基于事例推理遥控船船体模具UG分模设计框架的研究

林杰

（博世汽车部件(苏州)有限公司，江苏苏州 215021）

基于事例推理遥控船船体模具UG分模设计框架的研究

林杰

（博世汽车部件(苏州)有限公司，江苏苏州 215021）

分模设计的好坏直接影响模具的结构设计及加工，它是一个典型的强经验、弱理论的工作。基于事例推理（CBR）方法，是解决强经验、弱理论问题的有效方法之一。针对遥控船船体模具UG分模问题，提出了一种基于CBR的船体模具UG分模设计框架。

事例推理；遥控船船体；UG分模设计框架

某产品模型是一个自主创新设计的遥控玩具船（图1），该玩具名称为球类互动游戏遥控玩具船，已获得实用新型专利。其船体尺寸长350 mm、宽100 mm、高150 mm，采用优质工程塑料ABS制造而成。为了将其商业化，需设计相应的模具。本文采用UG NX 5.0软件进行遥控船船体的注塑模设计。

图1 玩具遥控船示意图

在注塑模三维设计过程中，其关键技术是分模设计。在模具CAD/CAM中，可由零件产品的造型获得模具型腔和型芯。模具分模面的构建，对于简单零件分模面可直接选取产品最大轮廓线实现，而对于复杂曲面零件分模面的构建，目前还没有统一标准资料可供参考。对于遥控船体这种多曲面造型模具，采用传统分模设计方法很难对其进行分模。本文拟采用基于事例推理（CBR）的方法，来解决遥控船体多曲面造型分模设计的问题[1-2]。

1 建立基于事例推理的UG分模法的模型

CBR技术借鉴人类处理问题的方式，运用以前积累的知识和经验直接解决问题，已逐渐成为当前人工智能领域的一个研究热点。该技术避免了专家系统中规则等知识的获取，直接利用相似事例的解来求解当前任务[3-4]。从本质上看，CBR是一种通过对过去类似经验的回忆和适配，并生成新任务求解策略的类比推理方法，更符合实际过程中设计人员的设计习惯和方式。本文根据船体模具的结构形状特点,提出了一个基于事例推理的UG分模方法的模型。

1.1 船体模具UG分模过程

UG软件Mold Wizard模块的分模原理是用产品模型的分模面和产品模型外表面组成的切割面去分割成形镶件，从而分割出型腔零件；用产品模型分模面与产品模型内表面做成的切割面去分割成形镶件，从而分割出型芯零件[5]。

本文的船体模具UG分模设计过程为：加载产品和项目初始化、定义模具坐标系、设置收缩率、定义零件成形镶件、产品模型修补、确定脱模方向、创建分模线、创建分模面、创建型芯与型腔。

1.2 基于事例的推理过程（CBR）

在基于事例的推理中，用事例来表示经验。当需要求解新任务时，从事例库中查找与当前任务最相似的事例，通过改写事例的解来得到新任务的解。其基本思路是：在进行同类或略有变化的问题求解时，应用先前求解问题的经验和知识来进行推理决策，而不必一切都从头开始。基于事例推理的基本过程可归纳为：①指定索引。识别新任务的特征，并指定一个索引；②检索。根据索引从事例库中检索相似的事例；③改写。改写事例的解，以得到适于新任务的解；④存储。将新的解存入事例库（包括新任务的求解策略及相关解释）。

1.3 基于CBR的船体模具UG分模设计框架

对于船体模具的三维设计和后续数控加工来说，分模是一个既复杂、又关键的问题。因为船体的形状、壁厚、尺寸精度、表面粗糙度、船体在模具中的成形位置等因素都会影响其分模面的构建，所以除了要熟悉UG Mold Wizard模块的相应功能外，还要有丰富的设计经验，并遵守相应的设计规范[6]。

本文根据船体模具的结构和设计特点，综合上述对船体模具分模过程的分析，提出了基于CBR的UG分模设计框架（图2）。

图2 基于事例推理的UG分模设计框架

（1）类型事例检索

该模块的功能是检索新任务的类型。在对新任务的类型进行分析后，即可确定新任务是否具有这些特性。其特点状态只有两种：存在或不存在。若利用权值表示，其权值只能为0或1。由于这些特征的特殊性，不能利用权值与其他特征一起处理。

（2）总体事例检索

该模块的功能是检索与新任务在结构和尺寸等方面相近的事例。由于该模块是在类型事例检索模块之后进行的，故包含的主要特征为结构形式、尺寸形状等。其中，主要特征的形状与定位特征及其之间的集合运算关系决定了分模面的位置。如：首先对船体进行三维造型，与所选定的模架结合，再进行详细的结构设计。建模既是模具成形零件设计的基础，也是模具分型面设计的唯一依据。船体建模时，通过自动记录组成各主形状特征，并将其存储在事例库和专家知识库中；求解时，只需以特征名作为检索标记，即可快速识别出船体的形状特征。

