基于智能的注塑模CAD系统二次开发平台的设计

段利君

（绵阳职业技术学院，四川 绵阳 621000）

我国的注塑模具工业发展迅速，塑料工业产品的品种和数量不断增加，对注塑模具品质的要求也越来越高，同时力求尽可能缩短注塑模具的设计和生产周期。智能化是模具CAD 设计发展的一个主要方向。

1 注塑模CAD 系统开发平台的发展趋势

现在，塑料制品日益进入千家万户的生活。越来越多的企业已经意识到，自己的产品要想占据市场的主导地位，必须加快注塑模具的CAD 系统研发进程。CAD/CAM 系统在模具行业中得到了广泛应用，但由于这些CAD/CAM系统，都是作为通用机械设计与制造软件来设计的，没有特别针对模具。为了提高设计的效率与正确率，需要对该系统进行二次开发。

注塑模的CAD 系统的设计与开发，是一个繁重而复杂的过程。计算机辅助塑料模具设计，首先要进行理论分析，然后还要研究模具充填行为的模拟。关于这方面的研究，国内一些单位在注塑模CAD 方面做了不少工作。模具工业在世界各国经济发展中，都具有重要的地位。模具CAD 技术，已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。

自20 世纪90年代至今，中国注塑模具工业突飞猛进地发展，模具制造行业的追求目标，是提高产品品质，不断的提高加工效率，最大限度降低成本，满足用户需求。

具体表现出以下特征：

（1）标准化。商品化、专业化进程的加快，对缩短模具设计制造周期、降低模具生产成本、提高模具品质，都具有十分重要的技术经济意义，没有模具标准件的专业化和商品化，就没有模具工业的现代化。

（2）数字化、信息化技术得到重视。模具数字化设计制造及企业信息化管理技术，是提高模具行业整体水平的有效技术手段，能够极大地提高模具生产效率和产品品质。

（3）智能化技术开发，提高注塑模具设计成功率，缩短注塑模具制造周期，已经成为模具产业的主旋律。发展专家CAD 系统，应用专家智能系统具有的逻辑推理和决策判断能力，实现产品生命周期各个环节的智能化，实现生产过程各个环节的智能化，以及模具设备的智能化，也要实现人与系统的融合，以及人在其中智能的充分发挥。智能化、自动化是注塑模具设计发展的一个主要方向。

2 基于智能的注塑模CAD 系统二次开发平台的架构

CAD 软件二次开发，是指在现有的软件基础上，用户根据自身的特殊技术需求，进行功能扩展，或对原有功能加以完善，以达到提高设计品质和生产效率，以及技术水平的目的，适应用户信息化的进一步需求。其目的，是充分发挥通用CAD 软件的价值。二次开发增强了原有软件的针对性和专用性，属于软件创新的一种。

2.1 二次开发平台的设计原则

CAD 软件的二次开发平台，是一个用户与CAD软件之间交换信息的平台，是一个媒介，用户是通过它来调用CAD 软件的对外开放资源；同样，CAD 软件也是通过它来实现用户的功能请求。因此，二次开发平台追求的目标，是提高产品品质及生产效率，缩短设计周期及制造周期，降低生产成本，最大限度地提高模具制造业的应变能力，满足用户需求，具体要遵循以下的原则：

（1）工程化原则。二次开发应按照软件工程学的方法和步骤进行，突出工程化的思想。首先，是根据用户要求制定总体规划，并依据总体规划，制定详细的任务书以及系统要达到的目标。然后，将目标做结构设计，规划出系统模型，在图形库的支持下编写程序。最后，是系统的测试和集成，保证软件的可靠性、有效性和可维护性。工程化的原则和方法，就是在软件生命周期的各个阶段，都要按照企业的流程进行。只有这样，最后生产出来的产品品质才能得到保证。

（2）模块化原则。模块通常是由元件和零部件组合而成的、具有独立功能的、可成系列单独制造的标准化单元，通过不同形式的接口，与其他单元组成产品，且可分、可合、可互换。即是把大系统加以分割，分成若干个相对独立的部分，变复杂为简单，从而使问题易于解决。模块化可以使开发人员同时进行不同模块的开发，缩短软件开发周期；在软件需要维护和修改时，也仅对相关模块进行修改即可，避免了对整个程序的修改；在扩展时，只要把独立的功能模块集成即可运行。系统功能模块化，是信息管理系统的重要特点。随着经济的发展和技术创新步伐的加快，复杂的大系统日渐增多，模块化也就成了人们用来处理复杂问题的常用方法。

（3）继承性原则。二次开发是在已有软件基础上，根据实际需要而进行的再开发，在很大程度上取决于支撑软件的性能和开放程度，以及开发者对支撑软件的理解。继承性有助于提高软件产品的品质和开发效率，有助于降低软件的二次开发和维护费用，它要求二次开发后的系统，在界面风格和概念上，与原软件保持一致，新加入的部分在操作、功能等方面与原系统实现无缝集成，从而保持系统的一致性和完整性。

（4）标准化原则。在CAD 软件开发项目立项时，开发者同时就应该确定该项目需要符合的标准，包括所开发的软件本身，应该符合的技术标准，以及在软件开发时，为确保软件品质而应该符合的标准。CAD 系统的二次开发，不同于一般软件的设计，它的运行过程是对具体机械设计过程的模拟，机械设计过程也有着严格的国家标准的规定。必须符合机械工程设计的特点。

