（机械制造及其自动化专业论文）基于mdt的注塑模浇注系统特征建模及智能化研究.pdf

摘要 本课题研究的目的是要开发注塑模具浇注系统三维特征建模系统，以提高注塑模 具浇注系统设计的效率和质量。 以m d t6 0 为开发平台，在分析比较其提供的各种二次开发工具的基础之上，结 合浇注系统的特点，以追求系统运行的高性能为目标，应用v c + + 6 0 和m d t 的面向 对象的二次开发工具o 协e c t a r x 2 0 0 2 ，开发了基于m d t 的注塑模具浇注系统三维 特征建模系统。 在全面分析、比较浇注系统特征分类各种方案的基础上，采用三维特征建模技术和 参数化技术，建立了浇注系统的三维特征库，并与原有的塑件三维特征库有机地融合成 一体。在总结前人设计经验之后，建立了浇注系统设计规则库。采用面向对象的数据库 技术，建造了浇口类型与浇口位黄咨询专家系统。建立了基于s q l s e r v e r 2 0 0 0 浇注系统 系列设计参数数据库，采用a d o 数据库访问技术，开发了r b r 引导的浇注系统智能 化殴计系统。 通过浇注系统和塑件特征的调用，采用人机交互输入参数的方法进行浇注系统与塑 件一体化三维实体建模。应用浇口咨询专家系统、塑件全信息模型以及r b r 引导的智 能殴计系统，可以完成浇注系统整体的快速建模，并体现出一定程度的智能化。 探讨了人机交互技术，在m d t 用户界面上设计了直观方便的、符合浇注系统建模 要求的专用菜单。最后，通过典型塑件的模具浇注系统发计，给出了应用本系统的建模 过程与方法。 浇注系统设计是注塑模具设计中的重要环节，本系统最终实现的浇注系统与模具成 型零件三维结构的同时生成，对提高注塑模具的设计效率和质量具有重要意义。浇注系 统与塑件一体化三维建模系统的研究与开发，是实现模具c a d c a e c a m c a p p 信 息集成的基础。 关键词：注塑模具：浇注系统；特征建模与特征库：智能化技术 a b s t r a c t t h e p u r p o s e o f s t u d y i n g t h i st h e m ei s d e v e l o p i n g 3 df e a t u r e b a s e d m o d e l i n g s y s t e m o f t h ef e e d s y s t e mo f p l a s t i ci n j e c t i o nm o u l d ，i n o r d e rt o i m p r o v e t h e e f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo fd e s i g n i n gt h e f e e ds y s t e mo f p l a s t i ci n j e c t i o nm o u l d i nt h i sp a p e r ，b a s e do na n a ly s i sa n dc o m p a r i s o no ft h es e c o n dd e v e l o p i n gt o o l s t h e 玎h a s s u p p l i e d c o m b n e dt h ec h a r a c t e r i s t i co f g a t ea n d i ”u f f f l e ro f t h ef e e d s y s t e m ，f o r a c h i e v e m e n to ft h eh i g hp o w e r e do ft h e s y s t e mr u n n i n g ，t h e 3 df e a t u r e b a s e dm o d e l i n g s y s t e m o ft h ef e e d s y s t e m o fp l a s t i c i n j e c t i o nm o u l d i s d e v e l o p e d t h r o u g hi n t e g r a t i n g v c + + 6 0w i t ho b j e c t a r x 2 0 0 2o nt h e p l a t f o r m o ft h em e c h a n i c a l d e s k t o p6 0 ( m d t 6 0 ) b a s e do na n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no fa l lk i n d so fp r e c e p t sa b o u tf e a t u r es o r t i n g o ft h ed if f e r e n ts t r u c t u r a lf e e ds y s t e m s ，a3 df e a t u r el i b r a r yo ft h ef e e ds y s t e mi s b u i lo nt h e p l a t f o r mb yu t i l i z i n gf e a t u r