摘要 级进模具的设计是一个非常知识密集型的、复杂的、耗时的过程。本文介绍了一种设计级进模具结构的，具有拉、伸弯曲和冲孔运算的计算机辅助设计系统。该系统能利用预先构建好的设计知识和数据库，在用户输入最小设计信息集的情况下，能够输出级进模具的主要部件和标准件的设计。我们的系统在CATIA V5软件的基础上使用内置模块来实现的，包括零件设计，装配设计和知识顾问。我们的系统还囊括了括推理引擎和用户界面。实验结果表明，运用我们的系统后，将手机上壳的级进模具的主要部件和标准件的结构设计时间，成功地从大约7个工作日减少到2小时以内，这可极大地节省设计时间和成本，另外还提供优秀的设计质量。73751

关键词：级进模具、自动化结构设计系统、详细设计、装配设计、知识库

1 引言

冲压件因其优异的性能和生产效率，而广泛应用于汽车、计算机、通讯、消费类电子产品等高复杂度、高精度的产品中。冲压工艺已被认为是最重要的制造工艺之一。然而，设计冲压模具是整个开发过程中的关键部分之一。除了高度复杂的模具结构，各种设计参数之间的互相干扰，使的设计任务变得极其困难和耗时。人们普遍认为设计模具是一门艺术而不是科学。

近来，计算机技术和3D计算机辅助设计（CAD）软件在快速发展，并且3D CAD软件已经广泛应用于设计冲压模具中。 实体模型为用户提供了直观而具体的模具设计视图，从根本上缩短了设计时间。 大多数3D CAD软件只提供简单的几何建模功能。 然而，它们未能为用户提供足够的设计知识，而那些设计知识在大多数设计任务中对设计有很大帮助的。

因此，自动化、智能化系统的设计在全世界已经成为一个积极研究的课题。对于专用系统的构建，Sharma和Gao [1]采用了集成设计和制造规划系统，以支持概念设计和重新设计活动。 Nahm和Ishikawa [2]利用基于集的设计方法与参数建模技术来处理设计早期阶段固有的不确定性。 Myung和Han [3]建立了一种基于配置设计方法的设计机械产品的专家系统。 Lee et al [4]使用Auto-LISP开发了一种用于冷锻的参数化设计的计算机辅助工具系统。 Kong et al [5]介绍了基于Solid Works的Windows本地3D注塑模具设计系统，使的建模过程更高效。 Chu et al [6]利用CAA在CATIA开发了一种参数化计算机辅助设计系统，用于3D轮胎模具的生产。

在冲压模具设计领域，Pilani et al [7]提出了一种基于模具型面参数自动生成并设计最优模面的神经网络方法。基于钣金操作，Singh和Sekhon [8]开发了一种内置于AutoCAD并使用了AutoLISP的冲床选型专家系统。 Lin和Kuo [9]开发了一种关于行李箱盖外板冲压模具的集成CAD / CAE / CAM系统。 Lin et al [10-12]通过把经验公式与CAD软件结合，开发了汽车拉伸模结构自动化设计系统。

在级进模具中，工件在多个冲压工位中制造生产。在每个工位上，模具对金属带材执行一个或多个操作。冲压机的每个冲压都能产生出成品制件。 Cheok和Nee [13]在AutoCAD中开发了基于冲压知识的带状布局设计系统。 Chang et al [14]建立了一种遗传算法，用此算法解决了级进模具工作工序步骤的排序问题。 Kim et al [15]开发了一种具有弯曲和冲孔操作的电气产品工艺规划设计系统。 Ismail等人[16]使用便宜的CAD软件开发了基于交互式功能的排样布局设计系统。 Ghatrehnaby和Arezoo [17]采用了一个基于集合理论，使用最小数量的工位和扭矩平衡标准来优化排样布局的数学模型。 Tor等人[18]介绍了一个基于冲压知识的冲压工艺规划黑板框架，可通过自动化排样设计来加速级进模具设计过程。 Jiang et al [19]提出了一种基于特征的面向对象系统表示方案，使级进模镶件设计过程自动化的方法。 Giannakakis和Vosniakos [20]开发了一种用于钣金落料和冲孔操作的工艺规划和模具设计的专家系统。 Jia et al [21]开发了一种用于级进模具的自动化板孔设计系统。 Jia et al [22]介绍了级进模具的冲头和模具的自动化结构设计。