期刊翻譯-基于注塑模具設(shè)計(jì)的智能工具知識(shí)

1、嵌件尺寸，材料基于注塑模具設(shè)計(jì)的智能工具知識(shí)JagannathYammada，VenugopalTadikonda摘要：塑料注射成型是一個(gè)制造熱塑性產(chǎn)品最流行的制造工藝，模具設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵方面的進(jìn)程。模具設(shè)計(jì)是一門要求具有知識(shí)，專長(zhǎng)和重要的經(jīng)驗(yàn)的科學(xué)領(lǐng)域。當(dāng)其中之一缺乏了，選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)哪＞咧圃焖芰喜考谝粋€(gè)試湊試驗(yàn)上完成的。這就增加了生產(chǎn)成本，與設(shè)計(jì)產(chǎn)生了不一致性。本文介紹了一種智能代理模具設(shè)計(jì)工具的開(kāi)發(fā)。該工具的內(nèi)容包含了模具設(shè)計(jì)進(jìn)程和的符合邏輯的方式的典型知識(shí)。這些知識(shí)的獲得將是有關(guān)模具設(shè)計(jì)過(guò)程的確定性和不確定性。根據(jù)不同的客戶規(guī)格，一旦開(kāi)發(fā)了模具設(shè)計(jì)工具，它將指導(dǎo)用戶為其塑料部件選擇一

2、個(gè)適當(dāng)?shù)哪＞摺?引言注塑工藝的成功執(zhí)行要求具有知識(shí)，專長(zhǎng)和，最重要的是，實(shí)驗(yàn)科學(xué)。常常它就是用于控制進(jìn)程效率的成型參數(shù)。在生產(chǎn)過(guò)程中有效地控制和優(yōu)化這些參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)其所使用方式的零件的質(zhì)量和成本的一致性。制造商的經(jīng)驗(yàn)水平?jīng)Q定了如何有效地控制工藝參數(shù)。這有時(shí)會(huì)導(dǎo)致由于人為錯(cuò)誤的不相容性。還有的情況是缺乏經(jīng)驗(yàn)、缺乏時(shí)間、資源和小范圍內(nèi)的技術(shù)革新?；诠こ淘O(shè)計(jì)知識(shí)提供了一種可行的解決所有這些問(wèn)題，即把這些問(wèn)題建立成所謂的“智能代理模式”。2IKEM以知識(shí)為基礎(chǔ)的智能工程模塊塑料注射成型過(guò)程（IKEM）是一種領(lǐng)先一步于并行工程和CAD/CAM系統(tǒng)的軟件技術(shù)。它整合現(xiàn)有設(shè)計(jì)和制造過(guò)程的知識(shí)，通過(guò)給用戶提

3、供設(shè)計(jì)的各方面的說(shuō)明書以減少在設(shè)計(jì)階段的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的工程變更來(lái)助于減少一些工時(shí)。該系統(tǒng)將用于注塑成型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的反復(fù)，和流程整合。目前的過(guò)程包括許多手工計(jì)算，CAD圖形結(jié)構(gòu)，以及從以往的經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目。一旦工程師完成設(shè)計(jì)，就會(huì)測(cè)試其性能。該IKEM項(xiàng)目分為三大主要模塊。模塊的成本估算模具設(shè)計(jì)模塊制造模塊投入IKEM系統(tǒng)的兩種形式。一是以CAD模型（Pro-E文檔）投入形式，二是鑒于在用戶界面形式輸入形式。圖1顯示的是給用戶進(jìn)入每個(gè)模塊和輸出的那種投入形式。塑性每秒注塑量，壽命用戶輸入形式模具基數(shù)設(shè)計(jì)型腔圖像尺寸零件重量流道長(zhǎng)度注口位置注口尺寸澆注口尺寸流道尺寸制造零件表面積零件厚度周期周期零件數(shù)據(jù)

4、尺寸肋型腔數(shù)模具尺寸注口尺寸流道尺寸澆注口尺寸生產(chǎn)線位置1用/勺輸出形式鉗噸位，注塑壓力反壓力，熔融溫度模具溫度，噴管溫度前圓柱溫度，后圓柱溫度臨模溫度，旋轉(zhuǎn)速度優(yōu)化填充時(shí)間處理成本圖1IKEM過(guò)程組織框架3智能模具設(shè)計(jì)工具模具設(shè)計(jì)工具的基本形式是把一個(gè)VisualBasic應(yīng)用程序輸入到一個(gè)包含有關(guān)零件信息和用戶輸入形式的文本文件。該文本文檔包含了Pro/E信息文檔中的有關(guān)零件的幾何解析。這種輸入是用于估計(jì)層面的模具和各種其他功能。3.1文獻(xiàn)綜述模具設(shè)計(jì)是另一個(gè)階段的注射液成型過(guò)程,這過(guò)程中具有經(jīng)驗(yàn)的工程師在很大程度上能幫助過(guò)程自動(dòng)化，提高效率。需要注意的是投入設(shè)計(jì)模具的時(shí)間。通常情況下，設(shè)