（5）可扩展性。CAD 二次开发的可扩展性，是指该系统具有很大的灵活性，类似于搭积木，可以根据需要通过系统提供的功能配置模块增删组件或简单配置，而不需要对软件系统本身做任何程序上的修改，就可以达到目的。CAD 具有二次开发扩展性的同时，要求CAD 软件系统，能提供尽可能多的开放功能，用户在使用这些功能，可以确切知道其用法，自行编写基于这些开放功能的函数、类或其他扩展功能。

2.2 二次开发专家系统

在现阶段，人工智能的应用主要是以专家系统的方式来体现的，即把专家系统与原CAD 系统有机地结合在一起。在智能型二次开发CAD 系统中，专家系统承担需要依靠知识和经验作出推理判断，主要设计过程决策、技术决策和各种结果评价等。其技术核心就是以专家知识和经验，建立专家系统模型，采用规则控制下的产生式系统和启发式推理，来实现系统的智能化。

2.3 智能的注塑模CAD 系统二次开发平台的架构

注塑模具属于高科技产品，要完成一副合格的注塑模，需要经过设计、零件加工、装配、调试、修正等诸多环节的协作来完成。注塑模CAD 专家系统与CAD 系统有机结合起来，建立注塑模具CAD 专家系统，以提高模具总体设计、工艺设计的科学性和模具CAD 的技术水平，提高模具的设计质量和设计效率。

注塑模设计内容广泛，包括以下这些方面：

模具成型部分结构；浇注系统、排气系统的结构形式；计算模具的强度，设计模架结构、设计脱模机构、设计分模面、设计温控系统、设计浇注系统等；分型面及脱模方式；外形结构及所有联接件、定位、导向件的位置等。

设计人员将用户要求、设计加工条件等设计原始信息，通过系统人机交互界面输入计算机，自动进入黑板控制结构的公共数据库中。然后方案设计专家系统，根据公共数据库中的资源，从零件图库中推出要设计的注塑模的结构图示，从零件图中可看到注塑模零件的基本结构形式。CAD 专家系统的显著特征，是拥有解决产品设计问题的知识库，具有选择知识、协调工程数据库与图形库共同完成设计任务的推理决策机制。黑板控制结构，是具有协同知识、协同知识推理机的总模块，用于各专家系统间的协同求解控制。专家资源模块包括一些知识库建立辅助工具，以及负责对知识库的管理。CAD 专家系统结构如图1。

图1 CAD 专家系统结构图

3 二次开发CAD 专家系统关键技术

3.1 三维工程图的自动生成技术

随着三维基础理论和应用技术的不断发展，对三维系统的功能要求也越来越高。三维CAD 系统具有可视化好、形象直观、设计效率高、以及能为CIMS工程中各应用环节，提供完整的设计、工艺、制造信息等优势，使其取代传统的纯二维系统，已成为历史发展的必然。

CAD 系统在三维模型转换为施工图的功能方面，都具有很强的二维参数化功能，可以自动高效地生成所需要视图。但是对于一些复杂结构，存在着不能完整表达产品信息的问题；国内大多数生产厂家仍是按施工图样进行制造，这就需要对系统三维工程图的自动生成进行二次开发。处理程序可以通过软件自带的二次开发语言。开发语言可以利用C 语言进行编制，在系统的开发方面，CAD 作为最高效的分析系统，是从模具模拟的研究开始的，CAD 系统在数据库和图形支撑等相关系统上技术成熟，CAD 能够自动生成注塑模具型芯和型腔的设计。

3.2 产品设计智能化开发技术

CAD 智能化，是把人工智能技术实现产品生命周期各个环节的智能化，实现生产过程各个环节的智能化，以及注塑模具设备的智能化。即是在生产过程的各环节，模拟人脑推理分析，提出设计/工艺方案，从而提高设计/工艺水平，缩短周期，降低成本。

传统的方式是用户输入、系统决策、系统输出，系统处理过程对用户是不可变动的。而在基于专家系统的人机混合工艺决策系统中，用户是工艺决策的主体，系统决策的目的，不再是代替工艺人员，而是有效地辅助工艺人员。

4 结束语

模具工业是我国经济的基础工业，代表着我国整体工业的研发能力和工业发展的水平。模具制造能力的强弱和模具制造水平的高低，已经成为衡量一个国家机械制造技术水平的重要标志之一。作为塑料成型的重要工艺装备，注塑模具在制造业中地位日益突出，CAD 技术的不断发展，使模具设计者可以利用CAD 系统开发平台进行模具的设计。为模具工业提供了强有力的技术支持，为企业的产品设计、制造和生产水平的发展，带来了质的飞跃，已经成为现代企业信息化、集成化、智能化的最优选择。论文对注塑模具CAD 系统的发展观趋势进行了概述，并在注塑模CAD 系统的基础上，提出了注塑模CAD 系统二次开发平台的设计架构，介绍了二次开发CAD系统的关键技术。

[1]陈泽人.计算机在注塑模设计过程中的应用[J].模具技术，2010，（7）：40-42.

[2]唐敦兵，李东波，等.基于装配模型的模具设计研究金属成形工艺[J].2001，（6）：9-11.

[3]林延幸，等.注塑模具制造中引入三维立体设计[J].中国用户通讯，2008，（2）：174-180.