面向制造的鈑金零件設計

1、面向制造的鈑金零件設計李峰摘要周雄輝）一并以鈑盤零件與實蒯，建立娘型（上海交通大學塑性成形工程系本文提出了并行工程王：境面句制造的設計方法設景統(tǒng)采用特征技術和人工智能技術以受蘑向?qū)ο蟮姆椒ㄆ渲兄饕鉀Q鈑金件基于特征的產(chǎn)：品建模發(fā)面向?qū)ο蟮闹R表達以及零件早期設計的評價關鍵詞并行工程面向制造設汁謾堡知匠表達、面向?qū)ο笠?，引言在傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程中，從設計到制造過程，步臻是串行的一個產(chǎn)品被設計者月：發(fā)出來他也許對產(chǎn)品的制造和裝配過程不是很熟悉，另一方面，設計師與別的工程師來自很好地聯(lián)系，因此，開發(fā)出的一些產(chǎn)品可能會在裝配或制造過程中發(fā)現(xiàn)些聞題，在定條件下，產(chǎn)品零件很難制造。據(jù)資料介紹，產(chǎn)品設計只占

2、產(chǎn)品成本的，但它決定的總制造成本和的產(chǎn)品質(zhì)量與性能所以，為了提高產(chǎn)品的可制造性，在設計時考慮制造和裝配的要求，在它們之間，進行信息聯(lián)系和反饋是非常廣泛和必要的。面向制造的設計（）是并行工程的一種設計方法，即嚴品設計與工藝設計并行進行的種沒計方法。壘面評價產(chǎn)品沒計和工藝沒計，并提供改進的反饋信息。及時改進沒計，保證產(chǎn)品沒計，工藝沒許和制造一次成功，越達到降低產(chǎn)品成本提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的目的因此，開發(fā)方面的研究具有重要的意，基于以上分折本文提出了并行工程環(huán)境下面向制造的設計方法金零肄為實測建立原型設計系統(tǒng)，、牛且以敷二關鍵技術鈑金件產(chǎn)品建模鈑金零件的特點鈑金零件是一種被廣泛應用于機電，

3、輕工，汽車等行業(yè)朗零件、它一般可臺為三類：平板類、彎曲類、成形類。這些零件都是由乎板毛坯經(jīng)瀋切及變形等沖壓加工方式硼工出來的，它們與一般機加工方式加工出來的零件存在若很大的差別在中壓加工方式中，彎曲變形是使鈑金零件產(chǎn)生復雜空間位置關系的主要加工方式而其它加工方法一一般只是在平扳上產(chǎn)生凸起或凹陷以及缺口、和邊緣等形狀。這一特點是在建立鈑金零件造型系統(tǒng)時所必須注意的。鈑金零件產(chǎn)品建棱在模具設計過程中，鈑盤零件的形：漩是模具設計的主要液據(jù)，它決定了模具的總奉結(jié)構(gòu)和形狀。而鈑金零件的尺于公差剛影響著模具工作部分如凸凹摸等）形狀的尺寸及公。另外材料、形位公差及技術耍求等對梗具的工乍部件有較大的影響。因此

4、鈑金零模型除應包含形狀信息外還必須包含零件的尺寸譬差、精度，材料以及妓術要求等信息，這樣才能保證模具設計結(jié)果的準確性鈑金零件摸型是后續(xù)模具設汁應用程序所需各種信息的裁體，這就要求零件模型能夠反映出鈑金零件的特點，具體地說就是要反映出鈑金零件的工程語義，使模具設計應用程序可以理解并方便地提取出所需要的信息另一方面，鈑金零件一般具有復雜的空間位置關系，只有根據(jù)鈑金零件的形狀特點進行構(gòu)造，才可能簡化用戶的操作目前，已有針對鈑金零件特點麗提出來的幾何造型方法，主要有鈑金零件的幾何造型和鈑金零件的幾何造型。前者包括編碼法、面素拼合法和交互尺寸輸入法等；后者有彎曲變換拼合法、體素拼合法等方法上述所有造型方

