D0I:10.13374/j.issm1001-053x.2001.01.044 第23卷第1期 北京科技大学学报 VoL23 No.1 2001年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2001 挤压模具设计综合数据库系统 刘慧男)李静媛”刘静安)谢建新》 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)西南铝加工厂，重庆401326 摘要采用结构化程序和规范化数据库技术，开发了挤压模具设计综合数据库系统.该系统 由6个设计模块，即棒材模、实心型材模、空心型材模、壁板模、宽展模、导流模设计模块和1个 系统维护模块组成，可以构成挤压模具设计专家系统重要的专家经验来源和实现自学习、自积 累的支撑体系，也可以作为独立的软件使用，完成模具设计过程中的经验积累与数据积累，代 替挤压模具设计技术资料手册，实现相关设计参数的自动计算和模具强度校核.利用该系统可 以大大减轻技术人员的劳动工作量，同时提高模具设计的准确度，保证模具设计的合理性，最 终达到提高挤压生产效益的目的. 关键词挤压模具；数据库；设计；专家系统 分类号TG376 模具是挤压生产中最重要的要素之一，合 知 设计手册 理的模具设计对提高挤压制品的质量、产量、成 现场实践 品率以及节约模具钢材等都具有极其重要的意 源 经验积累 义但是，模具设计仍然是一种以经验为主要 依据的设计过程，设计时一方面要参考引用众 设 设 多设计标准和经验数据，另一方面还将产生大 标 则 量的设计数据，采用统一的方法有效地管理这 些数据，以方便设计者参考查阅，是提高设计效 产品信息 挤压模具设计 设计参数， 率、保证设计结果一致性需要解决的重要问题. 通过数据库技术实现经验积累，可以使设计专 设计者 家的经验知识不再受时间、空间的限制而得以 图1挤压模具设计系统模型图 永久保留，并广为推广应用.为此，本文采用Vs- Fig.1 Scheme of design system for extrusion dies ual Foxpro3.0开发了一套以Windows9x为平台 的挤压模具设计综合数据库系统.该系统既可 1.1经验积累功能 以作为独立的软件使用，为技术人员提供设计 存储、管理经验知识并完成经验积累是专 支持，又可以并入挤压模具设计专家系统，为其 家系统的基本要求之一).挤压模具设计专家系 提供重要的专家经验来源，进行经验积累. 统中的经验知识主要有2种类型：一类是本领 域中公认一致的知识，包括与挤压模具设计相 1系统主要功能要求 关的定义、事实、理论、原则，通常收录在相关技 在建立一个系统之前，首先要对所建系统 术手册、学术著作和文献资料中，称为固有经 进行全面的需求分析，按照用户的要求确定系 验；另一类是领域专家的个人知识，它们是专家 统所要实现的目标.本文研究开发的挤压模具 在长期实践中获得的，其中很多知识是启发性 设计综合数据库系统在设计时充分考虑了现场 知识，可将其归结为再生经验.对于不同类型的 技术人员的实际需求，在深人细致地分析了挤 知识，实现经验积累的处理方式是不同的， 压模具的设计过程之后，抽象出如图1所示的 12技术手册功能 挤压模具设计系统模型图.在此基础上，确定了 把挤压模具设计与常用技术资料的查询集 系统的功能要求 成为一体，使设计人员不离开设计平台就可以 收稿日期：200006-13刘慧男女，25岁，顾士 方便地找到所需的数据资料.这些资料包括：
第 2 3 卷 第 1 期 2 0 0 1 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u nr a l o f U n iv e sr iyt o f S e le n e e a n d eT e h n o lo gy B iej i n g Vb l J 3 N O 一 1 F e b . 200 1 挤压模具设计综 合数据库 系统 刘 慧男 ” 李静媛 ` , 刘静安 2 , 谢建新 ” 1)北京科技大学材料科学与工程学院 , 北京 10 0 0 83 2) 西南铝加工厂 , 重庆 4 0 13 26 摘 要 采用 结构 化程序和规范化数据库技术 , 开 发 了挤压模具设计综合数据库系统 . 该系统 由 6 个设计模块 , 即棒材模 、 实心型材 模 、 空 心型 材模 、 壁 板模 、 宽展模 、 导流模设计模块和 1 个 系统 维护模块组成 , 可 以构成挤压模具设计专家 系统重 要 的专家经验来源 和实现 自学 习 、 自积 累 的支撑体系 , 也可 以作为独立 的软件使用 , 完成模具设计过 程中的经 验积累与 数据积 累 , 代 替挤压模具设计技术 资料手册 , 实现相 关设计参数的 自动计算和模具强度校 核 . 利用 该系统可 以大 大减轻技 术人员 的劳 动工 作量 , 同时提高模具设计 的准确 度 , 保证模具设计的合理性 , 最 终达 到提高挤压生 产效益 的 目的 . 