（机械制造及其自动化专业论文）汽车覆盖件模具智能化设计向导系统研究.pdf

中文摘要 中文摘要 汽车工业是国家支柱产业，汽车覆盖件模具是制造汽车车身的重要工艺装备，汽 车覆盖件模具行业是汽车更新换代的关键行业之一；汽车覆盖件模具具有精度高、形 状复杂、结构尺寸大、单件生产以及配合协调性要求高等特点，如何实现汽车覆盖件 模具的快速响应设计是中国汽车工业面临的一个重要问题。 系统分析了汽车覆盖件模具设计、制造面临的问题，并在此基础上回顾了c a d 及 基于知识工程( k b e ) 的研究现状。为了提高汽车覆盖件模具设计效率与设计质量，本 文采用面向对象技术、网络技术及模块化技术，将知识工程应用到覆盖件模具设计 中，提出了汽车覆盖件模具快速响应设计的一种解决方案一智能化设计向导系统，对 智能化设计向导系统的支撑技术、体系结构、组成、智能化原理及工作流程进行了研 究。 根据汽车覆盖件单动拉延模设计的相关经验和规则总结出设计知识与流程，完成 了知识的获取。利用获取的知识建立了汽车覆盖件单动拉延模虚拟智能模型。在此基 础上，开发了汽车覆盖件模具智能化设计向导系统。该系统是一个针对汽车覆盖件模 具设计的专家系统，能够引导与协作客户端设计工程师逐步完成覆盖件模具设计，同 时可以实现某些模具结构的自动设计，从而缩短了覆盖件模具产品的设计周期，实现 覆盖件模具的快速响应设计。 关键词：知识工程：汽车覆盖件模具；拉延模：设计向导；智能模型 a b s t r a c t a b s t r a c t a u t o m o b i l ei n d u s t r yi st h eb a c k b o n eo fs t a t ee s t a t e ，a n dt h ea u t o m o b i l ep a n e ld i ei st h e k e yt e c h n o l o g i c a le q u i p m e n tf o rt h em a n u f a c t u r eo f a u t o m o b i l eb o d y w o r k h e n c et h et r a d eo f a u t o m o b i l ep a n e ld i e si sk e yt oa u t o m o b i l er e v i s i o n s t h ea u t o m o b i l ep a n e ld i ei sc h a r a c t e r e d b yh i g hp r e c i s i o n ，c o m p l e xs h a p e ，1 a r g es i z ea n dh i g hr e q u i r e m e n t so ff i t i t sa ni m p o r t a n t i s s u ec o n f r o n t e db yc h i n e s ea u t oi n d u s t r yh o wt oq u i c k l yr e s p o n s et od e s i g no fa u t o m o b i l e p a n e ld i e s a s y s t e m a t i cs u m m a r yo ft h ep r o b l e m sc o n f r o n t e db yt h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r eo f a u t o m o b i l ep a n e ld i e s ，a n dp r e s e n ts t a t u sa n dt r e n d so ft h er e s e a r c ho nc a da n dk b ea r e d i s c u s s e d t oi m p r o v et h ee f f i c i e n c ya n d q u a l i t yo ft h ed e s i g n ，t h ep a p e ra p p l i e sk n o w l e d g e e n g i n e e r i n g ( k b e ) t ot h ed e s i g no fa u t o m o b i l ep a n e ld i e sb ya d o p t i n go b j e c t o r i e n t e d ， n e t w o r ka n dm o d u l a rt e c h n o l o g y t h ei n t e l l i g e n td e s i g nw i z a r ds y s t e mf o ra u t o m o b i l ep a n e l d i e s ，a sas o l u t i o nt ot h er a p i dd e s i g nf o ra u t o m o b i l ep a n e ld i e s ，i sp u tf o r w a r d t h er e s e a r c h a b o u