一种模具模块化细粒度同步设计方法及系统与流程

本发明属于模具设计与制造领域，更具体地，涉及一种模具模块化细粒度同步设计方法及系统。

背景技术：

模具是制造业的重要基础工艺装备，对下游产业可达1:100的经济放大效应。市场全球化背景下，缩短交货期快速响应市场需求已成为模具企业参与市场竞争的第一要素。

模具设计是模具制造的起始阶段，影响着模具的交货期、质量和成本。但是，现有设计方法在设计模具时，需要一个设计专家自始至终完成全部设计任务，此外，同类模具或结构仍需重新设计，导致设计周期长且成功的设计方案没有得到有效利用和继承，无法满足模具企业快速响应市场需求的新要求。同时，现有技术中，在对设计任务进行分配时，把产品整体当作一个设计任务模块，并没有根据产品的特性对产品的总体任务进行划分，使得设计专家所匹配的设计资源存在较大的误差。

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本领域亟待提出一种模具模块化细粒度同步设计方法，可实现了对设计经验或知识的重用，最大程度降低了对技术人员的依赖程度及技术人员流动带来经验数据损失的风险。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种模具模块化细粒度同步设计方法及系统，其中结合模具设计自身的特征及其任务设计模块匹配工艺特点，相应的根据制品模型本身的特征对任务进行模块化划分，实现高效的子设计任务划分，同时，利用任务相似度和任务匹配度算法，将各子设计任务分配给匹配度最高的设计专家，由设计专家完成子设计任务，实现高质量的模具同步设计。本发明提高了设计效率和设计质量、降低了对技术人员的依赖程度及技术人员流动带来的经验数据损失风险。

针对现有技术的上述缺点和改进需求，本发明提供了一种模具模块化细粒度同步设计方法，包括以下步骤：

s1在新模设计时，建立制品模型的有向包围盒，求出该有向包围盒中面积最大的表面，并以该表面的表面法矢作为模具主脱模方向；

s2识别模具主脱模方向下制品模型的n个侧凹特征，并用表面可视性，将除n个侧凹特征之外的剩余表面中的可视面和中性面划分为型腔区域，不可视面划分为型芯区域；

s3将每个侧凹特征划分为一个设计任务子模块，得到n个子设计任务t1、t2、…、tn，将型腔区域和型芯区域划分至同一设计任务子模块，得到子设计任务tn+1，其中，n为不小于1的正整数；

s4从细粒度历史设计数据库中分别为子设计任务ti分配综合匹配度最高的设计专家ei，并推送相关设计资源，设计专家ei根据推送的相关设计资源完成对应子设计任务ti的设计，从而实现模具模块化细粒度同步设计，其中，i＝1,2,…,n,n+1。

作为进一步优选的，步骤s2中，采用侧凹特征模板匹配的方法识别出主脱模方向下制品模型的n个侧凹特征，其中，侧凹特征模板匹配的方法具体为：预先将各种侧凹特征定义为子图模板，然后将构成制品模型的各个面去匹配子图模板，将能与子图模板匹配上的面集合作为侧凹特征。

作为进一步优选的，步骤s2中，所述可视面描述为：

n·(+d)＞0

所述不可视面描述为：

n·(+d)＜0

所述中性面描述为：

n·(+d)＝0

其中，(+d)为模具主脱模方向，n是剩余表面的表面法矢。

作为进一步优选的，步骤s4具体包括以下步骤：

s41计算子设计任务ti与细粒度历史设计数据库中每条记录间的任务相似度，并将所获取的所有任务相似度按降序排序；

s42取排序后的前30％的记录作为子设计任务ti对应的集合si；

s43计算集合si中各元素的设计专家与子设计任务ti的综合匹配度，将设计任务ti分配至与其综合匹配度最高的设计专家ei，并推送相关设计资源；

s44设计专家ei根据推送的相关设计资源完成对应子设计任务ti的设计；

s45重复步骤s41～步骤s44，直至完成所有子设计任务ti的设计，从而实现模具模块化细粒度同步设计。

作为进一步优选的，步骤s41具体为：采用综合相似度模型计算子设计任务ti与细粒度历史设计数据库中任一条记录r中的m个特征参数的综合相似度，综合相似度模型为：

其中，similarity(ti,r)为子设计任务ti与细粒度历史设计数据库中任一条记录r中的m个特征参数的综合相似度，fj(ti,r)为相似度函数，wj为特征参数的权重。

