系統(tǒng)，都是作為通用機(jī)械設(shè)計(jì)與制造軟件來設(shè)計(jì)的，沒有特別針對(duì)模具。為了提高設(shè)計(jì)的效率與正確率，需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)。

注塑模的CAD 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，是一個(gè)繁重而復(fù)雜的過程。計(jì)算機(jī)輔助塑料模具設(shè)計(jì)，首先要進(jìn)行理論分析，然后還要研究模具充填行為的模擬。關(guān)于這方面的研究，國內(nèi)一些單位在注塑模CAD 方面做了不少工作。模具工業(yè)在世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，都具有重要的地位。模具CAD 技術(shù)，已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一。

自20 世紀(jì)90年代至今，中國注塑模具工業(yè)突飛猛進(jìn)地發(fā)展，模具制造行業(yè)的追求目標(biāo)，是提高產(chǎn)品品質(zhì)，不斷的提高加工效率，最大限度降低成本，滿足用戶需求。

具體表現(xiàn)出以下特征：

（1）標(biāo)準(zhǔn)化。商品化、專業(yè)化進(jìn)程的加快，對(duì)縮短模具設(shè)計(jì)制造周期、降低模具生產(chǎn)成本、提高模具品質(zhì)，都具有十分重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義，沒有模具標(biāo)準(zhǔn)件的專業(yè)化和商品化，就沒有模具工業(yè)的現(xiàn)代化。

（2）數(shù)字化、信息化技術(shù)得到重視。模具數(shù)字化設(shè)計(jì)制造及企業(yè)信息化管理技術(shù)，是提高模具行業(yè)整體水平的有效技術(shù)手段，能夠極大地提高模具生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。

（3）智能化技術(shù)開發(fā)，提高注塑模具設(shè)計(jì)成功率，縮短注塑模具制造周期，已經(jīng)成為模具產(chǎn)業(yè)的主旋律。發(fā)展專家CAD 系統(tǒng)，應(yīng)用專家智能系統(tǒng)具有的邏輯推理和決策判斷能力，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化，以及模具設(shè)備的智能化，也要實(shí)現(xiàn)人與系統(tǒng)的融合，以及人在其中智能的充分發(fā)揮。智能化、自動(dòng)化是注塑模具設(shè)計(jì)發(fā)展的一個(gè)主要方向。

2 基于智能的注塑模CAD 系統(tǒng)二次開發(fā)平臺(tái)的架構(gòu)

CAD 軟件二次開發(fā)，是指在現(xiàn)有的軟件基礎(chǔ)上，用戶根據(jù)自身的特殊技術(shù)需求，進(jìn)行功能擴(kuò)展，或?qū)υ泄δ芗右酝晟疲赃_(dá)到提高設(shè)計(jì)品質(zhì)和生產(chǎn)效率，以及技術(shù)水平的目的，適應(yīng)用戶信息化的進(jìn)一步需求。其目的，是充分發(fā)揮通用CAD 軟件的價(jià)值。二次開發(fā)增強(qiáng)了原有軟件的針對(duì)性和專用性，屬于軟件創(chuàng)新的一種。

2.1 二次開發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)原則

CAD 軟件的二次開發(fā)平臺(tái)，是一個(gè)用戶與CAD軟件之間交換信息的平臺(tái)，是一個(gè)媒介，用戶是通過它來調(diào)用CAD 軟件的對(duì)外開放資源；同樣，CAD 軟件也是通過它來實(shí)現(xiàn)用戶的功能請(qǐng)求。因此，二次開發(fā)平臺(tái)追求的目標(biāo)，是提高產(chǎn)品品質(zhì)及生產(chǎn)效率，縮短設(shè)計(jì)周期及制造周期，降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力，滿足用戶需求，具體要遵循以下的原則：

（1）工程化原則。二次開發(fā)應(yīng)按照軟件工程學(xué)的方法和步驟進(jìn)行，突出工程化的思想。首先，是根據(jù)用戶要求制定總體規(guī)劃，并依據(jù)總體規(guī)劃，制定詳細(xì)的任務(wù)書以及系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)。然后，將目標(biāo)做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，規(guī)劃出系統(tǒng)模型，在圖形庫的支持下編寫程序。最后，是系統(tǒng)的測(cè)試和集成，保證軟件的可靠性、有效性和可維護(hù)性。工程化的原則和方法，就是在軟件生命周期的各個(gè)階段，都要按照企業(yè)的流程進(jìn)行。只有這樣，最后生產(chǎn)出來的產(chǎn)品品質(zhì)才能得到保證。