tt h es u p p o r t i n gt e c h n o l o g y ，t h ef r a m e w o r k ，t h ec o n s t i t u t i o n ，t h ei n t e l l i g e n tp r i n c i p l ea n d t h ew o r k f l o wo ft h es y s t e mi sd o n e t h ek n o w l e d g ea n dt h ef l o wo fd e s i g na r ec o n c l u d e da c c o r d i n gt ot h er e l e v a n t e x p e r i e n c eo fd e s i g no ft h es i n g l ea c t i o nd r a w i n gd i e so fa u t o m o b i l ep a n e l ，a n dt h e nt h e a c q u i r e m e n to ft h ek n o w l e d g ei sc o m p l e t e d t h ev i r t u a li n t e l l i g e n tm o d e li s c o n s t r u c t e d a c c o r d i n gt ot h ek n o w l e d g ea c q u i r e d t h ei n t e l l i g e n td e s i g nw i z a r ds y s t e mf o ra u t o m o b i l e p a n e ld i e si sd e v e l o p e do nb a s i so f t h eu p p e rw o r k ，t h i ss y s t e mi sa ne x p e r ts y s t e me s p e c i a l l y f o rt h ea u t o m o b i l ep a n e ld i e s ，w h i c hc a l lg u i d ea n da s s i s td e s i g ne n g i n e e r st op e r f o r mt h e d e s i g no fa u t o m o b i l ep a n e l sd i e s a tt h es a m et i m et h ea u t o m a t i cg e n e r a t i o no fs o m es t r u c t u r e o fd i e si sr e a l i z e d a sar e s u l tt h es y s t e ms h o r t e n st h ed e s i g nc y c l ea n de n a b l e st h er a p i d r e s p o n s ed e s i g no f a u t o m o b i l ep a n e l sd i e s k e yw o r d s ：k n o w l e d g ee n g i n e e r i n g ；a u t o m o b i l ep a n e ld i e s ；s i n g l ea c t i o nd r a w i n gd i e s d e s i g nw i z a r d ；i n t e l l i g e n tm o d e l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得盔盗盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：廷上搁司签字日期：2 砖叶年月o l 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘注盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：羞玮司固 、7 导师签名：幺 签字日期：2 0 寸年7 月土日签字日期：d 啤年 月乙日 第一章绪论 11 引言 第一章绪论 汽车工业是全球制造业的支柱产业之一，随着市场需求的变化，汽车的 更新换代速度日趋加快，作为汽车车身制造的关键设备一汽车覆盖件模具是 制约汽车更新换代的瓶颈环节，其设计、制造直接制约着汽车工业的发展。 本文针对汽车覆盖件模具结构设计提出了一种可行的、综合性的解决方案， 来引导与协作设计工程师在u n i g r a p h i c s 上更快的、更好的完成汽车覆盖件模 具的设计，从而缩短覆盖件模具的设计周期，提高生产率。 12 汽车覆盖件模具设计、制造面临的问题 传统的覆盖件模具设计与制造过程包括：工艺计划、主模型制造、冲模 设计、工艺模型制造、冲模加工、研配及调试、检测等。传统覆盖件模具设 计、制造流程如图1 1 所示。 