基于設(shè)計(jì)過程知識(shí)元的沖壓模具設(shè)計(jì)方法

何俊成

（1.湖南瀟湘技師學(xué)院，湖南永州425000；2.湖南九嶷職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南永州425000）

基于設(shè)計(jì)過程知識(shí)元的沖壓模具設(shè)計(jì)方法

何俊成1，2

（1.湖南瀟湘技師學(xué)院，湖南永州425000；2.湖南九嶷職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南永州425000）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，沖壓模具設(shè)計(jì)趨向于智能化，這就需要以知識(shí)元為依據(jù)展開設(shè)計(jì)。文章通過介紹模具設(shè)計(jì)的知識(shí)內(nèi)容，分析了組件之間存在的管理關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了關(guān)聯(lián)矩陣，定義了設(shè)計(jì)過程知識(shí)元。根據(jù)知識(shí)元在設(shè)計(jì)過程中所起到的作用，重新匹配推理規(guī)則與關(guān)聯(lián)矩陣，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)決策設(shè)計(jì)的全過程。

知識(shí)元；沖壓模具；設(shè)計(jì)方法

沖壓模具在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮多個(gè)影響因素，如基準(zhǔn)器件、沖擊壓力數(shù)值的核算、各器件之間的相互作用、入口內(nèi)部間隙的大小以及器件形狀尺寸數(shù)據(jù)等等，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)非常復(fù)雜。如果在設(shè)計(jì)過程中，需要具備大量的理論知識(shí)和豐富的經(jīng)驗(yàn)用來借鑒，只有這樣才有可能從一定程度上減少?zèng)_壓模具設(shè)計(jì)的難度，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。設(shè)計(jì)沖壓模具涉及到的知識(shí)領(lǐng)域廣泛，在設(shè)計(jì)時(shí)還需要依據(jù)專業(yè)理論知識(shí)和成功經(jīng)驗(yàn)等多項(xiàng)內(nèi)容，如形體尺寸運(yùn)算等式、與之相應(yīng)的選型基準(zhǔn)等。沖壓模具設(shè)計(jì)的工作人員不僅應(yīng)嚴(yán)格遵循運(yùn)作基準(zhǔn)，還需要靈活變換設(shè)計(jì)程序。所以，怎樣科學(xué)合理的設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)化程序非常重要。

1 沖壓模具設(shè)計(jì)知識(shí)分析

（1）沖壓模具設(shè)計(jì)知識(shí)內(nèi)容。在設(shè)計(jì)沖壓模具時(shí)，因?yàn)槟＞吡慵彪s、結(jié)構(gòu)類型較多，所以在統(tǒng)計(jì)分析模具零件和模具結(jié)構(gòu)類型時(shí)需要擁有足夠的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，歸納模具零件和模具結(jié)構(gòu)的尺寸計(jì)算方式與規(guī)則。一般情況下，模具設(shè)計(jì)知識(shí)產(chǎn)生于經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具備多樣性、多源性等特點(diǎn)。從宏觀角度分析，沖壓模具是一個(gè)整體，其結(jié)構(gòu)由多種知識(shí)構(gòu)成。通過分析知識(shí)的作用，可以再把沖壓模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)分成模具結(jié)構(gòu)選擇、模具結(jié)構(gòu)圖形知識(shí)以及模具信息管理知識(shí)。其中，模具結(jié)構(gòu)選擇知識(shí)需要遵循一定的規(guī)律，如模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)的位置、尺寸等；而模具結(jié)構(gòu)圖形知識(shí)包含模具的參數(shù)、幾何信息以及公差系數(shù)等；模具信息管理知識(shí)需要利用一種或幾種模具的組合科學(xué)，合理的管理與模具相關(guān)的設(shè)計(jì)信息。此外，沖壓模具還可以被視為多個(gè)零件的組合，所以可以把零件設(shè)計(jì)知識(shí)分為零件選擇知識(shí)與零件圖形知識(shí)。沖壓模具的設(shè)計(jì)包含多種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、公式和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等內(nèi)容，所以可以根據(jù)這些知識(shí)計(jì)算模具零件的尺寸和模具的壓力中心線等。