5、法存在的共同缺點是當定義出錯時，修改非常麻煩，甚至可能需要重新輸入所建立的零件模型，包含的信息也不完備，特別是缺少有關工程語義信息。當零件復雜時，造型過程也非常繁瑣因此耍建立一個即反映鈑金零件特點又能滿足并行設計要求的鈑金零件模型，采用特征造型技術是一個有效的辦法它除了能提供鈑金零件的完整的信息模型外，而且還可以較好地解決現(xiàn)有一些幾何造型方法所存在的問題目前一些商用的造型系統(tǒng)如、等都是采用特正造型方法來建立模型進行零件的表達在本文所研究的課題中，選用作為特征造型建立鈑金零件產(chǎn)品模型的設計平臺，并且引進參數(shù)化技術，特征具有參數(shù)化的性質(zhì)，其屬性以參數(shù)的形式來表達設計師預先建立特征庫，其中包含常用鈑

6、金零件的特征，如平板（）、孔（）以及各種形式的檀（）等，堤計時通過鼠標等設備從屏幕的特征庫中選取所需要的特征，然后按照要求輸人有關的屬陛參數(shù)，按此辦法依次輸人組成零件的各種特征，特征間進行加減等布爾運算，最后建立了基于特征的零件模型評價設計工程師用特征來建立產(chǎn)品模型，產(chǎn)品信息（表達了產(chǎn)品特征及特征間的關系）在沒計早期階段提供給評估系統(tǒng)，進行可制造性評價，評價系統(tǒng)針對單個特征及特征問關系，從數(shù)學分析和制造規(guī)則兩個方面來進行評估，評價結(jié)果反饋給設計者，對不合理的地方提出修改建議基于數(shù)學模型的分析評價借助于數(shù)學模型在設計早期階段，計算和預測應力、應變、回彈等變量，來完成機械和成彤性能分忻例如，對于彎

7、曲特征，可以建立準確的數(shù)學模型計算最大應力和應變，以撿驗所提供的材料是吾能達到強度要求，也可以計算出彎躪力，以檢驗現(xiàn)有的制造資源（壓力礬）能否滿足彎曲要求。因此，所有這些計算工作的目的，都是為了在設計的早期階段評價所設計的零件是否滿足可制造性的要求?；谥R的評價因為利用分析模塊，對所有的鈑全零件特征都建立準確的數(shù)學模型是非常復雜的，也是不實際的。在設計中，經(jīng)常遇到一些設計經(jīng)驗和制造規(guī)則，這些經(jīng)驗和規(guī)則是在長期的生產(chǎn)實踐中總結(jié)出來的，難以用數(shù)學方法進行表達，要借助于知識表示方法例如孔特征，萁孔徑相孔間距離的最小條件是根據(jù)經(jīng)驗得出來的，對于這些啟發(fā)性的知識，不能用數(shù)學公式模型來計算，而必須采用人

8、工智能中知識工程的表達彤式目前，人們提出了許多識表示方法，諸如產(chǎn)生式規(guī)則、框架結(jié)構(gòu)、語義網(wǎng)絡、輯等方法在本系統(tǒng)用產(chǎn)生式規(guī)則方法來表達啟發(fā)性經(jīng)驗知識，其結(jié)構(gòu)為：（）（）其中為前提條件，為結(jié)論面向?qū)ο蟮闹R表達方法在鈑金零件產(chǎn)品建模的特征造型方法中，以特征為處理對象，板金件由特征組合而成每個特征是一個獨立的信息體，即包括構(gòu)成該特征的幾何信息，又包含材料、精度等其它信息因此，把特征作為研究問題的對象，采用面向?qū)ο蟮募夹g方法來表達這些知識面向?qū)ο螅?，簡稱）的方法是以對象作為分析問題和解決問題的最基本單元，圍繞著對象的描述、靜態(tài)和動態(tài)屬性的表達以及相互之間的關聯(lián)開展研究的因此，方法很自然地復合人的認識規(guī)

9、律，更容易為人們所理解和掌握。在面向知識的表達中，對象是知識的基本單元，以框架結(jié)構(gòu)來表示對象，麗對象的數(shù)據(jù)或?qū)傩杂貌壑祦肀硎鞠聢D為對象表達的基本框架。由圖可見，對象框架主要由四類槽組成：）關系槽表達對象與其它對象之間的靜態(tài)關系（）屬性槽表達對象的靜態(tài)屬性對象的靜態(tài)屬性是用來描述對象的特征值，（）方法槽面向?qū)ο蟮闹R表達方法中，對象的靜態(tài)屬生及其操作作為個有機的整體來表示在具體知識表達過程中，對象的操作以方法槽的形式出現(xiàn)方法過程體用來表示對象的動態(tài)行為特征，處理過程性知識，如淀計計算、建立數(shù)學模型等（）規(guī)則槽產(chǎn)生式規(guī)則能很好地表達專家經(jīng)驗、具有啟發(fā)性而沒有很好的數(shù)學模型表達妁動態(tài)設計知識面向?qū)ο?/p>