图卜l 传统翻盖件模具设计制造流程 传统的模具设计制造方式有以下特点：以主模型作为覆盖件模具的空问基 准：基于主模型和二维车身零件线图进行模具设计；模具设计凭经验进行； 第一章绪论 工艺模型的制造质量决定着整套模具的质量。传统的覆盖件模具设计与制造 过程存在以下问题旷： 1 设计周期长 传统的覆盖件模具设计中，全部分析、设计、绘图工作均由手工完成， 设计时间长，一副复杂模具的设计时间长达3 0 0 4 0 0 设计工时。覆盖件模具 型面复杂，精度要求高，其制造过程包括毛坯准备、工艺模型制造、仿形 铣、修整、装配、调试和检验等工序，制造周期长。 2 信息共享程度底 传统的模具设计依据是车身部门绘制的二维线图和主模型，使得复杂的 空间曲面形状难以表达。要生成n c 代码，还需从线图或主模型上测取数 据，再重新造型生成型面，工作量大，效率低，而且易产生误差。由于车身 设计、模具设计与制造之间信息传递的不合理的形式，大量的时间花在模型 的制造上，山主模型添加工艺补充制作工艺模型；由凸的工艺模型翻制凹的 工艺模型，再由工艺模型仿型加工冲模。这样，原始数据经过多种形式的转 换，各种误差在所难免。只有靠调试阶段手工研配来解决，不但消耗大量的 工时，而且加工出的冲模精度无法保证。 3 凭经验设计，结果难以预测 传统的模具设计缺少定量的设计准则，分析计算十分困难，主要依靠设 计者的经验。零件的成形性能，只能凭经验来评估。能否成形并达到产品设 计要求，很大程度上依赖于模型的反复调试及修改，甚至还存在着彻底推翻 原设计的危险性。 4 工艺设计效率低 冲压工艺设计主要依靠设计者的经验，通过类比进行设计。所得的结果 往往只能使零件可以成形，而没有进行优化设计。在先行的模具制造工艺设 计中，由于产品的多样性和复杂性，加上工艺的标准化、典型化程度低，工 艺规程的编制由人工完成，因此速度慢、效率低。 第一章绪论 1 30 a d 的研究及发展趋势沁” 随着计算机软、硬件技术的发展，c a d 技术自身也在不断发展，并与现 代技术的结合f i 益紧密，以快速响应设计和制造为目标，其发展主要呈现以 下趋势： 1 系统集成化 现代设计系统不再是单一的c a d 、c a m 、c a e 、c a p p 系统，而是支持 产品生命周期全过程的现代设计集成系统n 5 1 。集成化系统已经从传统单一的 信息集成发展到包括信息集成、过程集成、企业集成的系统，并且涉及到许 多技术，如数字化建模、产品数据管理、过程协调与管理、产品数据交换、 c a d 工具、d f x 工具等。 2 虚拟网络化 虚拟网络化就是利用计算机网络实现产品异地系统设计。协同设计是指 在计算机的支持下，各成员围绕一个设计项目，承担相应的设计任务，并行 交替地进行设计工作，最终得到符合要求的设计结果的设计方法。协同设计 支持多学科专家的共同工作，从而大大提高工作效率，缩短设计周期，增强 产品的市场竞争力。 阱同设计的思想源于计算机支持的协同工作( c o m p u t e rs u p p o r t e d c o o p e r a t i v ew o r k ：c s c w ) “。目前，对c s c w 的研究逐步成为热点。国内 在这方面的研究已经起步，c s c w 正从概念走向实用，并初步改变企业技术 管理与组织管理的模式。个人c a d 系统的局限性得到有效改善，信息共享 更加方便快捷。 3 人工智能化 m i t 的研究小组在提出c a d 概念时，对c a d 作了这样的设想：设计者 座在c r r 控制台前，通过人机对话，实现从概念设计到生产设计以至制造的 仝过程，这是种人工智能的设想。目前的c a d 技术主要处理数值型的工 作，包括计算、分析与绘图；对设计活动中的另类符号推理型工作，如方 案设计、选择、评价以及参数选择等，c a d 系统的能力十分有限，需要结合 第一章绪论 领域专家丰富的经验和知识。将人工智能与专家系统技术同传统的c a d 技 术结合起来，形成智能化c a d 系统，使c a d 的应用领域进一步延伸到概念 设讨与方案阶段，是c a d 发展的必然趋势。 当前，c a t i a 、u n i g r a p h i c s 等c a d 平台都提供了k b e 模块，虽然还不 完善，但说明了其是c a d 发展的一个主要方向。 4 设计并行化 在产品设计阶段就考虑产品的整个生命周期( 从概念设计到制造) 中的 所有c a d 系统发展的方向。通过各个环节的并行集成，来缩短产品的开发 时间，降低产品成本，提高产品质量。主要体现为： 1 ) 信息集成发展成为过程集成 信息集成主要针对企业在设计、管理和加工过程中需要对产生的大量数 据进行统。管理。解决大量的自动化孤岛问题，达到正确、高效的数据交换 和共享。过程集成的目的是要达到优化和重组产品的开发过程，其中包括多 学科专家群体的集成。过程集成的主要内容包括：产品开发过程的重组和建 模，以计算机网络、产品数据管理( p d m ) ，建立协同工作环境，实现异地 并行设计，并行设计的使能工具的开发和使用，如d f a 和d f m 等。 2 ) 串行设计发展为并行设计 串行设计各阶段的工作是按顺序方式进行的，形成设计一制造一修改设 计一重新制造的大循环，产品开发周期长，开发成本高，质量无法保证。