面向制造的钣金零件设计

1、面向制造的钣金零件设计李峰摘要周雄辉）一并以钣盘零件与实蒯，建立娘型（上海交通大学塑性成形工程系本文提出了并行工程王：境面句制造的设计方法设景统采用特征技术和人工智能技术以受蘑向对象的方法其中主要解决钣金件基于特征的产：品建模发面向对象的知识表达以及零件早期设计的评价关键词并行工程面向制造设汁谩堡知匠表达、面向对象一，引言在传统的产品开发过程中，从设计到制造过程，步臻是串行的一个产品被设计者月：发出来他也许对产品的制造和装配过程不是很熟悉，另一方面，设计师与别的工程师来自很好地联系，因此，开发出的一些产品可能会在装配或制造过程中发现些闻题，在定条件下，产品零件很难制造。据资料介绍，产品设计只占

2、产品成本的，但它决定的总制造成本和的产品质量与性能所以，为了提高产品的可制造性，在设计时考虑制造和装配的要求，在它们之间，进行信息联系和反馈是非常广泛和必要的。面向制造的设计（）是并行工程的一种设计方法，即严品设计与工艺设计并行进行的种没计方法。垒面评价产品没计和工艺没计，并提供改进的反馈信息。及时改进没计，保证产品没计，工艺没许和制造一次成功，越达到降低产品成本提高产品质量，缩短产品开发周期的目的因此，开发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环境下面向制造的设计方法金零肄为实测建立原型设计系统，、牛且以敷二关键技术钣金件产品建模钣金零件的特点钣金零件是一种被广泛应用于机电，

3、轻工，汽车等行业朗零件、它一般可台为三类：平板类、弯曲类、成形类。这些零件都是由乎板毛坯经渖切及变形等冲压加工方式硼工出来的，它们与一般机加工方式加工出来的零件存在若很大的差别在中压加工方式中，弯曲变形是使钣金零件产生复杂空间位置关系的主要加工方式而其它加工方法一一般只是在平扳上产生凸起或凹陷以及缺口、和边缘等形状。这一特点是在建立钣金零件造型系统时所必须注意的。钣金零件产品建棱在模具设计过程中，钣盘零件的形：漩是模具设计的主要液据，它决定了模具的总奉结构和形状。而钣金零件的尺于公差刚影响着模具工作部分如凸凹摸等）形状的尺寸及公。另外材料、形位公差及技术耍求等对梗具的工乍部件有较大的影响。因此

4、钣金零模型除应包含形状信息外还必须包含零件的尺寸譬差、精度，材料以及妓术要求等信息，这样才能保证模具设计结果的准确性钣金零件摸型是后续模具设汁应用程序所需各种信息的裁体，这就要求零件模型能够反映出钣金零件的特点，具体地说就是要反映出钣金零件的工程语义，使模具设计应用程序可以理解并方便地提取出所需要的信息另一方面，钣金零件一般具有复杂的空间位置关系，只有根据钣金零件的形状特点进行构造，才可能简化用户的操作目前，已有针对钣金零件特点丽提出来的几何造型方法，主要有钣金零件的几何造型和钣金零件的几何造型。前者包括编码法、面素拼合法和交互尺寸输入法等；后者有弯曲变换拼合法、体素拼合法等方法上述所有造型方

5、法存在的共同缺点是当定义出错时，修改非常麻烦，甚至可能需要重新输入所建立的零件模型，包含的信息也不完备，特别是缺少有关工程语义信息。当零件复杂时，造型过程也非常繁琐因此耍建立一个即反映钣金零件特点又能满足并行设计要求的钣金零件模型，采用特征造型技术是一个有效的办法它除了能提供钣金零件的完整的信息模型外，而且还可以较好地解决现有一些几何造型方法所存在的问题目前一些商用的造型系统如、等都是采用特正造型方法来建立模型进行零件的表达在本文所研究的课题中，选用作为特征造型建立钣金零件产品模型的设计平台，并且引进参数化技术，特征具有参数化的性质，其属性以参数的形式来表达设计师预先建立特征库，其中包含常用钣

6、金零件的特征，如平板（）、孔（）以及各种形式的檀（）等，堤计时通过鼠标等设备从屏幕的特征库中选取所需要的特征，然后按照要求输人有关的属陛参数，按此办法依次输人组成零件的各种特征，特征间进行加减等布尔运算，最后建立了基于特征的零件模型评价设计工程师用特征来建立产品模型，产品信息（表达了产品特征及特征间的关系）在没计早期阶段提供给评估系统，进行可制造性评价，评价系统针对单个特征及特征问关系，从数学分析和制造规则两个方面来进行评估，评价结果反馈给设计者，对不合理的地方提出修改建议基于数学模型的分析评价借助于数学模型在设计早期阶段，计算和预测应力、应变、回弹等变量，来完成机械和成彤性能分忻例如，对于弯

