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

1、從設(shè)計的角度講，概念設(shè)計在產(chǎn)品設(shè)計過程中對產(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，就可以在實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的同時保證設(shè)計方案的可行性，從而減少設(shè)計反復，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基金項目：產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)與公差同步綜合進化設(shè)計理論與應用研究(項目號：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)計關(guān)鍵技術(shù)的研究。 本

2、文的主要研究內(nèi)容和進展如下： 系統(tǒng)綜述了國內(nèi)外計算機輔助概念設(shè)計、公差設(shè)計及兩個領(lǐng)域集成設(shè)計研究的現(xiàn)狀。為解決目前概念設(shè)計階段集成公差設(shè)計中存在的問題，借鑒生長型設(shè)計方法，利用其在產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)設(shè)計及表達方面的潛力，研究實現(xiàn)產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)與形位公差并行設(shè)計的理論和關(guān)鍵技術(shù)。 在理論方面，在詳細論述功能表面、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)計的理論架構(gòu)：面向設(shè)計過程的功能分解、產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)生長

3、型設(shè)計及產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)與形位公差并行設(shè)計機理。面向設(shè)計過程的功能分解與生長型設(shè)計同步進行，將當前設(shè)計步驟中能夠?qū)崿F(xiàn)的功能隨時映射為具體結(jié)構(gòu)；產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)生長型設(shè)計是一個功能表面表達的功能零件不斷分解重構(gòu)的過程，利用數(shù)學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。功能零件的分解重構(gòu)使產(chǎn)品概念設(shè)計以可操作的方式進行，解決了概念設(shè)計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)計的機理，通過功能驅(qū)動下的、功能零件與公差的同步分解重構(gòu)實現(xiàn)并行設(shè)計過程。依據(jù)功能、結(jié)構(gòu)和公差信息在設(shè)計過程中的相互關(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，并能夠與對應的功能表面或功能零件相聯(lián)系，從而支持了面向設(shè)計過程的功能分解。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。建立了單一公差項目表示模型，統(tǒng)一描述結(jié)構(gòu)中的各種形位公差類型。基于結(jié)構(gòu)層次模型建立了由單一公差項目模型組成的產(chǎn)品層次式公差模型，實現(xiàn)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與公差信息的集成。 將面向設(shè)計過程的功能分解與生長型設(shè)計結(jié)合起來，共同完成產(chǎn)品概念結(jié)構(gòu)的設(shè)計。借鑒質(zhì)量功能配置的思

6、想，建立了功能分解質(zhì)量屋以實現(xiàn)面向設(shè)計過程的功能分解。采用基于規(guī)則的產(chǎn)生式推理方法實現(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)動概念結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 提出了與概念結(jié)構(gòu)設(shè)計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應關(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)計約束的三維公差鏈自動生成方法，由功能模式基準框架的標準化、約束變動關(guān)系鏈生成、形位公差類型及公差鏈生成4個部分組成。利用公差積累運動學模型和遺傳算法進行了公差的計算和優(yōu)化。建立了以公差為主要指標的概念結(jié)構(gòu)評價標準，采用模糊評價法對設(shè)計方案進行評價。 在上述理論和技術(shù)的基礎(chǔ)上，基于MDT平臺開發(fā)了支持概念結(jié)構(gòu)和形位公差并行設(shè)計的Darfad-Tolerancing系統(tǒng)。以活塞精鏜銷孔夾具為例，詳