并 行设计产品开发周期的许多阶段，如需求分析、方案设计、结构设计、详细 设计、工艺设计、生产制造等在时间上有一部分相互重叠，因此与串行设计 相比，产品丌发周期短，丌发成本低，质量有保证。 5 平台微机化 随着计算机硬件的飞速发展，以前的工作站上的大型c a d 系统正逐步 向微机平台转移，采用w i n d o w sn t 操作系统是新一代推出的微机 c a d c a m 软件的共同特点。现在，个人计算机已经具备了与中低档工作站 蠹争的实力，再加上它价格低廉，使得普及c a d 应用成为可能。w i n d o w s 平台上的新一代c a d c a m 软件基本上都采用典型的w i n d o w s 界面和操作规 范，同时由于d d e 和o l e 技术的广泛应用，这些c a d c a m 软件可以与 w i n d o w s 平台的其他软件进行动态数据交换，也可以在不退出c a d c a m 软 第一章绪论 件的前提下嵌入( 或链接) 其它应用程序的对象。原需工作站运行的p r o e ， c a t i a ，i - d e a s ，u n i g r a p h i c s 等大型c a d 软件已被成功移植到微机平台。 当前，微机c a d 系统一般已具有了以下功能：基于特征的三维参数化 实体建模功能；三维参数化及变量化设计功能；复杂曲面的设计功能；装配 设计功能；文档管理和工作流控制功能等。微机c a d 平台能够提供充足的 产品设计解决方案。 6 模块专业化 结合某类产品的设计特点，开发专用模块进行产品设计，是c a d 系统 的另一个发展方向。出现了机械c a d 、建筑c a d 、交通c a d 、纺织c a d 、 航天航空c a d 、汽车c a d 、模具c a d 等专用设计模块。 7 技术标准化“3 在c a d 应用工程实施过程中，国家科技部和国家技术监督局都非常重 视c a d 标准化工作，在“八五”期间组织我国有关单位制订了适用于我国 的指导性文件c a d 通用技术规范，并且在国家“九五”科技攻关项目中 把c a d 通用技术规范制订成国家标准g b 厂r 1 7 3 0 4 。该项目还开展了 c a d 标准体系的研究，其成果收入了g c a d 通用技术规范国家标准的附 录a 。 由于技术的特殊性，c a d 标准体系既包括面向各计算机的信息技术的标 准，也包括面向工程制图、产品定义和建模方面的标准。c a d 技术在不断发 展，c a d 标准体系也不会是一成不变的。“开放”的概念是当前信息技术领 域的重要概念，也是c a d 技术标准化的重要概念。 8 参数化设计技术的再拓展 参数化发计技术作为c a d 技术系统的一个里程碑，使产品参数间建立 关联关系，对产品设计起到至关重要的作用。随着计算机技术的发展，参数 间的关联发展为几何拓扑形状间的关联。其中，u g w a v e 技术的出现是一 个很好的实例，它使产品间可建立点、线、面、体、草图、基准等几何关 系，使产品的c a d 设计技术更进一步。 第一章绪论 1 4 基于知识工程( k b e ) 的设计技术研究的现状 在机械产品设计过程中，需要应用到许多领域的知识，所使用的工具也 有多种，为了达到快速设计的目的，要有先进的设计手段，如各种c a x 工 具，同时更需要充分有效地利用工程专家的领域知识，以及产品设计经验 ( 这些都可以称之为知识) 。k b e 就是这样一种通过结合c a x 与a i ，来改 善产品设计开发过程，加快产品设计速度的技术。k b e 以知识驱动为基础进 行工程设计，将人工智能( 知识库，知识规则，逻辑推理) 与c a d 、 c a m 、c a e 有机结合，使其应用对象从几何造型、分析及制造等扩展到工 程设计领域，使工程设计知识融入c a x 系统。 1 k b e 技术的概念 由于k b e 本身的开放性，目前尚无一种公认的、完备的定义，一些机 构对k b e 的理解如下： 英国c o v e 唧大学认为。7 1 认为k b e 是一种存储并处理与产品模型有关 的知识，并且基于产品模型的计算机系统：是目前促进工程化、实用化产品 开发的最值得注意的软件方法。 美国f o r d 公司的j a p e n o y e r 等人认为”“k b e 应用知识完成任务，这 些知识是特意积累与存储的，并以计算机作为中介。k b e 通常意指使用一些 计算机系统，如专家系统、基于网络的数据库。” 英国c r a n f i e l d 大学的h u i h u al i 认为k b e 是一种特殊的基于知识的系 统，它专注于工程设计以及后继的制造、销售等活动。 美国著名系统集成公司u g s 认为k b e 是获取智能对象或人造物( 如零 件) 的生命周期内实质的方法学，包括操作性、功能性和性能的要求，以及 获取它的进一步变化。u g s 更进一步指出，k b e 是可以记录和重用工程设计 规则的系统、是可以记录和重用工程设计公式的表单、选择和装配相关零件 的系统。 可以说，k b e 就是通过知识驱动，对工程问题和任务提供最佳解决方案 的计算机集成技术。k b e 是领域专家知识的继承、集成、创新和管理。 