5、計(jì)工程師在設(shè)計(jì)模具時(shí)消耗大量的時(shí)間查閱表和標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)。此外，大量的時(shí)間消耗于在標(biāo)準(zhǔn)的CAD軟件中的建模部分。不同的研究人員已經(jīng)采取不同的方式來(lái)處理減少模具設(shè)計(jì)所花費(fèi)時(shí)間的問(wèn)題。Koelsch和James2采用了成組技術(shù)來(lái)減少模具設(shè)計(jì)時(shí)間。對(duì)于聚合類注塑件和注塑成型所需的工具，一個(gè)獨(dú)特的編碼系統(tǒng)是可以順利開(kāi)發(fā)并用于其他生產(chǎn)線上的。軟件系統(tǒng)實(shí)施的編碼系統(tǒng)也已開(kāi)發(fā)。在這專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)通過(guò)應(yīng)用工程師的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)企圖使模具設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化。開(kāi)發(fā)一個(gè)并行模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)就是這樣的一個(gè)辦法，它試圖在一個(gè)并行工程環(huán)境中為注塑模具設(shè)計(jì)過(guò)程建立一個(gè)系統(tǒng)的方法3。他們研究的目的是開(kāi)發(fā)一個(gè)模具開(kāi)發(fā)進(jìn)程是并行基礎(chǔ)工程實(shí)踐容易化，并

6、建立一個(gè)以知識(shí)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)以解決注塑模具設(shè)計(jì)的可制造性問(wèn)題以及產(chǎn)品的需求。SplitWorkstm是利用先進(jìn)技術(shù)使核心過(guò)程的自動(dòng)化和型腔的分離、制造的一種CAD工具4。R&B模和沖模設(shè)計(jì)已開(kāi)發(fā)了SplitWorksTM來(lái)幫助大大減少創(chuàng)建分型線，型芯，型腔，側(cè)端面，電極和完成聯(lián)合模主要部分說(shuō)要的時(shí)間。IMOLD是新加坡國(guó)立大學(xué)開(kāi)發(fā)的一種智能注塑模具設(shè)計(jì)和裝配系統(tǒng)。其目的是收集和存儲(chǔ)一個(gè)設(shè)計(jì)者的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)到一個(gè)以知識(shí)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)中，使智能模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)取代經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師。這有助于減少缺乏技術(shù)和豐富經(jīng)驗(yàn)的工程師在競(jìng)爭(zhēng)激烈的注塑成型市場(chǎng)的失敗。雖然IMOLD打算通過(guò)獲取工程知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)開(kāi)發(fā)其特性，但是

7、R&B模具設(shè)計(jì)應(yīng)用和Space-E/Mold是提供標(biāo)準(zhǔn)件和工具庫(kù)來(lái)減少完成設(shè)計(jì)過(guò)程時(shí)間的CAD工具。因此，模具輔助設(shè)計(jì)發(fā)展得如此快并不是因?yàn)殡S機(jī)性信息(IMOLD)或是確定性信息(MoldWorksTM,SplitWorksTM),這個(gè)研究唯一想要嘗試的是開(kāi)發(fā)一種模具設(shè)計(jì)特性來(lái)獲取這兩種形式：確定性和隨機(jī)性。3.2采用的方法為了開(kāi)發(fā)智能模具設(shè)計(jì)工具，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)發(fā)放這在研究中。應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員和設(shè)計(jì)工程師為一種特殊的塑料零件設(shè)計(jì)一個(gè)模具而工作在一起。在這段時(shí)間內(nèi)，為解決這個(gè)基本的模具所采取的辦法由工程師密切觀察和應(yīng)用其知識(shí)/經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定各個(gè)方面的選擇過(guò)程。另外，有時(shí)工程師會(huì)查閱表和手冊(cè)來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化其選