e - m o d e i i n gt e c h n o o g y a n d p a r a m e t r i c t e c h n o l o g y ，a n di n t e g r a t e d w i t ht h ef o r m e r3 df e a t u r e l i b r a r yo f p l a s t i cp r o d u c t b a s e do ns u r m a r i z i n gf o r m e ro t h e r s d e s i g ne x p e r i e n c e s ，ad e s i g nr u l e sl i b r a r yo ft h e f e e ds y s t e m ac o n s u l t a t i o ne x p e r ts y s t e ma b o u tt h eg a t e s t y p ea n dl o c a t i o n i sb u i l t b y t h em e t h o do f o b j e c t - o r i e n t e d d a t a b a s e t e c h n o l o g y b a s e d o n e s t a b l i s h i n g t h e d e s ig ns e r i e sp a r a m e t e rd a t a b a s eo nt h ep l a t f o r mo ft h es q i s e r v e r 2 0 0 0 ，b yu t i l i z i n g 舡| 0d a t a b a s ea c c e s s i n gt e c h n o l o g y a ni n t e l l i g e n t d e s i g ns y s t e mw i t ht h ed i r e c t i o n o fr b ri sc o n s t r u c t e d c a l i i n go ft h e i rf e a t u r e s a n d i n p u t t i n gp a r a m e t e r si n t o r a c t i v e l y c a n s c u l p t t h e f u s i o n a ls o l i dm o d e o ft h ef e e ds y s t e ma n dp l a s t i c b yu s i n gt h eg a t ec o n s u l t a t i o n e x p e r ts y s t e m ，a n d t h e g e n e r a l i n f o r m t i o n - m o d e lo f p l a s t i c ，a n d t h e i n t e l l i g e n t d e s i g ns y s t e mo f f e e d s y s t e m ，t h er a p i d l ym o d e l i n go ft h ew h o l eo ff e e ds y s t e m c a n b ea c c o m p js h e d ，w i t hs o m ei n t e l l i g e n te l e m e n t sr e f l e c t e d u s e r f r i e n d l y v i s u a l s p e c i a l i n t e r f a c ei sc u s t o m i z e do nt h eb a s i so ft h e i n t e r f a c eo f ) t6 o a tl a s t t w oa c t u a l p r o c e s s e so ft h em o d e l i n g o ff e e ds y s t e m a n dp l a s t i cp r o d u c ta r ed e m o n s t r a t e d d e s i g no ft h ef e e ds y s t e mp l a y sa ni m p o r t a n tr o l e i ed e s i g n i n gp l a s t i ci n j e c t i o n m o u i d t h e r e f o r e i ti s v e r yi m p o r i ，a n t f or e n h a n c i n go f d e s i g ne f f i c i e n c ya n dd e s i g n a u a litvo f p a s t i c i n j e c t i o nm o u l dt h a tt h ed e s i g ns y s t e mr in a l lya c h i e v e s s i m u t a n e o u sf o r m i n go ft h ef e e ds y s t e ma n dm o l d