基于智能的注塑模CAD系統二次開發平臺的設計

段利君

（綿陽職業技術學院，四川 綿陽 621000）

我國的注塑模具工業發展迅速，塑料工業產品的品種和數量不斷增加，對注塑模具品質的要求也越來越高，同時力求盡可能縮短注塑模具的設計和生產周期。智能化是模具CAD 設計發展的一個主要方向。

1 注塑模CAD 系統開發平臺的發展趨勢

現在，塑料制品日益進入千家萬戶的生活。越來越多的企業已經意識到，自己的產品要想占據市場的主導地位，必須加快注塑模具的CAD 系統研發進程。CAD/CAM 系統在模具行業中得到了廣泛應用，但由于這些CAD/CAM系統，都是作為通用機械設計與制造軟件來設計的，沒有特別針對模具。為了提高設計的效率與正確率，需要對該系統進行二次開發。

注塑模的CAD 系統的設計與開發，是一個繁重而復雜的過程。計算機輔助塑料模具設計，首先要進行理論分析，然后還要研究模具充填行為的模擬。關于這方面的研究，國內一些單位在注塑模CAD 方面做了不少工作。模具工業在世界各國經濟發展中，都具有重要的地位。模具CAD 技術，已成為衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一。

自20 世紀90年代至今，中國注塑模具工業突飛猛進地發展，模具制造行業的追求目標，是提高產品品質，不斷的提高加工效率，最大限度降低成本，滿足用戶需求。

具體表現出以下特征：

（1）標準化。商品化、專業化進程的加快，對縮短模具設計制造周期、降低模具生產成本、提高模具品質，都具有十分重要的技術經濟意義，沒有模具標準件的專業化和商品化，就沒有模具工業的現代化。

（2）數字化、信息化技術得到重視。模具數字化設計制造及企業信息化管理技術，是提高模具行業整體水平的有效技術手段，能夠極大地提高模具生產效率和產品品質。

（3）智能化技術開發，提高注塑模具設計成功率，縮短注塑模具制造周期，已經成為模具產業的主旋律。發展專家CAD 系統，應用專家智能系統具有的邏輯推理和決策判斷能力，實現產品生命周期各個環節的智能化，實現生產過程各個環節的智能化，以及模具設備的智能化，也要實現人與系統的融合，以及人在其中智能的充分發揮。智能化、自動化是注塑模具設計發展的一個主要方向。

2 基于智能的注塑模CAD 系統二次開發平臺的架構

CAD 軟件二次開發，是指在現有的軟件基礎上，用戶根據自身的特殊技術需求，進行功能擴展，或對原有功能加以完善，以達到提高設計品質和生產效率，以及技術水平的目的，適應用戶信息化的進一步需求。其目的，是充分發揮通用CAD 軟件的價值。二次開發增強了原有軟件的針對性和專用性，屬于軟件創新的一種。

2.1 二次開發平臺的設計原則

CAD 軟件的二次開發平臺，是一個用戶與CAD軟件之間交換信息的平臺，是一個媒介，用戶是通過它來調用CAD 軟件的對外開放資源；同樣，CAD 軟件也是通過它來實現用戶的功能請求。因此，二次開發平臺追求的目標，是提高產品品質及生產效率，縮短設計周期及制造周期，降低生產成本，最大限度地提高模具制造業的應變能力，滿足用戶需求，具體要遵循以下的原則：

（1）工程化原則。二次開發應按照軟件工程學的方法和步驟進行，突出工程化的思想。首先，是根據用戶要求制定總體規劃，并依據總體規劃，制定詳細的任務書以及系統要達到的目標。然后，將目標做結構設計，規劃出系統模型，在圖形庫的支持下編寫程序。最后，是系統的測試和集成，保證軟件的可靠性、有效性和可維護性。工程化的原則和方法，就是在軟件生命周期的各個階段，都要按照企業的流程進行。只有這樣，最后生產出來的產品品質才能得到保證。

（2）模塊化原則。模塊通常是由元件和零部件組合而成的、具有獨立功能的、可成系列單獨制造的標準化單元，通過不同形式的接口，與其他單元組成產品，且可分、可合、可互換。即是把大系統加以分割，分成若干個相對獨立的部分，變復雜為簡單，從而使問題易于解決。模塊化可以使開發人員同時進行不同模塊的開發，縮短軟件開發周期；在軟件需要維護和修改時，也僅對相關模塊進行修改即可，避免了對整個程序的修改；在擴展時，只要把獨立的功能模塊集成即可運行。系統功能模塊化，是信息管理系統的重要特點。隨著經濟的發展和技術創新步伐的加快，復雜的大系統日漸增多，模塊化也就成了人們用來處理復雜問題的常用方法。

（3）繼承性原則。二次開發是在已有軟件基礎上，根據實際需要而進行的再開發，在很大程度上取決于支撐軟件的性能和開放程度，以及開發者對支撐軟件的理解。繼承性有助于提高軟件產品的品質和開發效率，有助于降低軟件的二次開發和維護費用，它要求二次開發后的系統，在界面風格和概念上，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實現無縫集成，從而保持系統的一致性和完整性。

