模具模块化及创新设计

1.顺应“中国制造2025”的创新要求，总结了典型模具模块化设计和模具创新设计设计方法，创新性强。

2.主要主要包括：模块化及创新设计方法，发明问题解决理论（TRIZ）； 模具广义模块化设计原理和方法（基于模块的模具产品族派生原理，基于产品平台的模具广义模块化设计原理，产品平台构建方法研究）；模具模块化设计技术（模具产品工艺流程、功能分解、模块划分技术）；基于产品平台的注塑模具广义模块结构及其定制技术研究（模具广义模块设计，模具广义模块参数化几何建模，基于产品平台的注塑模具产品定制技术，模块接口设计）；基于CBR技术的注塑模具模块划分（CBR技术用于注塑模具模块划分的可行性分析，基于CBR模具范例检索自动匹配算法，基于CBR技术的注塑模具模块划分方法，基于CBR技术的注塑模具模块划分实体模型，基于CBR技术的注塑模具模块划分实例）；注塑模具柔性模块化编码技术研究（注塑成型原理与制造工艺，注塑模具模块化原理及功能模块创建，模块的编码，注塑模具模块化设计举例）；面向广义模块化设计的模具产品数据建模（基于产品平台的模具产品族信息构成，基于UML的模具产品数据模型创建）；TRIZ智能支持若干方法研究及在注塑模具设计中的应用实例；基于TRIZ的汽车覆盖件模具模块化设计应用实例等。

3.通过典型实例（注塑模具和汽车覆盖件冲压模具）的模块化及创新设计，反映了模具模块化及创新设计的发展成果，培养读者的创造性思维和创新能力。

 

 

本书是在总结多年科研和教学实践的基础上编写的,系统介绍了模具模块化设计的技术原理和方法,重点介绍了典型模具如注塑模具和汽车覆盖件冲压模具的模块化及创新设计,力求反映现阶段模具模块化及创新设计的发展成果,使之有益于培养读者的创造性思维,提高对模具装备制造业的创新能力。

本书内容主要包括模块化及创新设计方法、模具广义模块化设计原理和方法(基于模块的模具产品族派生原理、基于产品平台的模具广义模块化设计原理、产品平台构建方法研究)、模具模块化设计技术(模具产品工艺流程、功能分解、模块划分技术)、基于产品平台的注塑模具广义模块结构及其定制技术(模具广义模块设计、模具广义模块参数化几何建模、基于产品平台的注塑模具产品定制技术、模块接口设计)、基于CBR技术的注塑模具模块划分(CBR技术用于注塑模具模块划分的可行性分析、基于CBR模具范例检索自动匹配算法、基于CBR技术的注塑模具模块划分方法、基于CBR技术的注塑模具模块划分实体模型、基于CBR技术的注塑模具模块划分实例)、注塑模具柔性模块化编码技术(注塑成型原理与制造工艺、注塑模具模块化原理及功能模块创建、模块的编码、注塑模具模块化设计举例)、面向广义模块化设计的模具产品数据建模(基于产品平台的模具产品族信息构成、基于UML的模具产品数据模型创建)、TRIZ智能支持若干方法研究及在注塑模具设计中的应用实例、基于TRIZ的汽车覆盖件模具模块化设计应用实例等。

本书可作为机械设计、模具的设计和研究的技术人员的参考书,也可供高等工科院校机械类专业(机械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、工业设计、模具设计等)本科生或硕士生的基本参考读物,也可作为对机械工程与模具模块化及创新设计知识内容有兴趣的读者的自学和参考用书。

 