i n gp a r t w h a t sm o r e ，t h ew o r ko f t h is p a p e ri a y e ad e f i n i t ef o u n d a t i o nf o r t h e i n t e g r a t jo no f l c a d c a e c a m c , po f jn j e c t i o nm o u l d k e y w o r d s ：p l a s t i c i n j e c t j o n m o u l df e e d s y s t e m ；f e a t u r e m o d e l i n g a n dr e a l j l lr e l i b r a r y ：i n t e l l i g e n tt e c h n o l o g y 基于m d t 的注塑模浇注系统特祖建模及智能化研究 1 绪论 计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，简称c a d ) 是当代计算机应用的一项重 要技术。随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高，c a d 技术的发展及其应用同新 月异。作为c a d 技术应用的一个重要领域，注塑模具计算机辅助设计、模拟分析与辅 助制造，即注塑模具c a d c a e c a m ( 统称注塑模c a d “1 ) ，一直受到国内外的普遍关 注。 把人工智能技术运用于注塑模具c a d 系统，是注塑模c a d 技术的发展趋势。在现 阶段，主要是专家系统在c a d 中的应用 2 1 。 随着塑料产品在家用电器、日常用品、电子和轻工机械产品等领域日益广泛的应 用，注塑模具在塑料产品生产中发挥的作用越来越重要，塑料产品生产商对注塑模具设 计。和制造的要求也越来越高。传统的设计与制造方式早已满足不了现代工业产品的发展 对模具的需要。 浇注系统设计是注塑模设计中的关键环节，目前的注塑模设计方法一般是工程设计 人员利用各种c a d 软件，从最原始的点线面开始设计，凭经验或查手册确定并输入浇注 系统的各部分尺寸，显然此种设计方法也不能适应瞬息万变的市场形势。由于浇注系统 设计的复杂性，完全自动设计的系统还未出现，即使像非常著名的造型软件p r o e 2 0 0 3 野火版、u gn x l 0 及c a t i av 5 r 9 等，也只是提供一个简单的交互设计环境，而且对软 件使用者的熟练程度要求较高，欲设计出满足要求的浇注系统三维结构，仍然需要很多 次的交互与反复，浇注系统与模具成型零件三维结构不能同时生成，浇注系统与模具成 型部分的非实体结构，不方便应用c a e 软件进行熔体流动模拟分析。 基于上述现状，在望件特征库基础之上，有必要研究和开发浇注系统三维参数化特 征模型库，在此基础上进行浇注系统建模的智能化技术研究，探讨以较快速而准确的方 法实现浇注系统特征建模，建立浇注系统与塑件体化三维实体模型，经c a e 软件分析 合格后，最终实现浇注系统与模具成型零件三维结构的同时生成，目的是为了提高注塑 模浇注系统设计制造的效率和质量，减少试模修模次数，从而缩短从产品设计、模具设 计、模具制造到产品模塑生产的整个周期。 1 1 注塑模具c a d 发展概况及趋势 1 1 1 注塑模具c a d 发展概况 近3 0 年来，塑料流变学、几何造型技术、数控加工技术以及计算机技术的突飞猛 进为注塑模c a d c a e c a m 系统的开发与推广创造了条件。 ( 一) 国外发展概况 注塑模c a e 技术的发展十分迅速。在2 0 世纪6 0 年代，英、美、加拿大等国的学 者如j ，i p e a r s o n ( 英) 、j f s t e v e n s o n ( 美) 、m r k a m a l ( 加) 、k k w a n g ( 美) 等相继开 展了注射过程一维流动模拟与冷却分析算法的研究。在此基础上，7 0 年代便完成了二 维流动模拟与冷却分析程序的开发。8 0 年代开展了三维软件的研究并将研究范围扩展 到保压分析、纤维分子取向以及翘曲预测等领域。从9 0 年代开始进行集成化的研究。 这些卓有成效的研究成果，为开发商品化的洼塑成型过程分析软件奠定了坚实的基础。 耀于1 的注塑模浇沣系统特征建模及智能化研究 几伺造型与数控加工技术在此期间也取得了显著的进步。“。从6 0 年代基于线框模 型的c a d 系统到7 0 年代以曲面造型为核心的c a d c a m 系统与8 0 年代实体造型技术的应 用，以及9 0 年代基于特征的参数化实体曲面造型技术的完善，都为注塑模设计与制造 过程中应用c a d c a e c a m 技术提供了可靠的技术支持，并发行了一些应用于注塑模具设 计与制造的c a d c a e c a m 系统软件“j 。 ( 1 ) 美国a c t e c h 公司( a d v a n c e dc a et e c h n o l o g yi n e 。) 的注塑模c a e 软件c m o 。d 。