7、曲特征，可以建立准确的数学模型计算最大应力和应变，以捡验所提供的材料是吾能达到强度要求，也可以计算出弯躏力，以检验现有的制造资源（压力矾）能否满足弯曲要求。因此，所有这些计算工作的目的，都是为了在设计的早期阶段评价所设计的零件是否满足可制造性的要求。基于知识的评价因为利用分析模块，对所有的钣全零件特征都建立准确的数学模型是非常复杂的，也是不实际的。在设计中，经常遇到一些设计经验和制造规则，这些经验和规则是在长期的生产实践中总结出来的，难以用数学方法进行表达，要借助于知识表示方法例如孔特征，萁孔径相孔间距离的最小条件是根据经验得出来的，对于这些启发性的知识，不能用数学公式模型来计算，而必须采用人

8、工智能中知识工程的表达彤式目前，人们提出了许多识表示方法，诸如产生式规则、框架结构、语义网络、辑等方法在本系统用产生式规则方法来表达启发性经验知识，其结构为：（）（）其中为前提条件，为结论面向对象的知识表达方法在钣金零件产品建模的特征造型方法中，以特征为处理对象，板金件由特征组合而成每个特征是一个独立的信息体，即包括构成该特征的几何信息，又包含材料、精度等其它信息因此，把特征作为研究问题的对象，采用面向对象的技术方法来表达这些知识面向对象（，简称）的方法是以对象作为分析问题和解决问题的最基本单元，围绕着对象的描述、静态和动态属性的表达以及相互之间的关联开展研究的因此，方法很自然地复合人的认识规

9、律，更容易为人们所理解和掌握。在面向知识的表达中，对象是知识的基本单元，以框架结构来表示对象，丽对象的数据或属性用槽值来表示下图为对象表达的基本框架。由图可见，对象框架主要由四类槽组成：）关系槽表达对象与其它对象之间的静态关系（）属性槽表达对象的静态属性对象的静态属性是用来描述对象的特征值，（）方法槽面向对象的知识表达方法中，对象的静态属生及其操作作为个有机的整体来表示在具体知识表达过程中，对象的操作以方法槽的形式出现方法过程体用来表示对象的动态行为特征，处理过程性知识，如淀计计算、建立数学模型等（）规则槽产生式规则能很好地表达专家经验、具有启发性而没有很好的数学模型表达妁动态设计知识面向对象

10、的知识表示方法中，规则作为知识对象的一个部分，存储在对象框架槽中接照面向对象的知识表达方法，采用框架来表示镊金件特征对象，用槽来表示该特征所具有的不同属性特征的静态属性，如弯曲半径、弯曲角度可以用静态槽来表示；特征之间的相互连接构成钣金件的整体，这种相互之闻的连接关系用关系槽来表示：对特征评价中的数学分析所涉及到的计算、过程处理、数学模型，都以方法槽形式来表达；而设计经验和制造规则等启发性知识，以产生式规则袭示，存放在该特征对象的规则槽申。因而，一个特征对象包含了该特征的所有相关知识，形成一个独立封闭实体，对象通过发送和接受消息与其它对象相联系一一三系统介绍本文中的框架系统建立了整个并行设计的

11、活动模型，整个设计活动共分为四个步骤：初始零件概念设计；产品建模和表示；，面向制造的设计评价；优化设计设计工程师首先形成一个概念产品设计，然后用特征设计来建立和表示产品模型，产品信息（表达了产品特征及特莅间的关系）在设计早期阶段提供给评估系统，进行产品设计的可制造性评价，评价系统针对单个特征及特征闻关系，从数学分析和制造规则两个方面来进行评估，评价结果反馈给设计者因为本系统是在设计早期阶段用来辅助设计者，所以它仅仅提供初始信息和评价结果，以减少发生在下游制造活动中的错误完成了早期的设计评价功能后，将进行产品设计的优化本框架系统非常灵活，能够扩展，再加入别系统框架结构一的功能，如：面向装配的设计