8、擇過(guò)程。這些消耗在工藝上的時(shí)間也會(huì)記錄在以后的應(yīng)用中。接下來(lái)的階段將是闡述應(yīng)用時(shí)輸入和輸出條件的問(wèn)題。這涉及到確定模具方案的哪些信息對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是最需要的，也可以從其給出的輸出中減少輸入數(shù)。根據(jù)收集到模具設(shè)計(jì)工作的資料，工程師所遵循的慣例將轉(zhuǎn)化為假設(shè)法。決策表是用來(lái)處理某一個(gè)模具設(shè)計(jì)過(guò)程中所有可能的情況。這之后整理成規(guī)則條例將在一個(gè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境中與他人共享。最后，塑料零件的設(shè)計(jì)模具在投入制造行業(yè)前將會(huì)測(cè)試其應(yīng)用的有效性。3.3選擇適當(dāng)?shù)哪＞呋赝ǔＧ闆r下，為制造塑料零件選擇適當(dāng)?shù)哪＞呋鶖?shù)涉及一下幾個(gè)方面：估算型腔數(shù)型腔數(shù)是由特定時(shí)間內(nèi)所要求的零件數(shù)來(lái)確定的。還有其他一些問(wèn)題，如塑化能力的機(jī)器，廢

9、品率等也會(huì)影響到模具基數(shù)的型腔數(shù)。確定嵌件數(shù)和其尺寸嵌件簡(jiǎn)化了模具基數(shù)的復(fù)用性，因此這有助于降低制造成本。嵌件的尺寸和數(shù)量的選擇是由現(xiàn)有的舊嵌件的可重用性和訂購(gòu)新嵌件的費(fèi)用來(lái)決定的。確定流道尺寸和位置流道的尺寸是由成型材料來(lái)決定的。盡管根據(jù)流量有其他相關(guān)的合適材料可確定流道尺寸。流道的位置可由用到的流道的布局來(lái)確定。雖然一個(gè)圓形的流道系統(tǒng)是最好的選擇，但是保持流道平衡的分支流道系統(tǒng)才是被廣泛應(yīng)用的流道系統(tǒng)。確定澆注口的直徑澆注口直徑是由模具尺寸、型腔數(shù)和在特定時(shí)間內(nèi)填充的塑料量來(lái)決定的。確定注口位置塑料將會(huì)在能夠均勻填充型腔的注口進(jìn)入型腔。注口位置可在圓形型腔周邊的任意位置，但在填充矩形型腔是

10、它必需能進(jìn)到型腔的腹部。確定生產(chǎn)線的大小和位置生產(chǎn)線定位在彼此或是任意的模具面都是標(biāo)準(zhǔn)距離內(nèi)。該規(guī)則并非是把一個(gè)生產(chǎn)線定位在模具壁的直徑內(nèi)。根據(jù)上述結(jié)論確定模具尺寸根據(jù)上述結(jié)論可估算出模具的大約尺寸和估計(jì)其接近的目錄編號(hào)。鑒于上述各方面，建模時(shí)應(yīng)考慮到重新設(shè)計(jì)是要降低的成本和費(fèi)用。3.4問(wèn)題的提出根據(jù)人類的知識(shí)/經(jīng)驗(yàn)而提出的問(wèn)題，模具設(shè)計(jì)的各方面如消耗在查閱表和數(shù)據(jù)表的時(shí)間等，開(kāi)發(fā)其應(yīng)用的問(wèn)題就如圖2所示。同時(shí)大多數(shù)的輸入都可以從機(jī)床說(shuō)明書上獲得，如根據(jù)客戶要求的型腔數(shù)，型腔內(nèi)部尺寸，周期，其他輸入如可塑性，每分鐘注塑能力等。應(yīng)用輸出包含模具尺寸和其他信息，這都大大幫助了從目錄表中選擇標(biāo)準(zhǔn)的模

11、具基數(shù)。除了輸入和輸出，在圖2也顯示了各種模塊最后輸出圖2模具設(shè)計(jì)的模塊框架3.5制定規(guī)則在這一階段，專業(yè)術(shù)語(yǔ)將會(huì)以重復(fù)的假設(shè)法的形式出現(xiàn)。該規(guī)則可能會(huì)以定性和定量知識(shí)的形式出現(xiàn)。通過(guò)定性知識(shí)，即已確定的信息，就可以快速的解決問(wèn)題。通過(guò)定量知識(shí)，即不確定的信息，只是作為一個(gè)遵循規(guī)則根據(jù)以往情況規(guī)則的運(yùn)作情況。一個(gè)典型的規(guī)則說(shuō)明如下：如果材料=“縮醛”并且流道長(zhǎng)度=3并且流道長(zhǎng)度0那么流道直徑=0.062結(jié)束在制定的規(guī)則時(shí)，重要的是，我們要以緊湊的方式來(lái)表達(dá)信息從而避免冗余，不完整和不一致。用過(guò)檢查冗余和綜合問(wèn)題的闡述，決策表可幫助解決上述的問(wèn)題。舉個(gè)例子，選擇一組合適的模具基數(shù)，模具基數(shù)的尺寸

