基于知识的注塑模具设计若干技术研究

论文摘要

本文以宁波市科技局工业科研攻关项目—“基于知识工程的塑料模具快速设计系统”为背景，以注塑模具为主要研究对象，将知识工程思想、数据库技术、推理技术应用于工程设计，目的在于建立基于统一的产品数据管理环境下的注塑模具辅助设计系统，使得企业设计知识得到最大限度重用。本文研究工作主要有以下几方面：1．针对塑料材料多样性和材料选取的困难性，深入研究了材料数据分类方法以及材料性能与塑件制品的关系，建立了综合性能数据库，包括塑料性能、塑料熔体流动行为、塑料配置与着色等子数据库。根据材料性能对塑件结构的影响，建立了“材料性能—塑件结构要素”映射机制，自动求解塑料性能对塑件结构要素的影响，以及塑件结构要素(功能)所要求的材料性能。研究开发了对材料性能数据库的全局查询导航器，通过关联查询得到与该材料相关的所有信息，并输出为各种格式的数据以备共享。2．塑料制品设计结构对塑件顺利成型、防止产生缺陷从而降低成本和提高设计效率有重要影响。考虑塑料制品的加工工艺性，针对塑件的侧面凹凸、脱模斜度、塑件壁厚、加强筋、孔设计等十余个方面，提供设计方案的支持和检查，以帮助塑件设计者快速设计出结构合理的产品。3．根据注塑模具设计具有强经验弱理论的特点，深入研究了注塑模具基于范例推理的设计方法。在最近邻法基础上提出模具范例的相似度算法，并充分考虑不同历史时段技术发展水平导致的模具设计和加工手段的进步，减小由于庞大的范例库造成的匹配时间复杂度，提出采用过滤机制：首先限定一定的搜索范围，只对此范围内的范例进行相似度计算匹配，从而最大限度的提高系统计算、匹配效率；给出特征权重调整的简洁方法，以对传统最近邻法产生的不精确性进行修正。针对检索到的模具范例，从零部件信息和装配结构两个方面进行调整，提出了基于标准件库的离线式零部件编辑和以“配合关系寄存器”为中间件的结构调整方式。提出了一种设计时范例数据获取与重用的设计过程刻录的在线式范例应用的新方法，为基于范例的自动模具设计开辟新途径。4．研究了注塑模具设计中快速建模技术。利用参数化建模技术，研究了模型参数驱动的零部件设计方法，提出以“单遗传结构”的形式描述零件参数，以多级别数据存储结构为零件参数的存储方式，使得平面二维表格(或者复杂的树状表格)简化为线性数据结构，每条记录成为仅包含参数控制关系的单个参数的数据，从而建立可动态扩充的系列化、标准化的零部件设计系统。提出基于统一装配模型的模架设计技术及特征识别技术，利用冗余控制参数实现模架变型设计的模架装配系统。利用这些方法和技术，提高了模具设计建模自动化能力和总体设计水平，并为企业实现统一的信息管理打下坚实基础。5．建立了基于统一信息管理平台PDM的企业集成设计管理环境。以注塑模具设计为例，讨论了塑料材料性能数据库集成、塑件结构工艺性数据集成、基于CBR的模具设计推理方法集成、模型参数驱动的零部件设计集成以及基于统一装配模型的模架设计集成。分析了企业应用软件工具集成和封装的方法，讨论了基于XML的企业数据传输与共享，PDM与ERP的集成。对于企业数据安全，提出了基于对象／基于规则／基于任务流程／基于项目的综合控制方法，使得统一的产品数据管理平台下的企业数据安全得到有效保障。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 模具行业的发展状况
• 1.3 模具设计技术的发展状况
• 1.3.1 模具设计辅助软件应用状况
• 1.3.2 设计方法和理论研究状况
• 1.3.3 数据管理与集成技术研究状况
• 1.4 课题背景和意义
• 1.4.1 课题研究背景
• 1.4.2 课题研究意义
• 1.5 本文研究的主要内容
• 1.6 本文组织方式
• 第2章 塑料材料综合性能数据库研究与开发
• 2.1 引言
• 2.1.1 材料性能数据库的重要性
• 2.1.2 塑料材料数据库的研究状况
• 2.2 材料综合性能数据分析
• 2.2.1 材料数据的复杂性
• 2.2.2 材料数据表示
• 2.2.2.1 数据组织方式
• 2.2.2.2 不同数据类型的数据存储结构
• 2.2.2.3 数据的交叉性
• 2.3 材料综合性能数据库建立
• 2.3.1 综合性能数据库
• 2.3.2 “材料性能—塑件结构要素”映射器
• 2.4 材料数据库检索导航
