淺析陶瓷潔具燒制過程專家數據庫

白靜靜

摘 要：陶瓷潔具數字化設計和制造技術是將產品工業設計、CAD/CAM、數控加工、流體仿真、計算機軟件和專家經驗數據庫建設技術、陶瓷工藝等學科結合在一起的具有高度技術集成和智能化的先進技術，其融合數字化技術和快速制造技術，且以專家經驗數據庫和制造工程科學為理論基礎的重大的制造技術革新，是陶瓷潔具先進制造技術的核心。數字化陶瓷潔具產品開發實質上是基于產品描述的專家經驗數據庫平臺，建立基于計算機的數字化產品模型，并實現開發全過程的數字化，從而避免使用物理模型的一種陶瓷潔具產品開發技術。

關鍵詞：陶瓷潔具;燒制過程;專家經驗;數據庫

1 前 言

長期以來衛生潔具的開發完全依賴于設計人員實際工作經驗，產品的成敗直接取決于設計人員實際經驗的高低，因此不同專家的產品開發結果可能并不完全相同。國內大多衛浴企業未有系統的對陶瓷潔具燒制過程中海量數據進行采集、優化，并從中提取燒制過程收縮率等，建立一個陶瓷潔具燒制過程專家數據庫，利用陶瓷潔具專家數據庫的專家經驗對設計的陶瓷潔具三維實體圖進行逆向比對、放樣，設計陶瓷潔具原胎模三維實體圖、基于無模快速制造陶瓷潔具新產品樣品與原胎模技術等工作。

專家經驗數據庫正是一種基于知識庫進行推理的系統，在整理專家實際設計經驗的基礎上建立起衛生潔具輔助設計系統。采取對知識庫的搜索、判斷及推理來完成相關參數設計將其應用于專家經驗進行建模，并給出了具體應用案例。大量應用擴展的設計建模使專家經驗具有簡單、清晰、標準化、國際化的優點，并能被不同時期的設計者接受和理解。

專家經驗來源于實踐，應用于實踐，但目前還沒有對專家經驗的數字化進行統一采集、統一整理，統一建庫和建模，極大阻礙了后期開發人員對專家經驗的收集、理解、掌握和應用，無疑這種損失是無法估量和彌補的。

后期以東鵬潔具聯合佛科院為代表，根據現有陶瓷衛生潔具新產品生產工藝（石膏小樣-石膏原型-石膏原胎模-石膏試驗工作模（試漿合格）-樹脂模-石膏工作模-注漿-干燥-上釉-燒成）的總結歸納，實現把專家、老師傅經驗轉為數據永久保存，進行了陶瓷材料燒成過程的專家經驗數據系統的開發。創建了基于專家經驗數據庫的相似、比對放樣的陶瓷潔具原胎建模技術，將已設計的陶瓷潔具產品三維實體圖利用專家經驗數據庫中收縮率與點云的配準、放尺等技術對點云圖進行逆向放樣，得出放尺后的原胎模和石膏試驗工作模的數據，然后傳輸到無模快速制造設備，制造出原胎模，或者經過加工中心制造出石膏試驗工作模，大大縮短新產品研發周期，同時降低開發成本和風險，這種新產品研發新模式、新方法可以保證陶瓷潔具試制過程一次成功，設計開發時間由原來的6個月縮短到1個月之內，這是陶瓷潔具新產品開發的一場革命，能夠提高我市乃至我國陶瓷潔具新產品的自主創新能力和國際競爭力。

2 國內外衛生潔具的開發方式

2.1 傳統衛生潔具的開發方法

傳統陶瓷衛生潔具新產品生產工藝流程是從新產品圖樣-手工制作原始毛坯-翻制試用石膏模-試剔陶土毛坯-燒制試驗產品-進行沖水性能測試等一系列工序不斷重復，直到燒成的產品滿足要求，再制造樹脂模、生產一批石膏工作模、進行批量生產為止。在新產品研發過程中，耗時耗資最多的是“原始陶土毛坯的制作”到“沖水性能測試”通過的階段，由于對產品的燒制工藝和沖水性能沒有相關的基礎理論分析，全憑技術人員的經驗，而且原始毛坯的精度較低。所以一般要通過重復多次修改試用石膏工作模具、制作試驗產品，才能通過國家標準的沖水性能測試，這個過程需要耗費大量的時間和資金，一個新產品開發需要大約半年到一年的時間和10 ～ 20萬元的研發費用。如圖1傳統陶瓷潔具新產品開發過程所示。

傳統陶瓷衛生潔具新產品生產工藝是通過仿制或者采用作坊式手工方式來開發和生產產品，一方面仿制產品沒有知識產權，只能通過大量的廣告和低價格來競爭低端市場。另一方面，修改的工作量很大，成本過高，開發周期太長，并且邊修改邊出產品，失敗的可能性很大，有的新產品一年都開發不成功，這樣就加大了新產品研制的不確定性和研發風險。

2.2 衛生潔具數字化專家數據庫建模生產

首先通過對陶瓷潔具海量數據的采集、優化及預處理、陶瓷潔具燒成過程專家經驗的比對、提取等建立一個陶瓷潔具燒制過程的專家數據庫。基于專家系統的陶瓷衛生潔具新產品研發流程為：

①設計：從專家數據庫選取合適的沖水流道與外型，對整個潔具進行結構適配設計;

②功能評價與模擬實驗：對實體圖樣進行模擬沖水實驗進行功能評價;

③制作潔具原型：用PCM系列快速制造設備制作潔具原型樣品，并進行后期處理;

④沖水試驗：對原型樣品進行沖水功能試驗論證，并進行修改設計至合格;

⑤設計原胎模型：把潔具原型數據輸入專家經驗數據系統，比對放樣生成原胎模型數據，經曲線、曲面創建實體圖;

⑥制作原胎模型：用PCM系列設備制作原胎模型，并進行后處理;

⑦制作石膏試驗工作模型：利用原胎模型翻石膏試驗工作模型;

⑧小批生產潔具產品：利用石膏試驗工作模型注漿、干燥、上釉、燒結，小批試生產;

⑨制作樹脂模型：用石膏試驗工作模型制作樹脂模型，批量生產石膏工作模型;

⑩批量生產：利用石膏工作模型進行批量生產，試制過程基本滿足一次成功。

3 衛生潔具數字化制造專家數據庫建立的特點

在千百年的陶瓷生產過程中，工匠們摸索了一定的規律，掌握和傳承了豐實的經驗，本項目就是將這些成功的案例經篩選通過現代的科技手段轉化為有效的幾何數據進行了永久保存并為今后的新品開發和批量生產發揮資料不斷豐富以及反復應用的重要作用。

陶瓷衛生潔具從造型、功能以及制造工藝等屬性最具代表性的為抽水馬桶，所以我們的研究對象便鎖定在抽水馬桶的專家數據系統的建設。