塑料工業(yè)近20年來發(fā)展十分迅速疮薇，早在7年前塑料的年產(chǎn)量按體積計算已經(jīng)超過鋼鐵和有色金屬年產(chǎn)量的總和福贞，塑料制品在汽車、機電祖驱、儀表握恳、航天航空等國家支柱產(chǎn)業(yè)及與人民日常生活相關(guān)的各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應用瞒窒。塑料制品成形的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成形乡洼，世界塑料成形模具產(chǎn)量中約半數(shù)以上是注塑模具崇裁。

　　隨著塑料制品復雜程度和精度要求的提高以及生產(chǎn)周期的縮短，主要依靠經(jīng)驗的傳統(tǒng)模具設(shè)計方法已不能適應市場的要求扛焊，在大型復雜和小型精密注射模具方面我國還需要從國外進口模具波耗。

　　關(guān)鍵技術(shù)和實用功能

　　1．用三維實體模型取代中心層模型

　　傳統(tǒng)的注塑成形仿真軟件基于制品的中心層模型。用戶首先要將薄壁塑料制品抽象成近似的平面和曲面崎绽，這些面被稱為中心層休敛。在這些中心層上生成二維平面三角網(wǎng)格，利用這些二維平面三角網(wǎng)格進行有限元計算宅殿，并將最終的分析結(jié)果在中面上顯示史糕。而注塑產(chǎn)品模型多采用三維實體模型，由于兩者模型的不一致诞书，二次建模不可避免锤知。但由于注塑產(chǎn)品的形狀復雜多樣、千變?nèi)f化快檀，從三維實體中抽象出中心層面是一件十分困難的工作羊湃，提取過程非常繁瑣費時，因此設(shè)計人員對仿真軟件有畏難情緒份噪，這已成為注塑成形仿真軟件推廣應用的瓶頸然走。

　　HSCAE 3D主要是接受三維實體/表面模型的STL文件格式。現(xiàn)在主流的CAD/CAM系統(tǒng)戏挡，如UG芍瑞、Pro/ENGINEER、CATIA和SolidWorks等褐墅，均可輸出質(zhì)量較高的STL格式文件拆檬。這就是說，用戶可借助任何商品化的CAD/CAE系統(tǒng)生成所需制品的三維幾何模型的STL格式文件妥凳，HSCAE 3D可以自動將該STL文件轉(zhuǎn)化為有限元網(wǎng)格模型竟贯，通過表面配對和引入新的邊界條件保證對應表面的協(xié)調(diào)流動，實現(xiàn)基于三維實體模型的分析逝钥，并顯示三維分析結(jié)果屑那，免去了中心層模擬技術(shù)中先抽象出中心層，再生成網(wǎng)格這一復雜步驟艘款，突破了仿真系統(tǒng)推廣應用的瓶頸持际，大大減輕了用戶建模的負擔，降低了對用戶的技術(shù)要求，對用戶的培訓時間也由過去的數(shù)周縮短為幾小時搂物。

　　2．有限元蝠笔、有限差分、控制體積方法的綜合運用

　　注塑制品都是薄壁制品囱蕴，制品厚度方向的尺寸遠小于其他兩個方向的尺寸床少，溫度等物理量在厚度方向的變化又非常大，若采用單純的有限元或有限差分方法勢必造成分析時間過長朋堪，無法滿足模具設(shè)計與制造的實際需要橘疚。我們在流動平面采用有限元法，厚度方向采用有限差分法倾秤，分別建立與流動平面和厚度方向尺寸相適應的網(wǎng)格并進行耦合求解伟秩，在保證計算精度的前提下使得計算速度滿足工程的需要篓疚，并采用控制體積法解決了成形中的移動邊界問題衬朗。對于內(nèi)外對應表面存在差異的制品，可劃分為兩部分體積掂演，并各自形成控制方程捧贺，通過在交接處進行插值對比保證這兩部分的協(xié)調(diào)。

