基于零部件优先级的尺寸传递方法研究毕业论文

第1章绪论本章首先对课题来源、研究背景与意义进行阐述；其次，分析目前国内外研究现状及存在的问题，对解决问题所使用的相关方法做简要概述；最后给出论文的研究思路与内容。11课题来源本课题来源于国家自然科学基金项目“复杂机械产品混合模型中尺寸约束与传递方法研究”（NO50975183）。12课题研究背景与意义121课题研究背景零部件优先级是在处理产品变型过程中，根据零件功能和装配要求决定各个零件进行变型以适应产品需求的优先顺序，而零件尺寸的优先级别是在变型尺寸传递过程中，确定尺寸传递先后顺序、保证零件类型和变型的完整性。零部件优先级作为目前应用于复杂机械产品中确定零部件变型设计顺序的主要依据，其确定方法的研究对于变型设计及相关研究的进展有着重要的意义。复杂机械产品是零件数量庞大、产品结构层次多且零部件之间约束关系复杂的产品。零部件数量一般都超过一千，且只要零部件数量也要在几百以上。在变型设计的过程中，一个零件的尺寸变化往往会导致其他多了零部件的变化，而且这种尺寸的变化会根据零部件间的约束关系相互传递下去。如果把复杂产品中所有存在变型关联关系的零部件都用线连接起来，那就会形成一张错综复杂的复杂变型关系网络。关系网络中的各个零部件之间存在着复杂的尺寸和结构装配等约束关系，在变型设计过程中，修改其中一个或几个零部件的尺寸就可能会引起多个零部件尺寸的变化，甚至可能引起零部件之间的尺寸冲突。因此要对尺寸传递中零部件间的约束关系、传递方法、传递路径和尺寸传递冲突进行研究。复杂机械产品通常包含多种类型零件，而且不同类型的零件在变型设计过程中所需采用的尺寸约束满足与尺寸传递策略也不同。如何建立有效的理论和分析方法，解决不同类型的零部件在变型设计过程中的尺寸约束和尺寸传递问题已经成为了目前的一个重要课题。本文将围绕这一问题开展研究，尝试通过不同类型零件具有不同尺寸约束满足优先级别的思想，提出基于优先级的尺寸传递研究方法。在此基础上，给出复杂机械产品混合模型尺寸约束传递模型，并对模型中的尺寸冲突进行检测和相应的求解。变型设计是基于产品工作原理、基本功能定义不变的情况下，通过对现有产品局部结构形状或部分参数的变异来实现产品特定功能的要求，从而满足客户个性化需求。因此，变型设计已成为企业快速响应市场需求的重要技术。产品的变型分为几何参数变型和结构配置变型。几何参数变型会引起产品零件形状尺寸或装配尺寸的变化，而不影响产品的结构和功能，而产品结构配置的变化主要是指根据客户个性化需求对产品零部件的选配或者零部件配置数目的变化，它往往会导致产品的局部结构发生变化。建立产品零件之间的尺寸约束和尺寸传递关系、研究参数传递理论和方法是本文需要解决的关键问题。122课题研究目的与意义本文所进行的研究属于大规模定制技术领域的前沿性基础研究，通过解决复杂机械产品混合模型中变型设计的尺寸约束和传递问题、零部件优先级别问题以及尺寸冲突解决问题，可为变型设计提供新的理论和方法。从而提高企业对市场要求变化的快速响应能力、提高了产品生产效率。大批量定制对企业的资源重用提出了更高的要求，即不轻易重新设计新的零部件，尽可能重用已有的零件或在已有零件的基础上进行变型设计。这样既可以减少零件数量，降低客户定制过程中的零件多样性，又可提高产品可靠性和可维护性，优化了设计过程。由于复杂机械产品是由多种类型零件组成的复杂系统，因此，迫切需要考虑给出有效的理论分析方法来解决这种情况下的产品变型设计问题。这是大规模定制领域中变型设计方法研究的一个新课题。对大规模定制下变型设计理论和方法的研究具有前沿性和探索性，在理论和应用方面都有十分重要的意义。变型设计方法是连接企业生产和客户需求的纽带。变型设计方法和技术大都是围绕着客户需求所给出的设计信息进行的，建立产品变型主模型以及基于产品变型主模型的变型设计方法和过程是企业如何实施其产品的变型设计的关键。根据客户的需求和概念设计，确定定制产品设计参数信息，通过修改产品变型设计主模型的参数值和尺寸关系，生成相似的产品和零部件。变型设计方法能够快速地设计产品原型，降低设计成本，保证产品质量，是实施大批量定制生产的关键技术。本文旨在针对机械产品零部件尺寸传递建立一套基于优先级别解决方法，弥补以往产品变型设计中在尺寸传递方面存在的理论和方法的不足，进一步发展大规模定制的变型设计理论与应用。通过对零件进行分类，并研究零件特征及零部件装配信息，对不同类型的零件给出不同的变型策略和机制，提出不同类型零件的尺寸约束满足优先级别关系，建立尺寸传递约束关系网络，并进行冲突求解。同时结合比较成熟的复杂网络理论，提出一套较为完整的理论框架，以理清变型设计产品中不同的零件类型及其优先级别对尺寸传递约束关系网络的影响，确定尺寸传递顺序和零部件的变型尺寸对其他零件形状和装配效果的影响，即明确产品变型原因、变型方式、变型路径及变型范围。通过上述问题的解决，确定各个路径中零部件变型设计的先后顺序，为变型方案的确定提供了依据，有效减少了设计工作中的重复和冗余，提高了工作效率。为解决基于优先级的变型设计和尺寸传递提供了理论依据和技术支持，进一步完善大规模定制的变型设计理论和方法。13国内外研究现状及存在的问题131国内外研究现状产品变型设计是在保持产品基本工作原理不变的条件下，为满足特定的功能和要求或用户个性化需求，对产品的某些局部结构形式、尺寸进行调整、修改，从而得到新产品。