白靜靜

摘 要：陶瓷潔具數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造技術(shù)是將產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計(jì)、CAD/CAM、數(shù)控加工、流體仿真、計(jì)算機(jī)軟件和專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)技術(shù)、陶瓷工藝等學(xué)科結(jié)合在一起的具有高度技術(shù)集成和智能化的先進(jìn)技術(shù)，其融合數(shù)字化技術(shù)和快速制造技術(shù)，且以專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)和制造工程科學(xué)為理論基礎(chǔ)的重大的制造技術(shù)革新，是陶瓷潔具先進(jìn)制造技術(shù)的核心。數(shù)字化陶瓷潔具產(chǎn)品開(kāi)發(fā)實(shí)質(zhì)上是基于產(chǎn)品描述的專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，建立基于計(jì)算機(jī)的數(shù)字化產(chǎn)品模型，并實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)全過(guò)程的數(shù)字化，從而避免使用物理模型的一種陶瓷潔具產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：陶瓷潔具;燒制過(guò)程;專家經(jīng)驗(yàn);數(shù)據(jù)庫(kù)

1 前 言

長(zhǎng)期以來(lái)衛(wèi)生潔具的開(kāi)發(fā)完全依賴于設(shè)計(jì)人員實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品的成敗直接取決于設(shè)計(jì)人員實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的高低，因此不同專家的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)結(jié)果可能并不完全相同。國(guó)內(nèi)大多衛(wèi)浴企業(yè)未有系統(tǒng)的對(duì)陶瓷潔具燒制過(guò)程中海量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、優(yōu)化，并從中提取燒制過(guò)程收縮率等，建立一個(gè)陶瓷潔具燒制過(guò)程專家數(shù)據(jù)庫(kù)，利用陶瓷潔具專家數(shù)據(jù)庫(kù)的專家經(jīng)驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)的陶瓷潔具三維實(shí)體圖進(jìn)行逆向比對(duì)、放樣，設(shè)計(jì)陶瓷潔具原胎模三維實(shí)體圖、基于無(wú)?？焖僦圃焯沾蓾嵕咝庐a(chǎn)品樣品與原胎模技術(shù)等工作。

專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)正是一種基于知識(shí)庫(kù)進(jìn)行推理的系統(tǒng)，在整理專家實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立起衛(wèi)生潔具輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。采取對(duì)知識(shí)庫(kù)的搜索、判斷及推理來(lái)完成相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)將其應(yīng)用于專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行建模，并給出了具體應(yīng)用案例。大量應(yīng)用擴(kuò)展的設(shè)計(jì)建模使專家經(jīng)驗(yàn)具有簡(jiǎn)單、清晰、標(biāo)準(zhǔn)化、國(guó)際化的優(yōu)點(diǎn)，并能被不同時(shí)期的設(shè)計(jì)者接受和理解。

專家經(jīng)驗(yàn)來(lái)源于實(shí)踐，應(yīng)用于實(shí)踐，但目前還沒(méi)有對(duì)專家經(jīng)驗(yàn)的數(shù)字化進(jìn)行統(tǒng)一采集、統(tǒng)一整理，統(tǒng)一建庫(kù)和建模，極大阻礙了后期開(kāi)發(fā)人員對(duì)專家經(jīng)驗(yàn)的收集、理解、掌握和應(yīng)用，無(wú)疑這種損失是無(wú)法估量和彌補(bǔ)的。

后期以東鵬潔具聯(lián)合佛科院為代表，根據(jù)現(xiàn)有陶瓷衛(wèi)生潔具新產(chǎn)品生產(chǎn)工藝（石膏小樣-石膏原型-石膏原胎模-石膏試驗(yàn)工作模（試漿合格）-樹(shù)脂模-石膏工作模-注漿-干燥-上釉-燒成）的總結(jié)歸納，實(shí)現(xiàn)把專家、老師傅經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)永久保存，進(jìn)行了陶瓷材料燒成過(guò)程的專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。創(chuàng)建了基于專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的相似、比對(duì)放樣的陶瓷潔具原胎建模技術(shù)，將已設(shè)計(jì)的陶瓷潔具產(chǎn)品三維實(shí)體圖利用專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中收縮率與點(diǎn)云的配準(zhǔn)、放尺等技術(shù)對(duì)點(diǎn)云圖進(jìn)行逆向放樣，得出放尺后的原胎模和石膏試驗(yàn)工作模的數(shù)據(jù)，然后傳輸?shù)綗o(wú)?？焖僦圃煸O(shè)備，制造出原胎模，或者經(jīng)過(guò)加工中心制造出石膏試驗(yàn)工作模，大大縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期，同時(shí)降低開(kāi)發(fā)成本和風(fēng)險(xiǎn)，這種新產(chǎn)品研發(fā)新模式、新方法可以保證陶瓷潔具試制過(guò)程一次成功，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)間由原來(lái)的6個(gè)月縮短到1個(gè)月之內(nèi)，這是陶瓷潔具新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一場(chǎng)革命，能夠提高我市乃至我國(guó)陶瓷潔具新產(chǎn)品的自主創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

