基于规则推理的汽车冲压件成形工艺性分析概要.doc

第40卷第2期上海交通大学学报V01.40No.2 2006年2月JOURNAL0F SHANGHAI JIAOTONG UNIVERSlTY Feb.2006文章编号:10062467(2006020190一05基于规则推理的汽车冲压件成形工艺性分析陈(上海交通大学纲陈军,阮雪榆模具CAD国家工程研究中心,上海200030摘要:提出了一种新的汽车冲压件产品模型的表达方法,即冲压件特征语义树.该方法从产品模型所包含的海量、离散、底层、冗余的几何、拓扑信息中提取出工艺设计者所关心的带有特定工程语义的高层几何、拓扑信息,因此,它既能够表达形状特征的高层几何、拓扑信息,又能够表达产品模型所包含的丰富工程信息.同时,提出一种新的基于规则的推理策略,即规则一语义推理策略,在冲压件特征语义树和工艺设计规则之间进行搜索、匹配.并基于冲压件特征语义树和规则一语义推理策略,提出一种新的冲压工艺性分析方法,避免了针对自由曲面模型的自动特征识别和针对产品模型的底层数据的推理.关键词:汽车冲压件;成形性分析;基于规则的推理;特征语义树中图分类号:TH122文献标识码:AA RUIe-BaSed FeasibiIity AnaIySis MethOd fOr AutOmOtiVe Stamping PartsCHEN Gnng,CHEN Jun,RUAN X札eytt(National Die&Mold CAD Eng.Research Center,ShanghaiJiaotong Univ.,Shanghai200030,ChinaAbstract:An innovative representation scheme for automotive stamping parts product model,i.e.Feature Semantic Tree,was presented.Highlevel geometrical and topological information with specific engineering semantics,which is contained in Feature Semantic Tree,was abstracted from lower level geometrical and topological information contained by the product model,which is magnitude,discrete and redundant. Therefore,highlevel geometrical and topologicalinformation as well as abundant engineering information of the product model can be simultaneously represented in Feature Semantic Tree.A new reasoning strategyfor rule_based reasoning system,i.e.RuleSemantic Reasoning was presented,which can efficiently match the form features in Feature Semantic Tree with corresponding stamping process design rules.Based on Feature Semantic Tree and RuleSemantic Reasoning,a stamping feasibility analysis method was innovatively presented.It can avoid automatic feature recognition forfreeform surface model and reasoning on lower1evel geometrical and topoIogical data.Key wOrds:automotive stamping parts;feasibiIity analysis;rule-based reasoning;featuresemantic tree基于知识的汽车冲压件产品成形工艺性定性分析方法近年来逐渐得到学术界和企业界的重视12I,它将工艺专家的丰富经验转化为软件系统中储存的知识,使之能部分替代工艺专家对冲压件收稿日期:2005一0131基金项目:上海市“十五”重点科技攻关项目(01511l004作者简介:陈纲(1974一,男,四川南充人,博士生,主要研究方向为汽车冲压件与模具设计、有限元数值模拟和智能推理等陈军(联系人,男,教授,博士生导师,电话(Tel.:02卜62813424;E-mail:jun_.