本公開涉及對制造領域中的工藝的基于計算機的模擬的領域，并且特別地涉及改進基于聚合物的生產(chǎn)工藝，例如聚合物的注塑、壓縮、傳遞模塑或擠壓。本公開還涉及用于對上述工藝中涉及的生產(chǎn)機器進行設計、設置或控制的基于計算機的系統(tǒng)和方法。

背景技術：

1、注塑、壓縮或傳遞模塑是循環(huán)制造工藝，其特征在于將液體材料(特別是聚合物)擠壓到腔體中。在這個被模具包圍的腔體中，液體材料由于例如冷卻或硫化而凝固。在凝固過程中，液體材料轉變?yōu)楣腆w。當材料為固體時，它會被從模具中排出，新的生產(chǎn)周期以將新材料注入空腔體開始。凝固的聚合物就是生產(chǎn)出來的部件。

2、另一方面，擠壓工藝用于制造具有固定橫截面的部件。在此工藝中液體材料被連續(xù)地擠壓通過壓模。然后液體材料凝固，從而將部件的最終形狀固定。

3、在凝固過程期間，材料會產(chǎn)生內部應力，這可能會導致制造的物品變形。

4、期望的是對生產(chǎn)過程(例如通過控制生產(chǎn)機器參數(shù)，如溫度、注塑速度或壓力)進行設置和控制并且對模具或壓模進行設計，使得在所有生產(chǎn)步驟后，部件的性質和形狀符合某些質量標準(例如部件形狀、表面質量、機械性質或化學性質)。

5、生產(chǎn)機器參數(shù)、材料行為和上述標準之間的相關性非常復雜。在多種情況下使用基于計算機的模擬是最先進的技術，例如設計包括腔體幾何形狀和冷卻布局的模具、找到機器參數(shù)的初始設置、控制生產(chǎn)中的注塑模制機器、或幫助理解某個工藝未按預期運行的原因。

6、在所有情況下，所有這些相關性都由所用的部件材料及其熱物理性質決定，因此這些性質是此類基于計算機的模擬的關鍵輸入。

7、基于計算機的模擬所需的熱物理數(shù)據(jù)的示例是熱導率、比熱、密度、粘度、固化和結晶動力學。所需熱物理數(shù)據(jù)的所有的集合或子集稱為數(shù)據(jù)集。

8、對所需的熱物理性質進行測量是最先進的技術。對于每個所需的熱物理性質，已經(jīng)開發(fā)了專門的實驗設置和對實驗數(shù)據(jù)的適當解釋。例如，可以通過將特定溫度下的聚合物熔體擠壓通過壓模來對粘度進行測量。對給定體積流量所需的壓力進行測量。根據(jù)該壓力和體積流量數(shù)據(jù)，可以計算出粘度與剪切速率的函數(shù)關系。

9、兩個問題阻礙了上述工藝的基于計算機的模擬的使用。

10、一方面，關于不同聚合物的所有熱物理量的偏差可能非常大。如果不能給出關于熱物理量的具體信息，基于計算機的模擬與實際工藝行為的偏差也可能非常大。這種偏差會降低模擬的益處，因為用于改進實際工藝的模擬措施不太可靠，或者甚至可能是錯誤的。

11、另一方面，要獲得一種材料的準確且完整的特征是非常耗時且昂貴的。由于各種各樣的可行材料、其與可能的添加劑(如纖維、炭黑、著色劑或老化劑)的組合以及回收材料的使用，因此通常缺乏對一種特定材料的準確了解。

12、現(xiàn)有的一些方法嘗試基于分子結構來對熱物理性質進行計算。然而，這些方法仍然不夠準確，并且需要對所研究的聚合物的分子結構有特定的了解。

技術實現(xiàn)思路

1、目的是通過提供一種用于創(chuàng)建具有可接受質量的數(shù)據(jù)集的方法來克服缺乏聚合物材料的可靠材料數(shù)據(jù)的問題，而無需執(zhí)行上面提到的特征化。本文中的可接受意指使用所生成的數(shù)據(jù)集對生產(chǎn)工藝進行基于計算機的模擬的結果足夠地準確，從而能夠在上述場景中獲得益處。

2、這個目標是通過一種用于基于特定材料的已知性質(如聚合物類型)生成該材料的熱物理數(shù)據(jù)的方法來實現(xiàn)的。雖然一般來說，聚合物之間這些熱物理性質中的一些熱物理性質的偏差可能非常大，但對于特定聚合物類型，偏差可能顯著地小于所有聚合物之間的偏差。

3、根據(jù)第一方面，提供了一種用于改進基于聚合物的生產(chǎn)工藝的模擬的計算機實現(xiàn)的方法，該方法包括下述步驟：基于物理測量來獲得針對多個聚合物中的每一個聚合物的一組熱物理性質的測量參數(shù)；基于至少一個聚類標準來將多個聚合物聚類為聚合物類型；使用統(tǒng)計方法對針對每種聚合物類型的一組熱物理性質中的每一個熱物理性質而言的代表性參數(shù)進行確定；獲得用戶對聚合物類型的選擇；以及基于對聚合物類型的選擇來生成數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集包括針對所選擇的聚合物類型而確定的代表性參數(shù)。

