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1、 I摘 要 工艺设计是覆盖件产品开发的核心环节之一它直接关系到产品的质量成本生产效率和模具的寿命汽车工业的高速发展对覆盖件工艺设计提出了越来越高的要求提高工艺设计集成化系统化和智能化程度实现经验设计向科学设计的飞跃是研究人员多年追求的目标近年来计算机软硬件技术图形学技术人工智能技术和板料成形理论的发展和交叉集成开创了利用智能化方法进行覆盖件成形工艺设计的新领域显著提高了设计的效率和质量减少了开发的周期和成本其成果对推动我国汽车工业和模具工业的发展起到至关重要的作用本文在全面回顾和分析覆盖件工艺和模具设计 CADCAECAPP 技术发展现状的基础上将基于知识的工程Knowledgebased E
2、ngineeringKBE方法引入覆盖件修边工艺智能设计将面向对象方法基于规则推理和基于模型推理综合应用于修边工艺设计研究开发了覆盖件修边工艺智能设计系统 作者探讨了基于知识工程的基本过程特点和关键技术将知识工程与三维造型系统相结合通过三维设计系统和设计知识之间的迭代实现产品功能信息在设计各阶段各部分之间的传递指导和控制设计过程文中阐述了智能化修边工艺设计的相关理论在分析了覆盖件冲压产品及其模具设计过程和相互约束关系的基础上提出了覆盖件修边工艺的智能化设计思想实现了对模具修边工艺设计过程的控制和优化 作者建立了基于知识的模具修边工艺智能设计模型该模型采用知识工程的方法表达模具修边工艺设计过程各
3、部分间的层次关系和设计准则是智能设计过程的核心和关键基于 UG 平台建立了覆盖件修边工艺设计原型系统运用特征识别知识定义和规则推理等技术实现了覆盖件修边工艺设计并用实例进行了验证 关键词覆盖件 修边工艺 智能化设计 基于知识的工程 工序件设计 IIA b s t r a c t Process planning is one of the key issue in the development of auto panels. Challenges and pressures from growing globalization of markets have forced automotiv
4、e enterprises to shorten their product development cycle and reduce costs by means of increasing uses of high-tech and new processes .Now auto panel process planning and die development are undergoing a historical transition from trial-and-error-based art to math-based and technology-driven. Utilizi
5、ng intelligent, integrated and systematic methods, the knowledge-driven trim-process planning system will take a huge leap leading to an innovation design system, which can increase design quality and efficiency effectively while reducing development time and costs dramatically . Due to complexity o
6、f auto panel die design, there is an increasing need for integration for artificial intelligence, such as knowledge-based systems, harmonious and the designer intelligence to speed up design process. Therefore, based on the research CAD/CAE/CAPP of auto panel dies, it is proposed to establish a know
7、ledge-based system to fully support auto panel process planning. According to different design tasks and knowledge types, object-oriented method (OOM ) ,rule-based reasoning ,model-based reasoning are integrated and applied in the intelligent auto panel process planning system developed by the autho
8、rs. The author builds an intelligent trimming process design model based on KBE. This model uses the methods of knowledge engineering to express the design procedure and rules, which is the core of the intelligent design. Reasoning is used to perform section design rules in trim process design, whic
