基于软计算的注塑模智能设计系统关键技术研究

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1、上海交通大学博士学位论文基于软计算的注塑模智能设计系统关键技术研究姓名：石峰申请学位级别：博士专业：材料加工工程指导教师：张永清;娄臻亮20030701上海交通大学博士学位论文基于软计算的注塑模智能设计系统关键技术研究摘要注塑成型工艺是指将熔融的塑料在一定压力下注射入模具型腔中经温度调控系统作用一次形成塑件制品注塑成型具有成型周期短生产效率高以及制品精度高等优点因此注塑成型在现代生产行业中具有非常重要的地位而传统的以经验为主的试探法已不能满足当前对注塑模设计制造提出的高精度短周期以及低成本的要求近年来CAD/CAM/CAE技术以及AI技术

2、的飞速发展显著提高了注塑模设计质量和效率为实现注塑模设计智能化提供了理论和技术基础本文在详细总结注塑模CAD/CAM/CAE和人工智能技术的现状和发展趋势的基础上针对注塑模设计中存在大量模糊和不完整知识的特点将基于软计算(SoftComputing,SC)的知识工程(KnowledgeEngineering,KE)引入注塑模设计领域通过对软计算理论注塑模CAD以及CAE的研究首次提出了基于软计算的注塑模智能设计系统基本框架为软计算注塑模CAD及CAE集成的三元组软计算用来处理不确定设计知识并利用提取的知识对注塑模CAD进行优化CAE为注塑

3、模CAD提供决策和指导并为软计算提供知识源注塑模CAD提供CAE前处理模型并为软计算提供领域知识源在构建模型时对注塑模设计系统进行功能分析来获得系统的功能模型和整体框架本文对实现此系统的三项关键技术注塑模智能设计集成知识模型注塑模模拟反馈分析和基于软计算的注塑模优化设计进行了深入地研究知识模型是描述某一领域产品相关专家知识的信息模型针对注塑模设计具有强经验弱理论特点创新性地提出了基于知识的注塑模设计状态空间模型此模型包含注塑模设计状态Q知识K和算法å三个基本要素提出了一种注塑模智能设计集成知识模型此模型分为几何模型层知识层和管理控制层针对

4、注塑模结构复杂的特点提出了以功能组合特征代替基本几何特征混合连接主义和符号主义进行知识建模并统一以面向对象的框架规则进行表示根据分而治之Divide-and-conquer的原理将设计任务分解采用基于黑板模型的知识组织和推理方法对模糊知识提取进行深入研究提出了一种基于模糊粗糙集的归纳学习算法FRILA此算法具有规则数目少规则表示简单等优点这种集成知识模型既能处理显式知识也能处理隐式知识可以有效处理模糊性和不确定性知识在以往的注塑模设计系统中数值模拟技术的应用处于设计验证的被动地位为了使CAE技术从设计验证地位提高到设计指导和设计决策地位针

5、对数值模拟数据量大且繁琐的特点引入软计算方法提出了全新的基于软计算的数值模拟反馈分析把数值模拟结果作为数据源采用OMT方法对模拟结果建立面向对象的层次数据模型并提出一种改进的粗糙集属性简算法进行数据约简在此基础上利用软计算方法FRILA进行知识提取以上海交通大学博士学位论文一茶杯托为例表明此方法一方面利用提取的知识对注塑模设计起指导和辅助决策作用增强设计评价设计的自适应提高设计效率另一方面利用所获取的知识简化注塑模优化设计模型缩小优化算法的搜索空间传统的注塑模设计系统得到的往往是一个可行设计方案不一定是一个最优或近似最优的设计方案针对当前

6、工程优化具有优化模型复杂求解空间过大导致优化效率低下的缺点本文提出了一种基于数值模拟和软计算的注塑模优化设计方法利用基于知识的智能系统简化优化模型减小搜索空间使优化初始点为一可行设计方案并把迭代限制在可行域空间提高了优化效率另一方面为了克服反复调用数值模拟软件带来计算量大的缺点提出了人工神经网络近似计算模型并采用遗传算法进行参数优化基于此优化思想本文以一带有镶边的黄油器皿盖子为例分别对其注塑模结构参数和注塑工艺参数进行了优化在对工艺参数进行优化设计时引入模糊优化思想拓展了解空间使设计结果改进了10.0%基于以上关键技术研究的基础上在Pro

7、/Engineer平台上利用VC和Pro/Toolkit开发了注塑模智能设计原型系统该原型系统以知识为核心集成了功能组合特征注塑模设计知识库以及数据库采用软计算方法进行设计知识处理提高了对模糊性知识和不确定性知识的处理能力同时基于软计算方法和数值模拟技术开发了注塑模优化设计模块和数值模拟反馈原型系统并通过几个实例验证了方法的可行性和适用性关键词注塑模智能设计基于知识的工程软计算集成知识模型数值模拟优化设计上海交通大学博士学位论文RESEARCHONKEYTECHNOLOGIESOFSOFTCOMPUTINGBASEDINTELLIGENT

8、DESIGNSYSTEMFORINJECTIONMOLDINGABSTRACTThemanufacturingindustryofplasticproductshasbeengrowingra