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机械毕业设计428柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立说明书
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机械毕业设计428柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立说明书,机械毕业设计论文
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1 0 绪 论 0.1 国内柴油机的设计 现状 目前国内柴油机的设计、制造、工艺、可靠性、性能指标与国外同类产品相比有较大差距，开发设计的能力也较为低下，大都是采用引进国外一些即将淘汰的图纸、生产线进行二次开发，主要的关键零部件、毛坯还依赖进口，真正能完全吸收和消化国外技术达到国外水平的还不多。还有的厂家在引进产品国产化时任意更换质量上并不过关或不匹配的关键部件以降低成本，使柴油机可靠性大为降低。 此外，大多数国产柴油机的排放、噪音等性能也不尽人意，随着国家严格的环保条例逐步出台，排放不合格的柴油机将被禁止 生产，这无疑会给现有低水平国产柴油机带来更大的冲击。 总之，我国现有的柴油机整体水平还比较低，制造水平落后于先进国家 1020年 。 柴油机的传统设计主要是手工绘制和早期的 CAD 平面绘图，是单个单个零件的设计，不容易发现其中的装配等错误，而期早期的设计方法比较笨拙不方便，改起错误没有系统性，因此，设计量大 ,设计工作复杂。在当前竞争激烈的市场经济中，用户对柴油机的技术先进性、质量可靠性以及供货周期都要求很高，而保证这诸多因素的关键是设计。传统的手工设计已远远不能满足设计的要求，采用先进的 CAD 技术，已成 为当前技术革命的潮流，势在必行。 在柴油机的设计中只有采用 CAD 技术，才能加快产品的设计速度，提高产品的设计质量，缩短产品的开发周期，降低生产成本，从而增强企业的竞争能力。 0.2 国内外 CAD的发展及应用状况 CAD 技术开始于 20 世纪 50 年代，经历了 50 年代与 60 年代的形成、 70 年代的发展与 80 年代的兴旺，到现在已在二维绘图、三维几何造型等方面取得了很大的成就并且在某种程度上达到普遍应用的程度。回顾历史， CAD 系统软件的发展历程大致如下： 第一代 CAD 系统出现于 60 年代，这一代系统主要用于二维绘图，其技术 特性是利用解析几何的方法定义有关点、直线、曲线等图素。 第二代 CAD 系统始于 70 年代，主要是二维交互式绘图系统及早期的三维几何造型系统。在几何造型方面分别采用了三维线框模型、实体模型和曲面模型。在实体造型上采用了实体几何构造法（ CSG）和边界表示法（ B-rep），并在系统内部采用了数据库技术，这时已经出现了少数商品化系统。 第三代 CAD 系统始于 80 年代中期，直至现在。这一时期可以说是 CAD 软件发展的黄金时代，涌现出了众多商业化、成熟度、普及率都比较高的 CAD 系统软件。这一时期普遍开始采用基于特征的 参数化建模，以及约束求解和尺寸驱动设计方法，nts柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 2 在显示精度和渲染效果上也有突破性的进展。由于这些系统在二、三维模型之间以及与 CAM/CAPP/PDM 系统之间有内部统一的数据模型与结构，因此能够实现二、三维模型之间的相互关联，有助于 CAX 各系统之间的信息集成。 目前流行的 CAD 技术基础理论主要是以 UG 为代表的参数化造型理论流派，它们都属于基于约束的实体造型技术。只有这两种理论是在近十年产生并且赢得了广泛的认同。在这两种理论之前，基本上是以表面及线框造型技术为代表的无约束自由造型技术。现在， CAD 技术仍在向前发展 ，这将是一种支持新产品设计的大综合性环境支持系统，它能全面支持异地的、数字化的、采用不同设计哲理与方法的产品设计工作，有人称之为第四代 CAD 系统。