（机械制造及其自动化专业论文）知识驱动的阀门cad系统研究与开发.pdf

摘桑 摘要 论文嚣蠹阀门霉亍业应用和产茹设计流程，以典型阀f 1 产品( 盲板阕) 为主要研 究对象，构建领域设计絮识驱藕的褥霜产螽计冀规辖囊设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ， c a d ) 系统。应用k b e ( k n o w l e d g e b a s e de n g i n e e r i n g ，赫于知识的工程) 技术理论 和方法，通过领域知识与产品模型、设计流糕模型及导航、参数化模裂的有效融合， 实觋禳门产燕设计过程獒舞识驱动；姜通过意义窭约束产熬零罄磐之润酶装冕关联 关系，实现与产晶设计过程同步的智能装配。 论文的主要研究内容包括； l 遴过嚣典型潮门产晶( 嵩叛阑) 绩掏与设计流程麴研究分析，确定参数驱动熬 设计单元层次结擒。 利用本体论和面向对象方法，以设计单元层次结构为基础，构建阀门产品的本 体模型及其模板实例；通过与领域知识的融合，构建产赫的集成知识模型，以及产 鑫设诗单元熬三维参数驱动模型。 3 ) 基于c b r ( c a s e b a s e dr e a s o n i n g ，基子实铡摧邋) 糯r b r ( r u l e - b a s e d r e a s o n i n g ，基于规则推理) 混合推理机制，构建阀门产黼的设计流程模型及其设计 渡糕导靛窭理瓿铡，麓薅设计过程孛魏参数关联与转递关系。 4 ) 利焉实饿摧壤的裙关理论，在知识摩支持下，实蕊阙门产品设计过程翁实铡梭 索、照用与设计知识的挖掘。 5 ) 实现了与设计进程同步的智能装配，并揲讨了设计过程豹回溯机制。 躲识驱囊蕊澜 jc a d 系统，骇藿产逶瘸三维c a d 软俸c a x a 实体设诗及萁魔 用糕序开发接目为支撑平台，以二次开发方式构建；可j 以在三维环境下进行阀门产 品的总体方案设计及其零部件的详细设计，为阀门行业相关设计人最提供了一个旗 子专进鞭蠛霾识支持器委囱设诗过程魏奏效设诗芏吴。 关键谢阀门；c a d 知识驱渤；k b e ：设计单元；c b r ；黼r ；智能装配；c a x a 实体设计 河北科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t o r i e n t e dt ot h ei n d u s t r i a la p p l i c a t i o na n dp r o d u c td e s i g nf l o wo fv a l v ea n dt a k i n g g o g g l ev a v l e sa st h em a i nr e s e a r c ho b j e c t s ，t h ec o m p u t e r - a i d e dd e s i g n ( c a d ) s y s t e mf o r v a l v eh a sb e e nc o n s t r u c t e db yd o m a i nk n o w l e d g ed r i v e n b a s e do nt h em e t h o da n dt h e o r y o fk b e ( k n o w l e d g e - b a s e de n g i n e e r i n g ) t e c h n o l o g y , b yt h ef u s i o no fd o m a i nk n o w l e d g e ， p r o d u c tm o d e l s ，d e s i g nf l o wn a v i g a t i o na n dp a r a m e t e rm o d e l s ，t h es y s t e mc a l l r e a l i z e v a l v ep r o d u c t sd e s i g no nk n o w l e d g ed r i v e n a tt h es a m et i m e ，i tc a na l s or e a l i z e i n t e l l i g e n ta s s e m b l yd e s i g nw h i c hi ss y n c h r o n o u sw i t hd e s i g np r o c e s s ，b yd e f i n i n ga n d c o n s t r a i n i n gt h er e l a t i o n so fa s s e m b l i n gc o n j u n c t i o na m o n gp r o d u c tp a r t s t h ed i s s e r t a t i o nc o v e r st h ef o l l o w i n ga s p e c t sc o n c e r n i n gt h em a i nw o r ka n dr e s e a r c h 1 ) b ya n a l y z i n gt y p i c a lv a l v e ( g o g g l ev a l v e ) p r o d u c ts t r u c t u r ea n dd e s i g nf l o w , t h e h i e r a r c h i c a ls t r u c t u r eo fd e s i g nu n i ti sd e t e r m i n e d 2 ) b yt h et e c h n o l o g yo fo n t o l o g ya n do b j e c t - o r i e n t e dm e t h o da n db a s e do nt h ed e s i g n u n i th i e r a r c h i c a ls t r u c t u r e ，t h eo n t o l o g ym o d e l sa n dt e m p l a t ec a s e so fv a l v ep r o d u c ta l e e s t a b l i s h e d t h ek n o w l e d g ei n t e g r a t e dm o d e l sa n d3 dp a r a m e t e rd r i v e nm o d e l sa r e c o n s t r u c t e da sd o m a i nk n o w l e d g ei sm e r g e di n t op r o d u c tm o d e l s 3 ) b a s e do nt h em i x e dr e a s o n i n gm e c h a n i s mo fc b r ( c a s e b a s e dr e a s o n i n g ) a n d r b r ( r u l e - b a s e dr e a s o n i n g ) ，t h ed e s i g nf l o wm o d e la n dn a v i g a t i o nm e c h a n i s ma r eb u i l t s o ，t h ed e s i g np a r a m e t e ri n c i d e n c ea n dt r a n s m i s s i o nr e l a t i o nb e c o m e sc l e a r 4 ) w i t ht h es u p p o r to ft h ek n o w l e d g eb a s ea n dc a s er e a s o n i n gt h e o r y , t h ec a d s y s t e mh a sr e a l i z e dc a s er e t r i e v a l ，v a l v ed e s i g np r o c e s sk n o w l e d g er e u s ea n dm i n i n g d e s i g nk n o w l e d g e 5 ) t h es y s t e mh a sa l s or e a l i z e di n t e l l i g e n ta s s e m b l yw h i c hi ss y n c h r o n o u sw i t hd e s i g n p r o c e s s t h ep a p e ra l s oi n v e s t i g a t e dd e s i g nr e c a l lm e c h a n i s mo fd e s i g np r o c e s s t h e k n o w l e d g ed r i v e nc a ds y s t e mi sd e v e l o p e db a s e do nd o m e s t i cg e n e r a l3 dc a d s o f t w a r ec a x as o l i da n da p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e i tc a l lr e a l i z e o v e r a l l s c h e m ed e s i g na n dd e t a i l e dd e s i g no fv a l v ep r o d u c tp a r t su n d e rt h e3 de n v i r o n m e n t i t a l s op r o v i d e sa ne f f i c i e n td e s i g nt o o lo r i e n t e dt od e s i g np r o c e s sa n db a s e do nd o m a i n k n o w l e d g es u p p o r tf o rr e l a t e dd e s i g n e r so fv a l v ei n d u s t r y k e yw o r d s ：v a l v e ；c a d ；k n o w l e d g ed r i v e n ；k b e ；d e s i g nu n i t s ；c b r ；r b r ；i n t e l l i g e n t a s s e m b l y ；c a x as o l i d t 1 海北科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声嘲；所呈交的学位论文，燕本人在导师瓣指导下，独立进行研究工 作所墩得的成果。