首选渠道:租车公司杭州租车公司在婚车租赁这一方面实力比较雄厚,从最普通的中高级级车到最顶级的豪华车都有,可以提供的选择较多。但是由于自有车辆需要有养护、停车、专业司机等方面的支出,所以它的价格相对于消费而言,没有太大的商量余地。常见渠道:婚庆公司婚庆公司通常会向新人提供“套餐服务”,包括了主持策划、摄像、DVD、鲜花和整个车队而且价格看上去会很诱人。大部分的婚庆公司的婚辆都是从外面租赁而来,只不过它们得到的是“批发价”。有个别婚庆公司不求服务质量,甚至向一些私人车主来借车来业务,在服务质量和车型上都得不到保障。新兴渠道:网络租车杭州租车网/随着网络技术和电子商务的不断发达,在婚嫁类专业网站和一些电子商务网站上租借婚车,也成了婚车租赁的主要渠道之一。这些网站都提供了一个信息平台,使婚车的价格更加透明和公开。新人朋友在这些网站上可以进行综合比较,来确定一个合理的价格。颜色选择白色婚车白色彰显纯洁、干净高贵,与新娘白色的婚纱寓意着同样的浪漫色彩,白色婚车市场前景不错,现在很多大城市整个车队都是白色的,这也是因为路面上大多数车身还是以深颜色居多,干净的白色显眼醒目,别有一番味道。黑色婚车黑色是人们选择率最高颜色,是一个经典色,庄重、大气、沉稳,而且和新娘婚纱的颜色相配,显得非常有档次。黑色的婚车更能凸显其气派,同时带有神圣庄严的气氛,是很多人选择黑色作为婚车颜色的重要原因。红色婚车红色的描述是气质、活力、时尚、动感的组合,红色婚车会把婚礼上喜庆夺目的氛围非常契合的表达出来。红色婚车比较适合追赶时尚潮流的80后,让婚礼的每一处细节能够自由地展示新人的独特个性。婚车租赁价格/service.php婚庆租车的价格会因地区的不同而略有差异,但是从大众的消费角度来看,45.5%的人接受的婚车价格在2000元以下;26%的人接受的婚车价格在20015000元;9%的人接受婚车价格在50018000元;大众的婚车消费主要集中在2000元以下,尽管人们都喜欢气派的轿车,但是近年来人们消费趋向于理性化第2期陈纲,等:基于规则推理的汽车冲压件成形工艺性分析CAD模型的成形工艺性进行快速定性分析,并提供修改建议.在基于规则推理的成形性定性分析方法中,目前直接针对底层的形状特征几何、拓扑信息进行推理还难以实现,主要原因为:针对自由曲面模型的自动特征识别难以实现3“;形状特征的几何、拓扑信息多采用Brep表达,针对该类型数据结构的自动推理难以实现78.因此,本文提出一种新的推理方法:提取形状特征的几何属性后将其赋予高层的特征语义;采用特征语义树来表达冲压件几何模型,位于根部结点的是语义表示的主特征及其属性,位于叶节点的是辅助特征及属性;采用一种特殊的规则一语义推理策略,在冲压件特征语义树和工艺设计规则之间进行搜索、匹配,找出与工艺设计规则相关的形状特征及其属性,进行快速成形性定性分c1一矩形轮廓,s1一直壁,S2一斜面侧壁,B1一平面底部,RiblRib5一压筋,Bul、Bu2一凸起图1卡车顶盖外板的形状特征Fig.1The form features of a truck roof outer panel2冲压件特征语义树的建立2.1特征语义树的结构冲压件特征语义树的逻辑结构分为4层,从根部到枝叶依次为成形工艺层、零件层、特征层和特征属性层,如图3所示.各层的功能为:成形工艺层描述零件所属的主要成形工艺特征类别,是建立冲压件特征语义树的基础;零件层描述零件的基本信息、管理信息和材料信息;特征层描述零件的形状特征,包括主特征和辅助特征;特征属性层利用语义描述形状特征的宏观几何属性、各形状特征之间的邻接关系以及主辅特征之间的依存关系等几何信息.2.2特征语义树的表达采用面向对象方法来表达冲压件特征语义树.