第1章  模块化及创新设计概述/ 1

　1.1　模块化设计的概念、意义/ 1

　　1.1.1　模块化设计概念、形成及发展 / 1

　　1.1.2　模块化设计的技术、经济意义 / 2

　1.2　模块化设计的研究与应用综述/ 4

　　1.2.1　模块化设计的研究内容及其研究现状 / 5

　　1.2.2　模块化设计技术的应用 / 9

　　1.2.3　模块化设计的发展趋势 / 10

　1.3　主要的创新设计方法/ 11

　1.4　发明问题解决理论（TRIZ）/ 12

　　1.4.1　TRIZ的定义及发展 / 12

　　1.4.2　TRIZ的主要方法、工具与发展方向 / 15

　　1.4.3　应用TRIZ解决问题的体系结构 / 18

　　1.4.4　发明问题解决算法（ARIZ） / 21

　　1.4.5　技术冲突及解决原理 / 23

　　1.4.6　物理冲突及其解决原理 / 34

　　1.4.7　物-场分析及76种标准解 / 37

第2章  模具广义模块化设计原理和方法/ 59

　2.1　基于模块的模具产品族派生原理/ 59

　　2.1.1　基于刚性模块的产品族派生 / 59

　　2.1.2　基于广义模块的产品族派生 / 60

　2.2　基于产品平台的模具广义模块化设计原理/ 60

　　2.2.1　模具产品平台相关定义 / 60

　　2.2.2　模具模块化产品平台的特点 / 61

　　2.2.3　基于产品平台的模具广义模块化设计过程 / 62

　　2.2.4　基于模块矩阵的模具产品平台规划 / 68

　　2.2.5　基于产品平台的模块化产品方案设计 / 70

　2.3　产品平台构建方法研究/ 75

第3章  模具模块化设计技术/ 83

　3.1　模具成型概述/ 84

　　3.1.1　注塑模具 / 84

　　3.1.2　压铸模具 / 91

　　3.1.3　冲压模具 / 96

　　3.1.4　模具技术发展趋势 / 100

　3.2　模具产品工艺流程/ 102

　3.3　模具产品功能分解/ 104

　  3.3.1　功能分解的基本原理 / 104

　　3.3.2　模具产品功能模块划分 / 105

　3.4　模具产品模块划分技术/ 106

　　3.4.1　功能模块划分方法 / 106

　　3.4.2　模具产品功能模块划分 / 108

　　3.4.3　功能模块与结构模块 / 108

第4章  基于产品平台的注塑模具广义模块结构及其定制技术研究/ 110

　4.1　模具模块结构设计的类型/ 110

　4.2　模具广义模块设计/ 111

　　4.2.1　模具广义模块 / 111

　　4.2.2　基于相似特征聚类的广义模块创建原理 / 114

　　4.2.3　模具广义模块创建 / 116

　4.3　模具广义模块参数化几何建模/ 118

　　4.3.1　参数化造型概述 / 118

　　4.3.2　模具广义模块参数化几何建模 / 118

　　4.3.3　模具模块有限元建模 / 120

　4.4　基于产品平台的注塑模具产品定制技术/ 120

　　4.4.1　基于广义模块的模块定制 / 120

　　4.4.2　基于产品平台的注塑模具产品定制 / 121

　4.5　模块接口设计/ 122

　　4.5.1　模块接口的概念与性质 / 122

　　4.5.2　模块接口的设计过程及其系列化、标准化 /
123

　　4.5.3　注塑模具模块接口的类型及其标准化 / 124

　　4.5.4　注塑模具模架类型及其标准化 / 125

　　4.5.5　注塑模具流道生成标准化 / 141

第5章  基于CBR技术的注塑模具模块划分/ 153

　5.1　CBR技术用于注塑模具模块划分的可行性分析/ 153

　5.2　基于CBR模具范例检索自动匹配算法/ 155

　　5.2.1　注塑模具范例匹配属性设计 / 155