目前，这一类系统还处在理论探索阶段，没有真正意思上实用的商品化产品出现。 尽管我国在 CAD 技术推广应用方面，取得了很大的成绩，但与工业发达国家相比，在应用的广度和深度上，还存在很大的差距，主要表现在： (1)国内 CAD 技术的推广应用还很不普遍。据统计，在制造业领域，真正用 CAD技术进行产品设计的，其覆盖率还不足 5%； (2)虽然引进了不少 CAD软件，但其功能都没有充分 利用。 0.3 柴油机的传统设计与应用 CAD 技术的比较 传统设计方法主要依赖于设计人员的经验 ,利用图板进行手工绘图设计，全凭工程人员的技术和经验来设计产品，也有少许运用二维电字图板进行绘图设计，它也是全二维图形，与手工设计无多大区别，只是把图板搬到了电脑里。 而目前的 CAD 特别是现代的三维 CAD 使零件设计达到了空前的方便，例如：PR/E， UG 等等，它们使的零件设计三维话，使设计更直观，更形象。使设计更具系统性。可以运用全周期设计，敏捷设计，并行设计等现代设计方法，使零件的设计合理化，简单化，使零件的更新换代 更加容易。 与柴油机 CAD 设计相比，传统的设计方法存在以下不足： 整个设计过程周期长、效率低； 对设计人员的要求较高。设计人员不仅要有丰富的柴油机设计经验，而且要较强的绘图能力，这样才能在柴油机的设计中少出差错。 无法进行相邻部件之间或部件内各零件间的装配干涉检查； 无法进行运动仿真以及运动过程中的干涉检查； 设计中设计人员要查阅大量手册和图文档案，并进行许多数学运算。 0.4 选题依据及本文主要内容 现代的产品设计是面向市场，面向用户的设计，企业制造出来的 产品要面对激烈的市场竞争。一个企业产品对市场的响应速度的快慢，产品开发一次成功率的高低，不仅决定着企业产品在市场上所占份额的大小，更决定着一个企业的命运。 nts 3 江苏江动集团在目前的柴油机的开发设计过程中，虽然采用二维 CAD技术（主要软件有 CAD等）通过修改已有的工程图来设计柴油机，较之以前手工绘图设计提高了生产效率，减轻了劳动强度。但是，二维设计有它的局限性，无法进行数字模拟仿真，无法避免产品的出错率， 可以发觉， 二维绘图在许多情况下， 不能 完全表述其设计意图， 难于完全表现出思维中零部件的材料、形状、尺寸、 相关联零件等三维实体。由于以前手段的限制， 人们不得不通过若干个二维图来描述一个三维设想， 而它的不唯一和完整性， 必须不断修正和完善， 才能表达清楚 。因此，要想真正提高产品开发能力，就必须掌握好三维 CAD设计技术，充分利用三维 CAD 技术。 在三维的 CAD产品设计中，可以调节渲染所设计产品的一些基本属性，如光源设置，模型属性 (颜色、透明度、反射系数等 )， 还可以设置模型的颜色、纹理、反射、景深、阴影等效果， 从而达到渲染产品外观的效果。 只有在三维的 CAD设计中， 才可能建立进行有限元分析的原始基本数据， 进而实现产品的优化设计。用三维模型在装配状态下进行零件设计， 可避免实际的干涉现象起到事半功倍的作用。 凡此种种， 二维的绘图设计只能在局部勉强达到， 因此， 采用三维设计是设计理念的一种变革，是 CAD的真正应用的开始。 在机械设计中， 设计模型， 就是各种机械零件的实际模型。所有的模型均可以分解成有限品种的构成特征， 而每一种构成特征， 又可以用有限的参数完全约束， 即参数化。因而， 现在的产品设计中， 全部可以用参数化的三维模型来表述。 实例库的建立是就是参数化 设计 的结果。它是 用户和科技工作者所面临的重要 课题之一，对它的研究具有很大的市场价值和应 用价值。 为了提高柴油机的设计质量，缩短柴油机的设计周期，减轻设计人员的劳动强度，我们针对柴油机的特点基于 UGII 软件建立了实例库。实例库故名思意就是实例零件的集中，是把零件造出来放到一个库，就行成了实例库，运用 CBR 和成组技术建立了实例库有利于企业的生产和开发，其中主要内容安排如下： 0 绪论 简述了 CAD 技术，对柴油机的传统设计与应用 CAD 技术进行了比较，说明了柴油机三维设计及实例库建立的重要性，以此来确定论文的选题依据。 