12、這一過(guò)程是由型腔和嵌件的數(shù)量來(lái)決定的。為了確保考慮到應(yīng)用決策表來(lái)確定所有型腔和嵌件所有可能的組合然后應(yīng)用決策表來(lái)制定規(guī)則。表1顯示至少一個(gè)以上的模具尺寸是相同的。表一：樣本決策表型腔數(shù)（1,2，4）111222444插入數(shù)（1,2，4）124124124模具尺寸A*AB*ABC型腔數(shù)是1，嵌件數(shù)是1的情況下就有相同的模具尺寸，型腔數(shù)是2和4的情況也是一樣的。這三種情況可歸結(jié)為一個(gè)單一的規(guī)則：情況A:模具寬度=（插入寬度+2）模具長(zhǎng)度=（插入長(zhǎng)度+2）模具厚度=插入厚度情況B：模具寬度=（2*插入長(zhǎng)度+3.5）模具長(zhǎng)度=（插入長(zhǎng)度+2）模具厚度=插入厚度情況C：模具寬度=（2*插入寬度+3.5）

13、模具長(zhǎng)度=（2*插入長(zhǎng)度+3）模具厚度=插入厚度圖3模具尺寸各種嵌件和型腔組合假如嵌件數(shù)=1那么模具寬度=（嵌入件寬度+2）模具長(zhǎng)度=（嵌入件長(zhǎng)度+2）模具厚度=嵌入件厚度結(jié)束為了方便和清楚，這些規(guī)則都都用標(biāo)準(zhǔn)的編程語(yǔ)言排列在模塊的周圍。每個(gè)模塊導(dǎo)出一系列的輸出，這有可能是其他模塊的輸入。3.6測(cè)試應(yīng)用性應(yīng)用各種測(cè)試方案來(lái)驗(yàn)證智能模具設(shè)計(jì)的應(yīng)用是有效的。每一個(gè)方案下的零件、模具、機(jī)床信息都是不同的，技術(shù)人員將確認(rèn)這些信息的結(jié)果映射到應(yīng)用中。表2顯示了一個(gè)這樣的測(cè)試情況，零件要求有兩個(gè)型腔但沒(méi)有嵌件。應(yīng)用時(shí)根據(jù)型腔的內(nèi)部尺寸和其他信息給出了大概的模具尺寸、流道尺寸、澆注口尺寸和流道的長(zhǎng)度。模具尺

14、寸非常接近技術(shù)人員為測(cè)試而設(shè)計(jì)的尺寸，但沒(méi)有明確表明使用的模具基數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，就像D-M-E模具基數(shù)庫(kù)中某個(gè)特定的模具。不管怎么樣，在模具目錄中選擇合適的模具基數(shù)都是有用的。表2典型測(cè)試案例程序的輸入和輸出顯示輸入插入數(shù)0插入長(zhǎng)度0插入寬度0插入厚度0型腔圖像長(zhǎng)度2.02型腔圖像寬度3.28型腔圖像深度0.5流水線直徑0.25零件生產(chǎn)量1000壽命6周期26廢品率0.1每秒注塑速度2.3材料ABS輸出程序輸出型腔數(shù)2模具長(zhǎng)度10.06模具寬度4.02模具厚度1.125流道直徑0.109流道長(zhǎng)度1.5大端澆道軸襯直徑0.2184結(jié)論本文介紹了圍繞開(kāi)發(fā)智能模具設(shè)計(jì)應(yīng)用的方法，它是根據(jù)用戶的輸入而做出的

15、模具基數(shù)選擇。這個(gè)內(nèi)容的獲取過(guò)程是在行業(yè)內(nèi)的專家在初次設(shè)計(jì)一個(gè)模具基數(shù)時(shí)反復(fù)推敲中完成的，也是在手冊(cè)和數(shù)據(jù)庫(kù)收集確定性信息中完成的。收集到的模具選擇過(guò)程的定性或定量的信息將會(huì)以規(guī)則的形式出現(xiàn)在不同的模塊中。決策表是用來(lái)減少基本規(guī)則的大小，使基本的規(guī)則在問(wèn)題域得到綜合。當(dāng)在塑料零件制造行業(yè)中選擇適當(dāng)?shù)哪＞呋鶖?shù)時(shí)，這些規(guī)則用于不同的模塊的應(yīng)用開(kāi)發(fā)測(cè)試其正確性的。參考文獻(xiàn)1ChambersT.L.,ParkinsonA.R.,1998,“KnowledgeRepresentationandConversionofHybridExpertSystems.”TransactionsoftheASME,v

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