浅析陶瓷洁具烧制过程专家数据库

白静静

摘 要：陶瓷洁具数字化设计和制造技术是将产品工业设计、CAD/CAM、数控加工、流体仿真、计算机软件和专家经验数据库建设技术、陶瓷工艺等学科结合在一起的具有高度技术集成和智能化的先进技术，其融合数字化技术和快速制造技术，且以专家经验数据库和制造工程科学为理论基础的重大的制造技术革新，是陶瓷洁具先进制造技术的核心。数字化陶瓷洁具产品开发实质上是基于产品描述的专家经验数据库平台，建立基于计算机的数字化产品模型，并实现开发全过程的数字化，从而避免使用物理模型的一种陶瓷洁具产品开发技术。

关键词：陶瓷洁具;烧制过程;专家经验;数据库

1 前 言

长期以来卫生洁具的开发完全依赖于设计人员实际工作经验，产品的成败直接取决于设计人员实际经验的高低，因此不同专家的产品开发结果可能并不完全相同。国内大多卫浴企业未有系统的对陶瓷洁具烧制过程中海量数据进行采集、优化，并从中提取烧制过程收缩率等，建立一个陶瓷洁具烧制过程专家数据库，利用陶瓷洁具专家数据库的专家经验对设计的陶瓷洁具三维实体图进行逆向比对、放样，设计陶瓷洁具原胎模三维实体图、基于无模快速制造陶瓷洁具新产品样品与原胎模技术等工作。

专家经验数据库正是一种基于知识库进行推理的系统，在整理专家实际设计经验的基础上建立起卫生洁具辅助设计系统。采取对知识库的搜索、判断及推理来完成相关参数设计将其应用于专家经验进行建模，并给出了具体应用案例。大量应用扩展的设计建模使专家经验具有简单、清晰、标准化、国际化的优点，并能被不同时期的设计者接受和理解。

专家经验来源于实践，应用于实践，但目前还没有对专家经验的数字化进行统一采集、统一整理，统一建库和建模，极大阻碍了后期开发人员对专家经验的收集、理解、掌握和应用，无疑这种损失是无法估量和弥补的。

后期以东鹏洁具联合佛科院为代表，根据现有陶瓷卫生洁具新产品生产工艺（石膏小样-石膏原型-石膏原胎模-石膏试验工作模（试浆合格）-树脂模-石膏工作模-注浆-干燥-上釉-烧成）的总结归纳，实现把专家、老师傅经验转为数据永久保存，进行了陶瓷材料烧成过程的专家经验数据系统的开发。创建了基于专家经验数据库的相似、比对放样的陶瓷洁具原胎建模技术，将已设计的陶瓷洁具产品三维实体图利用专家经验数据库中收缩率与点云的配准、放尺等技术对点云图进行逆向放样，得出放尺后的原胎模和石膏试验工作模的数据，然后传输到无模快速制造设备，制造出原胎模，或者经过加工中心制造出石膏试验工作模，大大缩短新产品研发周期，同时降低开发成本和风险，这种新产品研发新模式、新方法可以保证陶瓷洁具试制过程一次成功，设计开发时间由原来的6个月缩短到1个月之内，这是陶瓷洁具新产品开发的一场革命，能够提高我市乃至我国陶瓷洁具新产品的自主创新能力和国际竞争力。

2 国内外卫生洁具的开发方式

2.1 传统卫生洁具的开发方法

传统陶瓷卫生洁具新产品生产工艺流程是从新产品图样-手工制作原始毛坯-翻制试用石膏模-试剔陶土毛坯-烧制试验产品-进行冲水性能测试等一系列工序不断重复，直到烧成的产品满足要求，再制造树脂模、生产一批石膏工作模、进行批量生产为止。在新产品研发过程中，耗时耗资最多的是“原始陶土毛坯的制作”到“冲水性能测试”通过的阶段，由于对产品的烧制工艺和冲水性能没有相关的基础理论分析，全凭技术人员的经验，而且原始毛坯的精度较低。所以一般要通过重复多次修改试用石膏工作模具、制作试验产品，才能通过国家标准的冲水性能测试，这个过程需要耗费大量的时间和资金，一个新产品开发需要大约半年到一年的时间和10 ～ 20万元的研发费用。如图1传统陶瓷洁具新产品开发过程所示。

传统陶瓷卫生洁具新产品生产工艺是通过仿制或者采用作坊式手工方式来开发和生产产品，一方面仿制产品没有知识产权，只能通过大量的广告和低价格来竞争低端市場。另一方面，修改的工作量很大，成本过高，开发周期太长，并且边修改边出产品，失败的可能性很大，有的新产品一年都开发不成功，这样就加大了新产品研制的不确定性和研发风险。

2.2 卫生洁具数字化专家数据库建模生产

首先通过对陶瓷洁具海量数据的采集、优化及预处理、陶瓷洁具烧成过程专家经验的比对、提取等建立一个陶瓷洁具烧制过程的专家数据库。基于专家系统的陶瓷卫生洁具新产品研发流程为：

①设计：从专家数据库选取合适的冲水流道与外型，对整个洁具进行结构适配设计;

②功能评价与模拟实验：对实体图样进行模拟冲水实验进行功能评价;

③制作洁具原型：用PCM系列快速制造设备制作洁具原型样品，并进行后期处理;

④冲水试验：对原型样品进行冲水功能试验论证，并进行修改设计至合格;

⑤设计原胎模型：把洁具原型数据输入专家经验数据系统，比对放样生成原胎模型数据，经曲线、曲面创建实体图;

⑥制作原胎模型：用PCM系列设备制作原胎模型，并进行后处理;

⑦制作石膏试验工作模型：利用原胎模型翻石膏试验工作模型;

⑧小批生产洁具产品：利用石膏试验工作模型注浆、干燥、上釉、烧结，小批试生产;

⑨制作树脂模型：用石膏试验工作模型制作树脂模型，批量生产石膏工作模型;

⑩批量生产：利用石膏工作模型进行批量生产，试制过程基本满足一次成功。

3 卫生洁具数字化制造专家数据库建立的特点

在千百年的陶瓷生产过程中，工匠们摸索了一定的规律，掌握和传承了丰实的经验，本项目就是将这些成功的案例经筛选通过现代的科技手段转化为有效的几何数据进行了永久保存并为今后的新品开发和批量生产发挥资料不断丰富以及反复应用的重要作用。

陶瓷卫生洁具从造型、功能以及制造工艺等属性最具代表性的为抽水马桶，所以我们的研究对象便锁定在抽水马桶的专家数据系统的建设。