1 柴油机设计理论 介绍了柴油机的一般设计理论 ，设计步骤，对影响柴油机设计和各种因素进行了概括和总结 2 柴油机 实例库建立 中的关键技术 重点探讨了 UG建模技术，以及设计中的关键技术 3 通过 UG modeling 建立模型实例 介绍利用 UG modeling 建立模型实例，并说明利用 UG modeling 造型的方法。 nts柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 4 4 通过 UG/OPEN GRIP 建立实例模型 介绍利用 UG/OPEN GRIP 建立实例库的实例，并说明利用 UG/OPEN GRIP 造型的方法。 5 总结 总结全文的主要内容和应用实例库的成效。 致谢 参考文献 nts 5 1 柴油机的设计理论 1.1 柴油机的组成 普通柴油机的组成图如下： 单缸四冲程柴油机主要由机体、运动机构、配气机构、燃油供给系统、供气系统、排气系统、冷却系统、润滑系统、调速系统及照明系统等组成。 1.2 柴油机的设计试制过程及总体设计 1.2.1 柴油机的设计试制过程 nts柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 6 1.2.2 计包括以下几项工作： 接收新产品设计试制任务 调查研究收集资料 拟定技术任务书 总体方案设计 主要零 部件初步设计 单缸试验机设计 主要零部件试验研究 单缸试验机研究 整体施工设计 样机试制 样机性能试制 样机可靠性与耐性试验 扩大用户实验 样机鉴定 小批生产工艺考核 成批生产 试验场配套设备 nts 7 首先进行总体方案设计，即确定内燃机的类形和主要结构参数以及总体布局，绘制出纵横剖面图和外形图。在总体方案设计时，通常要拟定几种方案，进行分析比较，反复修改，确定一种方案，并在此方案的基础上绘制系列产品和个种变形产品的总布图，以便统一考虑产品的系列化和变形等问题，必要时，还要进一步修改总体方案设计。 柴油机一般都是根据市场要求，大批大量生产。在设计过程中，应尽量做到采用先进的工艺方案；正确选择柴油机通用部件及机体布局型式；要十分注意保证加工精度和生产效率的 措施以及操作使用方便性，力争设计出技术上先进、经济上合理和工作可靠的柴油机。 1.3 柴油活塞组部件设计 一，活塞 1）活塞工作情况几设计要求： 活塞的工作情况可以概括如下： 很大的机械负荷 很高的热负荷 强烈的磨损 根据活塞的工作情况，在进行活塞设计时应满足下列要求： 在保正足够的强度与刚度的条件下具有最小质量 具有良好的密封性 受热少又便与散热 最小的磨损 2）活塞结构设计 活塞的基本结构，根据所起作用不同，可分以下几个部分： 活塞头部 包括塞顶，顶岸及活塞环带。 活塞裙部 环带 以下的部分，起导向作用并承受侧压力。 活塞销座 位于裙部中央上方，销座中安放活塞销。 3）活塞主要尺寸有： 活塞高度 H 尽可能选择较小的 H。 压缩高度 H1 顶岸高度 h1 顶岸高度确定了第一环的位置。 环带高度 h2 环带高度取决于活塞环数，环高及环岸高度。 17 二，活塞销 活塞销设计应满足如下要求： 在保正足够强度与刚度的条件下具有最小的质量； nts柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 8 外表耐磨，而内部冲击韧性好； 足够的承压面积 由以上基础内容看出活塞组零件设计的特点是在最小重量下达到工作要求。 经过对柴油机 设计及活塞组设计的研究，可以掌握设计柴油机时要注意的地方，可以分析出零件中拼合模块及其中的参数，为后面的造型打下基础。 nts 9 2 实例库建立的关键技术 2.1 建立实例库的基本标准及方法 2.1.1 建立实例库的基本标准 1. 每个 零 件都应有一个中心基准（如基准点或基准轴或基准面，主要使用三面基准），建立 零 件时，坐标系（相对坐标和绝对坐标）应在该 零 件的对称中心位置。 2. 应尽量减少特征数，特征间尺寸用关系表达式表示。将特征参数分为主参数和次要参数，用主参数去控 制和约束次要参数。 3 . 每个 零 件应在菜单 “ 装配 ” 中设置 “ 参考集 ” ，调出时仅显示特征实体。 4. 对于一个由几个零件装配在一起而组成的部件，要注意建立部件内各个零件之间的参数值传递，即建立各个零件之间的尺寸链接关系，并用一个主要的零件去控制和约束其它的次要零件。 