机械产品中，为了实现产品预期功能要求，各个零件之间根据功能需要采取不同的联接方式进行装配，只要两个零件之间存在装配关系，那么两零件的配合表面对应的尺寸之间就形成了一定的约束关系。同时由于这种配合需要和尺寸约束关系，使得一个零件尺寸的变化必然会引起与其配合的零件尺寸的变化，并一直向下一个零件传递下去。因此，如何正确合理地建立零件间的尺寸约束和传递关系，是变型设计中需要解决的关键问题。然而，由于产品中零件种类繁多，零件类型不同，产品模型中零件之间的尺寸约束和传递关系也不同，相应的变型设计方法也会有所不同。目前，关于变型设计的理论和方法主要有基于参数设计和变量化设计方法的变型设计19、基于事物特性表的变型设计方法1015、基于关系产品模型的变型设计方法1617、基于装配模型的变型设计1819、基于实例推理的变型设计方法2024、基于特征的变型设计方法2528、基于模块化的变型设计2930、等。这些关于变型设计的研究，主要是从建立变型设计主模型，以及基于变型主模型的变型设计方法和过程来进行讨论的，而变型设计是一个复杂的问题，设计的内容很多。针对变型设计中的尺寸传递问题，国内外学者从各种方法和角度对其进行了研究。针对零件之间的尺寸约束和传递关系的主要研究有李金华31提出了柔性装配建模思想和自适应变型设计方法，将一般零件模型的主动参数及经分析可能产生装配冲突的关键参数进行定义，将其定义为柔性参数，使成为柔性零件，装配过程中检测已有装配件的装配特征，并利用二次开发模块检测柔性零件柔性参数，比较两者匹配程度，然后确定直接装配或是变型后再装配；刘夫云等3233运用复杂网络技术，将复杂产品抽象成网络模型，进行了零件分析和相关配置技术的研究，并描述了产品族结构中零件之间的尺寸约束关系，分析了尺寸约束传递模型；徐新胜34通过对机械产品变异性控制和制造过程中变异性控制中若干关键技术的研究，实现了大规模定制产品内部的变异性控制、产品结构尺寸关系建模以及未知尺寸的参数估计。方水良35研究了复杂产品变型设计过程中尺寸参数的传递方法和模型，通过规定尺寸数据只能在产品结构模型中纵向传递，而不能横向传递的方法，讲下一级横向约束的参数向上一级转移，有效的降低了变型零件之间的约束复杂性。在复杂机械产品中，往往存在多种不同类型的零件类型，且不同类型的零件需分别以不同的方式参与到产品变型设计过程中，所采取的变型设计策略和方法不同，所引起的问题也不一样。根据不同零件类型的特点，需对零件几何形状、零件参数，建立零部件主模型、产品主结构、2D工程图主模板等进行分析，为产品变型设计做好技术准备。对于不同类型的零件，在变型设计过程中应该采取不同的变型策略和方法。如标准件在变型设计过程中，某些尺寸不能随意变动，否则，变型结果就不是标准件了，需要设计、制造新的零件来代替。通常标准件是一系列规格的零件，在变型设计过程中，标准件也可能会发生变化，但变型后零件还是标准件，只不过是不同规格的标准件。同样，其他类型的零件也需采用合适的变型策略方法。零件之间的尺寸约束关系也有多种，处理完备尺寸约束关系图11A外，还有一个尺寸同时约束其他多个尺寸图11B、多个尺寸同时约束一个尺寸图11C、尺寸之间的循环约束图11D、一个尺寸不受任何约束图11E等形式。复杂产品混合模型的变型设计问题需要依据这些尺寸约束关系类型，对整体的约束关系和尺寸传递进行分析。BCDE之之之之之之之之之之之之之之之之A图11零件之间的尺寸约束形式对于一对多约束和多对一约束的情况，尺寸约束应如何传递、哪条路径优先传递、机械产品中尺寸传递的范围的确定及如何合理控制尺寸传递是本文研究的重点。尺寸传递问题的解决需要引入零部件优先级思想。机械产品中具有多种不同类型的零件，而不同类型的零件在变型设计过程中尺寸约束满足的优先级别也不一样。不同类型的零件根据各自的资源特性，分别具有不同约束满足优先级别。在这种情况下，零件之间的尺寸约束及其传递不再是简单的顺序传递形式，而是具有优先级别限制的，因此，增加了变型实际过程中尺寸传递和尺寸约束的复杂性。可见，混合模型产品的变型设计过程中所涉及到的零件种类多，不同类型的零件具有不同的产品模型和建模方法；在变型设计过程中所采取的变型策略和方法不一样；零件尺寸参数的确定要遵循一定的约束满足优先级别，来分析和处理零件尺寸的传递及其结果。132目前研究主要不足目前，变型设计的方法和理论很多，但大多是在结构变型方面做出的研究，针对尺寸约束及参数传递如何完成的研究仍然比较少。而且，还没有给出一个比较完善的尺寸传递优先级别的确定方法。在复杂机械产品混合模型的变型设计和尺寸约束传递的研究中还需解决以下问题1在产品中，经常需要对产品的部分零部件进行变型设计或修改，当产品中的某个零件的尺寸改变后，其他零部件图和做出相应的改变是变型设计中一个非常重要而又迫切需要解决的问题。即设计阶段中，产品零部件模型发生变型后能得到后续变型设计的响应。2目前的变型设计方法仍然不是很灵活，针对零部件的变型设计方法难以实现对整个产品的变型设计，而针对产品的变型设计方法，又难以支持产品中单个零部件的变型设计。如何建立产品与零部件间定性与定量的关联关系，是完善变型设计的关键。3目前的变型设计方法主要是以产品集合模型作为变型参照，而不是以内在原理为依据，这样的方法在一定程度上限制了变型设计的范围和产品变型的局部结构和拓扑关系，使变型设计局限于尺寸变化。