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李德群，男，華中科技大學教授、博士生導師，國務(wù)院學位委員會材料學科評議組成員，中國模具工業(yè)協(xié)會技術(shù)委員會副主任。李德群教授多年從事塑料注射過程計算機模擬和模具CAD／CAE／CAM的教學和科研工作。1986年至1987年在美國康乃爾大學從事塑料注射模CAE研究。國際模協(xié)秘書長羅百輝就模具CAD/CAE/CAM技術(shù)在模具工業(yè)中的應(yīng)用情況及發(fā)展趨勢采訪了李德群教授。
羅百輝：李教授，我國模具工業(yè)近10年來連續(xù)保持著每年15%以上的增速，中國模具大國的地位己得到了世界公認。請您談?wù)勀＞逤AD/CAE/CAM技術(shù)在模具工業(yè)快速發(fā)展中所起的作用。
李德群教授：模具CAD/CAM的重點在于制品的幾何造型、模具結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計、繪圖和數(shù)控加工數(shù)據(jù)及指令的生成，而CAE則將工程試驗、分析、文件生成乃至制造貫穿于制品研制過程的每一個環(huán)節(jié)之中，用于指導和預測制品在構(gòu)思、設(shè)計和制造階段的行為。模具CAD/CAE/CAM的集成化技術(shù)從根本上改變了傳統(tǒng)的模具設(shè)計與制造方式，它采用幾何造型技術(shù)，制品一般不必進行原型試驗，其形狀就能逼真地顯示出來，并借助有限元分析軟件對制品的力學性能進行預測。當必需實際樣品時，可采用快速原型制造技術(shù)直接由保存在計算機中的制品幾何模型自動而迅速地將樣品制造出來。當需由樣品設(shè)計模具時，可采用反求工程技術(shù)，由三坐標測量儀獲得制品表面測量點的數(shù)據(jù)，再據(jù)此生成所測制品的幾何模型。借助于模具CAD軟件的自動檢索、交互繪圖和快速計算的能力，設(shè)計者能從繁冗的手工繪圖和計算中解放出來，集中精力從事諸如方案構(gòu)思和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等創(chuàng)造性的工作。在模具制造前，CAE軟件可預測成形工藝及模具結(jié)構(gòu)等有關(guān)方案和參數(shù)的正確與否，從而有效地保證模具設(shè)計的可靠性和制品的成形質(zhì)量。借助于CAM軟件，能高質(zhì)量、高效率地采用數(shù)控機床加工模具復雜的型芯和型腔。在實際加工之前還可采用數(shù)控加工仿真軟件對刀具切削過程進行檢驗，以避免誤切。由此可見，模具CAD/CAE/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項高科技、高效益的系統(tǒng)工程。它以計算機軟件的形式，為企業(yè)提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員借助于計算機對制品性能、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進行設(shè)計和優(yōu)化。模具CAD/CAE/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計與制造周期， 降低生產(chǎn)成本和提高制品質(zhì)量已成為模具界的共識。
羅百輝：李教授，您長期致力于塑料注射過程計算機模擬和模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的教學和科研工作，請您展望一下模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢。
李德群教授：21世紀的科學技術(shù)正處于日新月異的創(chuàng)新與發(fā)展之中，通過與計算機技術(shù)的緊密結(jié)合，人工智能技術(shù)、并行工程、面向裝配、參數(shù)化特征建模以及關(guān)聯(lián)設(shè)計等一系列與模具工業(yè)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展之快、學科交叉之廣前所未見。今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)必然是當今最好的設(shè)計理念、最新的成形理論和最高水平的制造方法相結(jié)合的產(chǎn)物，其特點將反映在專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化4個方面。