2.1.2 用 UG 建立实例库的方法 1 用户自定义特征（ .udf）法 （ 1） FileNew 输入一个 零 件 Part 文件名， ApplicationModeling 生成一个Part文件。 （ 2） ToolboxExpression 对参数表达式 进行用户化命名（ Rename）和编辑（ Edit）。 （ 3） FileExport ，生成、定义、存储一个 udf文件。 （ 4） ToolboxFeaturesUser Defined 实现调用。 优点：创建比较容易；可建立特征参数之间的关系，定义特征变量，设置缺省值，提示输入关键值；易于恢复和编辑。缺点：须建立一个新的 part 零件才能输入用户自定义特征。 2 用程序设计（ .grx 或 *.dll）： UG Open GRIP 和或 UG Open API(UFUN)开发编程实现 零 件的生成和调用 优点：使用交互 调入最方便，应用层次最高。缺点：需用程序写入，工作量大。 2.2 建模技术 基于实例库的设计可显著提高设计效率和质量，缩短产品开发周期。通过对实例库中的约束参数的修改，方便地创建出一系列功能和形状相似的设计模型。 2.2.1 特征建模 在三维造型中，实体模型已经比较完善，但它仅仅是零件的几何形状描述，没nts柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 10 能满足产品开发整个生命周期内集成所需的信息，如加工特征、材料、装配、公差和表面粗糙度等信息。此外，在几何形状设计中，采用点、线、面或一些简单的体素通过布尔运算等方法进行造型，不太符合设计、制造对构型的实际要求 与工程师的设计习惯。因此，产品信息模型不完整，设计和制造系统之间的共享同一数据格式和结构的问题并没有得到根本性解决。也就是说，几何形状的描述和它在制造中被加工成形并没有形成一一对应的，可为 CAD/CAM所理解的数据结构和相互关系。这些导致了集成的先天困难。 一个零件的形状主要由其使用功能及加工工艺性所决定。因此，在设计零件结构时，设计者往往采用具有某些使用功能和能够加工的形状特征进行组合和拼接。采用这样的构型思维方式称之为特征建模。 特征建模通过计算机将工程图纸所表达的产品信息抽象为特征的有机集合，它不仅构 造了按一定拓扑关系组成形状，而且反映了特定的工程语义，支持了零件从设计到制造成整个生命周期内各种应用所需的几乎全部信息，其中包括管理信息，形状信息与工艺信息。 特征建模是一种全面表示零件特征的定 义方法，利用特征描述零件，不仅可以提供诸如几何、拓扑、功能、尺寸公差及制造工艺要求等信息，而且还可以同参数设计、尺寸驱动等先进的设计思想相结合，提供全新的设计环境。 特征一般可以划分成以下几类。 形状特征 描述一定工程意义的功能几何形状信息。形状特征分为主要形状特征和辅助形状特征。主要形状特征用于构造零件的主要形 状，辅助形状特征用于对主要零件形状特征的局部修饰（如倒角、键、中心孔等）。 精度特征 描述产品、零件和特征几何形状和尺寸的许可变动量或误差。精度特征可分为：尺寸公差、几何公差和表面粗糙度。尺寸公差可分为定位尺寸公差、定形尺寸公差。几何公差可分为形状公差与位置公差。 管理特征 用于描述零件的管理信息（如标题栏里的零件名称、图号、批量、设计者等）。 技术特征 用于描述产品、零件特征的工艺要求，如热处理等。 材料特征 用于描述零件材料的组成和条件，如性能、规划、热处理方式、表面处理方式和条件等。材 料特征分为整体材料特征、表面处理材料特征及局部处理特征。整体材料特征作为零件的属性，记录在零件信息数据结点上，它包括材料种类代号、性能、nts 11 整体热处理方法，如表面处理包括表面淬火、渗碳、氮化等。 装配特征 用于表达零件装配过程中需使用的信息。 分析特征 描述有限元网格特点，类型以及力作用点和方向。 制造特征 描述零件的特征加工方法，切削用量，机床、刀具、量具等特征描述。 质量特征： 质量是指产品、零件和特征的性能、功用等指标满足用户要求的程序，产品质量与产品生产过程中诸环节有关，主要由评价结果来描述。 