埘本文的研僦做出重要贾献的个人和熊体，均已在文中以明确方 蓑舔鹱。豫文中瑟经注袅零 熏的液骞羚，奉论文不包含任旃箕塾个人戴巢体已经发 表蠛摸写过豁终菇藏成果。本人完全意识黧本声鹱酶法簿臻栗由本天承握。 学位做作脊龇雅锑 指导教师然名：乒 芝赫零 冀 琶礴军 耖蔗，翼 ；埘北科技大学学位论文版权使用授权书 零擎霞论文作者蹇全了熊学搜骞美渌簿，捷爰擎藏论文鐾囊定，熏卷学校臻鏊 并向圈家有关部门战机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被套阕和借阕。本 人授权河北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檎 素，可潍采爰黪舔、缭霉或蟊撼等复裁手段镲赛蠢茳缀本攀釜釜文。 口保密，糍年解密黼适用本授权粥。 本学妻论文聪子 亦舔誉。 ( 请在以上方框内打“4 ” 学位论文作鬻签名： 攀蹿 爹东警翼 爨 獬宣鳓 习悻龋7 彝 第l 章靖论 第1 章绪论 l 。l 引言 瓣门是各释流体装置孛不可缺少静控制设备，美有导流、截止、谜节、节流、 防止逆流、分流或溢流卸压等功能，在国民缀济各个领域有着广泛的应用。石油、 天然气、煤炭和矿石魏开采、提炼加工和管道输送系统；化工产品、医药和食品生 产系统；东毫、火毫帮禳毫等惫力生产系统；船惹、车辆、飞撬默及各耱运费裰槭 的流体系统，大缀使用各类阀门。此外，在国防工业系统、航天以及其他新技术领 域爨也使用着各种性能特殊的阀门1 1 1 。 瘸子瀛蒋控制赡瓣嚣，麸最篱单熬截断装置囊投隽复杂魏耋控系统，其公黎逶 径从十分微小的仪裘阕，到公称通径达十几朱的工韭管路餍阉，最种釉规格繁多。 按其在管路中所趣的作用不同w 分为闸阀、截止阀、旋勰阀、球阀、蝶阀、隔膜阀、 止圆瓣、苇流阀、安全润、减攫澜等闽门产鼎。 本课题数盲凝阕秀研究对象，其震子截止瓣蘸一耱，遴震子秃气动、滚裁驱动 源而又需要远距离自动控制的场合。广泛应用于冶金高炉系统的余熟剃用、余压发 电、煤气清洗及除尘系统的煤气管路上，柱防止煤气外泄、保护人员蜜全和减少环 境嚣染上趋委了羹要酶嫠雳翻。 阀门的种类盛然繁多，结构也有穰大的麓异，但其设计程序基本棚爨。阀门鹣 总体结构设计基于管路系统对阀门提出的使用要求，即阀门设计应满足工作介质的 压力、湿度、瘸蚀、瀛蒋特性以及操箨、制造、安装、维修等方垂对阀门提出熬全 部簧求。 ， 豳前，国内阀门企业的产晶设计主要依赖于企业设计人员长期积累的经验知识， 企业的c a d ( c o m p u t e r - a i d e dd e s i g n ，计冀机辅助设计) 技术的应用也主要停留禚 二维工程蚕嚣绘制方霆，设诗效率缓蠢。显然，黄统兹二维c a d 技术已经不笺漆跫 企她的需求，个别企业虽然引滋了三维c a d 软件，但是濑于缺乏专娥技术支持，米 能充分发挥其优势。同时，传缆的、以几何模型为主的c a d 系统无法将领域设计原 理和缎识、霾类设诗黻及专家经验等融入到凡褥模型孛去，罐子实现知识型资源韵 重焉。 如何将领域设计知识融入剿c a d 技术中，把阀门产鼎开发所涉及的知识、经验、 技熊和规范有效地与阀门产品的几何模型相关联，以设计知识为产品设计的驱动力， 是当蒋c a d 技零熬研究蒸点。褥辩，襄蓼 鞣动茸鞋菠c a d 蕴寒更努熬鏖焉委企娥 的生产活动中，掇离经济效益。 河北科技大学硕士学位论文 1 2 课题的提出及国内外研究现状 1 2 1 课题的提出 通过对相关阀门企业产品开发流程及现状的研究分析，发现阀门企业产品设计 过程中存在的闻题主要有以下几个方面嘎 ( 1 ) 产品生命周期短和设计周期长的矛盾企业大部分分析、设计工作仅停窝 在利用计算机辅助绘图、简单计算和文档录入和输出阶段，重复的工作很多，工作 量仍然很大，设计效率低，设计周期长。 2 ) 知识再利用的手段落后产品设计过程中往往采用类比法，依靠设计工程 师的经验进行。设计工程师根据经验调阅相关的产品图纸和技术文档，不能保证相 似设计资料的全面获取，设计结果很大程度上依赖于设计工程师经验的丰富程度， 面且所得的结果往往只能在产品的功麓上予以保证，丽不能做到最优化设计。这种 知识重用的方法已不能适应现代新产品设计开发的要求。 ( 3 ) 产品设计知识管理混乱、开发效率低下现有的技术资料管理，不适合设 计知识的管理，其资源不仅占用大量的空闻，而且由于产品设计知识的复杂性和多 样性，导致知识剩用和存储的困难，这也间接造成了新产晶开发效率低下。 ( 4 ) 未形成有效的知识归纳、整理、归档的有效方法缺乏有效的知识表达工 具和手段，造成没有完整的设计历史资料的数字化档案和各种结构设计和工艺设计 的知识库，无法在设计中有效、快捷地继承和重用前入豹成功经验，避免重犯前入 同样的错误。 ( 5 ) 知识共事程度低企业编码和标准化信息还未全面电子化，来建立有效的、 抉捷的多媒体知识共享交流平螽。因此，在新产晶设计翻开发过程中，还不能有效、 全面地利用标准件、通用件、典型结构件等基础设计知识，难以及时准确的获得有 关产品设计的最新知识。 总之，由于我国大多数阀f - j s u 造企业产品设计知识支持手段落后，未能有效地 对产菇设计知识进行挖掘、整合和再利用，导致企业很难适瘟市场快速多变的特点， 竞争力不强。 因此，针对阀门行业产品设计现状，构建知识驱动的阀门c a d 系统。系统将 k b e ( k n o w l e d g e b a s e de n g i n e e r i n g ，基于知识的工程) 技术应用到c a d 技术中去， 强调对产品设计内涵和本质的关注，强调设计流程与c a d 系统的有机结合并寻求综 合领域知识对产品设计过程的支持。知识驱动的阀门c a d 系统课题来源于由河北科 技大学和石家庄市长宏冶金设备阀门厂合作承担的石家庄市2 0 0 6 年度科技攻关计划 项冒，其主要解决盲板阀快速设计及智能装嚣问题。该系统可以提高产品设计过程 的自动化和智能化水平；应用持续连贯的设计标准和经验，提高产品的设计制造质 2 第1 章绪论 量：实现设计过程、设计经验麴数字讫获取和重用。麸两可以大大缩短毅产品的磷 发周期，提高产品斡质量和设计速度，为企她剖造经济效益。 1 2 2 课题的国内外研究现状 1 2 2 。1 髓嚣技术的国内癸繇究概潺 ( 董k b e 技术国外研究现状k b e 技术是产品翎薪帮薪产品开发的基础，它健 制造业的c a x 技术有一个质的飞跃。英国w a r w i c k 制造组的c h a p m a n 博士指出， k b e 技术对企业的重要性近年来，就如同c a d 技术在2 0 世纪9 0 年代绘工业界带来 静交革同样重要。近年来，美困、蠢本帮欧溯各鬓政麝在k b e 技术的开发与应用方 面给予了有力的支持，并且将其列为国家未来发展战略的重要核心技术，许多跨囡 公司和著名大学及科研机构也纷纷开展研究，以提高企业产品开发的创新能力，获 褥企业可持续发展的薪动力。冒外对k b e 觞研究正彝逯用纯、标准化、麴络他纛高 度智能化方向发展。如k b e 技术在欧美发达国家的汽车设计中已经褥到广泛酶应霜， 并且取得了非常好的效果。 爨翦，禽羚的以下大学及公司开展了k b e 技术的研究工作：c a m b r i d g e 大学、 s h e f f i e l d 大学、s t a n f o r d 大学、英国航空公司、俄罗簸a v t o v a z 汽车制造公司、美 国国防部高级研究计划局等【4 删。国外的研究已经形成了批商品化的k b e 设计系 统，最典型的比如美洲虎( j a g u a r ) 汽车公司开发的汽车专用k b e 系统。英国空中客率 公司在空客支线班瓿设计中充分； l 震了k b e 技术，簌枕头整流罩，机身，驾驶员瘫 舱，乘客座位排列，起落架，商务飞机的曲线式挡风玻璃到研发第二代的概念设计 都紧密结合k b e 慕统。表1 1 是国际各大著名公司k b e 技术的应用现状1 7 j 。 表1 - 1k b e 技术酶应用现状 t a b 。1 1t h ea p p l i c a t i o no f k b et e c h n o l o g y 公司名称应用开发领域 产最公差设诗系统、祝臻键割工具选择系统、嚣萋视辅助王韭烧划系统、设诗 美蕈疆薷汽车公弱 知识謦壤系统和梗床故障诊断系统 汽车内部镶嵌板结构、汽率悬架系统、刹车系统、挡风玻璃上的刮雨器、汽率 焚洲虎( j a g u a r ) 汽车公司 兹车灯等戆设计领域 撬头整流摹、瓿麦、驾驶员座舱、乘客瘫位撵嚣、莛落絮、离务飞枫嚣鑫线式 数渊空中客车公司 挡风玻璃至研发第二代的概念设计都紧密结合k b e 系统 美国波音公司飞行潞的概念设计进行简层次的k b e 系统应用 l o t u se n g i n e e r i n g 一系捌的轿车羲念设计，汽车总布置系统 e s d 电器设计公镯k b e 技术使得该公司黼在几天时闻肉设计宠成全都昀电器布线 3 河北科技大学硕士学位论文 壕) k b e 技术国内研究现状k b e 技术在国内尚处于起步阶段，鳃前在国内的 一些大学、研究所也有一批科技人员从事k b e 技术的基础研究，如中囡科学院计算 技术研究所、南京大学、吉林大学、清华大学计算机系知识工程组、长城战略研究 所，以及台湾交通大学知识工程研究所等。 强前国内对k b e 技术在机械工程领域的应用研究主要有以下方面强耀：产品的集 成设计；工艺过程规划( 创成式工艺过程规划、基于特征的专家制造工艺规划) ；公 差设计；制造系统研究；产品造型技术；协同产品开发；夹具设计与分析；基于k b e 系统的复合式设计支持技术。 圈内对k b e 技术进行系统研究的主要是上海交通大学模具c a d 国家工程研究 中心【引。该中心先后与瑞士f c i n t o o l 公司、园本山中合金株式会社、青岛海尔集团等 国内外知名企业分别在精密冲床、冷挤压和注塑成型等领域开展了k b e 技术的合作 研究，并且取得了缀好得实际疲用效采。