（3）功能事例检索

该模块是检索新任务的组成部分。针对具体任务，有些组成部分是不一样的。如：检索船体是否设计有加强肋或支承面等组成部分。由于这些组成部分的功能只能有两种状态：存在或不存在，因此不能利用权值与其他特征一起处理。

（4）部件事例检索

该模块的功能是检索与新任务的某一部件在结构和尺寸上相近的事例。这一模块所包含的主要特征为部件的结构形式、尺寸形状等。

（5）总体与部件事例修改

该模块主要是对新任务的总体结构及部件的总体结构进行改写，使其具有完成新任务所需的全部功能。如：在创建船体产品模具的分模线时，一旦检索到相似事例，就可依据相似事例提供的脱模方向生成分模线。若事例库没有相似事例，则根据船体的形状特征、几何特征、定位特征及其之间的拓扑关系，利用事例库得到候选分模线，并根据分模线优化准则进行优化，选择其中的最佳分模线，并最后检验分模线的合理性。若不合理，则调用知识库提供的专家知识及经验公式进行修改。

（6）新事例

该模块将按事例库的要求对新得到的设计结果进行处理，然后添加到动态事例库中存储，作为下次检索之用。

2 分模设计实例

本文以遥控船船体为例，根据上述建立的分模设计框架，首先提取该产品的典型特征、用户交互输入零件的材料特征和技术特征等，然后进入船体模具分型面设计模块，系统依据提取的零件特征信息及用户输入的零件特征信息，利用事例库中的事例相似性判断进行分型线生成，再调用专家知识库进行分型线修正，最终生成模具分型面（图3）。

图3 船体模具分型面

3 结论

本文在对船体模具UG分模过程进行分析的基础上，通过将CBR方法运用到分模计算机辅助设计中，根据相似度进行计算机辅助检索、推理及修改，进而完成新分模面的设计，并提出了一种基于事例推理的船体模具UG分模设计框架。通过研究，可有效地提高类似复杂曲面零件模具分模面设计的质量和效率。只有合理地进行分模，才能为后续基于实体的数控加工提供正确的三维模型，使注射模的动、定模表面都具有良好的加工工艺性，增加模具寿命，同时也为善于思考的工程技术人员提供了广阔的想象空间。

[1]李新华.基于事例的推理（CBR）及其在注塑模具分型面设计中的应用[J].现代制造技术与装备，2006（1）：49-51.

[2]李柏林.基于事例推理的塑料模具设计模型[J].机械科学与技术，2002（6）：890-891.

[3]杨应昌，汪文虎，隽英昌，等.基于事例与特征的涡轮叶片精铸模分型面生成技术[J].铸造，2007（9）：948-951.

[4]史永胜，宋云雪.设计型专家系统中的基于事例推理技术研究[J].计算机工程与应用，1998（6）：28-30.

[5]殷国富，徐雷.基于实例推理方法的液压缸智能CAD系统研究[J].计算机辅助设计与图形学学报，1998（6）：541-546.

[6]Fu M W，Nee A Y C，Fuh J Y H.The application of surface visibility and moldability to parting line generation[J]. Computer-Aided Design，2002，34（6）：469-480.

第十二届中国国际机床工具展览会在京举办

本刊讯由中国机械工业集团有限公司及所属中国机床总公司、励展博览集团共同主办的“第十二届中国国际机床工具展览会”(CIMES 2014)于2014年6月18～22日在北京中国国际展览中心隆重举行。

本届展览会的展出规模达12万平方米，美国、德国、意大利、英国、法国、瑞士、日本、韩国及中国等30个国家的近1300余家知名企业参展，国际展商比例高达46%。来自70多个国家和地区的近14万名专业观众到会参观，展会期间总成交额达28.4亿元。无论展出规模还是参观人数，均创下展会举办以来的历史新高。

通过本次展会，CIMES进一步巩固和提高了在国际机床展览领域的地位，并将在中国机床工具技术进步、中外技术交流、世界先进制造技术和机床工具展示等方面发挥更加积极的作用。

Study on Parting Design Frame of Telecontrolled Boat Hull by UG on Case-based Reasoning

Lin Jie
（Bosch Automotive products Co.,Ltd，Suzhou 215021，China）

Parting design，a classic work of strong experience and weak theory，has a direct impact on mold structure design and tooling.The method on the basis of case-based reasoning called CBR is one of the effective methods to solve problems of strong experience and weak theory.Aimed at parting problems of telecontrolled boat hull bu UG，a frame of mold parting design of boat hull by UG on casebased reasoning is proposed.

case reasoning；telecontrolled boat hull；parting design frame by UG

TG702

A

1009－279X（2014）04－0044-02

2014-03-06

林杰，男，1980年生，工程师。