冲压工艺方案黑板架构数据库在级进模设计中的应用.doc

冲压工艺方案黑板架构数据库在 级进模设计中的应用 S.B. Tor，G.A. Britton，W.Y. Zhang [摘要]排样设计的冲压工艺方案是级进模设计的一个关键的任务已经被大家广泛的接受了， 然而，相对于科学性来说，冲压工艺方案显示出更多的艺术性。为了解决这个问题，尽管人工智能的新发展，在各种不同知识的集成内置智能化方面获得了很多的成功，但最主要的问题是现存的冲压工艺方案数据库专家系统缺乏一个正确的结构来在一个协调的决策制定环境中管理各种不同知识源。本文介绍了一种制定冲压工艺方案的数据库黑板架构。这种方法利用自动化的条料排样设计加速了级进模的设计进程。本文利用一个实例来证明使用这种方法的效果。 [关键词] 黑板架构；图库；数据库；面向对象的；级进模设计；冲压工艺方案 1.介绍 使用级进模大批量的生产板状金属零件已经被广泛的应用于各种工业中，比如航空，电子，工作母机。汽车以及冷藏等。这些级进模只用一套就可以完成冲孔，切槽，切断，拉延，切缝，弯曲，修整，拉伸，滚花，整形，切边等各种不同形式的成型操作。因此，通常情况下级进模结构非常复杂，冲压工艺方案及模具结构设计都是难度及要求都很大的任务。 制定冲压工艺方案首先要将一个成型件展开，由此展开件来生成一个平面模型，然后调整这个图形的放置位置来生成胚料布置图，接着制定冲压操作方法并把此方法分派给模具生产车间。最终确定的排样方法会被绘制成排样图，以指导后面的模具结构设计。而级进模的生产率，准确度，制作费用和质量都取决于排样方法，当然还有冲压工艺。然而，相对于科学性来说，冲压工艺方案依然显示出更多的艺术性。而以前的排样过程主要依靠人力，依靠设计者反复实验积累的经验，技术以及知识来完成。 在人工智能领域的新发展已经使创建基于人工智能的集成内置智能和应用多种知识解决极进模设计问题的系统成为可能，包括实现排样的自动化设计。这里提到的多种冲压工艺方案相关的数据源包括生成平面模型的展开技术，胚件布置所需嵌套技术，将冲压特点转换为冲压操作的转换技术以及为制定冲压操作顺序的分级技术。与我们的研究相关的一些级进模设计问题在本文第二段已经有所提及，但是现有的基于传统架构的数据库专家系统，不能有效的管理多种数据源，这限制了它的可实施性和可测量性。 要解决上述问题，需要有一个能够促进不同数据源之间协作交流的问题解决方法，并提供一个有集成框架的异种数据表示方案。由此，数据库黑板框架由黑板控制系统及少数已开发的独立运行的资料源组成，这种框架提供了一个相互协作的方案制定环境及促进混合资料表示方案，包括工艺规程，生产规定和面向对象的表示法。 通过C++，使用面向对象的专家系统程序CLIPS（C语言集成产生系统）[1]实现了一个基于参数化和特征化的CAD原型系统，Solid Edge。下面来举例说明我们的方法及此方法在冲压工艺规化中的作用。 2.相关工作 计算机辅助冲压工艺方案的研究工作自从1970年开始就已经被广泛的报道，自动化工艺方案的优点是生产力进步，费用减少及设计自动化。 从70年代中期到80年代中期，开发出了第一代级进模设计CAD/CAM系统，但是这些系统中很少是基于人工智能技术开发的[2-5]。这些早期系统的特点是具有基本的计算机制图设备，标准化的模具部件和标准化的设计方法。它们减少了设计及绘图的周期，但是，当用这些系统以传统的程序设计语言形式来表现设计结果时，计算机只能产生模具零件表及绘制出模具装配图和零件图。设计者仍然需要通过交流来确定大部分重要的决定，包括排样及确定模具设计图。 80年代末，全世界的研究员做出重大努力，集成了多种人工智能及传统CAD方法来开发用于包括自动化排样的级进模自动化设计系统。 数据库方法是一个在智能化冲压工艺方案和级进模设计中常用的人工智能技术，比如，美国马萨诸塞州立大学的研究员描述了为一个简单铰接零件而设计的级进冲压模的数据库系统[6]，这个系统可以生成平面几何模型并能自动生成排样图。新加坡国立大学的研究员在80年代后期就开发出了智能化的级进模设计系统，他们利用特征模型和基于规则的处理方法来实现自动选择冲孔形状，自动导出排样图和3-D模具结构。可绘制已成型件并利用其拓扑信息、基于模型库的推理方法、空间推理技术来推理出特定冲压过程并指导整个冲压进程来开发出一个基于特征关系树的自动化排样方法。印度技术研究所的研究员开发出一种基于规则的启发式推理法及参数方案技术的计算机辅助金属板料落料模设计系统，CADDS[9]。这个系统的最大优势是可以快速计算出最有效的排样方法。利物浦大学的研究员正在研究冲孔落料级进模的自动化设计[10，11]，他们先利用了一种编码技术来产生成型件的几何形状，然后利用这种技术生成冲孔凸模的形状和布局，由此开发出自动化排样方法。中国华中科技大学的研究员已经开发