作为进一步优选的，步骤s43中，根据子设计任务ti与细粒度历史设计数据库中任一条记录r中的m个特征参数的综合相似度和细粒度历史设计数据库中对应的记录r中的设计得分f计算集合si中各元素的设计专家与子设计任务ti的综合匹配度，该综合匹配度的计算模型为：

m＝wt×similarity(ti,r)+(1-wt)×f

其中，m为综合匹配度，wt为分配给任务相似度similarity(ti,r)的权重。

作为进一步优选的，所述细粒度历史设计库中的每条记录包含唯一编码、成形机构类型、脱模距离、抽芯力、抽芯距、面属性邻接图、设计专家、设计评分和设计资源。

作为进一步优选的，步骤s43中，当记录r中的特征参数为成形机构类型时，其相似度函数的计算模型fj(ti,r)为：

其中，vtij和vrj分别为子设计任务ti和细粒度历史设计数据库中记录r的第j个特征参数的参数值。

作为进一步优选的，步骤s43中，当记录r中的特征参数为脱模距离、抽芯力、抽芯距时，其相似度函数的计算模型fj(ti,r)为：

其中，vtij和vrj分别为子设计任务ti和细粒度历史设计数据库中记录r的第j个特征参数的参数值。

作为进一步优选的，步骤s43中，步骤s43中，当记录r中的特征参数为描述几何形状的面属性邻接图时，其相似度函数的计算模型fj(ti,r)为：

其中，vti和vr分别为子设计任务ti和细粒度历史设计数据库中记录r的面属性邻接图的顶点数目，vm为两个面属性邻接图之间匹配出的相似顶点对数，a1为邻接于相似节点中的相似边数，a2表示邻接于相似节点中的边总数。

按照本发明的另一方面，提供了一种模具模块化细粒度同步设计的系统，包括：

主脱模方向确定单元，用于在新模设计时，建立制品模型的有向包围盒，求出该有向包围盒中面积最大的表面，并以该表面的表面法矢作为模具主脱模方向；

设计任务子模块划分单元，用于识别模具主脱模方向下制品模型的n个侧凹特征，并利用表面可视性，将除n个侧凹特征之外的剩余表面中的可视面和中性面划分为型腔区域，不可视面划分为型芯区域；所述设计任务子模块划分单元还用于将每个侧凹特征划分为一个设计任务子模块，得到n个子设计任务t1、t2、…、tn，将型腔区域和型芯区域划分至同一设计任务子模块，得到子设计任务tn+1，其中，n为不小于1的正整数；

细粒度历史设计数据库，其中的每条记录包含唯一编码、成形机构类型、脱模距离、抽芯力、抽芯距、面属性邻接图、设计专家、设计评分、设计资源；

任务相似度计算单元，用于计算各设计任务子模块与细粒度历史设计数据库中每条记录间的任务相似度；

任务匹配度计算单元，用于计算所述细粒度历史设计数据库中存储的设计专家与各个设计任务子间的综合匹配度；

设计任务分配单元，用于将各子设计任务分配给综合匹配度最高的设计专家，同时将所述细粒度历史设计数据库中存储的相应设计资源推送给综合匹配度最高的设计专家。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明为制品模型确定模具主脱模方向，识别主脱模方向下的所有侧凹特征，确定型腔区域和型芯区域，将每个侧凹特征划分为一个子设计任务，将型腔区域和型芯区域划分至同一个子设计任务，利用任务相似度算法和任务匹配度算法，从细粒度历史设计数据库中为各子设计任务分综合配匹配度最高的设计专家并推送相关设计资源，以此为基础，由不同的设计专家完成各子设计任务，实现模具同步设计。本发明提高了设计效率和设计质量、降低了对技术人员的依赖程度及技术人员流动带来的经验数据损失风险。