• 2.4.1 关联查询与导航
• 2.4.2 材料反求与经济性分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 塑件结构设计工艺性应用研究
• 3.1 引言
• 3.1.1 结构设计工艺性的重要性
• 3.1.2 研究状况
• 3.1.3 结构工艺性设计体系
• 3.2 知识表示和数据获取
• 3.2.1 知识表示
• 3.2.2 塑件结构工艺性知识表示、获取与维护
• 3.3 结构工艺设计和方案检验
• 3.3.1 结构工艺性设计
• 3.3.2 结构工艺性检验
• 3.4 典型设计案例
• 3.4.1 典型案例存储结构与内容
• 3.4.2 范例重用
• 3.5 结构工艺设计报告书
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于 CBR的注塑模具设计技术研究
• 4.1 引言
• 4.1.1 CBR技术的研究状况
• 4.1.2 CBR应用于模具设计的可行性分析
• 4.1.3 系统原理
• 4.2 模具范例检索自动匹配算法
• 4.2.1 注塑模具范例匹配属性设计
• 4.2.2 相似度算法
• 4.2.3 基于时间权重的范例匹配
• 4.2.4 特征权重的调整
• 4.2.5 检索过滤机制
• 4.3 注塑模具库案例结构信息数据获取
• 4.4 注塑模具案例结构数据调整
• 4.4.1 零部件信息调整
• 4.4.2 装配结构调整
• 4.5 设计时范例数据获取与重用
• 4.6 检索流程和范例管理系统
• 4.6.1 数据库与实例库建立
• 4.6.2 检索流程
• 4.6.3 基于 Web的模具设计推理系统
• 4.6.4 范例应用
• 4.7 本章小结
• 第5章 注塑模具设计建模若干技术研究
• 5.1 引言
• 5.1.1 注塑模具设计建模技术研究状况
• 5.1.2 本章研究的主要内容
• 5.2 模型参数驱动的零部件设计方法
• 5.2.1 引言
• 5.2.2 模型参数驱动的零部件设计原理
• 5.2.2.1 模型参数驱动造型
• 5.2.2.2 数据分类与组织方式分析
• 5.2.2.3 单遗传结构的多级别数据存储
• 5.2.2.4 模型参数驱动建模设计方法的关键
• 5.2.3 离线式零部件编辑
• 5.2.4 基于装配的零件建模
• 5.2.4.1 基本原理和方法
• 5.2.4.2 缺陷
• 5.2.5 小结
• 5.3 基于统一装配模型的模架设计技术
• 5.3.1 引言
• 5.3.2 模架特点分析
• 5.3.3 模架系统构造
• 5.3.3.1 模架装配结构形式
• 5.3.3.2 控制参数
• 5.3.3.3 模板和特征构造
• 5.3.3.4 装配定位控制
• 5.3.4 基于零件属性的组件识别
• 5.3.5 小结
• 5.4 面向制造的模具特征信息自动识别
• 5.4.1 引言
• 5.4.2 面向制造的设计特征信息分析
• 5.4.3 面向制造的设计信息自动识别规则
• 5.4.4 数据输出
• 5.5 模具设计辅助工具
• 5.5.1 复杂特征建模
• 5.5.1.1 问题提出
• 5.5.1.2 特征构造
• 5.5.2 基于三维 CAD系统的自定义特征
• 5.5.3 工程图辅助设计工具
• 5.5.3.1 明细表自动生成和修改
• 5.5.3.2 标题栏信息自动生成
• 5.5.3.3 图框自动生成
• 5.5.3.4 件号标注和修改
• 5.6 本章小结
• 第6章 PDM环境下的集成设计体系
• 6.1 引言
• 6.2 基于 PDM的系统集成体系结构
• 6.3 集成设计体系
• 6.3.1 模具设计体系集成
• 6.3.1.1 塑料材料性能数据集成
• 6.3.1.2 塑件结构工艺性数据集成
• 6.3.1.3 基于 CBR的模具设计推理集成
• 6.3.1.4 模型参数驱动的零部件设计方法集成
• 6.3.1.5 基于统一装配模型的模架设计的支持
• 6.3.2 应用软件工具封装
• 6.3.3 数据传输与共享
• 6.3.4 集成 ERP系统
• 6.4 安全策略
• 6.5 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 攻读博士学位期间参加的课题
• 致谢