2 k b e 的关键技术 第一章绪论 k b e 是通过知识驱动，对工程问题和任务进行处理提供最佳解决方案， 其核心在于将知识作为构建k b e 系统的基本单元，因此知识的表示及知识 的获取和使用都是k b e 的重要基础技术。 1 ) 知识的表示 知以多种多样，大体可以分为两个层次，把与问题求解有直接关系的知 识称为对象级知识，而与对象级知识性质和使用方法有关的知识称为元知 识，元知识是关于知识的知识，在复杂问题求解过程中，起到集成、协调、 控制和使用对象级知识的重要作用。 2 )推理技术“” 从逻辑基础上看，常用的推理方式可分为：演绎推理，归纳推理，外展 推理，非单调推理和不精确推理。从推理方法上看，大致分为： ( 1 ) 基于规则的推理( r u l e b a s e dr e a s o n i n g ) 基于规则的推理是指以产生式规则表示知识的推理。由于产生式规则具 有简单、灵活和易于理解的特点，因此广泛用于表达启发性知识。 刘0 二知以的其它表示形式，例如框架、谓词逻辑语义网络等都有相应形 式的推理，但其核心都是演绎推理，在理论上是等价的，可以归入基于规则 的系统范畴。 ( 2 ) 基于模型的推理( m o d e l b a s e dr e a s o n i n g ) 基于模型的推理是根据反映事务内部规律的客观世界的模型进行推理。 其中有多种模型可以利用，如表示系统各部分的部分整体关系的结构模型， 表示各部件几何关系的几何模型，表示各部件的功能和性能的功能模型等； 当然，基于模型的推理只能用于有模型可供利用的领域。 ( 3 ) 基于实例的推理( c a s e b a s e d r e a s o n i n g ) 基于实例的推理是将过去成功的实例存入实例库，遇到新问题时在实例 库中寻找类似的实例。利用类比推理的方法，得到新问题的近似解答，再加 以修改，使之适合于新闻题。 1 5 选题背景和意义 汽车覆盖件模具设计、制造面临着种种问题，尤其是在设计领域。覆盖 件模具设计即模具结构设计是覆盖件模具设计过程中的最重要的环节之一， 与其它机械产品相比，它有两个显著的特点：( 1 ) 模具制造的单件性，每 一套模具基本上是一次新的探索和新的实验，具有试制性，同时又是一个最 第一章绪论 终产品，对设计的可靠性要求很高。( 2 ) 模具设计是以经验为主的，经验 的多少直接影响模具的设计质量和周期，可靠的设计经验和由这些经验总结 而成的设计标准、规范对后来的设计者有很大的参考价值。因此如何提高设 计效率，如何提高设计质量，如何缩短覆盖件模具产品的生命周期，已成为 一个非常重要的问题。 c a d 技术已经广泛地应用到汽车工业的各个领域中，成为现代汽车制造 技术的核心，大大地提高生产效率，模具c a d 技术也取得了很大的成就。 但是，除了某些工艺分析和仿真技术外，模具c a d 的成果并不非常突出， c a d 的巨大潜力远远没有充分发挥。“。目前，国内汽车覆盖件模具c a d 大 多数还停留在以计算机代替手工设计、绘图的层次上，仍以在通用的c a d 软件基础上采用交互绘图或建立模型的方法；因为通用的c a d 支撑软件不 具备某一专业的特征，所以设计效率的提高幅度不是很高，c a d 技术在模具 设计中的应用并没有实质性的飞跃。 解决设计效率与质量的方法之一就是实现模具结构c a d 的智能化与标 准化。以c a d 软件为基础，结合a i ，开发出具有智能的设计系统，来引导与 协作设计工程师更快、更好的完成汽车覆盖件模具设计，从而缩短覆盖件模 具的设计周期，提高设计效率与设计质量。 1 6 课题主要研究内容 研究汽车覆盖件冲压模具的模具结构c a d ，从中总结出设计知识，并且 针对汽车覆盖件模具的特点，应用的面向对象建模技术为模具结构实体建立 信息模型，再根据k b e 的原理，建立起它的智能模型，实现知识驱动，从 而实现智能设计。并且利用信息技术，数据库技术建立一个引导工程师进行 设计的智能化设计向导系统，为我国汽车工业提供先进的技术手段。 第二章汽车覆盖件模具智能化设计向导系统框架 第二章汽车覆盖件模具智能化设计向导系统框架 2 1 引言 针对汽车覆盖件模具设计中存在的问题，提出了汽车覆盖件模具智能化 设计向导系统，阐述了系统智能化原理、体系结构、组成及功能，及系统开 发要涉及到的关键技术，最后给出了目标系统的工作流程。 22 智麓化设计向导系统智能化原理 设计向导智能化系统功能：利用总结出来的覆盖件模具设计知识自动生 成模具结构的某部分和指导工程师进行设计。 图2 一l 智能化设计向导系统智能原理 9 第二章汽车覆盖件模具智能化设计向导系统框架 主要原理是人工智能中的k b e ( k n o w l e d g eb a s e de n g i n e e r i n g ) 。首先由知 识工程师总结出在设计过程中用到的各种知识。由于覆盖件模具设计的复杂 性，设计知识可分为两类，一是可以量化的知识，即可以用公式或数值精确 表示出来的知识，二是不可以量化比较模糊的知识，但能用文字表示出来。 对于第一种知识可利用编程并结合a i 将其融入到智能模块当中去，从而实 现某些部分知识驱动的智能设计。