2.本发明利用侧凹特征模板匹配算法识别出制品模型中的所有侧凹特征，采取可视性方法确定型腔区域和型芯区域，将每个侧凹特征分别划分为一个设计任务子模块，将型腔区域和型芯区域划分至同一设计任务子模块，实现高效的子设计任务划分。解决了现有问题中把产品整体当作一个设计任务模块进行任务匹配，使得设计专家所匹配的设计资源误差大的问题。

3.本发明利用任务相似度和任务匹配度算法，将各子设计任务分配给综合匹配度最高的设计专家，由设计专家完成子设计任务，实现高质量的模具同步设计。

4.本发明通过细粒度历史设计数据库和任务匹配度算法，将相应的历史设计结果文件推送至设计专家，实现了对设计经验或知识的重用，最大程度降低技术人员流动带来经验数据损失的风险。

5.本发明通过对成形机构类型、脱模距离、抽芯力、抽芯距、面属性邻接图等特征参数的相似度函数来描述子设计任务与细粒度历史设计数据库中任一条记录的综合相似度，提高了设计效率和设计质量，实现了对设计经验或知识的重用，最大程度降低技术人员流动带来经验数据损失的风险。

附图说明

图1是本发明优选实施例涉及的一种模具模块化细粒度同步设计方法的流程图；

图2是是本发明优选实施例涉及的用于实现模具模块化细粒度同步设计方法的系统的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：10-主脱模方向确定单元，20-设计任务子模块划分单元，30-任务相似度计算单元，40-细粒度历史设计数据库，50-任务匹配度计算单元，60-设计任务分配单元。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种模具模块化细粒度同步设计方法，包括如下步骤：

s01、确定模具主脱模方向，并跳转至s02；

具体而言，在新模设计时，建立制品模型的有向包围盒，求出有向包围盒中面积最大的表面，以该表面的表面法失作为模具主脱模方向。

s02、利用侧凹特征模板匹配从制品模型表面识别出主脱模方向下的n个侧凹特征，并跳转至s03；

具体的，侧凹特征模板匹配是指将各种侧凹特征预先定义为子图模板，在制品三维模型对应的图中匹配子图模板中的侧凹特征，将能与子图模板匹配上的面集合作为侧凹特征面。

s03、将除n个侧凹特征之外的剩余表面中的可视面和中性面划分为型腔区域，不可视面划分为型芯区域，并跳转至s04；

具体的，表面可视性是指采取式(1)～(3)将表面分为可视面、不可视面和中性面：

n·(+d)＞0(1)

n·(+d)＜0(2)

n·(+d)＝0(3)

其中，(+d)为模具主脱模方向，n是剩余表面的表面法矢。

s04、根据获取的n个侧凹特征、型腔区域和型芯区域进行子设计任务划分，并跳转至步骤s05；

s05、判断每个侧凹特征是否分别划分为一个子设计任务，若是则跳转至步骤s06，否则跳转至步骤s04；

s06、判断型腔区域和型芯区域是否划分至同一个子设计任务，若是则跳转至步骤s07，否则跳转至步骤s04；

s07、得到n+1个子设计任务：ti(i＝1,2,…,n,n+1)，并跳转至步骤s08；

s08、令i＝1，并跳转至步骤s09；

s09、取子设计任务ti，并跳转至步骤s10；

s10、计算设计任务ti与细粒度历史设计库中每条记录间的任务相似度并按降序排序，并跳转至步骤s11；

具体的，细粒度历史设计库的每条记录包含唯一编码、成形机构类型、脱模距离、抽芯力、抽芯距、面属性邻接图、设计专家、设计评分、设计资源；任务相似度是指利用式(4)计算子设计任务ti与细粒度历史设计数据库中任一条记录r间m个特征参数的综合相似度similarity(ti,r)：