4、在一些實施方式中，可以將多個聚合物中的至少一個聚合物聚類為多種聚合物類型。

5、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，該方法包括使用所生成的數(shù)據(jù)集作為用于基于聚合物的生產(chǎn)工藝的模擬的輸入，以對所選擇的聚合物類型在基于聚合物的生產(chǎn)工藝中的使用進行評估。

6、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，所述至少一個聚類標準包括下述中的至少一者：聚合物形態(tài)、聚合物組成、t90時間、固化體系或聚合物硬度。

7、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，至少一個聚類標準可以是聚合物中添加的填料的存在或聚合物中添加的填料的量。添加的填料可以包括玻璃纖維、碳纖維、碳酸鈣、著色劑、炭黑、二氧化硅和/或油。

8、在一些實施方式中，聚合物類型中的至少一種聚合物類型可以基于所述至少一種聚合物類型的原子結構或所述至少一種聚合物類型的基礎聚合物的化學結構進行進一步細分。

9、在一些實施方式中，聚合物類型可以包括彈性體、熱固性材料或熱塑性材料中的至少一種。

10、在一些實施方式中，測量參數(shù)是一維的且測量參數(shù)包括標量測量值，例如粘度，并且所確定的代表性參數(shù)包括標量代表值。

11、在其他實施方式中，測量參數(shù)是多維的，并且測量參數(shù)可以包括與某些變量相關的熱物理性質的多個測量值，例如在不同溫度下測量的熱導率值。在這樣的實施方式中，所確定的代表性參數(shù)是相應的多維代表性參數(shù)。

12、還可以對多個測量值進行內插或外推，以限定例如連續(xù)的線或曲線(在二維參數(shù)的情況下)或表面(在三維參數(shù)的情況下)。在這種情況下，所確定的代表性參數(shù)是相應的線、曲線或表面。

13、在一些實施方式中，統(tǒng)計方法包括：使用針對每種聚合物類型的相應聚類中的一組熱物理性質中的每個熱物理性質的測量參數(shù)的高斯分布，來對中值參數(shù)進行計算。

14、在測量參數(shù)為標量值的實施方式中，中值參數(shù)為平均標量值，而在多維測量參數(shù)的情況下，中值參數(shù)相應地為多維的，例如中值曲線。

15、在一些實施方式中，該組熱物理性質可以包括熱導率、比熱、密度、粘度、t90時間、固化或結晶動力學、凝固行為和/或機械性質，例如剛度、收縮率、固化收縮率。

16、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，該方法還包括下述步驟：利用統(tǒng)計方法，對針對所述一組熱物理性質中的至少一個熱物理性質而言的代表性參數(shù)的統(tǒng)計偏差(σ)進行計算；以及基于所述代表性參數(shù)和所計算出的統(tǒng)計偏差(σ)，來對用于該熱物理性質的多個替代代表性參數(shù)進行確定。

17、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，通過從代表值(v)減去統(tǒng)計偏差(σ)的倍數(shù)或者向代表值(v)加上統(tǒng)計偏差(σ)的倍數(shù)來對多個替代代表值(vvar)進行計算，即vvar＝v+/-(n×σ)。

18、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，多個替代代表值(vvar)包括最低代表值(vmin)、較低代表值(vlow)、平均代表值(vavg)、較高代表值(vhigh)和最高代表值(vmax)中的至少一者。

19、在實施方式中，最低代表值(vmin)被計算為vmin＝v-2σ。

20、在實施方式中，較低代表值(vlow)被計算為vlow＝v-σ。

21、在實施方式中，平均代表值(vavg)被給出為vavg＝v。

22、在實施方式中，較高代表值(vhigh)被計算為vhigh＝v+σ。

23、在實施方式中，最高代表值(vmax)被計算為vmax＝v+2σ。

24、在多維代表性參數(shù)(例如中值曲線)的情況下，也可以實現(xiàn)用于對較低代表性參數(shù)和較高代表性參數(shù)進行計算的相應方法，其中中值曲線可以沿正方向或負方向進行移位以確定較低代表曲線或較高代表曲線。

25、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，用于生成數(shù)據(jù)集的步驟還基于從針對至少一個熱物理性質而言的多個替代代表性參數(shù)中選擇代表性參數(shù)。

26、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，該方法還包括下述步驟：基于對聚合物類型的選擇以及可選地對針對至少一個熱物理性質而言的代表性參數(shù)的選擇，來對一組輸入?yún)?shù)進行限定；以及通過改變輸入?yún)?shù)來生成多個數(shù)據(jù)集。

27、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，該方法還包括：針對每個生成的數(shù)據(jù)集運行對生產(chǎn)工藝的模擬，其中，生產(chǎn)工藝具有在物理現(xiàn)實中測量的至少一個已知輸出參數(shù)，并且其中，生成的數(shù)據(jù)集可以用作用于給定模擬運行的輸入熱物理材料數(shù)據(jù)，以獲得生產(chǎn)工藝的模擬輸出參數(shù)。