关键词 挤压模具; 数据库 ; 设计; 专家系统 分 类号 T G 37 6 模具是 挤压生产 中最重要 的要素之 一 合 理 的模具设计对提高挤压制品 的质量 、 产量 、 成 品率 以及节约模具钢材等都具有极其重要 的意 义 〔冈 . 但是 , 模具设 计仍然是一种 以经验 为主要 依据 的设 计过程 , 设计 时一方面要参 考引用众 多设计标 准和经验数 据 , 另一方面还将 产生大 量 的设计 数据 . 采 用统一 的方法有效 地管理这 些数据 , 以方便设计者参 考查 阅 , 是提高设计效 率 、 保证设计结果一致性需要解决 的重要 问题 . 通过数据库 技术实现 经验积 累 , 可 以使设 计专 家的经验 知识 不再受 时间 、 空间 的限制 而得 以 永久保 留 , 并广为推广应用 . 为此 , 本文采用 iV s - ua l F o xP or 3 . 0 开发 了一 套 以 w i n do w s gx 为平 台 的挤压模具设计 综合数据 库系统 . 该系统 既可 以 作为独立 的 软件使用 , 为技术 人员提供设计 支持 , 又可 以并人挤压模具设计专家系统 , 为其 提 供重要 的专 家经验来源 , 进 行经验积 累 . 知 设现计场手实册践 识 来 源 经 验积 累 设 设 设 计 计 计 目 准 经 标 则 验 设计者 卞 图 1 挤压 模具设计 系统模型 圈 S e h e m e o f d es ig n sy s et m fo r ex t r u s ot n d le s 1 系统主要功能要 求 在建立 一个系统 之前 , 首先要对 所建系统 进行全 面的需求分 析 , 按 照用户 的要 求确定 系 统所要 实现的 目标 . 本文研究 开发 的挤 压模具 设计综合数据库系统在设计时充分考虑 了现场 技术人员 的实际需求 , 在深人 细致地分析 了挤 压模具 的设 计过程之后 , 抽 象 出如 图 1 所 示 的 挤压模具设计系统模型 图 . 在此基础上 , 确定 了 系统的功能要求 . 收稿 日期 : 2 0 0 . -0 -6 13 刘 慧男 女 , 25 岁 , 硕士 L l 经验积累功能 存储 、 管理经验 知识并完成经 验积累是专 家系统 的基本要求之一 , 〕 . 挤压模具设计专家 系 统 中的经验知识 主要有 2 种类 型 : 一类是本领 域 中公认 一致 的知识 , 包 括与挤压模具 设计相 关的定义 、 事 实 、 理论 、 原则 , 通 常收 录在相关技 术手册 、 学术著 作和 文献 资料 中 , 称 为固有经 验 ; 另一类是领域 专家的个人 知识 , 它们是专家 在长期实 践 中获得 的 , 其 中很 多知识是 启发性 知识 , 可将其归结 为再生经验 . 对于不 同类型 的 知识 , 实现经验 积 累的处 理方式是 不 同的 . 1.2 技术手册功能 把挤压 模具设计与 常用技术资料 的查询集 成 为一体 , 使 设计人员 不离开设计 平台就可 以 方便地 找到所需 的数据资料 . 这 些资料包括 : DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2001. 01. 044
+64 北京科技大学学报 2001年第1期 (1)常用合金成分与牌号对照；(2)合金的可 系统主界而 合金信息浏览 挤压性与成形压力：（③）常用挤压设备参数与挤 公差信息测览 压筒比压：（④）常用模具材料的选择与各国模具 产品信息势 产品信息查淘 牌号对照；（⑤）产品公差与挤压公差：(6)模具常 产品信息输出 用外形、结构数据等 设备参数浏览 13自动计算功能 挤压筒鑫数浏览 在模具设计过程中，各种设计计算和强度 外形设计模块 模具材料浏跑 校核的工作量通常比较大，与设计融合成一体 经验参数浏览 的自动计算功能可以帮助设计人员迅速完成设 ©多考图形是示 计，获得所需数据，而且可以保证设计计算和强 模具信息查询 度校核的准确性 经验积界 2系统结构设计方案 确定模具材料 结构设计模块 强度校核 本系统的开发采用结构化系统分析与设计 模具信息箱出 方法.这种设计方法的核心思想是结构化.具体 图2棒材模设计摸块的结构模型 做法是自上而下，对系统进行合理的逐层分解， Fig.2 Structure model of design module for bar ertrusion 使复杂的系统被分解设计成相对独立、功能单 dies 一的模块集合体.这样，每一个模块就可以单独 重 地进行设计、编写和测试，对系统的修改与扩 充，也可以在相关的模块范围内进行，而不必牵 动全局 按照被挤压产品和挤压模结构待点的不 同，挤压模可以分为棒材模、实心型材模、空心 型材模、壁板模、宽展模和导流模6大类.因此， 根据模块划分的基本原则，本系统分成7个1 级模块：6个分别与6类挤压棋相对应的设计模 块和1个系统维护模块.各类挤压模设计模块 的结构是类似的.图2所示为棒材模设计模块 图3棒材模外形设计横块 的结构模型，由系统主界面选择棒材模进人产 Fig.3 Design module for bar extrusion dies 品信息输入模块，用户可输人所设计模具的挤 压制品的合金种类、系列、外形等参数，同时可 部为模具（包括在线设计模具）信息浏览表，右 浏览到合金的化学成分、可挤压性、产品公差等 侧为各类功能按钮. 