10、的知識表示方法中，規(guī)則作為知識對象的一個部分，存儲在對象框架槽中接照面向?qū)ο蟮闹R表達方法，采用框架來表示鑷金件特征對象，用槽來表示該特征所具有的不同屬性特征的靜態(tài)屬性，如彎曲半徑、彎曲角度可以用靜態(tài)槽來表示；特征之間的相互連接構(gòu)成鈑金件的整體，這種相互之聞的連接關系用關系槽來表示：對特征評價中的數(shù)學分析所涉及到的計算、過程處理、數(shù)學模型，都以方法槽形式來表達；而設計經(jīng)驗和制造規(guī)則等啟發(fā)性知識，以產(chǎn)生式規(guī)則襲示，存放在該特征對象的規(guī)則槽申。因而，一個特征對象包含了該特征的所有相關知識，形成一個獨立封閉實體，對象通過發(fā)送和接受消息與其它對象相聯(lián)系一一三系統(tǒng)介紹本文中的框架系統(tǒng)建立了整個并行設計的

11、活動模型，整個設計活動共分為四個步驟：初始零件概念設計；產(chǎn)品建模和表示；，面向制造的設計評價；優(yōu)化設計設計工程師首先形成一個概念產(chǎn)品設計，然后用特征設計來建立和表示產(chǎn)品模型，產(chǎn)品信息（表達了產(chǎn)品特征及特蒞間的關系）在設計早期階段提供給評估系統(tǒng)，進行產(chǎn)品設計的可制造性評價，評價系統(tǒng)針對單個特征及特征聞關系，從數(shù)學分析和制造規(guī)則兩個方面來進行評估，評價結(jié)果反饋給設計者因為本系統(tǒng)是在設計早期階段用來輔助設計者，所以它僅僅提供初始信息和評價結(jié)果，以減少發(fā)生在下游制造活動中的錯誤完成了早期的設計評價功能后，將進行產(chǎn)品設計的優(yōu)化本框架系統(tǒng)非常靈活，能夠擴展，再加入別系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)一的功能，如：面向裝配的設計

12、、面向質(zhì)量的設計等如上圖所示系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，主要由四個橫塊組成：（）特征庫利用特征庫中的參數(shù)化特征元素建立鈑金件產(chǎn)品模型，特征庫是開放的，用戶可以通過人機界面來定義和修改特征，不斷豐富特征庫（）基于數(shù)學模型的分析模塊（）基于設計經(jīng)驗和制造規(guī)則的知識庫模塊。（）集成模塊主要負責各個模塊間的信息流動，例如從產(chǎn)品特征模型中抽取特征信息以便傳送到評價模塊系統(tǒng)選用作為設計平臺，顯示和修改零件設計圖形四總結(jié)本文在特征產(chǎn)品模型基礎上，運用人工智能和面向?qū)ο蟮认冗M技術，將評價準則引入產(chǎn)品設計階段，通過超前的可制造性分析，使設計者能在產(chǎn)生設計時汁算其工藝矬和可制造性指標，不至于到產(chǎn)品開發(fā)的下游工藝設計或制造階段發(fā)

13、現(xiàn)設計問題再反饋修改，產(chǎn)品的可制造性在設計中得到保證，提高了產(chǎn)品的設計質(zhì)量，縮短設計周期，向并行工程的實現(xiàn)邁出了嘗試性的一步具有一定的理論意義和實踐意義參考文獻一、，茼罐輝等并行上程環(huán)境下的模具制造，模具上業(yè)，。印一江云等，并行技術在摸具設計制造中的應用模具技術，浙江大學學報(工學版2002,36(3 為適應面向制造的設計( DFM對工藝設計提出的新要求,在傳統(tǒng)的工藝設計方法中引入并行工程的 理念,提出了一種新的工藝設計模式-并行工藝設計模式(CEPP.它包含宏并行設計與微并行設計兩個方 面,在宏并行設計方面,強調(diào)CAD與工藝設計的同步進行,交互往復;在微并行設計方面,強調(diào)工藝設計內(nèi)部 的分布