　　5.2.2　相似度算法 / 156

　　5.2.3　基于时间权重的范例匹配 / 157

　　5.2.4　特征权重的调整 / 157

　　5.2.5　检索过滤机制 / 157

　　5.2.6　注塑模具库案例结构信息数据获取 / 158

　5.3　基于CBR技术的注塑模具模块划分方法/ 158

　5.4　基于CBR技术的注塑模具模块划分实体模型/ 161

　5.5　基于CBR技术的注塑模具模块划分实例/ 167

第6章  注塑模具柔性模块化编码技术研究/ 172

　6.1　注塑成型原理与制造工艺/ 172

　　6.1.1　注塑模具的CAD工艺 / 172

　　6.1.2　注塑模具的CAE工艺 / 175

　　6.1.3　注塑模具的CAM工艺 / 176

　6.2　注塑模具模块化原理及功能模块创建/ 177

　6.3　模块的编码/ 181

　　6.3.1　编码的基本原则 / 181

　　6.3.2　模块编码规则 / 181

　　6.3.3　注塑模具功能模块编码 / 182

　6.4　注塑模具模块化设计举例/ 183

　　6.4.1　分析塑件 / 184

　　6.4.2　对模具各系统进行编码 / 184

第7章  面向广义模块化设计的模具产品数据建模/
186

　7.1　产品建模技术研究概况/ 186

　　7.1.1　产品数据建模 / 186

　　7.1.2　面向对象的产品建模方法 / 187

　7.2　基于产品平台的模具产品族信息构成/ 188

　7.3　基于UML的模具产品数据模型创建/ 190

　　7.3.1　UML标准建模语言 / 190

　　7.3.2　基于UML的模具产品数据模型 / 190

　　7.3.3　模具广义模块设计知识信息建模 / 191

第8章  TRIZ智能支持若干方法研究及在注塑模具设计中的应用/ 197

　8.1　方案设计智能决策支持系统/ 197

　　8.1.1　智能决策支持系统概述 / 197

　　8.1.2　方案设计智能决策支持系统的特点 / 198

　　8.1.3　方案设计IDSS中亟待解决的问题和发展方向 / 198

　8.2　基于TRIZ的方案设计智能决策支持系统/ 199

　　8.2.1　TRIZ智能决策支持系统的研究内容 / 199

　　8.2.2　TRIZ智能决策支持系统设计的总体原则和要求 / 202

　8.3　TRIZ智能决策支持系统的问题求解/ 203

　　8.3.1　TRIZ智能决策支持系统方案生成的规则推理方法 / 203

　　8.3.2　TRIZ智能决策支持系统设计方案生成的实例推理方法 / 205

　　8.3.3　TRIZ智能决策支持系统的方案评价 / 208

　　8.3.4　TRIZ智能决策支持系统的方案决策 / 210

　　8.3.5　以三通管件注塑模具为实例的改进方案设计应用举例
/ 215

　8.4　基于TRIZ物体分析的电器外壳注塑模具浇注系统创新设计举例/ 223

　　8.4.1　电器外壳注塑模具浇注系统的特征要素 / 227

　　8.4.2　电器外壳注塑模具浇注系统物-场模型的建立 / 227

　　8.4.3　电器外壳注塑模具浇注系统物-场模型的变换 / 229

　　8.4.4　电器外壳注塑模具浇注系统的创新方案 / 230

　　8.4.5　电器外壳注塑模具浇注系统创新方案的模拟对比 /
231

　8.5　基于可拓学-TRIZ矛盾系统的注塑模具温度调节系统创新方案设计/ 234

　　8.5.1　TRIZ矛盾矩阵和OTSM-TRIZ矛盾系统的缺陷 / 235

　　8.5.2　可拓学-TRIZ矛盾系统的模型 / 237

　　8.5.3　电器外壳注塑模具温度调节系统的矛盾解决思路 /
240

　　8.5.4　基于转换桥方法的手机外壳注塑模具温度调节系统的矛盾解决 / 241