（2）模塊化原則。模塊通常是由元件和零部件組合而成的、具有獨(dú)立功能的、可成系列單獨(dú)制造的標(biāo)準(zhǔn)化單元，通過不同形式的接口，與其他單元組成產(chǎn)品，且可分、可合、可互換。即是把大系統(tǒng)加以分割，分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分，變復(fù)雜為簡單，從而使問題易于解決。模塊化可以使開發(fā)人員同時(shí)進(jìn)行不同模塊的開發(fā)，縮短軟件開發(fā)周期；在軟件需要維護(hù)和修改時(shí)，也僅對(duì)相關(guān)模塊進(jìn)行修改即可，避免了對(duì)整個(gè)程序的修改；在擴(kuò)展時(shí)，只要把獨(dú)立的功能模塊集成即可運(yùn)行。系統(tǒng)功能模塊化，是信息管理系統(tǒng)的重要特點(diǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新步伐的加快，復(fù)雜的大系統(tǒng)日漸增多，模塊化也就成了人們用來處理復(fù)雜問題的常用方法。

（3）繼承性原則。二次開發(fā)是在已有軟件基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需要而進(jìn)行的再開發(fā)，在很大程度上取決于支撐軟件的性能和開放程度，以及開發(fā)者對(duì)支撐軟件的理解。繼承性有助于提高軟件產(chǎn)品的品質(zhì)和開發(fā)效率，有助于降低軟件的二次開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用，它要求二次開發(fā)后的系統(tǒng)，在界面風(fēng)格和概念上，與原軟件保持一致，新加入的部分在操作、功能等方面與原系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫集成，從而保持系統(tǒng)的一致性和完整性。

（4）標(biāo)準(zhǔn)化原則。在CAD 軟件開發(fā)項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)，開發(fā)者同時(shí)就應(yīng)該確定該項(xiàng)目需要符合的標(biāo)準(zhǔn)，包括所開發(fā)的軟件本身，應(yīng)該符合的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及在軟件開發(fā)時(shí)，為確保軟件品質(zhì)而應(yīng)該符合的標(biāo)準(zhǔn)。CAD 系統(tǒng)的二次開發(fā)，不同于一般軟件的設(shè)計(jì)，它的運(yùn)行過程是對(duì)具體機(jī)械設(shè)計(jì)過程的模擬，機(jī)械設(shè)計(jì)過程也有著嚴(yán)格的國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。必須符合機(jī)械工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。

（5）可擴(kuò)展性。CAD 二次開發(fā)的可擴(kuò)展性，是指該系統(tǒng)具有很大的靈活性，類似于搭積木，可以根據(jù)需要通過系統(tǒng)提供的功能配置模塊增刪組件或簡單配置，而不需要對(duì)軟件系統(tǒng)本身做任何程序上的修改，就可以達(dá)到目的。CAD 具有二次開發(fā)擴(kuò)展性的同時(shí)，要求CAD 軟件系統(tǒng)，能提供盡可能多的開放功能，用戶在使用這些功能，可以確切知道其用法，自行編寫基于這些開放功能的函數(shù)、類或其他擴(kuò)展功能。

2.2 二次開發(fā)專家系統(tǒng)

在現(xiàn)階段，人工智能的應(yīng)用主要是以專家系統(tǒng)的方式來體現(xiàn)的，即把專家系統(tǒng)與原CAD 系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起。在智能型二次開發(fā)CAD 系統(tǒng)中，專家系統(tǒng)承擔(dān)需要依靠知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)作出推理判斷，主要設(shè)計(jì)過程決策、技術(shù)決策和各種結(jié)果評(píng)價(jià)等。其技術(shù)核心就是以專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，建立專家系統(tǒng)模型，采用規(guī)則控制下的產(chǎn)生式系統(tǒng)和啟發(fā)式推理，來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。

2.3 智能的注塑模CAD 系統(tǒng)二次開發(fā)平臺(tái)的架構(gòu)

注塑模具屬于高科技產(chǎn)品，要完成一副合格的注塑模，需要經(jīng)過設(shè)計(jì)、零件加工、裝配、調(diào)試、修正等諸多環(huán)節(jié)的協(xié)作來完成。注塑模CAD 專家系統(tǒng)與CAD 系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，建立注塑模具CAD 專家系統(tǒng)，以提高模具總體設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)的科學(xué)性和模具CAD 的技術(shù)水平，提高模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。

注塑模設(shè)計(jì)內(nèi)容廣泛，包括以下這些方面：

模具成型部分結(jié)構(gòu)；澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式；計(jì)算模具的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)模架結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)脫模機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)分模面、設(shè)計(jì)溫控系統(tǒng)、設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)等；分型面及脫模方式；外形結(jié)構(gòu)及所有聯(lián)接件、定位、導(dǎo)向件的位置等。