而且如何处理尺寸变型引起的后续零件变型设计及参数变型和尺寸传递的优先顺序也没有一定的理论依据，因此，需对产品中不同约束满足优先级别的尺寸传递进行研究。14解决问题相关方法141变型设计技术1基于参数设计和变量化设计方法的变型设计19参数设计是针对结构形状比较定型的对象用一组参数来约束尺寸关系，即用参数来表示零部件的尺寸及其相互之间的关系。参数的求解比较简单，设计结果的修改受到约束尺寸的驱动。变量设计是参数化设计的发展结果。变量设计在零部件修改方面需要更大的自由度，对产品尺寸和形状需要一组约束才能确定。变量化设计的实质就是通过求解一组约束方程，来确定产品的尺寸和形状。而且变量设计中的约束不仅仅局限在零部件尺寸方面，还包括了工程约束。变量设计的重点是如何通过约束组来表达产品信息以及如何处理这些信息。2基于事物特性表的变型设计1015事物特性表TABULARLAYOUTSOFARTICLECHARACTERISTICS是指表征产品及其零部件的功能、几何形状、制造等特性，并以固定格式表的形式反映出来的信息集合。事物特性表定义了从对象组中表征和区分某个对象的决定性特性，规定了特性数据的格式，是产品的特性数据能够方便地在不同系统间实现交换。事物特性表的每一行代表了一个具体的形状元素或零部件。事物特性表中的每一行可对其表征的对象进行审核，并对其权限进行管理。每个事物特性表都有自身唯一的ID可以与产品数据管理软件相结合。但事物特性表主要针对零件，装配结构中部件较多，事物特性表反映的信息量有限，不能完全反映装配信息。3基于关系型产品模型的变型设计1617在先进的信息理论和计算机技术的支持下，定义和表达重用产品资源所必须的产品数据及数据关系的数字化信息模型，分析信息类型和信息内容，得到关系型产品模型的逻辑结构，即设计模型、工艺模型、制造模型和成本模型。分析设计模型，通过对象的分类框架的建立，来实现对对象的抽象定义，在此基础上来完成对对象的类属模型建立，实现产品快速合理变型设计。4基于装配模型的变型设计1819装配模型通过建立零部件之间的几何模型及它们之间的装配信息描述，表达并维持设计意图、产品原理和功能，是一种支持概念设计和技术设计的产品模型。产品装配模型的建模方法可分为自底向上BUTTONUP和自顶向下TOPDOWN两种。采用自底向上的建模方法，其零部件都是独立设计的，变型设计中不必担心其造型是否受到其他零部件的约束，但难以表达产品的功能信息、装配信息等设计意图。自顶向下的建模方法克服了自底向上建模方法的缺点，设计从产品功能要求出发，选用一系列的零件去实现产品的功能，建立约束驱动产品模型，确定设计参数，通过几何约束求解将零件装配成产品，并可对设计方案进行分析修改，直至得到满足功能要求的产品。5基于实例推理的变型设计2024其基本原理是在实例库中预先存入大量已有的、成熟的实例，根据待设计产品的要求和特征，按照相似度从实例库中检索出最相似的实例，并进行必要的修改、组合和处理，即可形成新的产品设计方案。同时，其中具有可扩展性的方案有可作为新的实例不断更新扩展零件库。142参数化技术参数化技术是指设计对象的结构形状相对比较稳定，可以用一组参数来约束尺寸的关系，参数与设计对象的控制尺寸间存在对应关系，设计结果的修改也受到尺寸驱动的影响3637。参数化技术处理能保存零件的几何信息，还能处理零件几何元素之间的约束关系。参数化技术的基本原理是通过参数驱动完成零件的设计。通过参数驱动，可对零件的几何参数进行参数化修改，但修改的同时还要买足零件的约束条件，即实现约束联动。约束联动是通过约束间的关联性实现的。参数化设计中，零件约束可通过模型特征联动和相关约束联动两种方式进行简化。模型特征联动是保证模型拓扑关系不变的前提下对约束进行驱动；相关参数联动就是建立约束间数值和逻辑上的关联关系，并由此实现驱动。从基于约束的实施方面，参数化技术又可分为基于几何约束的变量几何方法；基于几何推理的人工智能方法；基于构造过程的参数化方法；基于辅助线的参数化方法；基于图形的参数化方法；编程参数化方法。参数化技术的使用，可大大提高设计效率，减少信息的储存量。143零部件优先级评价零部件优先级3840是在处理机械产品变型设计过程中，根据功能和装配等因素决定各个零件进行变型以适应产品需求的优先顺序，而零件尺寸的优先级别是在变型尺寸传递过程中，确定尺寸传递顺序、保证零件类型和变型的完整性。优先级作为目前应用于复杂机械中确定零部件变型设计顺序的主要依据，其确定方法的研究对于变型设计及相关研究的进展有着重要的意义。零部件优先级别思想在工业生产中的主要应用有车间生产中的多目标调度，确定工作流程，合理安排工作和提高生产效率；不同零部件因材料成本、运输成本、保养维护成本、人力成本、加工工艺复杂度、装配难度等属性差异而对选配的影响；多目标多用户加工设计的并行处理等。本文中，通过综合评价求得的零部件优先级，可为复杂产品变型设计和尺寸传递顺序提供理论依据和技术支持。将零件从加工到装配成型及后续维护保养即零件整个生命周期内所受到的约束，转化为对零件各属性的评价指标。通过相关数学算法，确定评价指标集合中各指标的取值，进行综合评定并归并结果，确定零部件中各零件的优先级别，从而为零部件变型设计和尺寸传递提供理论依据。