内容，根据需要进行信息的查询、打印；之后可 进人模具外形及结构设计模块，系统会将有关 3经验数据积累用数据库的设计 设计公式、经验参数以及此类模具以往设计数 (1)设计经验库.它用来保存挤压模设计时 据提示给用户，以供设计参考， 常用的经验准则与经验数据.这类数据的特点 图3所示为棒材模外形设计模块人机交互 是相对稳定的已有经验多，数据共享性强，而且 界面，在该界面上方有由5个按钮组成的工具 具有可扩充性，主要用于实现挤压模设计时对 栏，分别为常用挤压设备、挤压筒、模具材料参 已有经验的浏览查询和后续经验的不断积累。 数的浏览，以及打印、帮助按纽.主窗体左侧为 所以，本系统在设计时，充分考虑了这些特点， 该模具编号、系列和有关图形及数据的显示浏 采用半固化的信息处理方式，一方面把相关技 览，中间页框为外形设计内容及数据，页框内的 术手册、学术著作和文献资料中的已有经验知 文本框显示设计经验、公式、参数等内容，用户 识进行归纳总结、分析整理之后存储在相关的 也可输入新的设计思想，以备日后查询.窗体下 设计经验库中，设计人员可以在设计模式下方
Vol.23 No.1 刘慧男等：挤压模具设计综合数据库系统 ·65· 便地进行查询浏览；另一方面各设计者可以根 外形设计和结构设计. 据自身的实际需要，通过相应的系统维护模块 (2)把源于技术手册和生产现场的固有经验 或经验积累模块对已有经验进行追加或修正， 半固化到设计经验库中，实现设计时对相关设 从而生成最符合实际情况的设计经验准则 计准则和经验数据的在线查询浏览，提高设计 不同主题的信息应该分离存储，这是合理 效率. 的数据库设计的基本原则之一.所以，本系统将 (3)在各类挤压模的设计过程中，可以完成 设计经验库细化为7个主题数据库：棒材模设计 设计经验积累，包括对固有经验和再生经验的 经验库、实心型材模设计经验库、空心型材模设 积累，不仅实现了系统的不断扩充和完善，而且 计经验库、壁板型材模设计经验库、宽展模设计 方便了后续设计对以往设计的参考. 经验库、导流模设计经验库和共用经验数据库， (4)对有定量关系的设计参数，系统可以根 (2)模具参数库.主要用于保存每次设计的 据用户的部分输人自动计算出其余的参数，实 具体数据，这类数据的特点是动态扩充频繁，表 现设计时的辅助计算功能 征不同类型的挤压模用到的数据属性多且各不 (⑤)可以完成挤压模的强度校核，并对不符 相同.设计该库的目的是：为实现设计过程中对 合要求的设计给出修改意见， 以往设计方案的参考和当前设计方案的积累提 (6)可以与已有的模具管理信息系统进行 供数据库支持所以，本系统对模具参数库的数 连接，反馈设计模具的生产使用情况和模具评 据采用动态信息处理方式，即用户在设计模式 价结果，为待设计模具的设计方案提供参考， 下不仅可以方便地查询浏览该库中的数据，作 为本次设计的启发性知识，而且可以直接对库 参考文献 中的数据进行增加、修改和删除.按照信息主题 】刘静安.铝型材挤压模具设计、制造、使用及维修 的不同，模具参数库同样可以分为6个数据库. 北京：冶金工业出版社，1999.2 (3)模具材料库.用于存储常用模具材料的 2赵云路，刘静安.铝型材挤压模具概论.轻合金加 信息，为设计者方便地浏览材料信息、选择模具 工技术，1997,25(1)：41 3刘有才，刘增良.模糊专家系统原理与设计.北京： 材料、制订热处理工艺提供数据支持 北京航空航天大学出版社，1995.3 4王人骅.软件技术基础.北京：北京航空航天大学出 4 结论 版社，1994.12 该系统的主要特点如下. 5李建中.数据库系统原理.北京：电子工业出版社， 1998.8 (1)可以完成6类挤压模，即棒材模、实心 6谢建新，李静媛，冷智勇，等.铝型材挤压模具综合 型材模、空心型材模、壁板模、宽展模、导流模的 管理信息系统.中国有色金属学报，1998,8(4)：643 整个设计过程，包括产品信息输入以及模具的 Database System for Design of Extrusion Dies LIU Huinan,LI Jingyuan,LIU Jing'an,XIE Jianxin 1)Materials Science and Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)Southwest Aluminium Fabrication Plant,Chongqing 401326,China ABSTRACT Based on the principles of structured program design and normalized database design,a data- base system for the design of extrusion dies was developed.The system includes