9、h reduces manual intervention and increases the intelligence degree. Based on the platform of UG, the author has set up a prototype design system of panel trim process planning. By means of feature recognition, feature definition and rule reasoning, etc., the system realizes the functions of panel t
10、rimming process planning, and is proven to be practical by several planning cases. Key words: panel panel trimming process intelligent design knowledge based engineering workpiece design 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果尽我所知除文中已经标明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体 均已在文中以明确
11、方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密在_ _ _ _ _ 年解密后适用本授权书 本论文属于 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名 指导教师签名 日期 年 月 日 日期 年 月 日 11 绪 论 1.1 课题的来源目的和意义 本课题来源是“十五”国家科技攻
12、关计划课题项目编号2001BA205B09关于大型复杂件工艺智能设计系统关键技术研究关于工艺设计的一部分 汽车工业是国民经济的支柱产业21世纪的汽车制造业将面临全球范围的市场竞争更加激烈的竞争态势要求大大缩短汽车新产品的开发周期大型汽车覆盖件模具的设计制造是汽车制造业的核心技术之一也一直是制约我国汽车工业发展的一个瓶颈环节在这方面我国与工业发达国家相比还有相当大的差距虽然改革开放以来我国已能生产奥迪捷达大众和富康等轿车但生产这些轿车的覆盖件模具几乎全部依赖外国进口即使是我国自行开发的车型特别是轻型车大部分关键性覆盖件模具也是进口的花费大量外汇我国汽车年产量在“十五”末期将达到300万辆由于汽车
13、换型周期越来越短每年平均将有15个当量车型更换每个车型平均约需大中型覆盖件模具260套 进口一套模具平均价格为10万美元 因此我国汽车工业对覆盖件模具的需求量很大市场十分广阔但国内模具设计制造周期太长制造质量和可靠性较差汽车生产厂家无法接受随着中国加入WTO的成功要求汽车工业在未来五年内必须有新的关键性的突破汽车工业的发展形势要求我们尽快攻克汽车覆盖件模具设计制造的核心技术形成汽车覆盖件模具的自主开发能力和足够的生产能力,推动我国汽车工业和模具工业的发展 汽车覆盖件工艺及模具设计是一个包含了对知识的继承集成重用创新和管理的复杂过程 将优化设计方法和基于知识的方法(KBE)引入覆盖件冲压工艺设计
14、后跨领域专家的经验与知识共享能够使得设计更具有创造性和预见性领域知识在整个产品生命周期内的一致性保证了产品开发的成功率大大缩短了模具开发周期使设计模式向着“设计-分析评价-优化-设计”的自适应方向发展促使从经验设计向科学设计的飞跃是覆盖件冲压工艺设计的发展方向也是使其摆脱依赖经验的有效途径在理论突破和实践创新上具有深远的意义 21.2 覆盖件冲压工艺CAPP的发展现状存在的问题及其发展趋势 1.2.1 覆盖件冲压工艺CAPP的发展现状 传统的工艺设计主要由技术人员凭经验来保证工艺设计的要求 在考虑了产品成形的可能性和结构的合理性后进行手工设计 而没有制定一套完整的工艺数据管理方法和操作性设计准
15、则 随着工程问题复杂性的增加和工艺设计规范性要求的提高 这种设计方法的不足显露无疑并且逐步被计算机辅助工艺设计CAPP的方法所替代大型复杂冲压件的工艺设计因其自身特点的复杂性 其工艺设计本身就是一个在不断探索和完善成熟的过程 它的计算机辅助设计也是一个更复杂而有待不断探索的过程 同时在长期的生产实践中人们也积累了大量的经验规则和成功与失败的实例 这些定量和定性的知识为在该领域开展计算机辅助工艺设计奠定了基础 基于知识的工程方法学自80年代以来就一直是人工智能研究领域内最为活跃的分支之一它是通过知识驱动和繁衍对工程问题和任务提供最佳解决方案的计算机集成处理技术由于汽车覆盖件工艺及模具设计过程是一
16、个包含了对知识的继承集成创新和管理的复杂设计过程将KBE技术引入该领域后跨领域专家的经验与知识共享能够使得设计更加富有创造性和预见性而且领域知识在整个产品生命周期内的一致性保证了产品开发的成功率大大节省了覆盖件模具开发的周期下面将概述基于知识的金属板料和覆盖件成形工艺CAPP系统的研究现状 1.2.1.1 汽车覆盖件冲压工艺性分析的研究现状 传统的工艺性分析主要依靠个人的经验通过粗略分析零件的几何特点材料特性等做出定性分析结论随着计算机技术的融入提出了力学模拟法(Dynamics Simulation)几何模拟法(Geometry Simulation)专家系统(Expert System)等方法借助计算机辅助分析的方法在一定程度一定范围内做出了一些定量的分析结论但还是无法解决汽车覆盖件冲压工艺性分析中的一些根本性问题 随着零件信息模型从几何模型到特征模型的发展出现了将产品可成形性分析按特征分解细化基于零件工艺特