144复杂网络技术复杂网络技术是近年来才发展起来的新理论4143，多用与机械产品零部件分析、产品配置技术和产品模块化技术。网络是节点与边的集合。复杂网络是具有复杂拓扑结构和动力行为的大规模网络，是由大量的节点通过边的相互连接而构成的。根据网络的拓扑结构，可将复杂网络分为规则网络、随机网络、小世界网络、无标度网络和演化网络等。根据网络中边的方向可将复杂网络有向网络和无向网络。根据网络的边是否有权重，又可将网络分为加权网络和无权网络。复杂网络技术已渗透多个学科，并在网络拓扑特性与模型，复杂网络上的传播行为、相继故障、搜索算法和社团结构，以及网络的同步与控制等方面取得了主要研究进展。在机械制造领域，也同样存在着多种网络形式，大到企业合作及供应链网络，小到产品结构网络以及产品尺寸约束关系网络。目前复杂网络可应用于产品模块化分析、零部件通用性比较、网络简单路径搜索及零部件分析和配置技术等。145CAD二次开发技术CAD二次开发技术，是在现有支持软件的基础上进行定制和修改，扩展软件功能扩，使设计质量得以提高的开发技术4445。其目的是提高产品设计质量，缩短产品生产周期，最大限度发挥CAD软件的功能。目前主要的开发工具有两大类一类是第三方工具，如开发AUTOCAD的VBAVISUALBAISCFORAPPLICATION技术、基于C语言的OBJECTARX技术、基于NET语言的二次开发技术和用于SOLIDEDGE开发的VB模块等；另外一类是CAD软件本身所提供的开发平台，如PROE提供的PRO/TOOLKIT和UG提供的UG/OPENAPI等。CAD软件二次开发是以交互式图形系统为支持，通过用户语言控制进程，以高级语言为系统连接及数据库转换的枢纽，开发一个包括参数化设计零件、交互式编辑图形、数据的系统管理为一体的CAD软件系统。15文章研究思路与内容151本文主要研究思路1理论上寻求一种基于零部件优先级的产品变型设计中尺寸约束、参数传递及冲突解决的理论。2方法上提出变型设计过程中合理的零件类型定义和划分；确定不同零件在变型设计过程中的优先级及各参数的提取问题；研究产品中尺寸约束类型和约束关系；提出基于评价指标体系并对零件进行综合评价从而确定零部件优先级的方法；基于零部件优先级思想，建立产品结构模型、尺寸传递约束网络并提出冲突解决方案等。152本文主要研究内容本文研究内容在分析复杂机械产品中各类零部件装配关系的基础上，以JD型单缸柱塞计量泵为例，将产品中的组成零件划分为不同的零件类型，定义不同类型零件的变形参数及其在变型设计过程中具有不同的尺寸约束满足优先级别，具体工作如下1复杂产品变型设计分析，包括零部件分类、零部件建模与变型机制和零部件约束关系；2建立零部件优先级评价指标体系，运用优先级评定方法，确定零部件优先级别；3通过复杂网络技术，建立尺寸约束关系网络模型，对模型中的冲突进行检测和消解。153论文总体结构论文总体结构图如图12所示。第一章绪论基于零部件优先级的尺寸传递方法研究研究现状提出问题第一章零部件变型及约束关系分析第三章零部件优先级的确定第四章尺寸约束传递网络模型分析及冲突检测第五章产品实例验证及系统实现知识背景关键技术应用实例图12论文结构体系与框架图按照论文结构框架，本文按如下书讯进行论述第一章绪论主要介绍课题来源、研究背景、国内外现状、研究意义、目前存在的不足以及解决问题所用到的理论方法，最后通过论文框架图展示论文的主要研究内容和思路。第二章零部件变型及约束关系分析针对产品变型设计中的零件进行分类，确定不同类型零件的变型策略，并对产品结构进行分析，确定零部件间的关联关系，并由此确定基于装配关系的产品主结构模型。最终建立基于尺寸约束及参数传递的产品结构模型。第三章零部件优先级的确定引入优先级的思想，通过建立零部件优先级评价指标体系，进行优先级别综合评定，从而确定不同零件尺寸满足优先级别。第四章尺寸约束传递网络模型及冲突检测通过复杂网络技术，将产品中零件间的约束关系和参数传递抽象成网络模型，并对网络模型中的冲突进行分析、检测和求解。第五章基于零部件优先级尺寸传递系统实现在零件分类及其变型分析、零部件优先级的确定及建立尺寸关系约束网络模型的基础上，通过PRO/E二次开发技术，完成基于零部件优先级尺寸传递系统开发及系统中各组成部分与功能模块的设计。16本章小结本章叙述了变型设计中参数约束及尺寸传递的相关技术和研究内容，论述了变型设计方法、尺寸约束及参数传递的国内外研究现状，提出了当前基于零部件优先级的变型设计中尺寸传递存在的主要问题，介绍了论文的课题来源、选题意义、主要研究内容以及总体结构。第2章零部件变型及约束关系分析本章首先根据变型设计尺寸约束及参数传递的特点，对JD型单缸柱塞计量泵泵体中的零件及其参数特征进行划分。其次，针对产品中不同类型零部件分别采取不同的建模方式，并对其变型策略进行深入的研究。最后，对基于变型设计的产品进行零部件尺寸约束关系及零部件装配关系的分析，由此构建出产品的整体结构和约束关系。21零件分类与零件特征划分描述211零件的定义与划分零件类型是零件资源按照不同技术范畴进行分类的概念化抽象，其目的是建立零件领域知识无歧义的技术分类。目前零件资源分类主要有以下三种461按产品结构特征分类，其特点是从产品部件零件的隶属关系角度分类。由于零件的本质特征并不是隶属关系，所以在其他部件在需要该零件时则需要通过“借用”的方式来使用，从而产生复杂的零件关系。