成形工艺层与零件层分别对应成形工艺类和零件类.在构建冲压件特征语义树的模型时,成形工艺类析.系统的工艺设计规则库包含通用规则子库和特殊规则子库,对每个待分析的冲压件,通用规则子库中的每条规则都被遍历,当待分析的冲压件满足规则索引匹配时,才激活特殊规则子库中的相关规则.1形状特征的表达通过自动识别与交互定义提取形状特征的几何属性之后,采用结构化的语义来表达冲压件的形状特征.特征语义的结构类似于槽,槽名是预先定义好的标准化特征名称,每个槽包含若干个子槽名和对应的子槽值,子槽名是形状特征的几何属性名称,子槽值是属性值.以某型卡车顶盖外板为例,其形状特征和特征语义表达分别如图1、2所示.卡车顶盖外板卜_叫材料属性特征名称sl l侧壁深度272mmI。凸模圆90mm角半径距y晓平300mml面的距离主特征卜辅助特征主特征f II堕,仳鱼签竖!l_倒匪:;竺l长度1.2lmI凸模圆8mml角半径l距y晓平600mml面的距离图2汽车冲压件形状特征的表达方法Fig.2The form feature representation ofautomotive stamping parts辅助特征,=1,2,成形工艺层零件层特征层特征属性层图3汽车冲压件特征语义树的逻辑结构Fig.3The logical architecture of the feature semantic tree of automotive stamping parts再派生出形状特征类.基本信息类、材料信息类和管理信息类作为辅助类,它们的对象被零件类对象引用.特征属性类单独生成,它包含槽结构的特征语义表达.以卡车顶盖外板为例,采用面向对象方法构建的冲压件特征语义树模型如图4所示,该零件属于 上海交通大学学报第49卷形状特征类实例化得到相对应的形状特征对象.各所示.形状特征对象引用特征属性类对象,而主特征类对象引用辅助特征类对象。基本信息类材料信息类管理信息类浅拉深类l顶盖类卜_净卡车顶盖外板主特征类卜_叫辅助特征类黝唼征划峙征影峙征制k笫裂飞下特征属性类形状特征语义表达特征名称:值几何参数l:值几何参数2:值i几何参数:值拓扑参数1:值拓扑参数2:值i拓扑参数H:值派生关系,十引用关系,串实例化图4汽车冲压件特征语义树模型的面向对象表达Fig.4Theobject_o“ented representation of the feature semantic tree model of automotive stamping parts 3基于规则推理的成形工艺性分析3.1成形工艺知识的获取汽车冲压件的工艺设计知识包括通用性知识和针对不同零件的特殊知识.从文献9中可以总结出设计时应遵循的通用工艺设计规则,例如:零件底部或法兰上的孔,其边缘与零件直壁之间的距离不能小于如图5所示的距离,如果距离过小,孔边缘容易进入工件底部的圆角部分,冲孑L时凸模将受到水平推力.通过询问经验丰富的工艺设计师、有限元数值模拟和实冲结果分析可以得到针对不同零件的特殊工艺设计规则.如图6(a所示,针对该卡车顶盖外板有2条特殊工艺设计规则:(1A、B两处凸起的最小曲率半径必须大于25mm,以避免起皱;(2侧壁1、3处的外轮廓线应为略向外凸的大曲率半径圆弧.在衡量轮廓线的弯曲程度时,将轮廓线在z回平面上正投影,做连接圆弧首尾两点的直线,也将其正投影在z回平面,沿y轴方向取投影轮廓线的最高点G.对于侧壁1,G点与投影直线间的距离d一尺l+0.5f(a弯曲件R,+0.5frRl饿冒尺l+0.5,(b拉深件图5孔边距的最小值Fig.5The minimum distances from the h01e edgeto the part edge(a卡车顶盖外板的2条特殊工艺设计规则圆弧最高点G(b第2条特殊工艺设计规则的定义图6卡车顶盖外板的成形缺陷分析Fig.6The forming defects and formability anaIysisof the truck roof outer panel3.2面向对象的规则表达与规则库的构建采用面向对象方法来表达工艺设计规则.首先定义通用的规则模板,规则类由规则模板产生,每一个规则类表达一条工艺设计规则.规则类实例化得到规则对象,它把关于规则的数据与操作封装在一个实体内,成为能够独立运行的知识单元.