（2）技術(shù)領(lǐng)域的構(gòu)建。沖壓模具設(shè)計(jì)體系知識(shí)形式復(fù)雜，涉及領(lǐng)域?qū)拸V，通過知識(shí)歸納可以找出基本屬性和概念之間的關(guān)系，這是探索知識(shí)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。目前，在建立知識(shí)體系中，最常見的方式有多倫多型虛擬式企業(yè)系統(tǒng)構(gòu)建法、知識(shí)體系構(gòu)建法等。以上兩種構(gòu)建方法的共同點(diǎn)是：選擇知識(shí)構(gòu)建體系所涉及的領(lǐng)域。知識(shí)體系的表達(dá)模式與知識(shí)體系的初衷中的理論概念應(yīng)不斷細(xì)化，以防存在重疊概念。利用構(gòu)建知識(shí)體系運(yùn)用的范疇，界定知識(shí)體系構(gòu)建所包括的專業(yè)術(shù)語的本質(zhì)意思，然后選擇三元組合模式構(gòu)建知識(shí)體系，進(jìn)行表達(dá)。最后建立沖壓模具設(shè)計(jì)知識(shí)體系。

（3）沖壓模具設(shè)計(jì)規(guī)則表達(dá)。在沖壓模具設(shè)計(jì)中包括多種設(shè)計(jì)規(guī)則。這些規(guī)則具有較強(qiáng)的原則性，且包含了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般以公式的形式存在。文章選用產(chǎn)生式規(guī)則與公式知識(shí)表達(dá)沖壓模具設(shè)計(jì)的規(guī)則。產(chǎn)生式規(guī)則表現(xiàn)為“規(guī)則符號(hào)IF＜前提＞Then＜結(jié)論＞”，即A和B之間的因果關(guān)系。沖壓模具設(shè)計(jì)規(guī)則由裝配結(jié)構(gòu)選擇規(guī)則、結(jié)構(gòu)組件選擇規(guī)則以及尺寸計(jì)算公式三部分構(gòu)成。而前兩種一般選擇產(chǎn)生式規(guī)則標(biāo)識(shí)，后一種選用公式知識(shí)表示法進(jìn)行表示，用來表明詳細(xì)參數(shù)。

2 結(jié)構(gòu)組建的特征相關(guān)性

以本體中的概念集為基礎(chǔ)，對(duì)沖壓模具的構(gòu)建結(jié)構(gòu)組件展開詳細(xì)分析。在沖壓模具設(shè)計(jì)時(shí)利用分治法的思想建立多種結(jié)構(gòu)組建的模型，實(shí)現(xiàn)整體上的沖壓模具設(shè)計(jì)。在構(gòu)建組建的過程中，若粒度的體積超過使用標(biāo)準(zhǔn)，易產(chǎn)生理論概念上的混淆，若粒度的體積達(dá)不到使用標(biāo)準(zhǔn)，需要增添額外的組件管理信息。所以，在選取粒度時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵循無交叉重復(fù)的原則，減少組件管理信息的工作量。組件包括以下3個(gè)特點(diǎn)：一是具有一定的拓?fù)涮卣髋c幾何特征；二是具有明顯的工程特征，如表面粗糙、材料特征等；三是可以發(fā)揮某項(xiàng)功能。結(jié)構(gòu)組件之間的相互聯(lián)系可以用多種表現(xiàn)形式體現(xiàn)出來，參數(shù)上的關(guān)系可以用尺寸關(guān)聯(lián)表示，結(jié)構(gòu)上的關(guān)系可以用位置約束表示，而形狀上的關(guān)系可以用特征輪廓進(jìn)行表示。

在沖壓模具設(shè)計(jì)過程中，因?yàn)楹芏嘟Y(jié)構(gòu)組件之間存在某種聯(lián)系，所以在對(duì)某一個(gè)結(jié)構(gòu)組件進(jìn)行修改或替換時(shí)需要考慮與之相關(guān)的因素。文章以定子切邊沖槽模具設(shè)計(jì)為例展開詳細(xì)分析，因?yàn)榘寄：屯鼓Ｖg的關(guān)系是相吻合的，所以若想修改凹模的尺寸大小，那么凸模的尺寸大小也需要隨之進(jìn)行相應(yīng)修改。在此應(yīng)注意修改的尺寸應(yīng)控制在型號(hào)允許的范圍內(nèi)，若超出型號(hào)規(guī)定范圍，則會(huì)影響其他組建的正常使用。除尺寸大小外，凹模與凸模的變動(dòng)還會(huì)影響其所在位置，一旦修改尺寸，則需要對(duì)組件進(jìn)行重新判斷。所以，在沖壓模具設(shè)計(jì)中有必要分析每一個(gè)組成部件之間的特征。