12、、面向质量的设计等如上图所示系统框架结构，主要由四个横块组成：（）特征库利用特征库中的参数化特征元素建立钣金件产品模型，特征库是开放的，用户可以通过人机界面来定义和修改特征，不断丰富特征库（）基于数学模型的分析模块（）基于设计经验和制造规则的知识库模块。（）集成模块主要负责各个模块间的信息流动，例如从产品特征模型中抽取特征信息以便传送到评价模块系统选用作为设计平台，显示和修改零件设计图形四总结本文在特征产品模型基础上，运用人工智能和面向对象等先进技术，将评价准则引入产品设计阶段，通过超前的可制造性分析，使设计者能在产生设计时汁算其工艺矬和可制造性指标，不至于到产品开发的下游工艺设计或制造阶段发

13、现设计问题再反馈修改，产品的可制造性在设计中得到保证，提高了产品的设计质量，缩短设计周期，向并行工程的实现迈出了尝试性的一步具有一定的理论意义和实践意义参考文献一、，茼罐辉等并行上程环境下的模具制造，模具上业，。印一江云等，并行技术在摸具设计制造中的应用模具技术，浙江大学学报(工学版2002,36(3 为适应面向制造的设计( DFM对工艺设计提出的新要求,在传统的工艺设计方法中引入并行工程的 理念,提出了一种新的工艺设计模式-并行工艺设计模式(CEPP.它包含宏并行设计与微并行设计两个方 面,在宏并行设计方面,强调CAD与工艺设计的同步进行,交互往复;在微并行设计方面,强调工艺设计内部 的分布

14、式并行工艺问题求解技术.论文应用特征造型理论和合弄制造系统理论分别对宏并行设计和微并 行设计中的关键技术-零件建模和合弄工艺设计进行了详尽的研究讨论. 5.学位论文 樊洪波 面向并行工程的零件可制造性评价研究 2003 在对国内外可制造性评价技术研究的基础上,该文的工作主要从四个方面展开.第一,对可制造性评 价的信息需求进行建模.以特征技术为基础,面向对象的编程机制为手段,建立了面向制造的三层次(即零 件层、特征层、几何层零件模型;同时进行了面向制造的资源建模.第二,通过细化循环,采用分层递阶 的评价策略,分两层(零件层和特征层四个阶段(零件初评价、特征初评价、特征详细评价和零件总体评 价建立

15、可制造性评价指标;第三,以评价指标为基础,分别提出了基于规则的结构工艺性评价方法、基于 规则和模糊综合评判定性和定量相结合的加工可行性评价方法、以及基于实例和特征的加工成本估算方 法;最后,以Solidworks为开发平台,VB6为编程工具,初步构建了面向制造的回转类零件可制造性评价系 统,它们验证了该文评价指标和评价方法的实用性和可行性. 6.学位论文 田峰 基于多代理的汽车覆盖件及其模具DFM系统研究 2005 并行工程是当今研究中的热点问题，面向制造的设计(DFM是并行工程的重要内容和关键技术之一 ；多代理系统是当今国际上研究的热点之一，因其具有自治性、交互性、协作性、通信性等特点，可用

16、 来解决生产制造领域中的分布、动态和柔性等问题；把多代理技术引入到DFM系统中，突破了传统DFM的 体系结构，增强了系统的灵活性和稳定性。 本文首先探讨了DFM系统和多代理技术的理论，分析了汽车覆盖件及其模具在设计、制造过程的特 点，提出了基于多代理的汽车覆盖件DFM系统的体系结构，通过建立成形性分析、成本估算、编码、工 艺方案评价等四个应用代理，以KQML规范作为系统的通信语言，借助于协调者代理的通讯服务，使各个 代理协作完成各自的任务。 在研究汽车覆盖件及其模具的成形性分析、成本估算中，利用基于实例推理的思想，建立了一套汽 车覆盖件及其模具的编码系统，通过编码将与覆盖件及其模具成形性、成本

17、密切相关的覆盖件特征和模 具特征表达出来，采用层次分析法建立了相关系数模型，成功实现了相似度的量化计算；采用基于相似 度的相似检索方法检索出相似覆盖件及其模具的成形性解决方案和成本估算，利用交互方式和指数平滑 法分别完成了对覆盖件及其模具的成形性分析和成本估算。 对于汽车覆盖件冲压工艺方案评价，本文利用模糊数学理论的模糊综合评价方法，建立了评价因素 集，确定了因素的权重系数和因素的隶属度，建立了汽车覆盖件冲压工艺方案评价模型。 最后，论文详细介绍了数据库的组织及系统软件的实现方法，介绍了基础数据库的管理和设计原则 ，同时给出了系统各个功能的工作界面。 本课题的研究将促使汽车覆盖件及其模具DFM技术的进一步发展和应用，将多代理技术引入到DFM系 统的研究中，具有一定的理论意义和实际应用价值。 7.学位论文 吴永明 智能化面向制造设