在上述特征中，形状特征和精度特征是与零件建模直接相关的特征，而管理特征、技术特征、材料特征和装配特征等虽不直接参与零件的建模，但它们是实现CAD/CAPP/CAM 系统集成必不可少的特征。 2.2.2 参数化设计 通过一组参数建立有关曲线之间的对应关系 ,给出不同的 参数 ,即可得到不同的曲线 ,这就是最基本的参数化原理 .参数化设计就是根据这种基本原理 ,建立的一组参数与一组图形基本元素或多组图形之间的对应关系 ,给出不同的参数 ,即可得到 不同的结构图形 .实际上 ,参数化也就是现在所说的数字化 .一个复杂的图形可以分解 成一系列简单和易于描述的基本图形元素 ,如线、圆、圆弧、曲线等，因此任何一个结构图 形都可以用一系列的控制尺寸及位置尺寸来完整、唯一地描述 .基于以上原则 ,我们把尺寸标 准看作是一种符号变量 ,只要改动一个尺寸 ,参数化系统便能正确、快速地修改整个结构和部 件；同样 ,只要用户 改变结构图形 ,参数化设计系统也能自动修改相应的尺寸 .我们也可以通 过改变参数来获得不同的实体形状 ,从而得到不同的设计方案 .所以参数的应用可以大大提高 CAD系统的图形输入和几何建模的效率 结构对象的参数化一般应具有以下特征 必须具有较好的通用性 ,能适用于同种类 型的不同结构； 用户能根据自己的需要和习惯指定参数； 能根据用户指定的参数 ,自动计算结构的几何点坐标； 不仅能指定结构的形状控制参数 ,而且能指定结构或部件的位置控制参数； 所设计的部件容易组装； 能使用结构形状参数、位置参数、关系描述性参数、材料参数和施工要求参数等 ,并建立 统一的关系数据库； 对三维参数化设计系统 ,还应具有平面和空间的描述性参数 ,以便于用户根nts柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 12 据设计意图， 正确合理地选用参数 . 参数化设计不仅可以使系统具有交互 式绘图的功能 ,还可以使其具有自动绘图的功能。利用参数化设计开发出来的专用的产品设计系统 ,可以使设计人员从大量繁琐的绘图工作中解脱出来 ,可以大大提高设计速度 ,并减少信息的存储量。因而进行参数化设计技术 ,是技术应用领域内的一个重要的任务。参数化设计经常利用原有设计 ,提取一些主要的定形、定位或装配尺寸作为自定义变量 ,修改这些变量的同时由一些公式计算出并变动其它相关尺寸 ,即可得到所需的新的设计产品。 参数化设计 是 通过修改尺寸而实现对图纸的修改的设计方法。在参数化设计的过程中，用户无需进行干预，由 CAD 系统对整 个图形的约束集进行分析和求解。 参数 =尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等 ， 目前参数化技术大致可分为如下三种方法：（ 1） 基于几何约束的数学方法；（ 2）基于几何原理的人工智能方法；（ 3）基于特征模型的造型方法。其中数学方法又分为初等方法（ Primary Approach）和代数方法（ Algebraic Approach）。初等方法利用预先设定的算法，求解一些特定的几何约束。这种方法简单、易于实现，但仅适用于只有水平和垂直方向约束的场合；代数法则将几何约束转换成代数方程，形成一个非线性方程组。该方程组求解较困难， 因此实际应用受到限制；人工智能方法是利用专家系统，对图形中的几何关系和约束进行理解，运用几何原理推导出新的约束，这种方法的速度较慢，交互性不好；特征造型方法是三维实体造型技术的发展，目前正在探讨之中。 2.3 成组技术 成组技术 (GT-group technology)揭示和利用事物间的相似性，按照一定的准则分类成组，同组事物能够采用同一方法进行处理，以便提高效益的技术，称为成组技术。在机械制造工程中，成组技术是计算机辅助制造的基础，将成组哲理用于设计、制造和管理等整个生产系统，改变多品种小批量生产方式，以 获得最大的经济效益。成组技术的核心是成组工艺，它是把结构、材料、工艺相近似的零件组成一个零件族（组），按零件族制定工艺进行加工，从而扩大了批量、减少了品种、便于采用高效方法、提高了劳动生产率。零件的相似性是广义的，在几何形状、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性为基本相似性，以基本相似性为基础，在制造、装配等生产、经营、管理等方面所导 出的相似性，称为二次相似性或派生相似性。 