规则对象的属性包括与规则相关的形状特征名称及其几何参数、推理解释以及规则匹配后的状态标志.规则对象的方法包含公式模板、完成数据计算的公式类、完成形状特征属性提取和消息调用的过程规则以及进行条件判断的方法. 第2期陈纲,等:基于规则推理的汽车冲压件成形工艺性分析的规则模板,然后利用它建立规则类.规则类在继承规则模板的基本属性与方法的同时,增添了通用的对象判断词、操作方法和相应的解释.对应于每条具体的工艺规则,将规则类实例化得到规则对象,把在规则类中不能确定的内容具体化,例如规则涉及的具体形状特征名称、从该特征中获取用于条件判断的特征属性、判断方法和阈值等,最终完成面向对象的规则表示.以上述通用工艺设计规则为例说明规则的建立过程,如图7所示.冲压件CAD模型为曲面模型,为工件上表面.若满足d,一r,R。+o.5或d。一r。一fR。+O.5,则满足该工艺规则.图7通用工艺设计规则的简要说明Fig.7Specification of the general process design rule工艺设计规则库中包含通用规则子库和特殊规则子库,其结构如图8所示.在前一个子库中各条通用规则平行存储.本文将针对不同零件的特殊工艺规则进行编码,以之作为规则索引存储在后一个子库中.规则索引包含车型、零件名称、材料牌号和毛坯厚度等信息.工艺设计规则库特殊工艺规则子库规则索引一规则1.规则索引一规则2i规贝U索弓|_规贝0肝图8工艺设计规则厍的结构Fig.8Structure of the process design rule base3.3推理策略推理控制模块中包含推理策略,它是联系冲压件特征语义树和工艺设计规则库的纽带,负责在这两者之间进行规则匹配,从而进行成形工艺性分析.本文采用一种特殊的规则一语义推理策略:(1对于每个待分析的冲压件,通用规则子库些规则.(2对于特殊规则子库中的规则,首先从冲压件特征语义树的零件层提取出车辆类型、零件名称、毛坯材料牌号和厚度等信息,然后与规则索引进行匹配,若匹配成功则激活相应规则进行分析,否则不激活规则.(3对于每条激活的规则,直接从冲压件特征语义树的特征层从左至右搜索,遇到规则条件中定义的特征名称时,则进入特征属性层获取推理所需的形状特征参数.通过这种搜索策略找出与工艺设计规则相关的形状特征及其属性,进行快速成形性定性分析.推理控制模块发出的指令控制规则类的活动状态、冲压件特征类和特征属性类的活动状态、规则的匹配等活动.规则类有静止和活动两个状态,缺省状态为静止.当规则类收到消息后转换为活动状态.活动状态中每个规则类与冲压件特征语义树传递消息,进行成形性分析,然后将规则执行结果反馈给系统用户,并提供相应的判断解释.全部推理过程如图9所示.黉提取规则类中定义的零件形状特征项及其参数二二3二规则类发送消息给零件特征语义树,激活特征类和特征属性类从特征语义树的特征层开始从左至右搜索,遇到规则条件中定义的特征名称时,则进入特征属性层获取推理所需的形状特征参数二二二成形工艺性判断入l设置规则/蒲足成疟、型,I对象属性乓艺要求三/l status=FALsE./l提供判断解释:。厂设置规则对象属性Istatus=TRuE提供判断解释别裂三罗匿N嘲l一条工艺规则l结束推理从零件特征语义树提取所需信息,与特殊工艺规则子库中的规则索引进行匹配日贝0索弓r刈配成功?/夕图9推理过程示意图Fig.9Scheme of the reasoning procedure上 海 交通 大 学 学报 第卷 首先应用通用规则库中的规则对零件进行分 析，然后从冲压件特征语义树的零件层提取出有关 信息，与特殊规则子库中的规则索引进行匹配，若匹 配成功则激活相应规则进行分析，否则不激活规则 在图中的点流程图分为和二个分支，在应用 完全部通用规则后控制流程进入分支，在应用完 特殊规则后控制流程进入分支，全部流程结束 图描述该卡车顶盖外板的成形性分析推理 模型，它在推理策略的控制下将顶盖特征语义树和 相关工艺设计规则有机联系起来，以简明的方式建 立规则对象属性和顶盖形状特征语义之间的联系 实现，系统结构简单且推理效率高上述原型系统正 在平台上利用其 和进行开 发，目前正进行系统调试和完善 参考文献： ， ， ，甜口 擎 蛐 蚰 帆 耻：， ， ， ， 擎 蝴蜘 靶 啷 ，： ， ， ， “： 啪 ，（）： 掣髦黑磐翌 匦卧望翌罗雩粤 通用规则 特殊规则 ， ： ， ： ， ，、 降毫三三三三三司 工艺设计规则剧 、一 图 ， ， “ ，（）， 卡车顶盖外板成形性分析推理模型 ， 帅 ，（）： 结 语 ， 为避免涉及底层的形状特征几何、拓扑信息，本 文提出一种新的汽车冲压件成形性定性分析方法， 利用冲压件特征语义树来表达冲压件几何模型，采 用特殊的规则一语义推理策略，将冲压件特征语义 树和工艺设计规则有机联系起来，实现基于工艺规 则的成形性定性分析对特征语义树进行推理易于 蚰 ， ： 。 