產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)與形位公差并行設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、從設(shè)計(jì)的角度講，概念設(shè)計(jì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中對(duì)產(chǎn)品的創(chuàng)新性影響最大；而從制造的角度講，公差是影響產(chǎn)品可制造性、可裝配性及生產(chǎn)成本的重要因素。如果能夠?qū)⒍呔C合起來考慮，就可以在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的同時(shí)保證設(shè)計(jì)方案的可行性，從而減少設(shè)計(jì)反復(fù)，有效縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期。為此，本文在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目：產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)與公差同步綜合進(jìn)化設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用研究(項(xiàng)目號(hào)：50475129)的資助下，開展了產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)與形位公差并行設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的研究。 本

2、文的主要研究?jī)?nèi)容和進(jìn)展如下： 系統(tǒng)綜述了國內(nèi)外計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)、公差設(shè)計(jì)及兩個(gè)領(lǐng)域集成設(shè)計(jì)研究的現(xiàn)狀。為解決目前概念設(shè)計(jì)階段集成公差設(shè)計(jì)中存在的問題，借鑒生長(zhǎng)型設(shè)計(jì)方法，利用其在產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及表達(dá)方面的潛力，研究實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)與形位公差并行設(shè)計(jì)的理論和關(guān)鍵技術(shù)。 在理論方面，在詳細(xì)論述功能表面、概念產(chǎn)品和分解重構(gòu)原理的基礎(chǔ)上，提出了產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)與形位公差并行設(shè)計(jì)的理論架構(gòu)：面向設(shè)計(jì)過程的功能分解、產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)

3、型設(shè)計(jì)及產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)與形位公差并行設(shè)計(jì)機(jī)理。面向設(shè)計(jì)過程的功能分解與生長(zhǎng)型設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，將當(dāng)前設(shè)計(jì)步驟中能夠?qū)崿F(xiàn)的功能隨時(shí)映射為具體結(jié)構(gòu)；產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)型設(shè)計(jì)是一個(gè)功能表面表達(dá)的功能零件不斷分解重構(gòu)的過程，利用數(shù)學(xué)方法描述了這一過程。功能表面為“功能-結(jié)構(gòu)”映射提供了載體，其幾何屬性使公差可以直接定義到概念結(jié)構(gòu)中，支持了公差集成設(shè)計(jì)。功能零件的分解重構(gòu)使產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)以可操作的方式進(jìn)行，解決了概念設(shè)計(jì)過程難于控制的問題；提出了概念結(jié)構(gòu)與

4、形位公差并行設(shè)計(jì)的機(jī)理，通過功能驅(qū)動(dòng)下的、功能零件與公差的同步分解重構(gòu)實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)過程。依據(jù)功能、結(jié)構(gòu)和公差信息在設(shè)計(jì)過程中的相互關(guān)系，給出了概念結(jié)構(gòu)與形位公差并行設(shè)計(jì)的過程模型。 在技術(shù)方面，建立了支持概念結(jié)構(gòu)與形位公差并行設(shè)計(jì)的功能、結(jié)構(gòu)和公差信息模型。采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)定義了包含功能、行為和狀態(tài)信息的產(chǎn)品功能模型，它能夠描述產(chǎn)品功能間的層次和前后關(guān)系，并能夠與對(duì)應(yīng)的功能表面或功能零件相聯(lián)系，從而支持了面向設(shè)計(jì)過程的功能分解。在

5、廣義定位原理的基礎(chǔ)上，定義了功能模式，為功能模式推理和功能零件的分解重構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)定義了功能表面類、零件類和產(chǎn)品類，構(gòu)建了基于功能表面的產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)層次模型。建立了單一公差項(xiàng)目表示模型，統(tǒng)一描述結(jié)構(gòu)中的各種形位公差類型?；诮Y(jié)構(gòu)層次模型建立了由單一公差項(xiàng)目模型組成的產(chǎn)品層次式公差模型，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與公差信息的集成。 將面向設(shè)計(jì)過程的功能分解與生長(zhǎng)型設(shè)計(jì)結(jié)合起來，共同完成產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。借鑒質(zhì)量功能配置的思

6、想，建立了功能分解質(zhì)量屋以實(shí)現(xiàn)面向設(shè)計(jì)過程的功能分解。采用基于規(guī)則的產(chǎn)生式推理方法實(shí)現(xiàn)功能模式的推理，建立了功能模式推理規(guī)則庫，在此基礎(chǔ)上研究了功能零件的生成過程。功能模式推理將功能分解與功能零件的分解重構(gòu)聯(lián)系起來，使功能在分解的過程中能夠同步驅(qū)動(dòng)概念結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 提出了與概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并行的形位公差綜合技術(shù)。根據(jù)功能表面定位功能的不同，定義了其相應(yīng)的自由度。在此基礎(chǔ)上分析了功能表面間的幾何約束，通過約束與公差的對(duì)應(yīng)關(guān)系生成結(jié)構(gòu)需

7、要的形位公差類型。提出了基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)約束的三維公差鏈自動(dòng)生成方法，由功能模式基準(zhǔn)框架的標(biāo)準(zhǔn)化、約束變動(dòng)關(guān)系鏈生成、形位公差類型及公差鏈生成4個(gè)部分組成。利用公差積累運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和遺傳算法進(jìn)行了公差的計(jì)算和優(yōu)化。建立了以公差為主要指標(biāo)的概念結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用模糊評(píng)價(jià)法對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。 在上述理論和技術(shù)的基礎(chǔ)上，基于MDT平臺(tái)開發(fā)了支持概念結(jié)構(gòu)和形位公差并行設(shè)計(jì)的Darfad-Tolerancing系統(tǒng)。以活塞精鏜銷孔夾具為例，詳