2 國(guó)內(nèi)外衛(wèi)生潔具的開(kāi)發(fā)方式

2.1 傳統(tǒng)衛(wèi)生潔具的開(kāi)發(fā)方法

傳統(tǒng)陶瓷衛(wèi)生潔具新產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程是從新產(chǎn)品圖樣-手工制作原始毛坯-翻制試用石膏模-試剔陶土毛坯-燒制試驗(yàn)產(chǎn)品-進(jìn)行沖水性能測(cè)試等一系列工序不斷重復(fù)，直到燒成的產(chǎn)品滿足要求，再制造樹(shù)脂模、生產(chǎn)一批石膏工作模、進(jìn)行批量生產(chǎn)為止。在新產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，耗時(shí)耗資最多的是“原始陶土毛坯的制作”到“沖水性能測(cè)試”通過(guò)的階段，由于對(duì)產(chǎn)品的燒制工藝和沖水性能沒(méi)有相關(guān)的基礎(chǔ)理論分析，全憑技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，而且原始毛坯的精度較低。所以一般要通過(guò)重復(fù)多次修改試用石膏工作模具、制作試驗(yàn)產(chǎn)品，才能通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的沖水性能測(cè)試，這個(gè)過(guò)程需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和資金，一個(gè)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需要大約半年到一年的時(shí)間和10 ～ 20萬(wàn)元的研發(fā)費(fèi)用。如圖1傳統(tǒng)陶瓷潔具新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程所示。

傳統(tǒng)陶瓷衛(wèi)生潔具新產(chǎn)品生產(chǎn)工藝是通過(guò)仿制或者采用作坊式手工方式來(lái)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)產(chǎn)品，一方面仿制產(chǎn)品沒(méi)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)，只能通過(guò)大量的廣告和低價(jià)格來(lái)競(jìng)爭(zhēng)低端市場(chǎng)。另一方面，修改的工作量很大，成本過(guò)高，開(kāi)發(fā)周期太長(zhǎng)，并且邊修改邊出產(chǎn)品，失敗的可能性很大，有的新產(chǎn)品一年都開(kāi)發(fā)不成功，這樣就加大了新產(chǎn)品研制的不確定性和研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 衛(wèi)生潔具數(shù)字化專家數(shù)據(jù)庫(kù)建模生產(chǎn)

首先通過(guò)對(duì)陶瓷潔具海量數(shù)據(jù)的采集、優(yōu)化及預(yù)處理、陶瓷潔具燒成過(guò)程專家經(jīng)驗(yàn)的比對(duì)、提取等建立一個(gè)陶瓷潔具燒制過(guò)程的專家數(shù)據(jù)庫(kù)?；趯＜蚁到y(tǒng)的陶瓷衛(wèi)生潔具新產(chǎn)品研發(fā)流程為：

①設(shè)計(jì)：從專家數(shù)據(jù)庫(kù)選取合適的沖水流道與外型，對(duì)整個(gè)潔具進(jìn)行結(jié)構(gòu)適配設(shè)計(jì);

②功能評(píng)價(jià)與模擬實(shí)驗(yàn)：對(duì)實(shí)體圖樣進(jìn)行模擬沖水實(shí)驗(yàn)進(jìn)行功能評(píng)價(jià);

③制作潔具原型：用PCM系列快速制造設(shè)備制作潔具原型樣品，并進(jìn)行后期處理;

④沖水試驗(yàn)：對(duì)原型樣品進(jìn)行沖水功能試驗(yàn)論證，并進(jìn)行修改設(shè)計(jì)至合格;

⑤設(shè)計(jì)原胎模型：把潔具原型數(shù)據(jù)輸入專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，比對(duì)放樣生成原胎模型數(shù)據(jù)，經(jīng)曲線、曲面創(chuàng)建實(shí)體圖;

⑥制作原胎模型：用PCM系列設(shè)備制作原胎模型，并進(jìn)行后處理;

⑦制作石膏試驗(yàn)工作模型：利用原胎模型翻石膏試驗(yàn)工作模型;

⑧小批生產(chǎn)潔具產(chǎn)品：利用石膏試驗(yàn)工作模型注漿、干燥、上釉、燒結(jié)，小批試生產(chǎn);

⑨制作樹(shù)脂模型：用石膏試驗(yàn)工作模型制作樹(shù)脂模型，批量生產(chǎn)石膏工作模型;

⑩批量生產(chǎn)：利用石膏工作模型進(jìn)行批量生產(chǎn)，試制過(guò)程基本滿足一次成功。

3 衛(wèi)生潔具數(shù)字化制造專家數(shù)據(jù)庫(kù)建立的特點(diǎn)

在千百年的陶瓷生產(chǎn)過(guò)程中，工匠們摸索了一定的規(guī)律，掌握和傳承了豐實(shí)的經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目就是將這些成功的案例經(jīng)篩選通過(guò)現(xiàn)代的科技手段轉(zhuǎn)化為有效的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行了永久保存并為今后的新品開(kāi)發(fā)和批量生產(chǎn)發(fā)揮資料不斷豐富以及反復(fù)應(yīng)用的重要作用。

陶瓷衛(wèi)生潔具從造型、功能以及制造工藝等屬性最具代表性的為抽水馬桶，所以我們的研究對(duì)象便鎖定在抽水馬桶的專家數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建設(shè)。