其中，fj(ti,r)为相似度函数，wj为特征参数的权重且满足式(5)：

作为本发明的优选设计，当特征参数为选择型参数时，如当特征参数为成形机构类型，其相似度函数的计算模型fj(ti,r)为：

当特征参数为数值型参数时，如当特征参数为脱模距离、抽芯力、抽芯距时，其相似度函数的计算模型fj(ti,r)为：

其中，vtij和vrj分别为子设计任务ti和细粒度历史设计数据库中记录r的第j个特征参数的参数值；

当特征参数为描述几何形状的面属性邻接图时，其相似度函数的计算模型fj(ti,r)为：

其中，vti和vr分别为子设计任务ti和细粒度历史设计数据库中记录r的面属性邻接图的顶点数目，vm为两个面属性邻接图之间匹配出的相似顶点对数，a1为邻接于相似节点中的相似边数，a2表示邻接于相似节点中的边总数。

s11、取排序后的前30％得到记录集合si，并跳转至步骤s12；

s12、计算si中各元素的设计专家与设计任务ti的匹配度，并跳转至步骤s13；

具体的，匹配度是指，利用式(9)计算出任务相似度similarity(ti,r)和对应记录的设计得分f的综合匹配度m：

m＝wt×similarity(ti,r)+(1-wt)×f(9)

其中，wt为分配给任务相似度similarity(ti,r)的权重且满足式(10)：

0≤wt≤1(10)

举例来说，对于较复杂的制品模型，wt取0.5附近的值，如0.55；对于较简单的制品模型wt取0.9附近的值，如0.85。

s13、将设计任务ti分配至综合匹配度最高的设计专家ei，并跳转至步骤s14；

s14、将细粒度历史设计库中存储的综合匹配度最高的相关设计资源推送给ei，并跳转至步骤s15；

举例来说，设计资源包括设计说明文档、设计文件、仿真文件等。

s15、判断i的值是否大于n+1，若是则跳转至步骤s17，否则跳转至步骤s16；

s16、将i的值增加1，并跳转至步骤s09；

s17、由设计专家ei(i＝1,2,…,n,n+1)完成子设计任务ti，实现模具同步设计。

本发明为制品模型确定模具主脱模方向，识别主脱模方向下的所有侧凹特征，确定型腔区域和型芯区域，将每个侧凹特征划分为一个子设计任务，将型腔区域和型芯区域划分至同一个子设计任务，利用任务相似度算法和任务匹配度算法，从细粒度历史设计数据库中为各子设计任务分配匹配度最高的设计专家并推送相关设计资源，以此为基础，由不同的设计专家完成各子设计任务，实现模具同步设计。

如图2所示，本发明还提供了一种模具模块化细粒度同步设计系统，包括：

主脱模方向确定单元10，用于在新模设计时，建立制品模型的有向包围盒，求出该有向包围盒中面积最大的表面，并以该表面的表面法矢作为模具主脱模方向；

设计任务子模块划分单元20，用于识别模具主脱模方向下制品模型的n个侧凹特征，并利用表面可视性，将除n个侧凹特征之外的剩余表面中的可视面和中性面划分为型腔区域，不可视面划分为型芯区域；所述设计任务子模块划分单元20还用于将每个侧凹特征子图划分为一个设计任务子模块，得到n个子设计任务t1、t2、…、tn，将型腔区域和型芯区域划分至同一设计任务子模块，得到子设计任务tn+1，其中，n为不小于1的正整数；

任务相似度计算单元30，用于计算各设计任务子模块与细粒度历史设计数据库中每条记录间的任务相似度；

细粒度历史设计数据库40，其每条记录包含唯一编码、成形机构类型、脱模距离、抽芯力、抽芯距、面属性邻接图、设计专家、设计评分、设计资源；

任务匹配度计算单元50，用于计算所述细粒度历史设计数据库40中存储的设计专家与各个设计任务子间的综合匹配度；

设计任务分配单元60，用于将各子设计任务分配给综合匹配度最高的设计专家，同时将所述细粒度历史设计数据库40中存储的相应设计资源推送给综合匹配度最高的设计专家。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。