摘要：排样设计在钣金级进模规划进程当中是一个重要步骤。它是一种依赖经验执行的工作，排样质量很大程度上取决于模具设计师的知识和技能。本文提出了一种排样设计自动化过程的专业系统。该系统的开发是使用趋向人工智能（AI）生产规则的专业系统。它包括专家向用户建议的六大模块：识别金属板操作，排序操作，选择适当的向导方案，工位数，分阶段对级进模的操作和选择适当尺寸的条状胚料。最后，排样系统模块自动在AutoCAD绘图编辑器上利用其他模块的输出数据文件。系统的有效性通过一个工业组件的例子演示，该系统灵活且成本低。

关键词：排样设计；级进模；专家系统

1  简介

排样设计在级进模设计规划阶段当中作为一个极具重要性的生产力，模具的精度、成本和质量主要取决于排样（Tor et al ,.2005）。传统的排样设计是手工的，且需依靠丰富的经验完成，因此单调乏味，耗时且容易出错（Li et al.,2002;ridha,2003）。40年前排样的问题都是手工解决的，即通过操作硬纸板切割胚料而获得一个好的排样。这个试错过程获得合适且最大材料利用率的排样，仍然被使用在全世界的的大多数规模小、甚至在一些中等规模钣金行业中。排样的质量通常利用于设计者的经验和知识的传统方法而达到。计算机辅助设计（CAD）系统的出现大约在三十年前，排样设计的过程变得更加容易，更换模具的设计从几天减少到几小时。然而，训练有素和经验丰富的模具设计师仍然需要操作这些CAD系统。排样设计中的大多数CAD应用的主要目的是通过旋转和尽可能紧凑地布置胚料余料从而实现更高的材料利用率。然而，最大限度的节省材料的排样并不一定是最好的，事实上冲模结构可能会变得更加复杂，这使得节省材料的经济性有所抵消，除非需要生产大量的零部件。该系统由Schaffer(1971)于1971年发表的关于在悬臂式模具测试中由于弯矩产生的压力的计算报告中提出的。如果系统发现应力水平高于模具钢材料的屈服应力，然后系统将会分配几个阶段进行切割操作从而使压力保持在合理的限制范围内。系统的限制之一是，它不提供任何重要的复杂模具和冲压机分段操作。Adachi et al（1983）为级进模的设计开发了一个集成化的CAD系统。系统输出也包括了一代级进模排样。但是用户必须自己指定获得排样的操作顺序。Nee（1984a,b, 1985）发表了一些关于冲压能力分析的实验方案，盘绕状或带状胚料的使用和成本因素的考虑是为了解决最优设计排样和金属板和冲压件余料间的嵌套问题。他所有的工作集中在通用排样设计过程和不涉及其他冲压操作的专家规则，如冲孔、弯曲、成形等。该系统是由Duffy和Sun (1991) 研制的以知识为基础的系统方法来生成用于连续冲压模的排样。该系统在IDL中实现，是一个以知识为基础的系统语言。该系统有生成排样性能；然而，它还没有实现，其功能在现实生活中没有测试。由Prasad和somasundaram（1992）研发的计算机辅助模具设计系统（CADDS）中同样也有一个的关于级进模排样模块。在这个模块中，根据输入的参数选择模具型号。如果选中的模具是连续的，带料开发是随后根据规定纳入排样模块的。但是系统的主要限制是它支持主要的冲裁和冲孔操作。Singh和Sekhon（2001）开发了一种低成本的二维金属冲压排样建模器。该软件是基于AutoCAD和AutoLISP的基础上开发的。该系统可以实现圆形、多边形和有弯曲段组件的建模。供选择的排样也按最优生产及检测。该系统的主要限制是它只处理单一操作冲压模具。Kim et al .(2002)用AutoLISP语言开发了一个系统。系统通过对弯曲几个因素的考虑和采用模糊理论，电器产品确定了复杂冲孔和弯曲操作的工艺顺序。通过构建模糊矩阵，并结合模糊推理的几个规则，计算出模糊关系值和确定最佳弯曲度。该系统的排样模块能够进行3D电子产品的弯曲和冲孔操作。这个系统的主要限制是它在级进模上只能进行弯曲和冲孔操作。Venkata Rao （2004）提出了一个排样金属模具冲压工作有关的选择过程。这个过程基于层次分析法（AHP）。但是，开发过程只适用于简单的落料和冲孔模。Chu et al .（2004）提出了一个在连续冲压模的设计中能够生成一个自动冲压顺序的数学技术。图1用于表示一个冲压件并定义其冲压特征之间的关系。该图通过使用聚类算法划分出相互独立的顶点。最后，簇集的进行排序，得到工位数最终序列。该系统的一个标准软件的完善和发展仍在进行中，而且必须针对实际工业中具有不同形状的钣金件进行测试。