对于第二种知识，可以添加到基于w e b 的 设计向导中去，从而实现知识管理与企业内部知识共享，同时指导工程师怎 样设计，使工程师不仅知道覆盖件模具是怎样设计的( k n o ww h a t ) ，而且 知道为什么要这样设计( k n o wh o w ) ，从而提高设计效率与设计质量。如图2 1 所示。 2 3 智能化设计向导系统的体系结构、组成及功能 设计向导智能化系统是一个包括很多模块的复杂的开放式系统。 1 体系结构 图2 2 设计向导智能化系统的智能原理 整个系统放置在企业局域网中，基于w e b 的设计向导放在局域网的服务 器上，每个工程师可以通过浏览器来访问它，来查看设计准则或设计流程， 并且可以通过它与企业内部其它的工程师进行交流来解决设计上的难题，实 1 0 第一章汽币覆盖件模具智能化设计向导系统框架 现知识共享。智能设计模块嵌入到每个工程师计算机中的u n i g r a p h i c s 当中 实现某些部分的自动设计。如图2 2 所示。 2 系统组成与功能 整个系统由两大模块组成，智能设计模块与设计向导模块。如图2 3 所 不。 智能设计模块能够自动生成覆盖件模具结构中的某些部分，包括自动生 成模架的模块、标准件库和标准特征库。生成模架的模块能自动的生成标准 模架：标准件库，它能够在工程师的要求下自动的生成某些标准件；标准特 征库，能够在 = ：程师的要求下自动的生成某些标准特征。 设计向导模块包括设计流程。设计准则库及标准图形库。设计流程模块 能够向工程师展示某类模具的经过优化的详细设计流程，设计准则库向工程 师提供各种设计准则，标准图形库可以向工程师提供各种标准设计图例。如 图2 3 所示。 图2 3 智能化设计向导系统模块组成 2 4 系统开发中用的关键技术 1 基于o n i g r a p h i c sv 1 8 0 软件的二次开发技术 第二章汽车覆盖件模具智能化设计向导系统框架 作为c a d c a e c a m 的大型集成软件之一，u n i g m p h i c s ( 简称u g ) v 1 80 为用户提供了相应的二次开发工具一u g o p e n “1 ，其主要模块有 u g o p e ng r i p ，u g o p e ng r i pn c ，u g o p e na p i ，u g o p e nc + + ，u g o p e n m e n u s c r i p t ，u g o p e nu i s t y i e r 等几种开发语言组成。其中g r i p 语言是 u n i g r a p h i c s 的内嵌式开发工具；a p i 是基于c 的开发工具；m e n u s c r i p t 用于 进行菜单定制；u i s t y l e r 可进行u g 的可视化设计，是一个基于c 的综合开 发工具；u g o p e nc + + 出现在u g l 6 0 版本以后，为用户提供了开放式的面 向对象的设计工具，并可在v c + + 环境下进行u g 的二次开发。 ( 1 ) u g o p e nc + + u g o p e nc + + 是以c + + 为基础面向对象的开发环境和应用程序接口，允 许通过类继承关系调用该类的方法访问u n i g r a p h i c s 对象及功能，还可以创 建、读取以及控制u n i g r a p h i c s 对象和应用程序。通过扩展类继承标准 u n i g r a p h i c s 对象类，允许定义新对象类，以拓宽u n i g r a p h i c s 应用。u g o p e n c + + 为二次开发者提供了五种类：应用类( a p p l i c a t i o n ) ，对象类( o b j e c t ) ， 模板类( t e m p l a t e ) ，辅助类( h e l p e r ) 和数学类( m a t h ) 。 应用类主要进行对u g 的应用开发进行控制，如程序初始化，异常处理 等。 对象类包括u g 的p a r t 的各种图形对象( p n 线、面、体等) 及对这些图 形对象的操作类，代表u g 的p a r t 类u g p a r t 也属于此类。在u g 的二次 开发中，此类应用的最多。 模板类主要包括字符串( u g s t r i n g ) 和动态数组( u g a r r a y ) 主要用于 输入输出的操作，这些类与c + + 中的标准模板类中的s t r i n g 和v e c t o r 很相似：另外，用来进行u g 对象循环的类( u g l t e r a t i o n ) 也属于此 类。 辅助类用于定义生成其它类实体( 如对象类的样条线) 所需的辅助 点、辅助线等( 如样条线通过的点) 。 数学类包括在u g 中进行一般数学运算的类：例如点、矢量和矩阵等。 利用u g o p e nc + + 类提供的成员变量和成员函数，可在v c + + 环境下对 u g 进行二次开发。u g o p e nc + + 有两种编程模式：内部程序( i n t e r n a l ) 和 外部程序( e x t e r n a l ) 。 内部程序指其产生的代码为只能在u g 内部运行的d l l 文件。