冲模设计手册编写组冲模设计手册北京 机械工业出版社， 一霉誉谢簿磁琴锋舞濑馘誊萼 如，一；。：、。二盘，？“一暑，？，。， ，； 焉。一毛 。 一种基于变换域误差漂移补偿的到转码器钱团结， 孙 军， 李 典， 杨小康， 毛军发， 李 杰， 宋文涛， 陆际联， 吕恬生， 朱新坚， 李建华， 陈畅源， 王 嘉 布局中的布线拥挤度估计及其优化程锋， 空间衰落相关对酉空时码的影响 一种适用于快速双选衰落信道的时频双差分空时编码正交频分复用技术 姜海宁， 罗汉文， 李晓春 杨宇航 徐友云 杨 华 田继锋， 杨汝清， 移动机器人自主越障反应控制行为组合方法徐正飞， 基于案例学习的排球机器人运动规划及其支持向量回归实现张培艳， 一种新型的自重构模块机器人夏平， 基于认证测试的通用安全协议设计方法李谢华， 镍基合金激光快速成形裂纹控制技术宋建丽， 邓琦林， 葛志军， 一种低解码复杂度的全分集全码率空时编码朱凌燕， 集成服务模型在宽带接入网中的设计与实现邹君妮， 宋立博 费燕琼 杨树堂 胡德金 张红伟 余松煜， 熊红凯， 林如俭 万 方数据 基于规则推理的汽车冲压件成形工艺性分析 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 被引用次数： 陈纲， 陈军， 阮雪榆， CHEN Gang， CHEN Jun， RUAN Xue-yu 上海交通大学,模具CAD国家工程研究中心,上海,200030 上海交通大学学报 JOURNAL OF SHANGHAI JIAOTONG UNIVERSITY 2006，40(2 2次 参考文献(9条 1.Lee R S.Chuang L C.Yu T T Development of an assessment system for sheet metal forming 1995 2.Leake D B.Birnbaum L.Hammand K An integrated interface for proactive,experience-based design support 2001 3.Van den Berg E.Bronsvoort W F.Vergeest J S M Freeform feature modeling:Concepts and prospects 2002(02 4.Shah J J.Mantyla M Parametric and feature-based CAD/CAM 1995 5.Han J Survey of feature research 1996 6.Di Stefano P.Bianconi F.Angelo L D An approach for feature semantics recognition in geometric models 2004(10 7.Wu M C.Liu C R Analysis on machined feature recognition techniques based on B-rep 1996(08 8.Bianconi F.Di Stefano P An intermediate level representation scheme for secondary features cognition and B-rep model simplification 2003 9.编写组 冲模设计手册 1988 相似文献(2条 1.期刊论文 吴剑平.吴俊超 基于UG的CAE技术在汽车冲压件生产工艺中的优化与应用 -广西轻工业2010,26(1 UG6.0的造型功能可以高效率地设计汽车冲压件,如果能进一步地采