该软件具有三个层次：第一层次用于初始阶段的设计t ，如优选塑料材料、选择标 准模架、预测锁模力、平衡流道系统、优化成型时间、预定成型工艺参数、布置冷却水 道、诊断注塑缺陷等。第二层次为三维流动模拟程序和三维冷却分析程序。第三层次是 将流动、保压和冷却分析耦合，得到更为精确的分析结果，其结果可用于塑料制品的应 力和翘曲分析。c - m o l d 软件无论是数学模型、程序编制，还是用户界面、软件接口等 都具有很高的水平。 ( 2 ) 澳大利亚m o l d f l o w 公司的注塑模c a e 软件m o l d f l o w 。该系统具有很强的注塑 模分析模拟功能，包括绘制型腔图形的线框造型软件s m o l d ，有限元网格生成软件f m e s h 流动分析软件f l o w ，冷却分析软件c o o l i n g ，流动、冷却分析结果和模架应力场分布的可 视化显示软件f r e s ，以及翘曲分析模拟软件w a r p 。澳大利亚m o l d f l o w 公司是世界上最 早推出商品化注塑模流动模拟程序的软件公司( 1 9 7 8 ) ，因此该公司的流动模拟程序在 世界上拥有较多的用户，并已经扩展了它的功能，即包含压铸模流动模拟程序“j 。 ( 3 ) 基于网络的模具c a d c a e c a m 集成化系统已开始使用。如英国d e l c a m 公司在原 有软件d u c t 5 的基础上，为适应最新软件发展及实际需求，向模具行业推出了可用于注 塑模c a d c a m 的集成化系统d e l c a m 。sp o w e rs o l u t i o n 。该系统覆盖了几何建模、注塑 模结构设计、反求工程、快速原型、数控编程及测量分析等领域。 ( 4 ) 模具c a d c a e c a m 系统的智能化程度正在逐步提高，如以色列c i m a t r o n 公司在 a u t o c a d 软件包上独立开发的注塑模专家系统，能根据脱模方向优化生成分型面，其设 计过程实现了模具零件的相关性，自动生成供数控加工的钻孔表格，在数控加工中实现 了加工参数的优化等，这些具有智能化的功能可显著提高注塑模的生产效率和质量。 ( 5 ) 美国p t c 公司于2 0 0 1 年1 1 月2 8 日发布一新的针对于p r o e 的增值产品 p r o e n g i n e e re x p e r tm o l de x t e n s i o n ( e m x ) 。它提供了现有的p r o e 模具设计的加 强功能，能够更加简便地进行注塑模的设计。 ( 6 ) 此外还有美国e d s 公司u gn xv 1 0 软件与法国d a s s a u l t 公司c a t i av 5 r 9 软 件中的注塑模具设计模块等。 ( 二) 国内发展概况 国内在注塑模c a d c a e c a m 技术开发的研究与应用方面起步较晚。从2 0 世纪8 0 年代中期开始，国内部分大中型企业先后引进了一些国外知名度较高的注塑模c a d 系统 软件。同时某些高等院校和科研院所也开始了注望模c a d 系统的研制与开发工作。 多年来，我国对注塑模设计制造技术及其c a d 的开发应用十分重视，在“八五”期 间，这方面安排了“大型薄壁深腔注塑模具制造技术”、“多型腔小模数齿轮精密模具 制造技术”和“实用c a d c a m 技术在精密注塑模具制造中的应用”等国家重点企业技术 开发项目，还安排了国家“八五”重点科技攻关项目“塑料注射模c a d c a m c a e 集成系 统研究”。不少省市也在这方面安排了攻关项目或重点科研课题。这些项目的成果对促 基于m d t 的注塑模浇沣系统特征建模及智能化研究 进我国注塑模c a d 技术的迅速发展起了重要作用，使我国注塑模c a d 技术的研究和应用 水平提高很快。下面简要概述我圉在注塑模c a d c a e c a m 方面的研究开发成果。 ( 1 ) 华中科技大学( 原华中理工大学) 是国内较早自行开发研究注塑模 c a d c a e c a m 集成化系统的单位之一。1 9 8 8 年推出了注塑模c a d c a e c a m 系统h s c1 版，1 9 9 7 年推出了h s c 一2 版。该系统以a u t o c a d 软件包为支撑平台，包括模具结构设 计子系统，结构及工艺参数计算校核子系统，塑料流动、冷却与保压模拟予系统，数控 线切割编程子系统，建库工具和设计进程管理模块，已实现商品化，其中的模具结构设 计系统是二维的。近年来，在华中科技大学华中软件公司的三维参数化造型系统 i n t e s o l i d 上丌发了三维注塑模结构设计系统o “。 ( 2 ) 浙江大学基于工作站的u gi i 系统丌发出精密注塑模c a d c a m 系统软件。该系统 软件采用特征造型技术构造塑料制品模型，使形状特征表达与工艺信息描述相统一，并 利用特征反转映射实现了模具型腔模型的快速生成。 ( 3 ) 上海交通大学从1 9 8 3 年开始，对注塑模c a d 进行了多方面的研究。在国内首次 将人工智能技术引入注塑模c a d 系统中，于1 9 8 8 年开发出注塑模智能c a d 系统。现在 又在工作站u gi i 平台上进一步开发智能冲模c a d c a e c a m 系统。 ( 4 ) 北京航空航天大学华正模具研究所研制的注塑模c a d c a e c a m 系统，具有塑料 制品线框造型、曲面造型、分析模拟和数控仿真与数控加工程序生成等项功能，具有很 高的技术水平与实用价值。该所还与美国a ct e c h 公司合作开发了面向注塑模的中文辅 助分析软件c a x a i p d ，采用了国际上c a e 技术的最新成果。 ( 5 ) 合肥工业大学在注塑模结构c a d 技术方面进行了多年的研究与开发工作，先后 研制出微机注塑模c a d 系统i p m c a d 和微机注塑模c a d 三维系统i p m c a dv 3 0 ，取得了 较好的成绩。i p m c a dv 3 0 系统在微机上采用三维实体模型、实体造型技术，使系统在 设计效率和通用性两方面都得到较好的兼顾。现在以a u t o c a dr 1 4 和m d t 3 0 作为开发 环境，进一步采用参数化特征模型、特征建模技术和装配模型技术，研制出注塑模c a d 三维参数化系统i p m c a dv 4 0 ，在技术性能、实用性与通用性几方面都达到较高水平。 ( 6 ) 大连理工大学模具研究所在a u t o c a d 的开放平台上相继开发了注塑模浇注系统 二维c a d 、注塑模模架库c a d 、斜导柱抽芯机构c a d 和基于特征的注塑件三维参数化 c a d 系统等。 ( 7 ) 郑州大学国家橡塑模具c a d 工程中心在c - m o l d 等软件基础上开发了自主版权的 注塑模成型模拟软件z - m o l d 、橡胶模成型模拟软件z - r m o l d 及橡塑模具c a d 软件等。 ( 8 ) 天津轻工业学院等院校也都展开了注塑模c a d 及c a e 的研究并取得一定成果。 虽然注塑模c a d c a e c a m 技术在近二十年内从理论研究到实际应用都取得了飞速进 展，但注靼模商品化软件无论在功能t 还是在精度上都有待进一步的改善和提高。 1 1 2 注塑模具o a i ) 发展趋势 注塑模具c a d 技术的发展方向今后依然是集成化、智能化、柔性化、网络化、并行 设计、虚拟设计及虚拟制造等。以下是几个显著的发展趋势：一 t 、一) 注塑模具c a d 与c a m 系统集成 注塑模具c a d 系统集成化是当前c a d 技术发展的主要趋势之一，目的是提高注塑产 品设汁与制造的自动化程度，主要体现在以下三个方面：一是提高注塑模具c a d 系统的 基于碡d t 的注塑模浇注系统特征建模及智能化埘究 集成度，即要求在注塑产品开发全过程中的每个阶段、每一设计步骤都能有效地使用 c a d 技术这就要求注塑模具c a d 系统( 硬件和软件) 功能齐全，软件集成度高； 二是注 塑模具c a d 和c a m ( 计算机辅助制造) 集成，利用注塑模具设计、制造及相应的生产管理 等方面的紧密联系，将c a d 与c a m 两个过程有机地连接起来，实现注塑模具c a o c g _ 【一 体化。也就是要求注塑模具c a d 系统的设计信息能自动转化为c a m 系统的制造信息；三 是在注塑模具c a d c a m 一体化的基础上，逐步形成一个以模具工厂生产自动化为目标的 计算机集成制造系统( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，简称模具 c i m s ) 。 ( 二) 建立和应用注塑模具并行设计或协同设计c a d 网络环境 将多台微型机c a d 工作站联网或多台微型机c a d 工作站和工程工作站联网，构成分 布式c a d 系统，已成为一种趋势。每个工作站可单独使用，也可相互配合，实现资源和 信息共享，也可实现并行设计和协同设计。这种c a d 网络很适合模具企业的需要。因为 模具企业中的产品设计与制造一般都不是个人行为，而是一个群体有组织有计划进行的 模具项目。c a d 网络的建立以及并行设计和协同设计功能的实现，能大大促进模具企业 经济效益的提高。 ( 三) 人工智能( 专家系统) 技术在注塑模具c a d 中的应用 一般的c a d 系统都是一种人机系统，即系统中包含了使用系统的人，它是以分析计 算和图形为核心的c a d 系统。使用c a d 系统的设计者在系统行为中起着主导和决策的作 用。为了使计算机发挥更强大的作用，在c a d 系统中引入人工智能技术，使机械c a d 系 统能够利用专家的经验，模拟人的行为进行思考和推理，也就是人工智能( a i ) 或专家 系统( e s ) 或基于知识系统( k n o w l e d g e 一8 a s e ds y s t e m ，k b s ) 技术阳” 。这为c a d 技术 的发展开辟了新的途径，也是注塑模具c a d 技术的主要发展趋势。 所谓智能c a d 系统或c a d 专家系统或基于知识的c a d 系统，是一个具有大量知识与 经验的程序系统。它采用人工智能技术，运用知识库中的设计知识进行推理、判断和决 策，解决以前必须由人类专家解决的复杂问题，使c a d 技术的发展达到一个新的水平。 由于知识库中的知识来源于很多人类专家长期积累的经验，因此，一个成功的c a d 专家 系统可以达到甚至超过领域设计专家的水平 1 “ 。 