six design modules for six types of dies(dies for bars,dies for solid shapes,hollow section dies,dies for wall panels,spreading dies,dies with flow guid)and one system maintenance module,is not only the main sources of expert experience and de- sign criteria,but also the supporting layer for the self-learning and self-accumulating in expert system for the design of extrusion dies.As an independent software,the system can accumulate experience and data related to die design,act as design standards manual and accomplish the calculations of certain design parameter and strength conditions of extrusion dies.The system is useful for decreasing designers'workload,improving the accuracy and rationality of die design. KEY WORDS extrusion die design;database;expert system
V b l . 2 3 N O . l 刘 慧男 等 : 挤 压模具设 计 综合 数据 库系 统 . 6 5 . 便地 进行查 询浏览 ; 另一 方面各设 计者 可 以根 据 自身 的实 际 需要 , 通过 相应 的系统维护 模块 或 经验积 累模块 对 已有 经验 进行追 加或 修正 , 从 而生成最符 合实 际情况 的 设计经 验准则 . 不同主题 的信息 应该分离存储 , 这是合理 的数据库设计 的基本原则之一 所以 , 本 系统将 设计经验库细化为 7 个 主题数据库 : 棒材模设计 经验库 、 实心 型 材模设计经验库 、 空 心 型 材模设 计经验库 、 壁板型 材模设计经验库 、 宽展模设计 经验库 、 导流模设计经验库和 共用经验数据库 . (2 )模具 参数库 . 主要 用 于保存每 次设计 的 具体 数据 , 这类 数据的 特点是动态扩充频 繁 , 表 征不 同类 型 的挤压模用 到的数据属性多且各不 相同 . 设计该 库的 目 的是 : 为实现设计过程 中对 以 往设计方案 的参考 和当前设计方案 的积 累提 供 数据库支持 . 所 以 , 本系统对模具参数库 的数 据 采用 动 态信息 处理方 式 , 即 用户在设 计模式 下不仅 可 以 方便地 查询浏 览该 库 中的数 据 , 作 为本次设计 的启 发性知 识 , 而且可 以 直接对 库 中的 数据进行增加 、 修改 和删 除 . 按照 信息 主题 的 不 同 , 模具参数 库 同样 可 以 分为 6 个数 据库 . (3 )模 具材料 库 . 用于存储 常用模 具材料 的 信息 , 为设计 者方便地浏览材料信 息 、 选择模 具 材料 、 制订 热处理 工艺提 供数据 支持 . 外 形设计和结构设 计 . (2 )把源于技术手册和 生产现场 的固有经验 半 固化 到设计经 验库 中 , 实现设 计时对相关设 计准则 和经验数 据的 在 线查询浏览 , 提 高设计 效率 . (3 ) 在各类 挤压模 的设 计过程 中 , 可 以完成 设计经 验积 累 , 包括 对 固有经 验和再生 经验的 积累 , 不仅实现 了 系统 的不断扩充和 完善 , 而且 方便 了 后续设计 对 以往设 计的参 考 . ( 4 ) 对有 定量关 系的设 计参数 , 系统可 以根 据用 户的部分 输人 自动计算 出其 余 的参数 , 实 现设计 时 的辅 助计算 功能 . ( 5 ) 可 以 完成挤压模 的强度校 核 , 并 对不符 合要 求 的设计给 出修 改意见 . (6 ) 可 以与 已有 的模 具管理信息 系统l6] 进行 连接 , 反馈 设计模具 的生产使 用情况 和 模具评 价结果 , 为待设 计模具 的设 计方 案提供参考 . 4 结论 该 系统的 主要 特点 如下 . ( l) 可 以 完成 6 类挤压模 , 即棒 材模 、 实心 型 材模 、 空 心型 材模 、 壁板模 、 宽展模 、 导流模的 整个设计 过程 , 包括 产 品信 息输人 以 及模具 的 参 考 文 献 1 刘 静安 . 铝 型材挤压 模具设计 、 制 造 、 使用 及维 修 . 北 京 : 冶金 工业 出版社 , 1 9 .9 2 2 赵 云路 , 刘静 安 . 铝 型材挤压模具概论 . 