2按功能用途分类，该分类方法主要依据零件的用途、功能、任务对零件进行分类，形成面向对象的零件族分类层次结构。但面向对象的零件族层次结构比较复杂，在零件分类模型建立后不便于扩展，而且考虑到分类中出现的多重继承关系最终导到处一些分类歧义问题出现。3按成组技术分类，利用成熟的成组技术进行零件资源分类，通过详细描述零件的结构特征，有助于组织相似零件成组生产，还能为CAD图库的管理、CAPP的输入提供基础信息。但传统的成组分类主要是从零件加工的角度考虑零件分类问题，没有提出更广泛意义上的零件分类方法，使其它特征无法检索。支持变型设计的零件资源应该是分类明确、无歧义的，却具有一定的通用性和可扩展性，能最大范围的满足不同用户和要求的零件。不同的应用领域和使用环境，零件的分类方法不同，建立有效的适合于零件尺寸参数传递的零件分类方法是研究尺寸参数传递的基础。针对变型设计的特点，在零件ABC分析的基础上，结合零件的功能用途和基于尺寸参数传递特点，将零件分为标准件、相似件和复杂件。标准件其结构简单，已有国际或国家标准对其规范，约占零件总数的2025，零件形状固定，尺寸参数系列化，不需要重新设计，查表选用即可，进行传递的尺寸不可任意改动，需按照标准进行变型，变型后为不同型号的同类标准件。相似件其结构复杂程度中等，在机械产品中品种多，数量大，尺寸和和形状可在一定范围内变化，变型设计后形成在形状和尺寸上略有差异的零件，且保持功能相同，占零件总数的70左右。复杂件其结构比较复杂，专用性强，仅占零件总数的510，由于其尺寸数量繁多且尺寸之间约束关系复杂，故变型设计较为复杂，应尽量避免其发生变型。JD型单缸柱塞计量泵泵体结构如图21所示，产品零件及其在图中的编号为1进出口法兰、2螺母M16TH、3垫圈16、4螺栓M16、5阀组、6液缸体、7限制板、8隔膜、9限制板、10限制板垫、11缸盖、12螺钉M30TG150、13垫圈30、14阀座、15阀座垫、16阀座套A、17阀弹簧、18阀座套B、19锥阀、20阀座套C、21六角螺塞M2125TG、22螺塞垫、23柱塞、24柱塞衬套、25螺母M24TH、26垫圈24、27螺栓M24TG80、28隔环、29填料、30填料压盖、31填料压盖螺母、32挡油环。根据上述零件分类标准，泵体零件分类如表21所示。图21JD型单缸柱塞计量泵泵体结构图表21JD型单缸柱塞计量泵泵体零件分类零件类型零件编号结构复杂程度变型方式及复杂程度标准件2,3,4,12,13,21,25,26,27结构简单根据尺寸要求在同标准系列中进行变型，变型简单相似件1,5,7,8,9,10,14,15,16,17,18,20,22,23,24,28,29,30,31,32比较复杂对原有零件使其形状和尺寸在一定范围内变化，变型相对复杂但操作性强复杂件6,11,19结构复杂变型复杂需尽量避免212零件特征分类与描述一个零件所包含的信息包括总体信息如零件名称、材料和图号、结构形状、尺寸、表面粗糙度、公差、热处理以及技术要求等方面的信息。根据分类学的定义，特征是指从对象组中表征和区分事物对象的决定性性质，反映了事物对象在形状、功能、材料及用途等方面信息。零件特征具有以下特性1标识特性，描述对象不受应用环境影响的性质，该特性的改变可导致所描绘的事物系另一对象。2关联特性，用于描述对象和应用环境相联系的性质，该特性要依赖于反映应用背景的参数特性。3参数特性，反映对象能够“存在”的应用环境。可以把零件特征分成五种类型总体信息特征，形状特征，材料特征，技术特征和精度特征。特征分类与描述如表22所示。零件总体信息特征描述零件的总体类型、零件名称、材料、图号等管理信息以及未标注公差、未标注粗糙程度等技术信息。零件形状特征描述零件的名义形状。形状特征是零件特征中的主要特征，是构造零件形状的基本单元，不同的形状特征在构造零件的几何形状、满足零件的功能要求和制造要求中所起的作用不同，形状特征又分为主特征、辅助特征、组合特征、阵列特征、特殊特征和基准特征。其中主特征是描述构造零件的整体形状结构，是零件的基本形状；辅助特征是依附于每个主要特征表面上的零件特征信息，用来对主特征进行局部修饰。特征对象与特征对象之间主要有五种关系邻接关系、继承关系、从属关系、阵列关系和参考关系。零件精度特征有关零件加工终了的实际形状与名义形状之间的差别或限制,如尺寸公差、形状公差特征。零件技术特征描述零件的局部热处理要求、表面粗糙度等信息。零件材料特征包括材料类型、材料机械性能等信息。表22零件特征分类表特征类型特征描述总体信息特征零件的总体类型、零件名称、材料、图号等管理信息以及未标注公差、未标注粗糙程度等技术信息形状特征描述零件的名义形状。形状特征是零件特征中的主要特征，是构造零件形状的基本单元，又分为主特征、辅助特征、组合特征、阵列特征、特殊特征和基准特征。精度特征有关零件加工终了的实际形状与名义形状之间的差别或限制,如尺寸公差、形状公差特征技术特征零件的局部热处理要求、表面粗糙度等信息材料特征材料类型、材料机械性能等信息213零部件参数分类零部件参数分析的目的在于对零部件参数进行分类，并在零部件参数中提取能直接驱动零部件变型的参数。