　　8.5.5　基于资源应用方法的电器外壳注塑模具温度调节系统的矛盾解决 / 243

　　8.5.6　电器外壳注塑模具温度调节系统创新设计方案 /
245

　  8.5.7　电器外壳注塑模具温度调节系统创新设计方案的验证 / 248

第9章  基于TRIZ的汽车覆盖件模具模块化设计/ 250

　9.1　汽车覆盖件模具设计技术/ 252

　9.2　汽车覆盖件模具结构设计规则/ 253

　9.3　汽车覆盖件模具零件设计规则/ 256

　9.4　汽车覆盖件模具零件装配设计原则/ 258

　9.5　汽车覆盖件模具模块化设计结构框架设计/ 259

　　9.5.1　模块化结构设计的知识表示 / 259

　　9.5.2　汽车覆盖件模具模块化设计结构框架 / 260

　9.6　汽车覆盖件模块结构参数化设计/ 261

　　9.6.1　模块参数化建模设计的原理 / 261

　　9.6.2　参数化建模设计的方法 / 262

　　9.6.3　参数化模型的建立 / 264

　　9.6.4　模具模块事例库的知识结构 / 266

　9.7　汽车覆盖件模具模块化方法/ 266

　　9.7.1　汽车覆盖件拉延模的典型结构 / 267

　　9.7.2　汽车覆盖件模具的模块化 / 267

　9.8　汽车覆盖件模具模块化设计/ 269

　　9.8.1　汽车覆盖件模块化设计单元开发环境 / 269

　  9.8.2　汽车覆盖件模块化设计单元的开发 / 271

　　9.8.3　汽车覆盖件模具三维实体模型管理功能 / 274

　　9.8.4　覆盖件模具各部件的自动化、智能化设计功能 /
275

　　9.8.5　覆盖件模具模块化设计单元的辅助功能 / 276

　　9.8.6　模块化设计单元工作流程 / 276

　9.9　汽车覆盖件模具设计实例应用/ 277

　　9.9.1　某型号微型车翼子板拉延模具 / 277

　　9.9.2　某型号汽车前隔板冲压件拉延模具设计 / 281

参考文献 / 284

 

本书是为了响应国家的“中国制造2025”战略之科技创新需求，在总结我们多年的研究生科研教学实践的基础上编写的，系统介绍了模具模块化设计的技术原理和方法，重点介绍了典型模具（如注塑模具和汽车覆盖件冲压模具）的模块化及创新设计，力求反映现阶段模具模块化及创新设计的发展成果，使之有益于培养读者的创造性思维，提高对模具装备制造业的创新能力。

本书有以下特点：

（1）充分考虑近几年典型模具模块化及创新设计的发展成果，使之有益于培养读者的创造性思维， 提高他们对模具装备制造业的创新能力。

（2）在知识体系上力求首先给读者一个模块化设计和创新设计方法的总概念，然后再分述，有利于提高学习效果及掌握知识的系统性，且留有足够的内容供因缺少学时而又有学习兴趣的学生和读者选学参考。

（3）全书内容以模具模块化设计技术为重点，针对模具的某个功能模块如注塑模具浇注系统模块和温度调节系统模块等，应用TRIZ理论进行了某些功能结构方面的创新设计阐述。

（4）全书力求贯彻创新可持续发展的观点，运用系统工程理论方法进行内容的编排，有利于提高读者分析问题和解决问题的能力。

本书由内蒙古科技大学王昌、吕亮国、汪建新编写。其中，第1章和第2章由汪建新编写；第3章至第6章由吕亮国编写；第7章至第9章由王昌编写。

本书由TRIZ理论实践专家汪建新教授主审。在编写过程中得到大连理工大学模具研究所的赵丹阳教授、天津大学的黄银国与宫虎教授、江苏科技大学的张浩与刘川教授等兄弟院校有关专家教授和相关同志的热情鼓励、支持和帮助，研究生魏闯、王久旺、胡修鑫、多超参与部分内容的编辑整理工作，在此对各位专家、老师、同志以及所有相关参考文献资料的作者表示深深的敬意和感谢。同时，本书得到了内蒙古自然基金项目（批准号2018LH05028）的资助。

由于编者的水平与经验所限，书中难免存在不足之处，殷切希望广大读者提出宝贵意见，以便我们在今后的再版中不断改进和完善。

编著者