1 2 课题的研究意义和主要任务 1 2 1 课题的研究意义及价值 模具工业是国民经济的基础工业，受到政府和企业界的高度重视，发达国家有“模 具工业是进入富裕社会的源动力”之说，可见其重视的程度。当今，“模具就是经济效 益”的观念，已被越来越多的人所接受。 塑料制品已成为工业部门和日常生活不可缺少的重要组成部分，注塑模具是塑料制 品生产的重要上艺装备。 浇注系统是注塑模具的重要组成部分，其设计是整个模具设计中最为重要的环节， 它对模具整体的质量好坏起着至关重要的作用。浇注系统设计合理与否，不仅直接影u 向 到制品的内在质量与表观质量、几何形状和力学性能，而且还关系到充模的难易程度及 4 基于m d t 的注塑模浇注系统特j ：j ：f 建模及智能化研究 充模时的熔体流动状态，以及是否易于与制品分离等一系列问题，因此必须予阱足够的 重视。日本和台湾的模具设计者均把浇注系统的设计摆在优先考虑的地位。 目前注塑模浇注系统的结构设计方法主要是利用各种c a d 软件，借助设计手册或 凭模具设计人员的经验，一步步地确定浇注系统各部分类型及参数，从点、线、面开始 一步步地进行图形设计。欲设计出合格的浇注系统，仍然需要很多次的交互，这势必影 响注塑模具设计效率的提高。 基于上述现状，本课题在原有塑件三维特征全信息模型库的基础之上，构建注塑模 浇注系统三维参数化设计特征模型库，在总结以往设计经验的基础上初步建造了基于规 则推理的浇口类型与位置咨询专家系统，并尝试构造了注塑模浇注系统智能设计模块。 利用塑件和浇注系统三维参数化设计特征模型库以及浇注系统设计规则库等，可以完成 浇注系统与塑件的一体化特征建模；根据塑件尺寸、塑料材料、型腔数目和质量要求等 信息，借助于浇注系统设计知识咨询专家系统，完成浇口类型、浇口位置、流道截面形 状、流道排列型式和注塑机型号等的确定，通过规则激活相应的浇注系统设计对话框， 据末级分流道体积流率选择输入系列设计参数值，快速生成浇注系统与塑件的实体模型 以及浇注系统与型腔、型芯三维结构。应用先进的数据库访问技术，结合网络技术，使 模具设计更加便捷、智能化。这对于提高注塑模具浇注系统的设计效率和质量，缩短模 具设计周期，提高制品质量，降低模具成本等具有重要的研究意义和应用价值。本课题 的理论意义在于分析注塑模浇注系统的结构形状特征，对特征进行科学分类，运用三维 特征建模技术建立浇注系统特征模型库，并使之与塑件三维特征全信息模型库有机地融 合在一起；探索基于知识规则的浇注系统设计咨询专家系统与智能设计模块的构造方 法，为最终实现浇注系统结构的智能化建模服务。 1 2 2 课题的主要任务 在分析了国内外注塑模c a d 的研究现状和发展趋势后，在已经建立的塑件三维特 征模型库的基础上，全面分析了浇注系统各部分结构的具体形状特征，采用三维特征建 模技术，以m e c h a n i c a l d e s k t o p 6 0 ( 简称m d t6 , 0 ) 为平台，应用v c + + 6 0 和 m d t 的二次开发工具o b j e c t a r x2 0 0 2 以及s q l s e r v e r2 0 0 0 数据库技术与先进的a d o 数据库连接技术“3 1 “ ，开发基于m d t 的注塑模具浇注系统特征建模系统，即建立浇注 系统结构三维参数化特征模型库并使之与塑件三维特征全信息模型库融合成一个有机的 整体，总结并建立浇注系统设计知识规则库；其次结合前人的设计经验和塑料流变学原 理，初步建立基于知识规则的浇口类型与浇口位置咨询专家系统，以及基于规则引导的 智能设计模块。通过塑件及浇注系统参数化特征模型库、浇注系统设计知识规则库或殴 计知识咨询专家系统，可以实现浇注系统一定程度智能化的特征建模；使用智能设计模 块，可以初步实现浇注系统较高程度智能化的特征建模。本课题的重点是构造注塑模具 浇注系统三维参数化特征模型库，并使之与塑件三维特征全信息模型库有机的融合起 来，其技术关键是浇注系统各部分结构特征的具体科学的规划，及其三维参数化特征模 型的建立。在浇注系统及塑件特征模型库的基础上，初步构建浇注系统设计知识咨询专 家系统与智能化建模模块，其技术难点是知识数据库与通用推理机的构造，以及各种型 式浇注系统设计系列参数数据库与浇注系统整体特征造型模块的建立。 基于m d t 的沌塑模浇往系统特征建模披智能化研究 2 系统支撑软件m d t 及其a pi 简介 注塑模具c a d c a m 过程离不丌图形表示，功能强大且开放性好的图形支撑软件是进 一步丌发注塑模具c a d c a m 系统的重要保汪。商品化的图形支撑软件一般具备很强的绘 图与造型等方面的功能，但缺乏设计特定产品的专用功能。因此，注塑模具c a d 系统的 研制，一般是以某种图形支撑软件为基础进行某些专业功能的定制扩充，建立高效和完 整配套的专用系统。 m d t 是美国a u t o d e s k 公司于1 9 9 6 年推出的又一个通用c a d 系统，历经数次更新到 目前的m d f 6 0 版，因为它集a u t o c a d 与参数化实体造型、曲面造型、装配造型、二维 与三维双向关联绘图、与其它c a d 系统交换数据的i g e s 、s t e p 等转换器、丰富的标准 件库、众多的机构生成器和工程计算等模块为一体，业已成为全世界使用最广泛的c a d 系统。