1、 PDF外文：http:/ Journal of CAD/CAM Vol. 2, No. 1, pp.6975 (2002) 1 注塑模的一种智能化型腔布局设计系统 Weigang Hu and Syed Masood* Industrial Research Institute Swinburne (IRIS), Swinburne University of Technology, Hawthorn, Melbourne, Australia 3122 摘 要： 这篇文章介绍的是多型腔注塑模具的一种智能化型腔布局设计系统（简称： ICLDS）。这套 ICLDS 系
2、统对模具设计人员在概念设计阶段做型腔布局设计是非常有用的。这篇文章将介绍有 关型腔布局设计的复杂性和相关原理以及一些别的问题，概述和分类型腔布局设计的有关知识， ICLDS 的功能 、 总体结构和常规的工艺知识也将被介绍，同时这篇文章也将讨论在本系统不断完善的使用过程中的一些焦点问题，如知识的表现形式和基于案例的推理等。这套系统的功能将用一个型腔布局设计问题的案例来说明。 关键字 ： 智能 化 设计 ； 型腔布局设计 ； 注塑模 具 设计 ； 基于案例推理 ； 设计支持系统 1 绪 论 在塑料产品生产制造领域，注塑模是一种应用最为非常广泛的生产工
3、艺，它以生产效率高，几乎无废料著称。该工艺是由通过喷嘴注射熔融塑料材料到密 闭 的模具型腔、 塑料的冷却和固化 、 从模具型腔取出最终产品 等 几部分组成。对于每个新的塑料产品，注塑机都需要一副新的注塑模具。注塑模具的设计和生产是一个花费大量时间且成本昂贵的过程，通常需要高技术含量的生产工具以及专业的模具设计制造人员。一副注塑模具主要有模座，型腔，定位销，浇口，流道，浇口，冷却水通道，支架，滑轨，注塑装置 1等组成部分。模具的设计受到其他的一些因素如零件的几何结构，模具的材料种类，分型线和每副模具中型腔的个数的影响。 随着计算机技术的进步和人工智能的发展，注塑模具的设计和制造成本明
4、显下降以及交 货的时间大幅减少的效果开始显现。注塑模具的设计领域成为相关研究的主要方向是因为它是一个复杂的工艺过程，涉及到许多与模具部件有关的子系统设计，而每个子系统的设计都需要专业的熟练的知识和经验，并且模具的设计方案还 2 影响到其生产率，后续的维修费用，机械加工的难易程度，以及模具部件的质量。因此，模具设计的许多工作成为了专家系统 、 知识库和人工智能应用，通过它们来弥补人们在传统模具设计过程中存在的大量的专业知识技能经验等的不足。 Kruth and Willems 2开发了一个用于注塑模具设计的智能支持系统，该系统整合 了一个商业化的 CAD/CAM 系统（由一个关系数据
5、库和一个专家系统组成）。 Lee et. al. 3设想的有关注塑模设计的系统的方法论和知识库在一个同时完成的工程环境里面。Raviwongse and Allada 4开发了一个神经元网络库设计支持工具， 用来完成有关模具 设计 的复杂 运算，从而帮助模具设计人员 评估 分析他们所设计 的模具结构的工艺性和 可制造性 。 Kwong and Smith 5 ，他们根据以 黑板的协作模型 为基础的专家系统和基于范例 推理 的方法，开发了一个用于注塑模具 工艺设计的计算系统，该系统 包括模具设计 、 生产调度 、 估价和注塑模参数的确定。 Britton et. al. 6 从功能角度 分析讨论
6、了注塑模具设计使用功能设计的知识和一些知识 库 。 Mok et. al. 7为注塑模 具 设计开发了一个以知识 库 为基础的交互式的 CAD 系统，该系统 嵌入计算 、 知识和图形模块。 同时，有关 改善注塑模具的某些特殊部件的设计的部分研究 工作 也 已经进行 。Ong et. al. 8设计了一种以知识为基础和面向对象的方法，用于注塑模具进给系统的设计，其可以 有效的 应 用于注塑模具浇注系统的类型 、 位置和大小 的设计 。 Iraniet. al. 9也开发了一个软件系统，用于注塑模具的浇口和流道系统的自动化设计，同时 可以通过特定的性能参数 提供浇口设计 效果 的评估。
7、 Nee et. al. 10提供了一种用于 确定 注塑模具设计中最佳分型方向的方法， 该方法以 自动识别和提取消弱功能为基础 。 Chen and Chou 11开发了一种 在 模具设计 过程中 通过计算消弱量和减少消弱来选择分型线的算法。 Park and Kwon 12从事 于注塑模具 冷却系统的设计 开发 工作，建议根据注塑工艺过程中不同冷却阶段的热分析和设计灵敏度分析 从而 作出最优化的 选择。 Lin 13从事利用浇口位置和浇口尺寸作为重要参数 模拟注塑模具性能的预测分析工作。 然而 ， 在 注塑模具设计 的领域中，有 一个领域却很少 能 引起人们的注意，这就是多型腔注
8、塑模具中的型腔布局设计。型腔布局设计 效果的好坏 直接影响到注塑成型的整个工艺过程，因为它是整个模具设计过程中最重要的阶段之一。在概念设计阶段审议注塑模具的型腔布局 设计 将会 显著 提高改善注塑成型产品的 质量 ，因为它与许多影响模具 的设计和质量的关键因素的决定因素有关。这 些因素包括型腔的数 3 量 、 分型线 、 模具的类 型 、 浇口的类型和位置 、 浇道系统 、 冷却系统和 脱模系统。这其中 某些 因素 很难 通过构建真实的数学模型去分析和评估 。 本文介绍一个名叫 ICLDS 的设计支持系统，该系统基于 以知识为基础 的 和面向对象的方法， 应 用于多型腔
9、注塑模具的设计 和开发。它使用基于 范例 和排除 推理 的方法 来完成型腔布局的解决方案 14。它依赖于一个名叫 “ RETE+” 商业软件系统，该系统是一个综合的发展平台，客户可以在此基础上发展自己的以特定 专业 知识为基础的系统 15。该平台的目的 就是在概念设计阶段充分利用人工智能的现有技术协助模具设计人员 来更好的完成设计开发工作。 2 注塑模具的型腔布局设计 注 塑模具 的现行 设计 ，尤其是型腔布局设计，在很大程度上取决于 相关 模具设计人员的经验和知识技能水平。因此 ，在注塑模具设计中最好利用知识工程，人工智能和智能设计技术准确高效的开发 一个可接受的型腔
10、布局解决方案。在模具设计过程中，很多型腔布局的模式 、 规律和原理都可以很容易的用这种形式的知识表示，这种 形式的知识可以应用到大多数的知 识密集型的设计系统中。 例如，对于图 1 所示的型腔布局模式，选择恰当 的布局模式对于设计 工作 来说 ，主要取决于模具的 工作环境 、 工作条件 、 客户需求，更大程度上取决于设计人员 的技能 、 经验和知识。在相互矛盾 的 各种因素中正确的取舍主要 依靠设计者的 技能，知识和经验。在这种情况下，特别是针对常规 设计 或者创新设计，智能设 计技术应用于系统设计是非常合适的。注塑模设计主要涉及到下列要素或子系统的设计： (1)模具的
11、类型 (2)型腔的数目 (3)型腔布局 (4)热流道系统 (5)顶出系统 (6)冷却系统 (7)排气系统 (8)安装机制 流 道 浇 道 八型腔圆形和矩形布局