14、式并行工藝問題求解技術.論文應用特征造型理論和合弄制造系統(tǒng)理論分別對宏并行設計和微并 行設計中的關鍵技術-零件建模和合弄工藝設計進行了詳盡的研究討論. 5.學位論文 樊洪波 面向并行工程的零件可制造性評價研究 2003 在對國內(nèi)外可制造性評價技術研究的基礎上,該文的工作主要從四個方面展開.第一,對可制造性評 價的信息需求進行建模.以特征技術為基礎,面向?qū)ο蟮木幊虣C制為手段,建立了面向制造的三層次(即零 件層、特征層、幾何層零件模型;同時進行了面向制造的資源建模.第二,通過細化循環(huán),采用分層遞階 的評價策略,分兩層(零件層和特征層四個階段(零件初評價、特征初評價、特征詳細評價和零件總體評 價建立

15、可制造性評價指標;第三,以評價指標為基礎,分別提出了基于規(guī)則的結(jié)構(gòu)工藝性評價方法、基于 規(guī)則和模糊綜合評判定性和定量相結(jié)合的加工可行性評價方法、以及基于實例和特征的加工成本估算方 法;最后,以Solidworks為開發(fā)平臺,VB6為編程工具,初步構(gòu)建了面向制造的回轉(zhuǎn)類零件可制造性評價系 統(tǒng),它們驗證了該文評價指標和評價方法的實用性和可行性. 6.學位論文 田峰 基于多代理的汽車覆蓋件及其模具DFM系統(tǒng)研究 2005 并行工程是當今研究中的熱點問題，面向制造的設計(DFM是并行工程的重要內(nèi)容和關鍵技術之一 ；多代理系統(tǒng)是當今國際上研究的熱點之一，因其具有自治性、交互性、協(xié)作性、通信性等特點，可用

16、 來解決生產(chǎn)制造領域中的分布、動態(tài)和柔性等問題；把多代理技術引入到DFM系統(tǒng)中，突破了傳統(tǒng)DFM的 體系結(jié)構(gòu)，增強了系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。 本文首先探討了DFM系統(tǒng)和多代理技術的理論，分析了汽車覆蓋件及其模具在設計、制造過程的特 點，提出了基于多代理的汽車覆蓋件DFM系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，通過建立成形性分析、成本估算、編碼、工 藝方案評價等四個應用代理，以KQML規(guī)范作為系統(tǒng)的通信語言，借助于協(xié)調(diào)者代理的通訊服務，使各個 代理協(xié)作完成各自的任務。 在研究汽車覆蓋件及其模具的成形性分析、成本估算中，利用基于實例推理的思想，建立了一套汽 車覆蓋件及其模具的編碼系統(tǒng)，通過編碼將與覆蓋件及其模具成形性、成本

17、密切相關的覆蓋件特征和模 具特征表達出來，采用層次分析法建立了相關系數(shù)模型，成功實現(xiàn)了相似度的量化計算；采用基于相似 度的相似檢索方法檢索出相似覆蓋件及其模具的成形性解決方案和成本估算，利用交互方式和指數(shù)平滑 法分別完成了對覆蓋件及其模具的成形性分析和成本估算。 對于汽車覆蓋件沖壓工藝方案評價，本文利用模糊數(shù)學理論的模糊綜合評價方法，建立了評價因素 集，確定了因素的權(quán)重系數(shù)和因素的隸屬度，建立了汽車覆蓋件沖壓工藝方案評價模型。 最后，論文詳細介紹了數(shù)據(jù)庫的組織及系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)方法，介紹了基礎數(shù)據(jù)庫的管理和設計原則 ，同時給出了系統(tǒng)各個功能的工作界面。 本課題的研究將促使汽車覆蓋件及其模具DFM技術的進一步發(fā)展和應用，將多代理技術引入到DFM系 統(tǒng)的研究中，具有一定的理論意義和實際應用價值。 7.學位論文 吳永明 智能化面向制造設