零部件的尺寸参数分类方法有很多种，但本文主要从两方面考虑对尺寸参数分类1按照零件之间的关联关系出发将参数主要分为四类全局主参数、局部主参数、辅助参数、独立参数；其参数分类遵循的原则是影响多个零部件结构的尺寸参数为全局主参数；只决定本零部件结构的尺寸参数为局部主参数；由全局主参数和局部主参数推导或计算出的结构尺寸参数为辅助参数；独立但不影响其它零部件尺寸变化的参数为独立参数。2从尺寸参数在变型设计过程中的变化情况，可以将尺寸参数分为不变参数、可变参数、导出参数三种类型。其中，不变参数是指在零件的各种变型中始终保持不变的参数；可变参数是指在随着零件变型的过程中可以改变的参数，它往往是主要驱动零件变型的参数，即驱动参数；导出参数是指通过相关的数学关系式计算出来的参数。以6液缸体和23柱塞分别代表复杂件和相似件来对参数类及零件内部尺寸驱动进行说明。液缸体和柱塞零件及其参数如图22AB所示。柱塞与液缸体之间存在装配关系，根据上述定义，图22中参数D，L和D1是全局主参数也是驱动参数，而P1、L1、P2、P7、P8、J1，J2和A等是局部主参数，也是导出参数，如，8QDUZK，等都是通30SN4LS142D24QC81D过驱动参数算出来的，而柱塞的参数是不变参数，也是无关参数。式中，Q流量，A活塞柱塞截面面积，S活塞行程，N往复次数，K作用数，Z液缸数，流量系数，排挤系数，U活塞运动速度。A柱塞零件参数B液缸体参数图22零件参数分析通过对零件的分析，从零部件模型到反映零部件模型的各个特征，再到构成特征的各几何元素，可将零部件分为模型层、特征层和元素层。零部件模型结构关系如图23。模型层主要反映零件结构、功能要求等主体信息，描述零件的结构、特性、技术要求以及各个零件之间的装配关系等，是零件在宏观上的实体表现，是我们掌握零件信息并深入研究的基础。特征层是在模型层的基础上，对零件的体系进行分析的核心层，描述组成零件的特征和各个特征之间的关系，是我们分析零部件的关键。元素层是模型的底层，也是对于零件信息细化的一层，通过几何元素和装配要求为基础来描述零件特征的几何信息，反映零件点、线、面的几何拓扑信息。零部件模型零件特征描述模型信息描述装配描述几何元素装配要求模型层特征层元素层零件描述特征分类特征关系零件分类图23零部件模型结构关系22零部件建模与变型机制221零部件建模方法在零件分类的基础上，标准件是结构简单，零件形状固定，尺寸参数系列化，不需要重新设计，查表选用即可，提高了产品设计效率。在整个产品中使用率较高，采用基于事物特性表进行参数化模板建模，并提取其驱动参数。相似件主要采用参数化特征模型的方法，主要通过对驱动参数的修改来完成相似件的参数化设计，其中驱动参数主要由产品的设计参数来决定。在建模时零件的尺寸的形成主要由两种方式，一种由系统根据零件的特征自动生成，如拉伸距离、打孔深度或倒圆角的半径等；另一种可由用户通过标注来指定特征尺寸，如绘制零件特征时的用户标注等；在对相似件进行零件建模时，通过前边对零件参数进行的分析，初步确定零件的驱动参数零件的不变参数及导出参数，在参数化特征建模时，利用驱动参数及不变参数来驱动整个零件模型的生成。复杂件主要由于其结构形状不固定，建模时采用参数化特征建模。参数化特征建模方法一般用于创建结构形状不固定、尺寸参数变化的零件模型。因此，不同类型的零件具体建模方法及参数特点如表24所示，表24不同类型零件的建模方法零件类型建模方法参数特点标准件基于事物特性表的参数化模板建模参数系列化、特征参数固定相似件参数化模板建模或参数化特征建模驱动参数、不变参数及导出参数复杂件参数化特征建模设计参数、导出参数222零部件变型机制零件类型不同，其尺寸参数也必然不一样，相应的变型策略和方法也不一样。比如标准件、通用件在变型设计过程中，其尺寸是不能随意变动的，否则，变型结果就不是标准件了，需要重新设计、制造新的零件来代替。因此，将会大大增加变型产品的成本，同时降低变型设计过程的效率。通常标准件是一系列规格的零件，在变型设计过程中，标准件也可能发生变化，但变型后的零件应该还是标准件，只不过是不同规格的标准件，这样可以大幅度减少产品开发过程中的设计、制造时间和成本，从而快速响应客户需求，加快产品上市时间，降低产品成本。相似件在变型设计过程中，首先通过在数据库中进行相似性搜寻，在产品配置允许的情况下，选择企业信息资源库中已有的零部件模型信息；当企业信息资源库中无法满足客户需求时，根据已有且相似度最大的零部件进行零部件结构参数的变型修改，通过参数化变型设计完成。但必须根据已完成变型的标准件为前提进行相似件的变型设计，这样可以保证相似件与标准件相关联的需求。复杂件是满足产品特殊的结构及性能需要，在整个产品中使用频率较低的零部件，由于其独特性，在变型设计过程中为了降低成本、节省新模具或机加工时间，尽可能少采用这样的零部件，但为了满足客户个性化需求，在变型设计过程中，可以在已有复杂件的零部件库中寻找最为相似的零部件模型信息，必须保证先满足标准件及相似件已完成变型后装配关系及产品性能的前提下，通过参数驱动来完成复杂件的变型设计。其中，标准件、相似件、复杂件的变型策略如表25所示。表25不同类型零件的变型策略零件类型变型策略零件模型特点标准件选择型号最接近的零件系列化资源相似件选择最相近的参数化特征模型或参数化模板模型离散性资源复杂件选择参数化模板离散性资源223零件特征信息模型零件信息模型不仅对于零件自身信息的表达有着重要的意义，还影响之后应用其信息的CAM/CAPP等软件。