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玻璃容器计算机辅助设计实现方法

[摘要] 从系统建模的角度，以啤酒瓶计算机辅助设计系统为例，采用IDEF方法建立CAD系统的功能模型和信息模型，为高效地建立玻璃容器计算机辅助设计系统提供了实现方法。

关键词：玻璃容器；IDEF方法；系统建模；CAD

玻璃容器作为一种包装材料，由于其外形美观、价格低廉、气密性好、可回收等特点而受到包装用户的欢迎，被广泛地应用于食品、药品、化学产品等的包装。

目前，我国的玻璃容器制造行业和国外相比存在着很大的差距。国外早在上世纪70年代就开始研制玻璃容器的计算机辅助设计系统，而我国的玻璃模具的设计目前仍主要依靠经验，手工进行。因此，开发玻璃容器计算机辅助设计系统非常必要。但是如何进行开发才能使系统高效运行，且数据具有一致性和无冗余，是建立玻璃容器计算机辅助设计系统的关键问题。

从系统建模的角度，以啤酒瓶计算机辅助设计系统为例，采用IDEF方法建立CAD系统的功能模型和信息模型，从而为高效地建立玻璃容器计算机辅助设计系统提供了实现方法。

1 IDEF方法

IDEF(integration definition method)方法是上世纪80年代初美国空军在结构化分析的基础上提出的。美国空军开始提出IDEF方法主要是为了寻求一种适合分析CIMS的方法。在随后的20多年，IDEF作为一种复杂系统的设计方法和系统的描述语言，广泛地运用在航空业、机械以及其它的制造业中，并且发展成为一种系统建模的方法族。

IDEF0功能模型化方法用以描述系统功能活动及其联系。IDFE0模型基于如图1所示的简单语法。每个活动由位于盒内的—个动词表达。输入、控制、输出和机制(ICOM)都称为概念。通过建立的IDEF0模型，设计人员可从功能上了解系统的构造，各个功能块之间的关系，功能实现的要求、手段和目的。设计人员可以进—步的建立各个子功能块的IDEF0模型，这种细化分解，正是IDEF0支持严格的自顶向下分解的优点。

IDEF1x用来描述系统的信息以及相互关系。它提供了一套指导信息模型开发的规则和程序，其目的之一就是为分析和组织管理的信息提供一个结构化和规则化的过程。它强调标准化，消除在模型化过程中发现的非完整性、非精密性、非一直性和非准确性。

IDEF1x的基本语法成分由实体、联系和属性构成，其中实体表示一个现实和抽象事物的集合，这些事物必须具有相同的属性或特征。集合中的一个元素就是这个实体的一个实例。联系则是实体之间的一种连接或联系。IDEF1x模型描述的是2个实体间的联系类型或联系集合。属性表示一类现实或抽象事物的一种特征或性质，一个属性实例是这类事物一个个体成员的具体特性。图2表示了IDEF1x的基本语法。

2 系统功能模型的建立

运用IDEF0方法进行功能模型设计必须贯彻自顶向下的原则，要从顶层开始，逐层向下分解，不断展开，下一层的子图的描述必须和其父图相对应。

首先要建立啤酒瓶设计系统顶层的A—0图，明确系统台钳总的功能。啤酒瓶设计系统要依据用户的要求，依据设计经验和方法，借助相应的工具，完成瓶样和玻璃模具的设计。建立的A—0图如图3所示。

然后，对A-0功能图进行细化，完成朋图的建立。根据系统的总的功能要求，将系统分成瓶样设计、模具设计、实体造型、有限元分析、数控加工5个子系统，建立的朋功能图如图4所示。

然后，再由A0逐层向下分解得到系统各部分的详细我们想要保持领先固然不能懈怠功能模块。在建立模型的过程中应当注意：Anm详细说明了An图第m个盒子的名字所要说明的含义，而Anm图各个盒子的功能由Anmj的一系列图形来详细描述；分解的原则是让较简单或较容易理解的盒子较晚分解，如果在同一水平上进行分解，保持均匀的模型深度，可以避免较高层次的变化影响较低层次，而造成可能的重复工作；分解过程中还应注意父子模块间输入输出箭头的一致性；在所有情况下子模块忠实地代表了父模块，应以既不增加也不减少的方式反映各自父模块所包含的信息。

3 系统信息模型的建立

对于玻璃容器的设计，关键的问题是如何进行玻璃瓶样设计。玻璃瓶样的设计应从瓶的使用要求出发。对于某一具体的玻璃瓶．用户一般最关心瓶的总体尺寸。所以对瓶总高、瓶口尺寸(瓶口形状总为圆形)、瓶体最大截面及瓶底部支承面的形状与尺寸、瓶重、瓶容量等数据均有一定的限制。由于尺寸要求很多，设计出一个好的玻璃瓶样往往要很长的时间。文中建立的瓶形设计信息模型，系统反映了啤酒瓶各个尺寸之间相互的关系、约束条件，表达了瓶样的设计思路。

建立啤酒瓶瓶样设计的信息模型，第一阶段要标识实体，找出有公共属性实例的集合；第2阶段要标识相关(仅指父子关系)实体，形成关系矩阵；定义关系，说明两实体间的依赖关系，为关系起名；构造实体层图，以便进一步分析实体间关系；第3阶段的任务是消除非确定关系，标识所有键的属性并定义键的属性；最后全面审核、改进模型，生成完整的系统信息模型。依据以上步骤，建立的啤酒瓶瓶形设计的信息模型如图5所示。

模具设计的信息模型是本文要建立的另一个系统信息模型。玻璃容器模具除内腔外，模具外形均已经标硅线石准化，设计人员只要根据相应的要求选取相应的模具。如何根据设计的瓶样，选取符合要求的模具，是模具设计的关键。本文建立的模具设计信息模型，常见故障8： 冲击实验机示值误差正是从这方面反映选模过程中信息之间的相互关系。依据上述信息模型的建模步骤，建立的模具设计信息模型如图6所示。

4 结 语 1、金相显微镜的使用步骤

建立一个高效的玻璃容器CAD系统，必须经过分析、设计、实现、集成、测试、安装和运行几个步骤。科学高效的分析和设计系统是成功实现复杂系统的保证。设计人员应尽量减少分析和设计阶段的错误，否则在后续阶段可能花费几倍的时间去发现和纠正错误。借助IDEF方法，设计人员能够系统的了解系统功能活动及其联系，掌握系统的信息以及相互关系，从而全面的理解系统，提高建立系统效率。（文/李路障猛 薛强）

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