　　3．數(shù)值計算與人工智能技術(shù)的結(jié)合

　　優(yōu)選注塑成形工藝參數(shù)一直是廣大模具設(shè)計人員關(guān)注的問題栓拜，傳統(tǒng)的CAE軟件雖然可以在計算機上仿真出指定工藝條件下的注塑成形情況座泳，但無法自動對工藝參數(shù)進行優(yōu)化。CAE軟件使用人員必須設(shè)置不同的工藝條件進行多次CAE分析幕与，并結(jié)合實際經(jīng)驗在各方案之間進行比較挑势，才能得出較滿意的工藝方案。同時啦鸣，在對零件進行CAE分析后潮饱，系統(tǒng)會產(chǎn)生有關(guān)該方案的大量信息(制品、工藝條件诫给、分析結(jié)果等)香拉，其中分析結(jié)果往往以各種數(shù)據(jù)場的形式出現(xiàn)，要求用戶必須具備分析和理解CAE分析結(jié)果的能力中狂，所以傳統(tǒng)的CAE軟件是一種被動式的計算工具凫碌，無法提供給用戶直觀、有效的工程化結(jié)論胃榕，對軟件使用者的要求過高盛险，影響了CAE系統(tǒng)在更大范圍內(nèi)的應用和普及。

　　針對以上不足勋又，HSCAE 3D軟件在原有CAE系統(tǒng)準確的計算功能基礎(chǔ)上四酱，把知識工程技術(shù)引入系統(tǒng)的開發(fā)中，利用人工智能所具有的思維和推理能力，代替用戶完成大量信息的分析和處理工作扑详，直接提供具有指導意義的工藝結(jié)論和建議媚尊，有效解決了CAE系統(tǒng)的復雜性與用戶使用要求的簡單性之間的矛盾，縮短了CAE系統(tǒng)與用戶之間的距離涕留，將仿真軟件由傳統(tǒng)的“被動式”計算工具提升為“主動式”優(yōu)化系統(tǒng)褂反。HSCAE 3D系統(tǒng)主要將人工智能技術(shù)應用于初始工藝方案設(shè)計、CAE分析結(jié)果的解釋和評價唁返、分析方案的改進與優(yōu)化3個方面2娇仙。

　　在基于知識的仿真系統(tǒng)中主要采用的優(yōu)化方法:

　　(1) 基于實例推理的優(yōu)化。主要應用于具有離散取值空間的成形工藝初始設(shè)計辨迷。制品形狀和澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用編碼方式尾贮，而尺寸信息采用特征參數(shù)描述。在對以往成功工藝設(shè)計的收集和抽象的基礎(chǔ)上袁暗，建立以框架形式描述的實例庫索引和檢索機制怔巷。

　　(2) 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。對工藝設(shè)計中如注射時間讯屈、注射溫度這樣具有連續(xù)取值空間的參數(shù)蛋哭，采用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法來優(yōu)化。利用優(yōu)化目標函數(shù)并在一定的優(yōu)化策略下涮母，得到優(yōu)化系統(tǒng)確認的最優(yōu)參數(shù)谆趾。

　　(3) 基于規(guī)則推理的優(yōu)化。主要用于對分析結(jié)果的解釋和評價叛本。本系統(tǒng)所建立的專家系統(tǒng)規(guī)則庫是以注塑模領(lǐng)域的專家知識為基礎(chǔ)的沪蓬，涵蓋了有關(guān)短射、流動平衡来候、熔體降解跷叉、溫差控制、保壓時間吠勘、許可剪切應力性芬、剪切速率、鎖模力等方面的知識剧防，在對計算結(jié)果進行分析和提煉的基礎(chǔ)上植锉，驅(qū)動專家系統(tǒng)進行推理，對成形方案進行分析評價爹舱，并給出具體的優(yōu)化改進建議奕截。

　　4．制品與流道系統(tǒng)的三維流動保壓集成分析

　　流道系統(tǒng)一般采用圓柱體單元，而制品采用的是三角形單元皿遏，HSCAE 3D系統(tǒng)采用半解析法解決混合單元的集成求解問題噪境，這樣，HSCAE 3D系統(tǒng)不僅能分析一模一腔大型復雜的制品，而且能夠分析一模多腔小型精密制品半泪，大大拓寬了系統(tǒng)的使用范圍陶握。目前HSCAE 3D系統(tǒng)是世界上先進的能夠分析一模多腔流動平衡問題的三維仿真軟件。

　　5．塑料制品熔合紋預測的高效算法

　　熔合紋對制品的強度效勺、外觀等有重要影響禁歧，準確預測熔合紋位置是仿真軟件的難題。HSCAE 3D系統(tǒng)通過節(jié)點特征模型方法大大提高了熔合紋預測的準確性和效率嘉容，其準確度達到國際同類產(chǎn)品的先進水平架独。并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對熔合紋的影響程度作出定性評價，為用戶對成形質(zhì)量的評估提供了直接的判斷依據(jù)饿呢。

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