隨著模具工業(yè)的快速發(fā)展，近幾年來世界各國的軟件開發(fā)商投入了巨大的人力和物力，針對各類模具的特點，將通用的CAD/CAM系統(tǒng)改造為模具行業(yè)專用的系統(tǒng)，取得了較大成效。目前，國外一些軟件開發(fā)商已能按實際生產(chǎn)過程中的功能劃分產(chǎn)品系列，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)下實現(xiàn)CAD/CAE/CAM的集成化，解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實際生產(chǎn)過程分工協(xié)作的要求。如英國DELCAM公司在原有軟件DUCT5的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)最新軟件發(fā)展及工業(yè)生產(chǎn)實際推出了CAD/CAM集成化系統(tǒng)Delcam's Power Solution，該系統(tǒng)覆蓋了幾何建模、逆向工程、工業(yè)設(shè)計、工程制圖、仿真分析、快速原型、數(shù)據(jù)編程、測量分析等各個領(lǐng)域。系統(tǒng)的每個功能模塊既可獨立運行，又可通過數(shù)據(jù)接口與其他系統(tǒng)相兼容，并能按使用要求進行組合，以便形成專業(yè)化的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)，做到開放性、兼容性和專業(yè)化的統(tǒng)一?？深A計，模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)在今后幾年內(nèi)將會逐步發(fā)展為支持從設(shè)計、分析、管理和加工全過程的產(chǎn)品信息管理集成化系統(tǒng)。在現(xiàn)階段，模具設(shè)計和制造在很大程度上仍然依靠著模具工作者的經(jīng)驗，僅憑計算機的數(shù)值計算功能去完成諸如模具設(shè)計方案的選擇、工藝參數(shù)與模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、成形缺陷的診斷及模具成形性能的評價是不現(xiàn)實的。新一代模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)正在利用KBE(基于知識的工程)技術(shù)進行脫胎換骨的改造。如UG-NX中所提供的人工智能模塊可將設(shè)計知識融入系統(tǒng)之中，以便進行圖形的識別與推理。數(shù)值計算和人工智能技術(shù)的結(jié)合將是今后相當長時間內(nèi)一件十分艱巨而重要的工作。傳統(tǒng)的模擬軟件基本上都是被動式計算工具，分析前需用戶事先設(shè)計成形方案和確定工藝參數(shù)，分析結(jié)果常常難以直接用來指導生產(chǎn)，這在很大程度上影響了模擬軟件的推廣和普及， 華中科技大學材料成形與模具技術(shù)國家重點實驗室在國產(chǎn)注塑成形模擬軟件HSCAE7.0中成功地引入了人工智能技術(shù)。對于注射時間、注射溫度等具有連續(xù)取值空間的參數(shù)，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化，對分析結(jié)果的解釋和評價則采用基于規(guī)則推理的方法來處理。HSCAE7.0的專家系統(tǒng)規(guī)則庫以專家知識為基礎(chǔ)，涵蓋了有關(guān)短射、流動平衡、熔體降解、溫差控制、保壓時間、許可剪切應(yīng)力、剪切速率和鎖模力等方面的知識，在對分析結(jié)果進行綜合和提煉的基礎(chǔ)上驅(qū)動專家系統(tǒng)進行推理，對成形方案進行評價并在分析報告中輸出具體的改進建議，其目標是將模擬軟件由傳統(tǒng)的"被動式"計算工具提升為新一代的"主動式"優(yōu)化系統(tǒng)。目前，和CAM和CAD相比，CAE還不夠普及，但CAE的發(fā)展速度很快。美國進行產(chǎn)品生命周期管理（PLM）未來趨勢分析的資訊公司Daratech發(fā)表的CAD、CAE發(fā)展比較曲線圖表明，CAD全球的銷售量以往遠遠高于CAE，估計在2008-2010年會有一個交叉。交叉以后，CAE會蓬勃發(fā)展，CAD則不再會給軟件供應(yīng)商帶來更多的商業(yè)回報，這是因為幾乎所有的CAD軟件今后都會具有同樣的功能，沒有什么太多的價值差異，而CAE的發(fā)展空間則非常巨大。