g o t 事实上正在取代a u t o c a d 充当着目前机械工程设计行业的通用图形平厶l “ 。 2 1 m d t 的特点概述 ( 1 ) m d t 融合了当前c a d 软件所采用的最新造型技术，不仅包含了世界上最著名最 完整的二维绘图工具集，而且提供了非参数化实体造型和基于特征的参数化实体造型、 基于约束的装配造型、n u r b s 等复杂自由曲面造型、实体与曲面融合、大量的标准机械 零件库以及特征辨识( 通过外挂的程序能够把非参数化的实体模型转换成参数化的实体 模型) 等一系列先进的三维设计功能及工具 i 。 ( 2 ) m d t 是a u t o d e s k 公司开发的基于a u t o c a d 的三维机械设计软件。它沿袭了 a u t o c a o 的操作方式，生成的三维实体也是$ d w g 文件格式，保证了数据的一致性。它 可以完整地读入由a u t o c a d 创建的工程图，利用简便的三维建模手段转换成三维实体， 并且可以自动生成二维工程图。圆满地将二维绘图与三维造型技术融为一体，首开历史 先河地解决了以往各类c a d 系统难以解决的问题，即采用致的界面和图形数据结构在 同一系统环境中同时进行二维工程绘图和三维实体造型( i “。 ( 3 ) m d t 拥有强大的实体造型和曲面造型功能，除了能够进行一般实体的建模工作 外，还具有处理复杂曲面的功能。并拥有强大的混合功能，在p c 平台上首次实现了当 今高档u n i x 工作站c a d 系统引为自豪的混合建模技术，能够利用曲面造型和实体造型 共同完成一个模型的构建，并且曲面和实体可以相互转化。 ( 4 ) m d t 集成了强大的标准机械设计内容。m d t 的“标准零件库”中包含1 2 0 0 0 0 0 个 标准件供用户调用，对于凸轮、弹簧、传动带与链条、轴( 包括外加轴承、齿轮等) 都 提供了界面友好的标准生成工具，用户只要输入一些关键参数，m d t 将自动创建这些模 型。 ( 5 ) , 4 d t 具有多种数据交换格式，包括：b m p 、d w g 、d x f 、i g e s 、s t e p 、s t l 等，用 户可以快速而且高效地与其他使用不同c a d 系统的人们分享设计。 ( 6 ) m d t 支持团队进行协同设计，通过i n t e r n e t 工具，使用a u t o d e s ks t r e a m l i n e 主机服务器让用户与其延伸设计制造团队进行安全而有效的合作，发挥既有数据的最大 功效。m d t 还可依靠a u t o d e s k 的另一系统级p d m 软件d e s i g n c e n t e r 实现并行设计o 。 基于m d t 的注塑模浇注系统特征矬模及智能化研究 ( 7 ) m d t 可以无缝集成由卜几家在c a d c a e c a m 专业领域中领先的m a i 合作伙伴所 提供的应用软件模块，如设计优化、有限元分析、机械运动仿真、数控加工、钣金设训 以及公差分析等，从而形成一体化的从设计到制造的全面解决方案。 ( 8 ) m d t 具有非常优异的功能特性，如充分体现实际工程背景、使模型与视图双向 随变、变量或尺寸驱动实体模型以及w i n d o w s 界面风格等，使得用户学习和使用m d t 更 为简便和快捷。 ( 9 ) m d t 的开放性是其另一个重要特点，它为用户提供了多种有力且不同层次的开 发环境和开发工具，使用户能够方便地进行二次开发，得到效率更高更实用的专用绘 图系统“。 2 2 开发工具介绍与选择 a u t o d e s k 公司是目前世界上比较成功的微机c a d 领域的开发商，它能取得成功的 因素很多，其中采用开放式体系，使用户、二次开发商可以在m d t 平台上方便地丌发应 用程序是重要因素之一。m d t 针对用户的不同开发要求提供了不同的开发工具，其中包 括a u t o l l s p 、a d s 、v i s u a l l i s p 、o b j e c t a r x 以及v b a 等客户化开发编程工具，给用户 带来极大的灵活性和更为广泛的客户化选择乜0 。 ( 一) a u t o l i s d 开发工具 a u t o l i s p 语言是一种可以运行在m d t 环境下的l i s p 编程语言，或称其为m d t 的一 种嵌入式语言，从m d t l 0 到今天的m d t 6 0 均得到支持。它采用了与c o m m a n d l i s p 相近 的语法及习惯约定，并吸收了l i s p 语言的主要函数，具有算术逻辑运算、字符处理和 输入输出等高级语言的常备功能。a u t o l i s p 是一种解释型语言，语法灵活简洁，表达 能力强，非常容易掌握。但其不需要生成可执行文件，保密性差，不利于版权保护；功 能单一，综合处理能力差；程序运行速度慢，软件质量不高：语言规则简单，可读性和 可维护性差，不适合大规模程序开发；开发环境集成度低，程序的编写、加载和调试与 m d t 分离。所以其应用已越来越少。 ( 二) a d s 开发工具 在m d t 平台上开发大型复杂的应用系统时，a u t o l i s p 难于满足要求。