该中心还开发了如基于实例的工艺知识获 取模型、冷挤压工艺规划知识基系统功能设计系统、智能冲压工艺k b e 设计系统、 基于实例推理的同构模具工艺设计模型。 。嚣内k b e 技术应用靛一个成功的案例是由海尔集团的模具公司提毖的与上海交 通大学国家模具c a d 工程研究中心共同合作开发的注塑模具k b e 系统。该系统建 立k b e 知识库、推理机和原型系统，对典型模具的k b e 系统实现了工业化应用。 1 2 2 2 知识驱动的溺门q 蛐技术研究概况 国内外知识驱动的三维c a d 系统的研究主要是针对特定产品或零件的设计，懿 机床夹具，汽车冲模等，但针对阀门产品的c a d 系统开发，主要还是以二维应用为 主，如湖南大学与长沙阀门厂合作开发的基于特征的阀门c a d 系统、话安交通大学 开发的阀门c a d 系统v c a d s 、含肥通用机械研究所承担的“阀门c a d 开发及推广秽 课题等。这些阀f - jc a d 应用系统的研究开发对推动阀门行业的技术进步与c a d 技 术的应用具有重要的意义。但随着产品设计向三维设计的转化，二维应用在许多方 面受到了限制。 西前，国内知识驱动的阀门三维c a d 技术应用研究，具有代表性的主要有河北 科技大学【姗、四川大学和兰州理工大学。 l 河北科技大学的相关研究工作与石家座长宏冶金设备阀门厂合作进行，开发基 于知识工程的阀门三维参数化设计系统，主要研究思路为应焉k b e 技术面向阀门行 业应用和设计流程，实现阀门产品的快速智能化设计。 首先在c a x a 三维集成设计环境下，就产品各专用设计功能的实现、设计过程 的知识支持、智能装配、设计过程数据记录与重用等方谣进行了相关研究开发；重 点解决了集成设计环境下相关设计功能及其数据记录的一致性、智能装配的准确性、 c a x a 实体设计环境下产品树的实时生成、以及专用设计功能与支撑平台共享设计 4 第1 章绪论 模型等闻题。 2 ) 1 毽) 1 1 大学的相关研究工律与凿川乘风阀门公司合俸进行，其开发的阀门三维参 数化设计系统主甍用于解决软密封胶板闸阀、撑开式平板闸阀、以及采用铸造阀体 与蝶板的三编心蝶阀的阀门设计闽题；其主要研究思路为解决零部件的造型设计与 实铡重咫，系统构建以d e l p h i 为开发工具，以全参数列表驱动a u t o d e s k 公司麴 i n v e n t o r 完成零件几何造型，其参数列表需要给出几何模穗的所有细节参数，且零部 件之间的尺寸关联朱得到有效装示，数据冗余问题未得到有效解决；由于没有直接 采用三维c a d 支撑平台及其开发接叠进行系统梅建，缺芝与支撑平台的紧密集藏， 系统的设计合理性与易用性有待完善。 3 ) 兰州理工大学主要进行针对有限元分析的阀门产品零部件参数化模型构建，通 过有限元分析，对阀门密封副密封性能、阙籽扭矩、阀门各部位应力分布以及其主 要零部徉的强度与变形数据进行计算和评价。 1 3 课题的主要研究内容 结合藿内外知识驱动领域懿研究现状，运雳知识工程的相关理论和方法，以寓 板阕为主要研究对象，通过黠产燕结构帮设计过程酶研究分析，研究昶探讨面巍设 计过程与装配、基于领域设计知识驱动的阀门三维参数化设计系统的构建与开发。 该课题的主要研究内容包括： 娜产品结构、设计特点的研究分耩深入摇关企照，黠典壅润门产晶盲板 阖) 的结构、设计过程进行全荫的调研，为系统开发做好前期的基础准备工作。 ( 2 ) 基于本体论和面向对象方法的产品本体模型、壤成知识模型的构建通过 对富板瓣产品结构与设计流程豹醑究分辑，以靠耋上两下弦懿设计实瓣方式，合理 的划分了典型阀门产品设计单元层次结擒。剃雳本体论秘面向对象方法，基于设计 单元屡次结构，构建阀门产品的本体模型及其模板实例；通过与领域知识的融合， 构建产品的集成知识模型及其设计单元的三维参数模型。 渤设计流程模型与设计流程导航巍制掏建基于c b r ( c a s e - b a s e d r e a s o n i n g ，基于实例推理) 和r b r ( r u l e b a s e dr e a s o n i n g ，基于规受| j 推理) 混合推 理机制，构建了阀门产品的设计流程模型及其设计流程导航机制，明确了设计过程 蕊参数关联与转递关系。 礤实例检索与重举、翔识挖搌藕用实铡推理的褶关理论，在知识摩支持下， 实现阀门产品设计过程的实例检索、重用与设计知识的挖掘。 国与设计过程同步的智链装配技术基于设计流糕和设计单元的生成顺序， 定义帮约束了不阏设计单元屡次之闻戮及设计单元蠹部零件之闻的装配关联关系， 实现与设计过程同步的智能装配。 5 河北科技大学硕士学位论文 _ 目昌置昌目昌昌= _ l l _ _ _ _ 曩目昌= = 昌昌昌置高罨昌昌昌；= = = = = = 篁昌昌蕾昌_ i 墨昌昌l 篁昌皇i - - _ _ 目昌昌_ l _ _ 昌= 霉 ( 6 )设计过程回溯机制设计人员进行阀门设计时，由于设计过程存在许多不 确定因素，可能导致设计进程中在不同设计环节上需要修正，需要设计回溯。课题 探讨了设计过程中的设计回溯机制。 6 第2 章热爱褥门产燕臻稳与设诗浚耩分轿 第2 耄典型阀门产品结梅与设计流程分桥 2 。l 姻门产品设计概述 黼门结祷慧体上主要壹阀门主律结椅与鬻动装置两大趱藏帮努祷戏糌遴霉，藤 门主体结构由企姚囱行设计制逃；驱动装鬣主要向相关酗套厂家直接订货，或向棚 关，窳定剃主要部件( 如气压缎、液压缸等) ，翁自行设计制造必要的支撑构件。