基于知识的产品建模技术及在热流道设计中的应用研究

论文摘要

本文在国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2006AA04Z114)、国家自然科学基金(50775201)和浙江省自然科学基金项目(Y107428)的资助下,从理论到应用对基于知识的机械产品建模设计进行了深入研究,在全面综述国内外现有机械系统设计研究方法和注塑模热流道系统应用研究的基础上,综合运用知识表示、知识推理、知识驱动和知识融合等技术,针对产品设计信息建模、产品概念设计、热流道结构设计、温度场模拟与结构优化,提出了若干新思想、原理和新方法,对于解决目前基于知识的机械系统设计和多腔注塑模热流道系统设计问题,具有理论和学术价值。主要研究内容如下:第一章介绍了国内外基于知识的产品设计研究和热流道系统的应用情况,从对基于知识的信息建模表达和推理,和不同的知识表达的特点分析,到基于知识的概念设计、集成设计,系统介绍了各种基于知识的产品设计研究方法:同时,分析了国内外注塑模热流道系统各种设计方法,以及注塑模具与热流道相关CAD/CAM/CAE技术;从而,导出本文的主要内容和研究思路。第二章研究了产品设计信息的知识建模方法,提出了知识单元作为描述某一对象或事物的知识子集,反映在一定阶段内系统的相关领域知识的内容和结构特征、问题描述和推理规则、方法等;分析了知识单元的功能和性质,提出产品设计知识单元的层次内涵。对产品设计过程中的功能设计、概念设计和结构设计,分别建立信息模型,并提出各层次信息模型之间的知识关联表达。第三章通过对设计规则的表达,提出基于知识推理与设计任务规划思路。针对热流道系统的特点,设计热流道概念设计流程;通过热流道系统的功能分解和概念设计方案分解,进而建立概念设计空间模型,确定热流道系统概念设计方案。第四章从逻辑与图形相结合的角度,引入流道知识单元的概念。根据对多种流道产品实例布局的单元化分解和归一化处理,得到包含最基本流道布局信息的单元化结构,并将其作为布局设计的基本单位:提出流道单元概念及其拓扑与矢量描述方法,建立了基于流道单元的流道布局网络模型和矢量模型,并研究了模型的变动与重构技术。分析了多腔热流道结构主要由浇口模型、流道板模型和喷嘴模型等三大功能模型组成,根据知识单元中一定推理方法定义,利用知识库的规则对数据信息进行匹配和操作并获得结果;根据知识单元驱动机制,利用结构单元的派生组合,在设计知识引导下,实现产品结构设计。第五章使用知识融合技术,实现有限元前置分析参数的自动读入以及温度场分析结果的继承性,结合温度场模拟分析结果,通过SDBDF型混杂法对热流道结构进行优化,实现了注塑模热流道系统的集成设计。第六章根据设计理论和方法,通过各功能模块的分解,分析产品实例,建立了基于知识的多腔热流道设计系统,并在实际中得到应用。第七章是总结与展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 基于知识的产品设计研究应用现状
• 1.2.1 基于知识的信息表达
• 1.2.2 基于知识的推理
• 1.2.3 基于知识的概念设计
• 1.2.4 基于知识的集成设计
• 1.3 注射模热流道系统设计研究应用现状
• 1.3.1 注塑模具与热流道设计技术
• 1.3.2 注射模热流道温度场模拟CAE技术
• 1.4 本文研究背景、内容及思路
• 1.4.1 研究背景
• 1.4.2 主要内容
• 1.4.3 组织思路
• 1.5 小结
• 第2章 基于知识单元的机械产品设计信息建模
• 2.1 引言
• 2.2 知识单元及性质
• 2.2.1 知识单元
• 2.2.2 知识单元的功能与性质
• 2.2.3 知识单元的分类和管理
• 2.3 机械产品设计信息的知识单元建模
• 2.3.1 产品功能设计信息建模
• 2.3.2 产品概念设计信息建模
• 2.3.3 产品结构设计信息建模
• 2.3.4 设计元素之间的映射关系
• 2.4 小结
• 第3章 基于知识推理的热流道系统概念设计
• 3.1 引言
• 3.2 基于知识推理的热流道概念设计流程
• 3.2.1 设计规则表达
• 3.2.2 基于知识的推理
• 3.2.3 热流道概念设计流程
• 3.3 热流道概念设计空间的建立
• 3.3.1 热流道系统功能分解
• 3.3.2 热流道概念设计方案分解
• 3.3.3 概念设计空间模型的建立
• 3.4 概念设计方案的确定、修正及更新
• 3.5 小结
• 第4章 基于知识驱动的多腔热流道结构映射
• 4.1 多腔热流道结构知识单元
• 4.1.1 流道单元的构成
• 4.1.2 流道单元间的关联约束
• 4.2 流道单元的驱动机制
• 4.2.1 流道布局模型
• 4.2.2 流道单元驱动与布局建模
• 4.3.3 流道布局模型的变型与重构
• 4.3 多腔模热流道系统结构设计
• 4.3.1 热流道结构设计规则
• 4.3.2 热流道板变结构设计
• 4.3.3 喷嘴结构设计
• 4.4.4 浇口尺寸设计
• 4.4 小结
• 第5章 基于知识融合的多腔热流道温度场模拟与分析
• 5.1 引言
• 5.2 基于知识融合的热流道温度场分析流程
• 5.2.1 传统的热流道温度场分析流程
• 5.2.2 基于知识融合的热流道温度场分析流程
• 5.3 基于知识融合的多腔热流道温度场模拟分析
• 5.3.1 基于知识单元的加热器功率的确定
• 5.3.2 基于结构知识单元与继承的流道板温度约束位置确定
• 5.3.4 基于知识融合的多腔热流道温度场模拟
• 5.4 基于SDBDF型混杂法的热流道结构优化
• 5.4.1 SDBDF型混杂法
• 5.4.2 基于SDBDF型混杂法的热流道结构模型的优化
• 5.5 热流道产品设计的多视图表达
• 5.6 小结
• 第6章 基于知识的多腔热流道设计系统实现
• 6.1 引言
• 6.2 系统体系结构
• 6.3 系统的主要功能及实现
• 6.3.1 系统登陆模块
• 6.3.2 热流道产品概念设计模块
• 6.3.3 热流道产品结构设计模块
• 6.3.4 热流道产品温度场模拟与分析模块
• 6.3.5 热流道产品的多视图输出表达模块
• 6.4 系统应用与产品
• 第7章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 今后工作展望
• 参考文献
• 附录一:攻读博士学位期间发表（录用）的学术论文与软件著作权登记
• 附录二:攻读博士学位期间参加的科研项目与获奖情况
• 致谢