轻合金 加 工技 术 , 1 9 9 7 , 2 5 ( l ) : 4 1 3 刘有 才 , 刘增 良 . 模糊 专家系统 原理与设计 . 北 京 : 北京 航空航 天 大学 出版社 , 1 995 . 3 4 王 人弊 . 软件技 术基础 . 北 京 : 北 京航 空航天大学 出 版社 , 1 9 9 4 . 12 5 李 建 中 . 数据 库 系统 原理 . 北京 : 电子工业 出版社 , 1 9 9 8 . 8 6 谢建 新 , 李 静媛 , 冷 智 勇 , 等 . 铝 型材 挤压模具综 合 管 理信息系 统 . 中 国有 色金 属 学报 , 19 98 , 8 (4) : 643 D at ab a s e S y s t e m fo r D e s i g n o f E x trU s i o n D i e s L I U H 扮in an 【气 lL iJ n g y ua nl) , L I U iJ ng 公扩气 刀百 五口 nx inl , l ) M at e r i a l s S e i e n e e an d E n g i n e e r i n g S e h o o l , U S T B e ij i n g , B e ij in g 10 0 0 8 3 , C h in a 2 ) S o u th w e s t A l um i n i um F a b r i e at ion P lan t , C h o n g q ing 4 0 13 2 6 , C h in a A B S T R A C T B a s e d o n ht e P r i n e iPl e s o f s trU e trU e d P r o gr a m d e s ign an d n o n n a 1i z e d d a t a b a s e d e s ign , a dat a - b a s e s y st e m fo r ht e d e s ign o f e x t ur s i o n d i e s w a s de v e lop e d . T h e s y s et m i n e l u d e s s i x d e s ign m o du l e s fo r s i x 勿p e s o f d i e s ( d i e s fo r b ar s , d i e s fo r s o lid s h ap e s , h o ll o w s e e t ion d i e s , d i e s fo r w a ll Pan e l s , s rP e a d l n g d i e s , d i e s w iht fl o w gu id ) a n d o n e s y st e m m a i n t e n an e e m o du l e , 1 5 n o t o n ly t h e m a i n s iotr e e s o f e xP ert e x Pe r i e n e e an d d e - s ign e r it e r i a , b ut a l s o ht e s uP P o rt i n g lay e r fo r ht e s e l-f l e arn i n g an d s e l-f a e e um u l at ign i n e x P e rt sy st e m fo r ht e d e s ign o f e x trU s i o n d i e s . A s an i n d e P e n d e nt s o ft w ar e , ht e s y st e m e an a e e unt u l at e e xP e ir en e e an d d at r e l aet d t o d i e d e s i g n , a c t a s d e s ign s at n d ar d s m a im a l a n d a e e o m Pli s h ht e e a l e u l at i o n s o f c e art i n de s ign P a r a 们n e t e r an d s etr n gt h c o n d it ion s o f e x trU s i o n d i e s . hT e s y s t e m 1 5 u s e fu l fo r d e e r e a s i n g d e s ign e r s , w o r k l o a d , im P r o v i n g ht e a e e ur a e y a n d r at i o n a liyt o f d i e d e s ign . K E Y W O R D S e xt ur s i o n d i e d e s ign : d at a b a s e : e x P e rt s y s t e m