（4）標準化原則。在CAD 軟件開發項目立項時，開發者同時就應該確定該項目需要符合的標準，包括所開發的軟件本身，應該符合的技術標準，以及在軟件開發時，為確保軟件品質而應該符合的標準。CAD 系統的二次開發，不同于一般軟件的設計，它的運行過程是對具體機械設計過程的模擬，機械設計過程也有著嚴格的國家標準的規定。必須符合機械工程設計的特點。

（5）可擴展性。CAD 二次開發的可擴展性，是指該系統具有很大的靈活性，類似于搭積木，可以根據需要通過系統提供的功能配置模塊增刪組件或簡單配置，而不需要對軟件系統本身做任何程序上的修改，就可以達到目的。CAD 具有二次開發擴展性的同時，要求CAD 軟件系統，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、類或其他擴展功能。

2.2 二次開發專家系統

在現階段，人工智能的應用主要是以專家系統的方式來體現的，即把專家系統與原CAD 系統有機地結合在一起。在智能型二次開發CAD 系統中，專家系統承擔需要依靠知識和經驗作出推理判斷，主要設計過程決策、技術決策和各種結果評價等。其技術核心就是以專家知識和經驗，建立專家系統模型，采用規則控制下的產生式系統和啟發式推理，來實現系統的智能化。

2.3 智能的注塑模CAD 系統二次開發平臺的架構

注塑模具屬于高科技產品，要完成一副合格的注塑模，需要經過設計、零件加工、裝配、調試、修正等諸多環節的協作來完成。注塑模CAD 專家系統與CAD 系統有機結合起來，建立注塑模具CAD 專家系統，以提高模具總體設計、工藝設計的科學性和模具CAD 的技術水平，提高模具的設計質量和設計效率。

注塑模設計內容廣泛，包括以下這些方面：

模具成型部分結構；澆注系統、排氣系統的結構形式；計算模具的強度，設計模架結構、設計脫模機構、設計分模面、設計溫控系統、設計澆注系統等；分型面及脫模方式；外形結構及所有聯接件、定位、導向件的位置等。

設計人員將用戶要求、設計加工條件等設計原始信息，通過系統人機交互界面輸入計算機，自動進入黑板控制結構的公共數據庫中。然后方案設計專家系統，根據公共數據庫中的資源，從零件圖庫中推出要設計的注塑模的結構圖示，從零件圖中可看到注塑模零件的基本結構形式。CAD 專家系統的顯著特征，是擁有解決產品設計問題的知識庫，具有選擇知識、協調工程數據庫與圖形庫共同完成設計任務的推理決策機制。黑板控制結構，是具有協同知識、協同知識推理機的總模塊，用于各專家系統間的協同求解控制。專家資源模塊包括一些知識庫建立輔助工具，以及負責對知識庫的管理。CAD 專家系統結構如圖1。

圖1 CAD 專家系統結構圖

3 二次開發CAD 專家系統關鍵技術

3.1 三維工程圖的自動生成技術

隨著三維基礎理論和應用技術的不斷發展，對三維系統的功能要求也越來越高。三維CAD 系統具有可視化好、形象直觀、設計效率高、以及能為CIMS工程中各應用環節，提供完整的設計、工藝、制造信息等優勢，使其取代傳統的純二維系統，已成為歷史發展的必然。

CAD 系統在三維模型轉換為施工圖的功能方面，都具有很強的二維參數化功能，可以自動高效地生成所需要視圖。但是對于一些復雜結構，存在著不能完整表達產品信息的問題；國內大多數生產廠家仍是按施工圖樣進行制造，這就需要對系統三維工程圖的自動生成進行二次開發。處理程序可以通過軟件自帶的二次開發語言。開發語言可以利用C 語言進行編制，在系統的開發方面，CAD 作為最高效的分析系統，是從模具模擬的研究開始的，CAD 系統在數據庫和圖形支撐等相關系統上技術成熟，CAD 能夠自動生成注塑模具型芯和型腔的設計。

3.2 產品設計智能化開發技術

CAD 智能化，是把人工智能技術實現產品生命周期各個環節的智能化，實現生產過程各個環節的智能化，以及注塑模具設備的智能化。即是在生產過程的各環節，模擬人腦推理分析，提出設計/工藝方案，從而提高設計/工藝水平，縮短周期，降低成本。

傳統的方式是用戶輸入、系統決策、系統輸出，系統處理過程對用戶是不可變動的。而在基于專家系統的人機混合工藝決策系統中，用戶是工藝決策的主體，系統決策的目的，不再是代替工藝人員，而是有效地輔助工藝人員。

4 結束語

模具工業是我國經濟的基礎工業，代表著我國整體工業的研發能力和工業發展的水平。模具制造能力的強弱和模具制造水平的高低，已經成為衡量一個國家機械制造技術水平的重要標志之一。作為塑料成型的重要工藝裝備，注塑模具在制造業中地位日益突出，CAD 技術的不斷發展，使模具設計者可以利用CAD 系統開發平臺進行模具的設計。為模具工業提供了強有力的技術支持，為企業的產品設計、制造和生產水平的發展，帶來了質的飛躍，已經成為現代企業信息化、集成化、智能化的最優選擇。論文對注塑模具CAD 系統的發展觀趨勢進行了概述，并在注塑模CAD 系統的基礎上，提出了注塑模CAD 系統二次開發平臺的設計架構，介紹了二次開發CAD系統的關鍵技術。

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