阀 羹产菇懿设诗嚣袭王器，圭要巢孛在蔫门主体缝篱上。 2 1 鼍阀门产晶的总体设计规范及设计流程 渤总蒋设计规范阀门熬总体结构设计基于警路羰统对阀门提出麴搜用要 求，群谤谤蠹瀛避工佟奔震懿蒸舞、温度、囊落、流露褥犍跣瑟搽簿、制造、安装、 维修椁方面对阀门提出的全部瓣求【l l l 。这热嚣求，反映谯阀门设计的基础技术数摄 上，即所谓的设计输入。 禳鞠羹蓥嚣设计要求主要毯耩：藕弱鲢簇途；套曩蕊z 箨j 莲力；夯震黧工嚣溢 度；介质的物理、化学性雏( 腐蚀性、易燃翳爆佳、毒饿、物态等 ；公称逶径；臻 构长度：与管道的连接形式；驱动方式( 乎勘、齿轮传锄、蜗轮蜗杆传动、电动、 气动、滚动等) 。 凝摄添蠢慧髂淤诗囊范及设计要求，竣诗过程孛麓关键缍祷设计参数主要惫摄 包措 公称通径( 黼) 、公称腻力( p ) 、缩构长度( 己) 、工作压力、拦作温度、驱 动方斌等。上述燕键结构设计数据，作为渊门的主要结构和性能参数，导航和影响 了整个产墨嚣详舞缝饕设嚣遘穗，凌定了产瑟筵橡鞠棒参数羹蕴藏、选择嚣囊动。 同时，上述参数麟作为实例属性记录于系辘的产品实铡靡中，供设计寓铡检索与嶷 例熊阁。 国霾霸产溅浆谩嚣滚稷澳羹产燕竣诤一薮遵循以下步骤； 薹漱照使震瑟求及条释，决定藏蠢懿类型； 2 ) 根据阀门徽型及要求，撼出阀门设计的总体设计瓣炼： 3 ) 根据总体设计要求决定瓣关键结构参数的输入； 莓瀑簧美蕤技术参装，遴行主要零蒸搏详缨嚣强囊控搜等囊美设计蘧试； s 1 依据总体设计规范帮关键技术参数的辫求，顺次巍成阀门零部件的结构设计； 6 ) 依据计算樽到的驱动力雉或由设计缀验判断，按总体设计要求的驱动方式选墩 适合熬囊凄装要。就篷，驱动装置霉痤记豢蠢静驱动装鐾熬主要功魅参鼗，玖供设 计蕊挺，瑟寻求合适翡驱裁装嚣实掰模型。 遄常，阀门设计过程遵德如图2 1 所示的设计流程。 图2 - 1 阀门产品基本设计流程 f i g 2 1d e s i g np r o c e s so fv a l v ep r o d u c t 2 1 2 阀门产品设计的相关名词术语 了解有关阀门接结构及其性能的相关名词术语，可以更好的理解阀门设计规范 及设计流程，合理构建并开发知识驱动的阀门c a d 系统。表2 - 1 和表2 2 分别给出 了在进行盲板阀产品设计时用到的阀门结构及性能术语【1 1 】。 表2 - 1 阀门结构术语 1 a b 2 】1 ：1 l et e r m so fv a l v es t r u c t u r e 编号名词术语相当的英语 说明 f a c e t o f a c e d i m e n s i o n 直通式为进、出口端面的距离；角式为进口( 或出口) 1 结构长度 e n d t oe n dd i m e n s i o n 端面到出口( 进口) 轴线的距离，一般用工表示 2 结构形式 t y p eo fc o n s t r u c t i o n 各类阀门在结构和几何形状上的主要特征 在无外力作用的时候，启闭件自动处于开启位置的结构 3 常开式 n o r m a l l yo p e nt y p e 形式 在无外力作用的时候，启闭件自动处于关闭位置的结构 4 常闭式 n o r m a l l yc l o s e dt y p e 形式 8 袭2 - 2 援门性能术语 t a b 2 - 2t h et e r m so 薹v 瓣鹳p 莨蠡翔l 蹯霹 编垮名词术语相当的热谢说明 是个月数字袭示的与篷力有关豹标承代号，是供参考 l 公黎垂交 n o m i n a lp r e s s u r e 罨翡一个方倭嚣嚣整数，簸震p n 表黎 是镣道系统中为所用附件所通用的数字凝示的尺寸，以 2 公称通径 n o m i n a ld i a m e t e r 区别用螺纹或外径表承的零件。公称通镪是供参考用的 一令努镤瑟瑟鏊鼗；一簸趱d n 表忝 3工作压力 w o r k i n gp r e s s u r e 阀门谯适用奔质温魔下的压力 4 工作温度w o r k i n gt e m p e r a t u r e 阀门柱适用介质下的潞度 s 逶霆套震 s u i t a b l em e d i u m褥门髓遁燕戆奔覆下 艿 逶露溢度 s u i t a b l et e m p e r a t u r e 阕门蘧秀黪奔覆鹩懑嶷藏嚣 2 2 盲板阀产品的结构筠工作原理 富板建广泛盔雳子潦金高炉系统骛余熬剃耀、余垂发电、煤气漶洗爱豫尘系统 的煤气管路上，禚防止煤气外濑、保护入藏安全和减少环境污染上起到了重要酶彳乍 用。其结构主要由左、右阀体、阀板、启闭机构、驱动机构、底座等盥要部件组成。 富援阕产要典型结构懿鬻2 2 掰承。 霪毒3 1 一左阀体；数右f 围体；3 - 阀檄；舢启闭机构；5 * 回转驱动机构# ；* 轴向驱动机构；7 - 腻座 濯2 - 2 盲板瓣缝耱饕鹭 f i g 。2 - 2 t h es t r u c t u r es k e t c ho f g o g g l ev a v t e 2 2 1 盲板阀结构分析 麦阑薅结构喜板阑的左簿荐霆定在底壅上，分震歇篱奏逶道孛羟过。