成组工艺实施的步骤为： 零件分类成组； 制订零件的成组加工工艺； 设计成组工艺装备； 组织成组加工生产线。 零件分 类成的方法有： nts 13 代码分组法：利用零件分类编码系统对零件进行编码，按零件代码，采用一定的相似性准则进行分组。各个国家或大企业均有自己的零件分类编码系统，比较典型的应用比较广泛的系统有捷克的 VUOSO 系统、德国的 OPITZ 系统、日本的 KK-3系统和我国的 JLBM-1 系统；分组方法有特征位法、码域法和特征位码域法； 生产流程分析法 (PFA-production flow analysis)：是以零件的加工工艺过程为依据，通过分析进行分类，具体方法有关键机床法、顺序分枝法、聚类分析法、键合能法等。此外尚有势函 数法、模糊模式识别法等。 制订零件的成组加工工艺的方法有： 复合零件法：在一个零件族中，设计一个能包含这组零件全部的几何特征 的 零件，作为复合零件，其加工工艺则为该族零件的成组工艺； 复合工艺路线法：根据一个零件族中全部零件的工艺路线，制订一个能包含全部零件加工工序的工艺路线，作为该族零件的成组 近年来，成组技术与数控技术、计算机技术相结合，水平有了很大提高，应用范围不断扩大，在产品设计、制造工艺、生产组织与管理等方面均有显著的应用效果，如新零件设计数可减少 52%、生产准备时间可减少 69%、劳动生产 率可提高 33%、生产周期可关 70%、零件成本可减少 43%，并已发展成为柔性制造系统和集成制造系统的基础 。 2.4 CBR 技术 2.4.1 CBR 技术主要内容 1、 CBR 概述： CBR 的研究起源于 1982 年 Schank 的论著 ”Dynamic Memory”;1983 年 Kolodner在计算机上实现； CBR 开始时用于法律、医学等方面。目前已开始向工程领域渗透。 2、 1 CBR 的基本思想 图 2.4-1 nts柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 14 2、 2 CBR 的特点 * CBR 是一种类比推理， 属归纳推理，能创造新知识，这与演绎性不同； * CBR实现分“学习”与“开创”两部分： * CBR 系统的实现效率取决于实例源的多少和实例索引方式； * 实例的归纳式修正是生成新解的关键； 3 实例的表示 从逻辑上看，对实例的描述涉及三个方面： * 问题状态的描述：索引 * 解描述：用特定的数据结构（一阶谓词、框架、数据库的纪录项）表述实例的文本描述； * 解执行讨论的描述； 4、实例的索引 * 实例的索引：对实例进行标识，建立归纳操作的前提； * 实例索引的实现方法： 1）相似矩阵法：类似于 GT 中的 特征矩阵； 2）神经网络法 * 索引过程所采用的编码模式： 1. 链式码 2. 层次码 3. 混合码 5、 实例的归纳 根据待求问题描述，并比较索引所提取的实例的问题描述，进行归纳式的解的生成。具体有以下方法： (应用归纳规则 ) * Ruler-bared Reasoning * Newral Netwnks 6、 解释的模型的建立 设计成本、参数等： 1）定性； 2）定量 （与应用公式有关） 在 CAPP 中，工艺过程的图形仿真：实际上是一种结合人的思维的定性方法。 7、 CBR 与 Rule-based 系统的结合 8、特点： 属类比归纳推理，能创造新知识，这与演绎不同； * “求解”于“学习”能很的结合； * 但要求实例丰富，否则不佳； * 索引方法对推理效率、成功率等影响最大； 基于实例的推理 (Case-Based Reasoning， CBR)是一种典型的利用以前的实例和经验进行推理的、新的问题求解机制 .它求解问题简单快速、效率高；实例库的建立nts 15 比较方便，不一定需要专家参与；实例库的维护、学习比较方便 .这些优越性使得 CBR在知识抽取比较困难或知识比较缺乏的工艺设计过程中非常有用 . 2.4.2 CBR 技术的缺现 利用基于实例推理技术时首先要深入研究它的优缺点。是一种以实例为知识载体的知识供应方法。