零件特征信息模型中，特征是模型的基本单元，并以特征为中心分层表达，由零件特征的属性、约束、参数及特征间的关系完整描述，如图24所示。零件特征1特征2属性参数约束特征关系图24零件特征信息模型特征属性包括零件特征的名称、位置和形状等；特征参数表示零件特征的取值；特征约束是保持零件几何模型不变的依据；特征关系是描述特征间的位置、约束、层次等关系。形状特征是零件特征信息模型的关键，特征间的关系也主要体现在形状特征之间。零件中形状特征间的关系包括空间位置关系LOCATIONRELATION、布尔运算关系BOOLEANRELATION和层次关系HIERARCHYRELATION。形状特征间的空间位置关系是指形状特征间的集合尺寸和距离位置关系。形状特征间布尔运算关系是指形状特征之间的布尔加运算和布尔减运算。形状特征间的层次关系包括平行关系和依赖关系两种。依赖关系是指一个特征对另一个特征的依赖，若特征A依赖于特征B，则特征B在被删除时，特征A也随之消失。这种依赖关系存在于形状特征之间，如某几何体以某一截面为基准，截面被删除，几何体也随之消失。特征间的依赖关系具有传递性。平行关系是指几个形状特征都具有相同的依赖关系。而且，具有依赖关系的形状特征之间的建模顺序不能互换，具有平行关系的形状特征之间的建模顺序可以互换。以JD型单缸柱塞计量泵液缸体为例，如图25所示。孔1和实体2为平行关系，共同依赖于实体1；孔2、孔3、孔4、孔5和实体3为平行关系，共同依赖于实体2；孔6依赖于实体3。实体1实体2实体3孔1孔2孔3孔4孔5孔6实体1孔1实体2孔2孔3孔4孔5实体3孔6B依赖于A布尔加运算布尔减运算图25液缸体零件特征关系图224零件库技术零件库是一个可通过计算机处理零件数据表达和交换，并支持零件重用、数据检索和变型设计的工具。通过零件库，在产品的开发设计中能方便地重用零件库中的零件信息进行零件的变型设计，这样不仅减少了大量的零件设计、绘图、工艺设计等工作，而且由于新零件种类的减少，降低了产品成本。同时，对经过生成实践检验的零件产品的变型使用，可快速形成可靠的变型产品设计方案，提高了产品设计的可靠性和敏捷性。一个能适用于多个CAD平台、方便不同类型零件的变型设计，零件库需具有以下功能1支持重用。零件库的开发主要的目的是最大限度的重用现有的零件资源，零件的重用又包括零件的重复使用和零件的变型使用。其中，零件的变型使用是通过对已有零件根据设计要求所进行的变型设计来完成的。为实现零件的变型设计，零件库要对零件进行分类管理，并提供相应检索功能。同时，零件库生成的零件也都是参数化的，并记录零件模型建立的信息。2支持扩充。零件库应提供新设计零件的添加功能，是零件库不断有新的零件储备。并且在使用过程中，要求支持新的CAD平台。采取模块化设计可方便新平台的加入。针对零部件分类及不同类型部件的建模方法的基础上，利用产品装配关系及广义模块化技术的特点，对零部件进行分类建模的方法。在装配过程中通过零部件的信息模型资料检测零部件的相似度，从而提取相似零部件并进行下一步的变型。零部件参数化建模主要通过三维软件进行实体创建，直接利用三维软件自身所带的参数化程序进行设计，根据零件的结构特点及在产品中的位置关系，通过对零部件自身的尺寸参数进行分析，按照零部件的信息模型方式对零部件进行定义，并将其信息保存在产品的数据库中。23零部件约束关系分析231零部件参数关联分析参数分析是在产品模块化的基础上，理清产品各组成模块之间、模块内子装配体之间、模块内零件与子装配体之间、模块内零件之间的尺寸约束关系。参数分析包括产品总体参数分析、零部件参数分析和参数间的关联分析。参数间关联分析零件内的参数关联是单个零件中个尺寸之间的关联关系。关联是指事物之间所具有的彼此约束的关系。参数关联分析的目的是建立参数间的联系，分为零部件之间的参数关联和零件内部的参数关联两部分。零部件间的参数关联通过模型本身的装配关系来确定，而零件内的参数关联可以通过CAD系统的相关功能来实现。参数关联设计的目的就是要实现自动响应相关联的零部件的变更，以保证设计结果的一致性。实现关联设计的关键还是要解决相关参数在零件间、部件间以及零件与部件间的传播与求解。这种关联具有双向性，即对相关零件的任何一个零件进行修改时，都会引起其它零件的连锁反应。在参数建模及零件库建立技术中，有单个或多个尺寸驱动整个零件的参数变化已成为一项比较完善的技术。由此可见，在零件内部的确存在一定的参数关联。零件内部参数又可细分为作为驱动零件变化的主参数，跟随主参数变化而变化的从属参数和始终保持不变的独立参数。零件之间，由各自的主参数作为关联媒介，从而在零部件和产品级实现参数建模和变型设计。主参数的确定，在本质上就是有多种因素确定的参数优先级别，而零部件间的优先级别也是基于各零件优先级的整合和排序，找出最优方案。232零部件装配关系分析机械产品中，为了实现机器预期的功能要求，各个零件之间需要根据完成的不同功能而采取不同的联接方式进行装配，有的需要动联接、有的需要静联接、或者零件之间需要保持一定的位置关系等。只要两个零件之间存在装配关系，那么两零件的配合表面对应的尺寸之间就形成了一定的约束关系。在变型设计中，由于这种配合需求和尺寸约束关系，使得一个零件尺寸的变化必然会引起与它相配合的零件尺寸的变化，并一直向下一个零件传递下去。当某个零部件的参数发生改变时，与该参数直接或间接相关的零部件如何做出相应的修改是变型设计中迫切需要解决的问题。