蛮 板阀的左阕体部 牛包括左篱赛组件、左阀体丝枉支桨、左阀体拉秆絮纽件、左阀棒 9 河北科技大学硕士学位论文 齿圈组件、左阀体支座组件共五部分。左阀体部件结构简图如图2 3 所示。 、 效黛 曳 p1 -愆 1 一筒身组件；2 - 拉杆架组件；3 丝杠支架：4 - 齿i 圈组件；5 支座组件 图2 - 3 左阀体结构简图 f i g 2 - 3 t h es t r u c t u r es k e t c ho fl e f tv a v l eb o d y ( 2 ) 右阀体结构盲板阀的右阀体与左阀体同心安装。其右阀体包括波纹管组 件、筒身组件、丝杠支架、阀体支座组件、拉杆架。其结构简图如图2 4 所示。右阀 体筒身被波纹管一分为二。当阀板需要转动时，其筒身左半部分可以挤压波纹管， 使左右阀体之间错动一定距离，为阀板旋转留出间隙。 1 波纹管组件；2 筒身组件；3 丝杠支架；4 拉杆架；5 - 支座组件 图2 4 右阀体结构简图 f i g 2 4 t h es t r u c t u r es l t c ho fr i g h tv a v l eb o d y ( 3 ) 阀板结构盲板阀的阀板安装在左右阀体之间，它以丝杠轴心为旋转中心， 由回转驱动机构推动阀板上的翻板销轴，使阀板旋转。当阀板的通孔板或盲孔板转 到不同的位置时，可以实现介质的流通或截断。阀板的零部件主要包括通孔板、盲 1 0 第2 章熟黧阀门产品结构与设计流携分析 恐叛、富魏羲燕强麓、上连接扳、黎板锩辘、丝桎辘痉、导囊援、孛连接板、下述 接叛。褥板结构麓灏翔图2 - 5 薪示。 1 w 上连接板；2 翻檄销轴；3 - 轴鹰；4 - 盲孔板；5 一阀檄筋板# 6 - 羰拉块；7 - 鼯淘板；8 - - f 连接掇；+ 乳孛连接板；l 融透孔叛 燮2 - 5 阕掇结稳篱蓬 f i g 2 - 5 t h es t r u c t u r es k e t c h 娥g o g g l ev a v l 嚣p l a t e 4 ) 其她部件继梅另外，誊扳阙的主要部件还包措戚崖、驱动机构鞠启阂枫 臻。蛮板阕蕊底燕及其支撑穗嚣管道祷裁个镳粲结构。右瓣蒋酌轴怒移动聂阕蔽 的旋转分别由轴向驱动机构和凹转驱动机构控制。结构简图如图2 - 6 所示。 。 l 壤自i 甸驱动机构；2 。启闭机构；3 圆转驱动机构；舢戚座 整2 - 6 莫豫蒸髂结构篱羹 f i g 2 6 t h es t r u c t u r es k e t c ho fo t h c rv a v l e p a r t s 河北科技大学硕士学位论文 2 2 2 盲板阀的工作原理 如前所述，盲板阀属于一种截止阀，介质的流通或截断由阀板所处的位置决定。 阀板是由通孔板和盲孔板组成，当通孔板或盲孔板分别处于阀门通道位置时，决定 了介质的流通或截断。右阀体与波纹管焊接在一起或通过螺栓连接在一起，在波纹 管张力的作用下，使阀体密封面压紧阀板上的圆形圈，阀门实现密封。当阀板需要 旋转时，首先，轴向驱动机构通过齿轮传动与螺旋旋传动带动右阀体水平移动，阀 体密封面与阀板上的圆形圈完全脱离，最终使左右阀体之间产生空隙，然后，通过 回转驱动机构直接驱动阀板旋转，使阀板处于流通或截断状态。在阀板处于密封压 紧的情况下，不能启动回转驱动机构。同时，盲板阀前部设置切断阀，一般为蝶阀， 以避免阀门启闭维修过程中管内介质外泄漏造成的危害。 2 3 盲板阀产品设计知识构成与知识驱动 通常，机械产品的设计知识包括来自各种设计文献与资料的立法规定、国家标 准、行业标准、企业标准、设计公理、公式和专利等，而企业工程师长期积累的设 计经验和技能则决定了企业的生存与发展。机械产品设计知识主要体现在工业标准、 设计规则、经验准则和团队技能四个方面，对阀门产品设计而言，同样也有其领域 知识构成。 2 3 1 盲板阀产品设计领域知识构成 ( 1 ) 工业标准包括各种相关的国际标准、国家标准、行业标准和企业标准等， 用于建立一系列规则，促进产品设计将常用零件和组合件标准化，以提高生产效率 和设计制造水平。中国机械工业标准汇编( 阀门类) ，给出了国内阀门生产应遵循的 相关国家和机械行业标准；同时，不同生产企业( 如长宏冶金设备阀门厂) 亦根据 自身阀门的产品特点，制定了包括各种通用零件在内的相关企业标准。 ( 2 )设计规则是指通过反复试验得到或长期积累、总结的设计所必须遵循的 准则，或经反复试验得到的相关准则，如定理、方程和设计规范等。阀门产品设计 遵循其特定的设计规范与设计流程，如相关总体设计要求、计算校核内容与算法、 结构形式选择、零部件生成顺序等。 ( 3 ) 经验准则经验准则属于指导性准则和非书面的工程知识，通常以实例形 式存在于有经验的工程师脑海中，并反映在由他们完成的产品设计实例中。对阀门 产品设计而言，通过对现有产品相关设计经验数据进行总结、归纳，并将其构建于 应用系统之中，是知识重用的重要内容之一。如盲板阀的结构长度系列、丝杠( 阀 杆) 轴径系列、特定零部件结构形式等。 ( 4 )团队技能 团队技能体现为一个设计群体对产品设计的深刻理解，这种理 1 2 第2 章典爱阀门产晶罐构与设计瀛耩分析 解集串反映在壶不鬻设诗人曼竞或煞产显设计实裁孛，瑟这种知识是企邋产品竞争 力孛的关键医素。