于是m d t 引 入c 语言开发环境a d s ( a u t o c a dd e v e l o p m e n ts y s t e m ) 。它要求开发者既懂c 语 言又熟悉m d t ，因此，被认为是比a u t o l i s p 更高级的开发手段。c 语言是编译型的，用 它开发的应用程序，经编译与连接成为二进制可执行文件，能直接在计算机上执行，运 行效率高。此外c 语言所具有的出色组织大型应用系统的能力及其程序简洁、高效的特 点，使得m d t 开发人员能够组织和编写几乎任意规模和复杂度的应用系统。a d s 环境提 供的套接口能够存取m d t 的图形数据库，完成诸如实体的选择、选择集的操纵、实体 数据的查询和修改、符号表的查询和修改等功能。总的来说，a u t o l i s p 应用程序能够 完成的工作，a d s 应用程序均能胜任。而且，c 语言是专门用于系统开发的程序设计语 言，非常贴近计算机系统的底层，加上可以使用大量现成的c 函数库，a d s 应用程序可 以完成一些a u t o l i s p 所无法完成的任务。尽管a d s 有很多值得称颂之处，但它也有一 个先天不足之处，这就是a d s 程序必须通过a u t o l i s p 解释器加载，并非最底层的代 码，各方面的条件都要打些折扣。 ( 三) v js u a l l i s p 开发工具 基于m d t 的注塑模浇沣系统特征建模及智能化研究 vl s u a l l i s p 是可视化的l i s p 语言开发环境，它是a u t o l i s p 语言的扩展和延伸， 它摹于o b j e c t a r x 技术，提供了一组性能优越的面向对象的开发工具集，使a u t o l i s p 开发语言进入了新时代。v i s u a l l i s p 主体模块是一个o b j e c t a r x 应用程序，和其它a r x 应用程序一样，该模块可以在m d t 环境中按需加载，具有即插即用的特征。v i s u a l l i s p 可以把a u t o l i s p 源代码编译成o b j e c t a r x 应用程序，从运行效率上看，编译后的程序 比解释型的a u t o l i s p 程序快3 1 0 倍。v i s u a l l i s p 提供的与a c t i v e xa u t o m a t i o n 对 象的接口函数，以及操作对象事件响应的函数大大扩展了a u t o l i s p 开发应用程序的功 能。到m d t 6v i s u a l l i s p 已经成为a u t o l i s p 的替换版本，成为内嵌在m d t 软件之中的 一个标准模块，但其仍然欠缺开发大规模应用程序的能力。 ( 四) o b j e c t a r x 开发工具 o b j e c t a r x ( a u t o c a dr u n t i m ee x t e n t i o n ) 是从m d t 3 0 开始推出的一个c + + 应 用程序开发环境，具有面向对象编程方式的数据可封装性、可继承性及多态性等特点。 对开发者的作用是突破性的技术进步。该环境利用类的概念封装m d t 中各类信息，简化 了对信息的访问手段，使得应用程序能直接调用m d t 的核心代码，即所谓直接函数调 用，从而更充分地发挥m d t 开放系统结构的作用。o b j e c t a r x 的函数库包含了完整的 a d s 全局函数库，能提供a d s 的所有功能。而且由于更接近m o t 系统的核心，a r x 应用 程序可具有更高的性能”“。 a r x 开发环境的a p i 以c + t 类库的形式提供，包括一组目标库文件和头文件。编译 连接后的a r x 应用程序采用w i n d o w s 动态链接( d y n a m i cl i n kl i b r a r y ，d l l ) 格式。由 于构造a r x 应用程序和构造m d t 本身采用相同的思想和技术，因而a r x 应用程序和m d t 之间结合很紧密。事实上，a r x 应用程序和m d t 共享同一个地址空间，能直接操纵m d t 的数据结构，即用a r x 编写的命令可以和m d t 中l i n e 、p l i n e 等命令属于同一级别，显 然要比a u t o l i s p 、a d s 形式得到更快的响应。 a r x 有一个更为重要的功能，即允许用户定义自己的对象，构造自己的图形数据， 可以像管理内部定义对象一样进行处理。这一功能的应用将有可能使应用软件的水平提 高到个新的档次。目前在a u t o l i s p 和a d s 中对于专业对象的描述要通过标志、扩展 数据才能实现。因为在m d t 中提供的所有实体都是比较基本的图形元素，而产品中一个 构件需要由许多图元组成，这样既不安全、也不方便，而a r x 提供了这种可能。a r x 同 样使用c - + 语言，用v b 、v c + + 进行编程，开发环境与a d s 相同，目前a r x 开发的软件已 陆续出现。由此可见，a r x 功能最强大，运行速度最快，最不容易掌握，编程