28、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，該方法還包括：對至少一個可接受數(shù)據(jù)集進行識別，所述至少一個可接受數(shù)據(jù)集使得模擬輸出參數(shù)在與已知輸出參數(shù)相比時滿足至少一個質量標準。

29、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，對可接受數(shù)據(jù)集進行識別是基于多個質量標準進行評估的，所述多個質量標準對關于已知輸出參數(shù)的多維質量閾值進行限定，其中，可接受數(shù)據(jù)集被選擇為使得模擬輸出參數(shù)滿足關于質量閾值的條件的數(shù)據(jù)集。

30、在實施方式中，條件是選擇可接受的數(shù)據(jù)集作為使得模擬輸出參數(shù)不超過質量閾值的數(shù)據(jù)集。

31、在可接受數(shù)據(jù)集基于對兩個質量標準進行評估的實施方式中，多維質量閾值可以用二維線或曲線表示。在可接受數(shù)據(jù)集基于對多于兩個質量標準進行評估的其他實施方式中，多維質量閾值可以通過以三維或更多維表示的表面來表示。

32、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，所述熱物理性質中的至少一個熱物理性質為多參數(shù)熱物理性質，例如，所述多參數(shù)熱物理性質為在給定溫度下隨時間變化的固化度，并且所述方法還包括下述步驟：

33、-基于多個聚合物的物理測量，來獲得用于多參數(shù)熱物理性質的多個測量值；以及

34、-對用于多參數(shù)熱物理性質的主曲線或限定所述主曲線的本構方程進行確定，以最佳近似于針對給定聚合物類型的多個測量值；

35、其中，對于生成數(shù)據(jù)集，使用主曲線或其本構方程來對針對所選擇的聚合物類型的多參數(shù)熱物理性質而言的代表性參數(shù)進行確定。

36、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，本構方程是數(shù)學表達式和相關聯(lián)的參數(shù)的組合，并且該方法還包括通過下述方式來對相關聯(lián)的參數(shù)進行優(yōu)化：-對誤差進行計算，所述誤差作為多個測量值與由本構方程給出的相應計算出的值之間的差；

37、-對誤差測量進行計算；以及

38、-對致使誤差測量最小的一組相關聯(lián)的參數(shù)進行確定。

39、在實施方式中，誤差測量是所有平方誤差的總和。

40、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，所述方法還包括下述步驟：

41、-獲得用于所選擇的聚合物類型的多參數(shù)熱物理性質的輸入值；

42、-基于所選擇的聚合物類型，來選擇用于多參數(shù)熱物理性質的主曲線或限定所述主曲線的本構方程；以及

43、-對主曲線或本構方程進行調整，以生成與所獲得的輸入值相匹配的操縱主曲線。

44、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，對于生成數(shù)據(jù)集，使用操縱主曲線或經(jīng)調整的本構方程來對針對所選擇的聚合物類型的多參數(shù)熱物理性質的代表值進行確定。

45、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，生成操縱主曲線包括沿某個方向拉伸主曲線或者施加偏移，直到獲得的輸入值擬合到所述主曲線上。

46、在第一方面的另一種可能實現(xiàn)形式中，生成操縱主曲線包括對限定主曲線的相應本構方程的相關聯(lián)的參數(shù)進行逆擬合，直到獲得的輸入值擬合到主曲線上。

47、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，該方法還包括：使用基于聚合物的生產(chǎn)工藝的模擬的結果，來對基于聚合物的生產(chǎn)工藝中涉及的生產(chǎn)機器進行設置或控制，例如，所述生產(chǎn)機器為注塑模制機器。

48、在一些實施方式中，模擬結果可以用于控制生產(chǎn)機器參數(shù)，例如溫度、注塑速度或壓力。

49、在第一方面的可能實現(xiàn)形式中，該方法還包括：在對生產(chǎn)工藝中要使用的部件進行設計的過程中，使用基于聚合物的生產(chǎn)工藝的模擬的結果，例如，所述部件為用于注塑模制工藝的模具或用于擠壓工藝的壓模。

50、在一些實施方式中，模擬結果可以用于設計模具或壓模的部件形狀、表面質量、機械性質或化學性質。

51、根據(jù)第二方面，提供了一種基于計算機的系統(tǒng)，所述基于計算機的系統(tǒng)包括輸入輸出接口；顯示器；非暫態(tài)機器可讀存儲介質，所述非暫態(tài)機器可讀存儲介質包括計算機程序產(chǎn)品；以及至少一個處理器，所述至少一個處理器能夠操作成用于執(zhí)行所述程序產(chǎn)品、與輸入輸出接口和顯示器交互、以及執(zhí)行根據(jù)第一方面的可能實現(xiàn)形式中的任一種可能實現(xiàn)形式的方法的操作。

52、根據(jù)第三方面，提供了一種計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品被編碼在非暫態(tài)機器可讀存儲介質上，所述非暫態(tài)機器可讀存儲介質能夠操作成用于使處理器執(zhí)行根據(jù)第一方面的可能實現(xiàn)形式中的任一種可能實現(xiàn)形式的方法的操作。

53、這些方面和其他方面將從下述實施方式中變得明顯。