其入口函 数为u f s t a 0 或u s u r 0 ，其生成的d l l 文件在u g 环境中调用，可对当前图形 进行实时控制。 第二二章汽车覆盖件模具智能化设计向导系统框架 外部程序指其产生的程序代码为在u g 外部运行的e x e 文件。其入口函 数为m a k - o ，其编译生成可执行文件，可脱离u g 环境运行，但不能对u g 中的图形文件进行实时控制。 ( 2 ) u g o p e n a p i u g o p e na p i 函数库提供一整套用户回调函数，用于访问u n i g r a p h i c s 图 形终端、文件管理器和对象数据库；提供完整的连接库完成连接和运行用户 源程序：提供交互接口以运行用户程序；u g o p e na p i 程序支持c 及c 十+ 语 言，可以以内部( i n t e r n a l ) 与外部( e x t e r n a l ) 两种不同的机制运行，外部 运行机制独立于u n i g r a p h i c s ，并作为u n i g r a p h i c s 的子过程在操作系统下独 立运行：内部运行机制运行于u n i g r a p h i c s 下，随u n i g r a p h i c s 程序一起载入 内存，内部运行机制的优点是可执行程序小且连接快，同时伴随u n i g r a p h i c s 图形交互环境直接修改图形显示结果，使运行结果一目了然。u g o p e na p i 程序通过用户入口函数u f u s r o 进入u n i g r a p h i c s 系统并处理u n i g r a p h i c s 的各 种消息。 ( 3 ) u g o p e ng r i p 触 u g o p e ng r i p 是u n i g r a p h i c s 提供的基于图形交互的编程工具，是图形 交互编程( g r a p h i c si n t e r a c t i v ep r o g r a m m i n g ) 首字母的缩写。g r i p 是一种类 似b a s i c 和f o r t r a n 的解释性的编程语言，允许用户通过调用g r i p 程序 自动完成u n i g r a p h i c s 操作以及相关的模块功能。事实上g r i p 完成的是不同 于图形交互的高级客户化操作。此外g r i p 程序可访问u g o p e na p i 内部调 用机制程序，u g o p e na p i 程序可调用g r i p 程序，极大的方便了二次开发 过程。 ( 4 ) u g o p e ng r i p n c “1 u g o p e ng r i pn c 同u g o p c ng r i p 类似，允许用户以不同于交互方式 完成m a n u f a c t u r i n g 模块中数控编程任务。通过u g o p e ng r i pn c 程序行定 义加工类型、加工参数、刀具、机床以及与数控加工相关的刀具运动参数如 进退刀方式、向量和安全平台等，调用u n i g r a p h i c s 刀位轨迹生成算法完成数 控编程。 ( 5 ) u g o p e nm e n u s c r i p t u g o p e nm e n u s c r i p t 为用户和第三方开发人员提供的基于a s c i i 风格文 件用于编辑和客户化u n i g r a p h i c s 菜单以及菜单选项。通过自定义用户菜单以 及按钮，可实现调用用户程序。 ( 6 ) u g o p e nu i s t y l e r ”。 第二章汽车覆盖件模具智能化设计向导系统框架 u g o p e nu i s t y l e r 是u n i g r a p h i c s 为用户和第三方开发人员提供的可视化 对话框丌发工具，通过可视化以及自动生成部分文件，u i s t y l e r 可加快应用 程序丌发，同时u i s t y l e r 生成的对话框风格与u n i g r a p h i c s 对话框风格完全一 致。此外，u g o p e na p i 函数提供了与u i s t y l e r 的程序接口，使得u i s t y l e r 方便调用u g o p e na p i 程序。 2 基于u n i g r a p h i c sv 1 8 0 软件的知识工程“1 知识工程从根本上说是如何重用，这就涉及到能充分利用任何与最终的 用户产品的生命周期各阶段相关经验，专业知识和别的信息。正如知识被人 所了解的那样，这些知识能以很多形式存在，电子表格、手册、工程公式、 私人软件或人类判断如右手定则。能够创建这些知识库而且容易使用它们， 作为一个产品生命周期辅助工具就构成了知识工程。在整个产品生命周期的 中k b e 的潜力是巨大的，能被有效地应用到从概念设计到制造的全过程。 k b e 能够回答一些传统c a d 系统到目前不能回答的重要问题，例如： 隐藏在设计后面的理念是什么? 违反任何的设计约束条件吗? 这个产品要多少工时与成本? 这个零件能加工出来吗? 这个零件能满足它的性能要求吗? 