為更清晰地將結(jié)構(gòu)組件之間的復(fù)雜關(guān)系表示出來，文章利用關(guān)聯(lián)矩陣的方式詳細(xì)描述結(jié)構(gòu)組件的類型與他們之間存在的關(guān)系。進(jìn)而達(dá)到?jīng)_壓模具的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。關(guān)聯(lián)矩陣結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)組件的關(guān)聯(lián)矩陣

在圖1中，SC代表結(jié)構(gòu)組件，其關(guān)聯(lián)類型的取值范圍是｛0，1，2，3，4｝，這五位數(shù)只可以表示結(jié)構(gòu)組件之間存在的內(nèi)在聯(lián)系。若關(guān)聯(lián)取值是0，代表結(jié)構(gòu)組件之間沒有關(guān)聯(lián)關(guān)系；若關(guān)聯(lián)取值是1，則代表結(jié)構(gòu)組件之間有位置約束，但不會(huì)與導(dǎo)向元件發(fā)生碰撞；若關(guān)聯(lián)取值是2，代表存在尺寸關(guān)聯(lián)，若對(duì)其中的一個(gè)結(jié)構(gòu)組件修改尺寸等參數(shù)，需要對(duì)與之相關(guān)的結(jié)構(gòu)組件也進(jìn)行尺寸參數(shù)的修改，例如，固定板尺寸在做出修改后，卸料板也需要做出與之相應(yīng)的修改；若關(guān)聯(lián)取值是3，代表結(jié)構(gòu)組件之間存在特征輪廓關(guān)聯(lián)，若某一結(jié)構(gòu)組建的特征輪廓需要發(fā)生變動(dòng)，則與之有關(guān)的另一個(gè)也需要隨之發(fā)生變動(dòng)，例如，在改變凸模的特征輪廓時(shí)，也需要對(duì)凹模的特征輪廓作出相應(yīng)改變；若關(guān)聯(lián)取值是4，代表結(jié)構(gòu)組件的本身特征存在關(guān)聯(lián)關(guān)系。

3 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)過程

沖壓模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是怎樣把理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中去，并利用科學(xué)知識(shí)找出設(shè)計(jì)過程中存在的問題，給出解決方案。在設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)選出與模型設(shè)計(jì)相關(guān)的理論知識(shí)，并以此為依據(jù)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。在完成以上操作后，沖壓模具設(shè)計(jì)還需要根據(jù)需求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。此外，可以利用結(jié)構(gòu)組件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系判定所有結(jié)構(gòu)組建的尺寸與零件型號(hào)等參數(shù)。文章通過分析沖壓模具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，把知識(shí)元的概念引入其中。

文章通過研究沖壓模具設(shè)計(jì)，基于設(shè)計(jì)過程中知識(shí)元提出設(shè)計(jì)方法。這一種方法借助領(lǐng)域本體與規(guī)則表達(dá)沖壓模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的知識(shí)，并進(jìn)一步分析出模具結(jié)構(gòu)組件之間存在的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立關(guān)聯(lián)矩陣圖，有利于進(jìn)行管理。在設(shè)計(jì)時(shí)，可以按照動(dòng)態(tài)決策的特征構(gòu)建知識(shí)元。文章通過描述領(lǐng)域本體、規(guī)則以及關(guān)聯(lián)矩陣在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)中的積極作用，對(duì)模具做出詳細(xì)分析。有相關(guān)數(shù)據(jù)表明，知識(shí)元沖壓模具的設(shè)計(jì)方式不僅能夠達(dá)到知識(shí)重用與共享的目標(biāo)，還能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，從一定程度上降低了工作人員的工作難度，提高辦事效率。今后可以把工作重點(diǎn)放在沖壓模具設(shè)計(jì)知識(shí)元的自動(dòng)語義標(biāo)注方面，不斷提高沖壓模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域知識(shí)的潛在價(jià)值。

［1］張宇.知識(shí)元結(jié)構(gòu)下的沖壓模具設(shè)計(jì)探討［J］.南方農(nóng)機(jī),2017,48（4）：79.

何俊成（1984-），男，湖南永州人，主要研究方向：機(jī)械制造。