因此，首先对机械产品的装配关系分析是解决尺寸参数传递的基础。一般机械产品中存在的装配关系如图26所示。装配关系铆接粘接焊接型面联接过盈配合花键联接销链接键联接螺纹联接插入相切对齐运动关系联接关系位置关系相对运动链传动带传动螺旋传动齿轮传动蜗杆传动平动机械传动转动配合关系间隙配合过渡配合可拆联接不可拆联接匹配同轴定向图26机械产品中的装配关系装配模型内零部件间的装配关系反映的应该是实际产品的配合定位关系，在实际产品的装配过程中可以把装配关系分为位置关系、联接关系、配合关系和传动关系等四类。但装配模型所包含的并不仅仅是存在于装配模型中的各个零部件信息，还有用来描述各零部件之间装配关系的信息，包括装配体零部件之间的层次、位置、配合、联接等约束关系。因此，零件之间的装配关系也就确定了零件之间的几何约束关系，包括几何形状和几何尺寸约束。L位置关系用来描述产品中两个零部件之间的相对位置关系，如同轴、插入、相切等。通过定义零部件之间这些关系可以表达机械零部件之间的空间位置关系和配合关系。2联接关系主要用来描述装配零部件之间的联接方式，主要包括螺纹联接、键联接、销联接、型面联接、焊接、铆接等，而其中的一些联接关系又可以分为多种，如销联接又分为圆柱销和圆锥销联接。3配合关系主要描述产品零部件之间的配合紧密程度，如间隙配合、过渡配合、过盈配合等。零部件之间的配合关系既可以描述配合的性质，也可以量化的表示配合的程度。4运动关系主要用来描述装配零部件的运动方式和传动关系，如曲柄旋转运动、活塞轴向往复运动、齿轮齿条传动、链传动、螺旋传动等。装配关系的零件约束放置主要包括匹配、对齐、插入、相切、线上点、曲面上的线等。匹配约束用来使选定的两个参照彼此相对，按照偏移类型又分为重合、定向、偏距三类。对齐约束用来使选定的两个参照朝向相同，也分为重合、定向、偏距三类，但相配合的对齐参照必须类型相同。插入约束用来讲一个旋转曲面插入到另一个旋转曲面中，并且使它们各自的轴同轴。相切约束用来控制两个曲面在切点处的接触。线上点约束用来控制边、轴、基准曲线和曲面与点之间的接触。曲面上的线约束用来控制曲面与平面便捷之间的接触。装配关系的连接类型主要有刚性连接、销钉连接、滑动杆连接、圆柱连接、平面连接、和球连接。刚性连接是将两个零件粘结在一起，完全控制6个自由度，是元件在装配中完全被约束。销钉连接是使用轴对齐和平移两个约束来限制元件5个自由度，仅留一个旋转自由度，以便元件可以绕一根轴做旋转运动。滑动杆连接是使用轴对齐和旋转两个约束来限制元件5个自由度，仅留一个沿轴向的平移自由度。圆柱连接是使用轴对齐约束来限制元件4个自由度，使元件沿指定的轴线平移并能绕轴线旋转。平面约束是使用平面约束来限制元件的3个自由度，保留两个平移自由度和一个旋转自由度，使主体可在一个平面内相对运动并相对于垂直该平面的轴旋转。球连接是使用点对齐约束来限制元件的3个自由度，保留3个旋转自由度，是元件可在任意方向上旋转。24零部件装配关系网络及产品结构分析机械产品变型设计中，变型过程的实质是变型参数在整个产品模型中的传递，最终反映到某些零部件的变型上。机械产品建模的过程一般是自底向上的建模过程，而变型设计过程往往是自顶向下的进行参数驱动。因此，产品的建模结构层次越多，零件越在建模结构的底层，变型设计的工作量就越大。而且建模结构层次过多，又往往会造成不同层次之间的变型零部件难以协调而产生冲突。因此,为了有利于变型设计过程中尺寸参数的合理传递，在产品建模过程时，应该减少产品结构的层次，减少参数传递链的长度和复杂程度。零部件之间由于存在各种装配关系和装配尺寸约束关系，使得零部件之间的参数关联关系构成了一个复杂的结构关系网。以JD型单缸柱塞计量泵阀体为例，剖面图如图27所示，若两零件的参数具有关联关系，就用双向箭头将它们连接起来，那么零件之间实际存在的关联关系如图28所示，双向箭头所连接的两个零件之间都具有尺寸关联，这是一个复杂的关系网络。法兰接管法兰接管法兰压板阀座套B阀座套C阀座套A锥阀阀座图27JD型单缸柱塞计量泵阀体剖面图法兰接管法兰压板接管法兰阀座阀座垫阀座套A阀座套B阀座套C锥阀图28阀体零部件关联关系上述零部件关联关系只描述了零件之间的约束存在关系，并没有定性定量的给出分析。零部件之间的尺寸参数之所以具有关联关系，其主要原因在于零部件之间存在各种装配关系和装配尺寸约束关系，且这些约束关系及其所构成的尺寸传递链在变型设计中所起的作用仍有待研究。因此，不仅需要在分析产品中存在的装配关系类型和合理的产品模型结构的基础上，根据变型参数及其关联关系建立一个既规范又有效的变型参数传递结构，还需确定尺寸传递的优先顺序，以解决产品中变型零部件之间的协调问题，为产品变型设计的程序开发提供一个可靠、准确的数据传递通道，从而最终实现产品的快速变型设计。产品结构分析包括产品的几何形状、约束、拓扑关系、运动关系、性能描述和工艺参数等。而又产品拓扑关系引出的产品模块、零件、尺寸及其之间的约束关系和分类即产品零件尺寸整体关系模型图如29所示。产品几何形状约束拓扑关系运动关系性能描述工艺参数产品主参数及相关性能参数产品零件树形结构外观描述产品工作原理及预期效果圆周往复几何装配功能模块模块分类基本模块必选模块可选模块装配关系位置关系连接关系运动关系配合关系对齐匹配插入相切固定点在线上线在面