当前它仍有如下不足：首先，系统为了达到实用通常建立庞大的实例库，这导致管理困难，系统运行效率低；其次，通过检索得到的只是一个或很少实例，而其它不符合检索要求但含有适用知识的实例没有利用，支持创新的力度不够；最后，实例调整严重依赖领域知识，难度大，所以很多 cbr系统简化为实例检索系统。导致这三项缺点的深层原因是实例是独立的，不同实例所蕴含的知识难以组合利用。 成组和 CBR技术是实例库建立过程中的关键技术，利用成组技术可使零件 归类，在几何尺寸和拓扑关系方面找出它们之间的共同点和不同点，而利用 CBR技术进行推理，可以从以有的零件推理新零件的构造，可以推理出新问题的解法。在此次实例库建立过程中有很多地方用到成组和 CBR技术。 nts柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 16 3 UG modeling 建立模型实例 3.1 UG modeling建模 UGII 是美国 UGS 公司开发的三维 CAD/CAM 系统，该系统可以精确地描述几乎任一几何形状，通过组合这些形状，进行产品设计、分析和建立工程图。 UG 是一套集 CAD/CAM/CAE 的于一体的三维参数化软件， 具有强大的建模、分析和加工功能。 其建模技术结合了传统建模和参数化建模的优点， 采用尺寸驱动技术， 具有全相关的参数化功能， 是一种 “ 复合建模 ” 工具。 应用 UG 的建模功能，设计工程师可快速进行概念设计和详细设计，交互建立和编辑各种复杂 的零部件模型。根据已建立的三维零件模型， UG 的各种应用功能既可对模型进行装配操作、创建二维工程图； 也可对模型进行机构运动学、动力学分析和有限元分析， 进行设计评估和 优化； 同时， 还可根据模型设计工装夹具、进行加工处理， 直接生成数控程序， 用于产品的 加工。在建立三维数据模型时 ， 模型的性能直接影响到模型的可编辑性以及在各相关应用中的处理速度 。 1 UGII的主要功能模块 建模 UGII 将基于约束的特征建模和显式几何模型方法无缝地结合起来，提供以当今业界最强有力的 “ 复合建模 ” 工具，使用户可以充分利用集成于先进、基于特征环境中的传统的实体、面、线框造型的优势。该模块可使用户能够很方便地建立二维和三维线框模型、扫描和旋转实体经及进行布尔运算及参数化编辑。它还提供用于快速、有效的概念设计的变量草图工具和更通用的建模和编辑任务的工具。 装配建模 装配建模模块提供了并行的、自上而下的产 品开发方法，装配的主模型在整个装配过程中可以进行设计和编辑。部件可灵活地配对或定位，并且一直保持其关联性。这样既改进了性能，又节约了磁盘的存储空间。它还提供了数据装载控制功能，允许用户对装配结构的部件进行过滤分析。它可以管理、共享和评估数字模型，以完成一个复杂产品的全数字化装配模型。用它提供的各种工具，用户可对整个产品、指定的子系统或零件进行可视化及装配分析。 工程图 工程图模块可以使设计者、工程师和绘图员从三维实体模型得到完全相关的二维工程图。利用 UG的复合建模技术，该模块可以生成尺寸与实体模型相关的 工程图，并保证随着实体模型的改变而同步更新工程图尺寸，减少了因模型改变二维图纸更新所需的时间。利用装配模块的数据可以方便地绘制装配图，并能快速生成装配爆炸图。nts 17 无论绘 制单页还是多页详细装配图及零件图，工程图模块都能减少时间和成本。 WAVE技术 该模块提供了一个参数化产品设计的平台，它把概念设计与详细设计的变化自始自终地贯穿到整个产品的设计过程。在此平台上， WAVE 技术使其高级产品设计的定义、控制和评估成为可能。这一被称为“控制结构”的可重复利用的设计模板被用来表达产品设计的概念，这是通过定义几何形体框架 和关键设计变量来实现的。 开发工具 图形交互编程（ GRIP） GRIP 是类似于 FORTRAN 语言的一种程序设计语言，采用类似英语句子的语法，在句法、编译、联接等方面与 FORTRAN 语言具有相同的特征，可以执行 UGII 中绝大部分操作，在有些情况下， GRIP 可以执行高级的定制操作，比在交互方式下更加有效，几乎所有交互方式下执行的操作，都可以使用 GRIP程序来实现。 