这个设计是已经最优化或还是有更好的替代方法? ， 所有这些问题实际上都有准确的答案，因为需要的信息或获取它的方法 存在，虽然它存在于不同的组织中，以不同的形式存在。缺少的是一种能管 理本质上不同的信息技术，并在生命周期能容易得到。 3a s p 技术 a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) 是微软公司推出的一种用以取代c g i ( c o m m o n g a t e w a yi n t e r f a c e ) 的技术。简单讲，a s p 是位于服务器端的脚本运行环境， 通过这种环境，用户可以创建与运行动态的、交互的w e b 应用程序，如交互 式动态网页，包括使用h t m l 表单、处理信息及上传与下载文件等。 从字面上说，a s p 包含下面3 方面的含义： a c t i v e ：a s p 使用了微软公司的a c t i v e x 技术。a c t i v e x 技术是现在微软 公司软件的重要基础。它采用封装对象，程序调用对象技术，简化编程，加 强程序间的合作。 1 4 第二章汽车覆盖件模具智能化设计向导系统框架 s e r v e r ：a s p 运行在服务器端。这样就不必担心浏览器是否支持a s p 所 使用的编程语言。 p a g e s ：a s p 返回标准的h t m l 页面，可以在常用的浏览器中正常显示。 4 模块化技术 ( 1 ) 模块化设计概念 模块化作为一种思想，其应用日益广泛，随着人们研究的深入，对模块 化的理解不断加深。但目前来说，关于模块化的概念还没有形成统一的定 义，不同的学者从不同的角度和深度进行了研究。贾延林。1 对模块化的理 解：模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规 格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块 的选择和组合构成不同的产品，以满足市场不同需求的设计方法。其它还有 各种不同的理解，在这里不再详述。 ( 2 ) 模块化设计的关键技术研究现状“” 模块化系统分析、建模方法 模块化设计是为解决产品多类型、多品种要求与设计制造、周期、成本 之问的矛盾而发展起来的。它是一种设计理念，包含着广泛的内容，一个完 整的模块化体系涉及到从产品设计、制造到组织管理的全过程。因此，进行 模块化设计，必须要对整个产品体系有一个全面了解，按照模块化设计的原 理，遵循一定的设计方法，对整个系统进行分析，最终建立模块化系统。 产品族的产品体系构建 当今的产品开发模式基本上是在一定的技术下开发一定范围的产品，孤 立开发一个产品的模式不能适应市场要求。而产品族是一种以最小的开发、 制造、服务等成本获取最多产品品种的方法。产品族是与模块化紧密相关的 一个概念，模块化设计的基础是产品族的定义与分析。产品族的基础是技术 重用。只有在前期充分分析客户需求，由此构建具有固定接口的产品族体 系，其中能够实现模块互换，模块生成时，才能实现技术的重用。 模块的接口与组合 模块接口是模块化设计的主要研究内容之一，模块是组成产品的基本要 素，而其组合的依据是模块接口，接1 ：3 的设计与规划对模块化实施具有直接 的影响。 模块的编码 第二章汽车覆盖件模具智能化设计向导系统挺架 在模块化设计中，模块编码的合理与否对模块选择、模块综合以及企业 的生产管理等诸多方面具有重要的影响，是实施模块化设计与制造的基础与 前提。合理的编码可提高效率，反之，则可能带来麻烦与混乱。 2 5 智能工作流程 图1 - 4 智能化设计向导系统的模块组成 整个设训是项目的形式来组织的，首先是从嵌入u g 中的智能模块开始 的，即初始化项目；接着就是导入工艺数型，将其加入到项目中去；接着调 用模架的智能模型，自动生成装配模架：根据设计向导来修改模架使之适应 第二章汽车覆盖件模具智能化设计向导系统框架 工艺型；接着插入一些标准件与标准结构；根据设计向导进行其它某些结构 的设计。其流程如图1 - 4 所示。 26 本章小结 本章根据汽车覆盖件模具的特点与现有的技术，提出了汽车覆盖件模具 智能化设计向导系统框架，并分析了其工作流程。 第三章汽车覆盖件模具单动拉延模设计知识 3 1 引言 第三章汽车覆盖件模具单动拉延模设计知识 这一章介绍了拉延模结构及其组成零部件，剖析了设计流程，总结了设 计知识。 32 单动拉延模结构及其组成部件 汽车覆盖件是指覆盖发动机，底盘，构成驾驶室和车身的薄板异形体的 表面零件和内部零件”“。一般覆盖件都要经过拉延，修边，整型，翻边，冲 孔等几道工序。拉延是其中第一道的也是最重要的一道工序，直接决定了覆 盖件质量。拉延也称拉深，是利用拉深模将已冲裁好的平面毛坯压制成各种 形状的丌口空心零件，或将已压制的开口空心毛坯进一步形成其它形状、尺 寸的开口空心零件的冲压成型工序“。 拉延模是汽车覆盖件重要的成形工具，分成三种：单动，双动，三动。 其中单动拉延模由三个主要部分组成：凸模、压边圈和凹模，典型的覆盖件 单动拉延模结构如图3 1 所示。 图3 一l 汽车覆盖件单动拉延模结构图 单动拉延模的标准件有： 用于凹模与压边圈导向的外导板 第三章汽车覆盖件模具单动拉延模设计知识