設(shè)計(jì)人員將用戶要求、設(shè)計(jì)加工條件等設(shè)計(jì)原始信息，通過系統(tǒng)人機(jī)交互界面輸入計(jì)算機(jī)，自動(dòng)進(jìn)入黑板控制結(jié)構(gòu)的公共數(shù)據(jù)庫中。然后方案設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)，根據(jù)公共數(shù)據(jù)庫中的資源，從零件圖庫中推出要設(shè)計(jì)的注塑模的結(jié)構(gòu)圖示，從零件圖中可看到注塑模零件的基本結(jié)構(gòu)形式。CAD 專家系統(tǒng)的顯著特征，是擁有解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題的知識(shí)庫，具有選擇知識(shí)、協(xié)調(diào)工程數(shù)據(jù)庫與圖形庫共同完成設(shè)計(jì)任務(wù)的推理決策機(jī)制。黑板控制結(jié)構(gòu)，是具有協(xié)同知識(shí)、協(xié)同知識(shí)推理機(jī)的總模塊，用于各專家系統(tǒng)間的協(xié)同求解控制。專家資源模塊包括一些知識(shí)庫建立輔助工具，以及負(fù)責(zé)對(duì)知識(shí)庫的管理。CAD 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 CAD 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 二次開發(fā)CAD 專家系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 三維工程圖的自動(dòng)生成技術(shù)

隨著三維基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)三維系統(tǒng)的功能要求也越來越高。三維CAD 系統(tǒng)具有可視化好、形象直觀、設(shè)計(jì)效率高、以及能為CIMS工程中各應(yīng)用環(huán)節(jié)，提供完整的設(shè)計(jì)、工藝、制造信息等優(yōu)勢(shì)，使其取代傳統(tǒng)的純二維系統(tǒng)，已成為歷史發(fā)展的必然。

CAD 系統(tǒng)在三維模型轉(zhuǎn)換為施工圖的功能方面，都具有很強(qiáng)的二維參數(shù)化功能，可以自動(dòng)高效地生成所需要視圖。但是對(duì)于一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)，存在著不能完整表達(dá)產(chǎn)品信息的問題；國內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)廠家仍是按施工圖樣進(jìn)行制造，這就需要對(duì)系統(tǒng)三維工程圖的自動(dòng)生成進(jìn)行二次開發(fā)。處理程序可以通過軟件自帶的二次開發(fā)語言。開發(fā)語言可以利用C 語言進(jìn)行編制，在系統(tǒng)的開發(fā)方面，CAD 作為最高效的分析系統(tǒng)，是從模具模擬的研究開始的，CAD 系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫和圖形支撐等相關(guān)系統(tǒng)上技術(shù)成熟，CAD 能夠自動(dòng)生成注塑模具型芯和型腔的設(shè)計(jì)。

3.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)智能化開發(fā)技術(shù)

CAD 智能化，是把人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化，以及注塑模具設(shè)備的智能化。即是在生產(chǎn)過程的各環(huán)節(jié)，模擬人腦推理分析，提出設(shè)計(jì)/工藝方案，從而提高設(shè)計(jì)/工藝水平，縮短周期，降低成本。

傳統(tǒng)的方式是用戶輸入、系統(tǒng)決策、系統(tǒng)輸出，系統(tǒng)處理過程對(duì)用戶是不可變動(dòng)的。而在基于專家系統(tǒng)的人機(jī)混合工藝決策系統(tǒng)中，用戶是工藝決策的主體，系統(tǒng)決策的目的，不再是代替工藝人員，而是有效地輔助工藝人員。

4 結(jié)束語

模具工業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，代表著我國整體工業(yè)的研發(fā)能力和工業(yè)發(fā)展的水平。模具制造能力的強(qiáng)弱和模具制造水平的高低，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家機(jī)械制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。作為塑料成型的重要工藝裝備，注塑模具在制造業(yè)中地位日益突出，CAD 技術(shù)的不斷發(fā)展，使模具設(shè)計(jì)者可以利用CAD 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)。為模具工業(yè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，為企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)水平的發(fā)展，帶來了質(zhì)的飛躍，已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)信息化、集成化、智能化的最優(yōu)選擇。論文對(duì)注塑模具CAD 系統(tǒng)的發(fā)展觀趨勢(shì)進(jìn)行了概述，并在注塑模CAD 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了注塑模CAD 系統(tǒng)二次開發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)架構(gòu)，介紹了二次開發(fā)CAD系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

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