用户功能程序（ UFUNC） 提供了与 UG的直接编程接口，允话用户使用当今流行的大多数编程语言，如 C、C+建立自已的应用程序。它通 过使用自定义对象，提供了一个“全扩展数据模型”。用户可以开发应用程序扩展 UG，也可以充分利用 UG的构造功能建立完全独立的实用工具。 此外， UGII软件 CAD模块还包含许多其它功能模块，例如虚拟现实、逼真着色、几何公差等功能模块； UGII 软件 CAM 模块中包含后置处理、车加工、型芯的型腔铣削、固定轴铣削、清根切削、可变轴铣削、顺序铣切削、切削仿真等功能模块； UGII软件 CAE模块中包含：有限元分析、有限元、机构学、注塑模分析等功能模块。 2 UG中的特征造型 UG 的造型模块是基于特征的复合建模技术，它提供的尺寸 驱动和基于约束功能 给设计者以很大的灵活性，并大大缩短了设计时间。“特征”意为着可以在可许的范围内进行修改，即参数化设计。 UG 的特征不仅包括建模特征，如形体特征，曲面特征；而且还有操作特征，顺序特征，引用特征 等。复合建模是指 UG 的建模技术分为两部分：零件一级的建模即特征建模和自由形状建模；部分一级建模即装配建模。 3， PART造型适用范围： 有些零件它们的外形一样，或者说差不多，只是它们的尺寸大小不一样，在尺寸大小变化时，零件的拓朴关系不变，象这类零件就可用 PART 模块来建模。这时改变模型中的表达式，就可 生成其它零件。 3.2 UG 模型建立的方法 用 UG 软件进行柴油机设计、制造时，很重要的一个问题是如何利用软件快速正nts柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 18 确地建立柴油机的三维模型。一个详细而又复杂的设计模型的基本建立方法类似于加工过程：首先，通过基本体素或草图建立零件的毛坯，即模型的基本形状；其次，通过成形特征等功能类似于粗加工一样在毛坯上开键槽，挖空，打孔等操作；再其次，通过类似于精加工倒圆角、倒角等方法对模型倒圆角等操作；最后，对所建模型再做适当的编辑，这样一个符合要求的零件模型就建立了。 UG 是一种复合建模工具， 它提供了多种建模方法。在 建立零件模型时， 既可以用基本体素建立简单的实体， 也可以通过对曲线、草图的拉伸、旋转建立各种扫描实体， 还可以用系统提供的特征创建各种特征体。对于同一零件模型， 尽管可以用不同方法和不同的顺序建模， 但是， 不同建模方法所建立的实体模型， 其编辑性能不同。例如： 要创建一根阶梯轴的三维模型， 可用基本体素圆柱体来逐段建立， 也可逐段绘制圆再对其进行拉伸来建立， 还可先建一个基本体素圆柱体再用凸台特征来建立。在这三种建模方法中， 第一种方法建立的轴编辑性不好， 如果缩短中间某个台阶的长度，则会出现更 新失效 的提示。而第三种方法从建模的方便性和各参数的可编辑性来说都是最好的方法 . 3.3 MODELING 造型实例 活塞 图 3.3-1 一 文件操作 1）建立一个新的部件文件 选择 FILE NEW 命名为： ZH1120.4-3 2）打开一个部件文件 选择 FILE NEW 名为： ZH1120.4-3 二 图层的设置 层类似与透明薄膜，每个层可以安放不同类形的对象。层用于组织部件文件的数据，在每个部件中提供 256层。层的状态分四种： 可选层，使为工作层，不可见nts 19 层，仅可见。 图层一般分配如下： Layers1-20 实体 Layers21-40 草图 Layers41-60 曲线 Layers61-80 基准 Layers81-100 片体 Layers101-120 工程图 Layers121-150 自定义 Layers151-180 加工 Layers181-256 自定义 在此实例中，实体在 LAYER 1 层，草图在 LAYER 21， 22， 23， 24， 25 层，基准在 LAYER 2， 61， 62， 63， 64， 65层。 所建草图如下： 图 3.3-2 所建基准如下： 图 3.3-3 三 表达式 表达式有自己的语言： 左侧：变量名 右侧：表达式字符串 nts
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