羅百輝：李教授，您主持開發(fā)的CAE軟件多次獲國家科學技術(shù)進步獎等殊榮，為我國模具工業(yè)的發(fā)展起到了積極的促進作用。那么，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的華塑CAE軟件有哪些技術(shù)特點，其應(yīng)用前景如何呢？
李德群教授：10余年來，我國對塑料注射成形CAE技術(shù)開展了系統(tǒng)而深入的研究，華中科技大學、上海交通大學、鄭州大學和南昌大學等都相繼取得了可喜的成果。
華塑CAE7.0（HSCAE7.0）是華中科技大學華塑軟件研究中心最新推出的注射成形模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要功能和特色包括：①對充模、保壓、冷卻、應(yīng)力、翹曲過程進行全三維模擬；②支持開放式材料數(shù)據(jù)庫、注塑機數(shù)據(jù)庫和模具數(shù)據(jù)庫；③基于人工智能技術(shù)對工藝參數(shù)進行優(yōu)化；④支持DC、Pro/E、CATIA等CAD系統(tǒng)的三維模型；⑤自動生成分析報告，支持打包IE及word瀏覽；⑥對注塑機及模具運動過程進行動作仿真；⑦自動修復CAD模型和優(yōu)化網(wǎng)格。
具體而言，HSCAE7.0的各個模塊功能包括：
?。?）充模模塊：優(yōu)化充模、平衡設(shè)計；自動預測熔接縫位置、氣穴位置和各種充模缺陷；支持國內(nèi)外數(shù)千種塑料材料庫和用戶材料庫；基于人工智能技術(shù)優(yōu)化注射工藝參數(shù)；精確分析各種大型、復雜、精密零件；澆注系統(tǒng)（流道）可視化、參數(shù)化設(shè)計。
?。?）保壓模塊：優(yōu)化保壓壓力和保壓時間；節(jié)點曲線圖；預測制品收縮程度和密度分布。
?。?）冷卻模塊：優(yōu)化冷卻結(jié)柏設(shè)計和冷卻工藝條件，均勻冷卻；支持復雜的冷卻系統(tǒng)設(shè)計，流行的交互式設(shè)計；各種結(jié)構(gòu)：冷卻管、外接管、隔板、噴流管和螺旋管等；穩(wěn)態(tài)溫度場、熱流密度場、型腔型芯溫差、瞬態(tài)溫度場等。
?。?）應(yīng)力模塊：指導用戶改進充模設(shè)計和冷卻設(shè)計；精確計算平面應(yīng)力和厚向應(yīng)力；顯示任意節(jié)點平面應(yīng)力變化曲線。
（5）翹由模塊：指導用戶改進制品結(jié)構(gòu)設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計；預測制品自由變形和裝配變形；無級放大顯示翹曲變形量。
（6）動作仿真模塊：基于虛擬現(xiàn)實的課堂教學和技術(shù)培訓；注射成形全過程中注塑機、模架、模具協(xié)同運動；完備、開放的模架庫；支持各種抽芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計與仿真。
?。?）網(wǎng)格管理模塊：支持UG、Pro/E、CATIA等的三維CAD模型導入；自動檢測與修復CAD模型的常見錯誤；自動修復為主，手工修復為輔，方便實用；智能優(yōu)化網(wǎng)格，提高模擬結(jié)果的精度。
?。?）分析報告模塊：支持中文簡體、中文繁體和英文等各種語言版本；分析報告自動生成，支持軟件窗口、通用瀏覽器（IE等）及word查看方式；支持打包，與軟件分離，跨平臺瀏覽；包含制品信息、材料信息、工藝條件、充模結(jié)果、冷卻結(jié)果、應(yīng)力翹曲結(jié)果、方案改進建議和相關(guān)技術(shù)支持。
?。?）材料測試建庫模塊：高性能流變測試儀；專家測試；接受國內(nèi)外各種材料；分析材料的全部流變數(shù)據(jù)；自動轉(zhuǎn)換為注塑成形模擬軟件的材料數(shù)據(jù)庫格式。
從1989年推出HSCAE1.0版到如今的HSCAE7.0版，華塑CAE軟件經(jīng)歷了從二維分析到三維分析，從實用化到商品化，從局部試點到推廣使用的過程。目前，華塑CAE軟件已成為塑料制品設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工程技術(shù)人員培訓的有力工具，已有100多家用戶中使用，裝機數(shù)達400余套。通過推廣應(yīng)用，華塑C A E軟件在企業(yè)中己產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
來源：刀具商務(wù)網(wǎng)