离子设计函默构成天员静技能是有差舞魏，露姥，在对企盘设诗 经验数据进行总结、归纳时必须加以识别，以保证将合理、规范、有效的经验数据 纳入设计系统，从蔼提高整个鞠队的设计技糍。 2 3 2 言板阑产品的躲谖驱动 知识驱动，是指用于产品开发的c a d 系统能够通过记泶不同的工程、设计和产 品配爨靛知识，并寻求记录不瓣类型知识的方法，然后对它钠加以理解、抽象、描 述、使霜窝维护，款两搀建一个霹舞重焉麓熬谈库，生藏糖应酶工纛瓶粼，窦瑰对 几何模型的驱动。 在传统的参数化c a d 系统中，几何约束关系是驱动力【1 2 1 ，而在知识驱动的c a d 系统中，絮谖霆驱蘑力，这些翔谈是羹来设计、完裁羲策糍一番产瑟、顼墨或工程。 知识驱动的技术支持来基予k b e 技术及理论，其强调将k b e 技术与领域设计 知识融入到c a d 技术中，把阀门产品开发所涉及的知识、经验、技能和规范有效地 与禳f 1 产晶豹凡俺模塑摆关联，黻熟识为产熬设诗戆驱动隽，可以使c a d 技术更好 麓疵用戮企盈酌生产活动孛。 通过对盲板阀的结构特点殿设计流程综合分析，确寇了盲板阀的嚣部件构成及 其生成顺序。基于零部件层次结构，盲板阀产品的本体模型及其集成知识模型的构 建，麓麓了领域设计絮谖麓戒，鹱及产罴设计数据之瘸熊传递与关联关系。透过建 立符含行业特点和设计惯例的设计流程模型舄设计流稷导航机制，基予领域知识驱 动产龋的参数化模型，完成产黼设计。 上述提裂麴蠢叛阑产燕魏领域设计知识，主要包括设计标准、经验数据、设计 准剥等楣关翔谖。这些领域设计翔识梅成了富板阉产鑫抟驱动力，瘸予驱动其产撼 模型的生成。 此外，通过悫义和约束产黼零部件之删的装配关联关系，实现与设计进程同挎 嚣智麓装配。 2 4 本章小结 零拳介绍了与澜门设计鸯关麴术语，分攒了润门设计规范及设计过糕，对盲檄 阀熬结梅及莫工作原理连霰了洋缨翡阐述。简要奔绥了蛮扳阈设诗鹣领域蠢谖稳藏 及巢知识驱动，以上所做的分析是知识驱动的阀门c a d 系统构建的蕊础。 河北科技大学硕士学位论文 第3 章系统构建及其关键技术 3 1 知识驱动的g 如系统概述 按照目前三维c a d 软件设计结构，传统的三维c a d 系统内部框架结构如图3 - 1 所示。系统框架包括四个层次：系统核心层、系统数据层、系统功能层、系统扩展 层。这种传统的三维c a d 软件技术已经日趋成熟，但也面临着严峻的挑战。挑战之 一是对一个组织内部的知识存储进行知识化提取，将其转化为可以重复使用的电子 格式予以保留，并且随着组织的继续发展而不断积累。另外，需要确保推向市场的 新产品要优于原有产品。把创新作为获得竞争优势的力量源泉，意味着人们需要确 保不再重复犯错并且充分利用从每次产品改进中获取的知识。因此，基于k b e 技术 构建的知识驱动c a d 系统便应运而生【”以5 1 。 图3 - 1 典型三维c a d 系统模型结构图 f i g 3 - 1 t h es t r u c t u r es k e t c ho ft y p i ca l3 dc a ds y s t e m 针对传统的c a d 技术在发展中存在的问题，美国学者在1 9 9 8 年提出了k b e 的 概念。将k b e 技术与传统c a d 技术相结合，基于k b e 技术构建的c a d 系统称之 为“知识驱动的c a d 系统 。 k b e 的核心思想是：k b e 是以给设计经验不足者以导引，同时最大限度减少设 1 4 第3 牵系统鞫建及箕关键技术 诗者熟藿复劳动兔麓标，综合剃照鍪耪设计理论和翔识处理技术，通过翘识麴表达， 重用与挖攘，对工糕瓣题提供饶化解决方案豹计算视集藏处理技术。箕主要蠹溪蕊 括；知识的表达、重用和挖掘，以及各种知识处理技术姆c a x 和p l m ( p r o d u c t l i f e c y c l em a n a g e m e n t ，产品生禽周期管理) 技术的集成l 捌。 基于k b e 技术捣建露窳识驱凌c a d 系统不莰实嚣传统c a d 薛功戆，更对整个 设计过程建模，并运用于设计避程的各个屡次以改善设计开发过程。在传统的参数 化设计c a d 系统中，几何尺寸的约束关系是驱动力；而在k b e 中，知识是驱动力， 构型粒工程飙耍| l 驱动a 莓。 3 。2 知识驱动的阀门q 蛐系统构建框架 知识驱动阀门c a d 系统的主要解决韪企业阀门产晶的快速设计殷智能装配问 题。壤诧，本章将络会喜羲阕鹃缝梅蒋煮及设计流程，介缓稳建系统。 3 2 1 系统总体功能构成 零课题是“基予知识的阀门产品三维参数化设计系统 的一个模块( 子系统) 。 该阕嬲产燕三雏参数纯设计系绕翡总体臻麓模块鬈势絮蓬3 - 2 篱示。 网3 - 2 系统总体功能模块划分 f i g s - 2 f u n c t i o nm o d u t ep a r t i t i o no f t h eo v e rs y s t e m 举课题的任务是完成其中的盲板阖设计系统研究与开发。系统愚黼向阕门锖谶 行业汗发的运用k b e 技术的阀门快速设计系统，该模块( 盲板阀设计予系统) 的构 建继承了整个系统魏属缝，在魏基碴土该模块也瀑生出了蠡毫豹特点。系统菝播产 磊需臻，在设计资源和知识岗譬酶支持下，辩