机械毕业设计426柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立论文Word文档下载推荐.docx

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l概念设计：

根据市场需求及可利用资源，对新产品作宏观上的轮廓设计，这一过程同时也包括对新产品的一些概念性的创新，输出的结果是新产品的概念性分析模型及草图。

l设计分析：

对概念设计输出的结果针对不同的拓扑结构和参数进行仿真模拟，并根据不同的结果修整概念模型。

l详细设计：

这是产品的真正结构设计阶段。

由概念模型和分析产生的数据对详细设计起着重要的指导作用，同时详细设计的结果也要进行必要的分析，并适时根据需要修改概念模型。

目前的CAD系统大都提供详细设计手段，而很少把它和概念设计及分析联系起来。

l文档设计：

各设计阶段都根据不同的需求产生相应的文档，以使从产品市场需求到开发、制造及销售能够有机地组织起来。

总的来说，CAD技术的发展趋势有以下几方面：

（1）智能化：

从系统的交互式介面来看，应提供符合设计者习惯的，具有导航性质的手段，使设计者能够按着自己的专业习惯开发新产品。

另一方面，系统内部要采用人工智能及特征技术，不但能够记录设计过程，还能方便设计者修改产品的模型，而不致于因产品的小小修改而重新开始设计。

（2）集成化：

产品设计只是新产品生命周期的一个环节，CAD系统应采用适当的内部数据结构及相应的工程数据库，使得设计、工艺和制造实现一体化。

这不但可以减少产品的开发费用，还可以大大加快产品的开发速度，提高可靠性。

（3）标准化：

CAD技术发展至今已有近三十年的历史，在这期间，各国都相继开发了许多有代表性的CAD系统。

它们在辅助产品设计方面可以说都各有所长。

有的擅长曲面设计，有的擅长工程分析，而有的则擅长NC。

而要充分利用这些系统的长处，就涉及到CAD数据的相互交换，因此，制定一系列数据交换标准就变得非常重要了。

目前，IGES已成为图形数据交换的一种标准。

1984年，ISO开始制定一整套的产品数据交换规范STEP。

另外，从系统开发的角度，一切从头开始的时代已经成为过去，ISO从1982年开始就制定了GKS，后来发展成为GKS-3D,及后来的PHIGS+、OpenGL等都为图形系统的开发提供有力的支撑。

（4）网络化：

计算机的网络化是计算机技术发展的一个大趋势，Internet和Intranet已经把全世界各个角落连成一体。

通过网络，可以实现产品的国际化开发和生产，其前景是无法估量的。

三开发柴油机数字化快速设计系统的必要性

制造科学正迈向全面数字化21世纪将是数字化和信息化的时代。

信息化的基础是数字化,数字化已成为推动各门科学飞速发展的最重要因素之一。

1999年初,美国副总统戈尔提出了“数字地球”的概念;

基于“数字地球”,地球空间信息将在各个领域得到广泛和史无前例的应用;

依据特定的工具,人们可在全球范围内作无远弗届的自由遨游,不受时间和空间的限制。

近几年来,数字通讯、数字电视、数字图书馆等的蓬勃发展,都直接依赖于数字化技术的强有力支持。

数字化技术在机械设计领域的应用,形成了已被广泛使用的计算机辅助设计技术,如CAD、CAE、CG、VirtualDesign等;

数字化技术在制造领域的应用,形成了先进的制造技术——计算机辅助制造技术,如FMS、IMS、CAPP、CAM、CAT、数字化仿形测量与加工技术、快速原型制造技术（RPM）。

但是由于常见的CAD平台是通用平台，不是针对具体产品的。

所以在设计过程中比较费时，为了提高柴油机的设计效率，我们可以研制数字化的设计系统，建立实例库。

该系统的技术路线采用CBR（CaseBasedReasoning）技术。

四本课题的提出

数字化快速设计系统中的重要组成之一是：

柴油机系统中活塞连杆总成，汽缸盖总成的实例库的建立。

该课题是以CBR技术为基础的设计系统的一部分。

实例建立的步骤为：

（1）对柴油机系统的关键零件机体，室盖分类，

（2）建立其能反映全部零件特征的少量的复合模型，

（3）抽取复合模型中的特征参数保存到数据库中。

实例的表达由于实例结构的复杂性,一般需采用多视图方式表达实例。

若采用二维视图表达方式,则只能包括实例图形等少数信息,导致实例修改繁琐,不能实时更新。

尤其对于较复杂的实例,视图数量较多,进行实例评价后需对每一个视图进行修改,工作量较大,设计效率低,且容易出现人为错误。

基于这一考虑,本次毕业设计在Unigraphics支撑软件环境下,非常适合实例库的特点，运用UG的参数化功能模块及二次开发工具GRIP语言，完成柴油机系统中活塞连杆总成，汽缸盖总成的实例库的建立，以三维特征模型的方式表达柴油机零件实例。

这种实例表达方式简明直观,可利用支撑软件的造型功能方便地进行实例的修改和实时更新,非常适合与参数化设计的特点，避免了在设计上重复的麻烦，将大大提高设计人员的设计效率和准确性，缩短设计周期，这无疑会给企业带来巨大的社会效益和经济效益。

论文结构：

柴油机设计现状与发展：

主要内容是目前国内柴油机设计水平，及结合CAD技术的新设计方法

CAD技术发展现状：

CAD技术发展现状与趋势。

开发柴油机数字化快速设计系统的必要性：

提出建立快速设计系统

CBR的概念：

介绍CBR基于实例推理技术（CaseBasedReasoning,CBR）是人工智能领域近年来广泛应用的一项新技术。

CBR的设计原理：

基于实例的推理CBR是一种类比推理方法,它利用人们以往求解类似问题的经验知识进行推理,从而获得当前问题的求解结果.基于实例的推理系统对知识、经验及信息的完备程度的要求远低于专家系统,且推理效率较高,为产品概念设计问题提供了一种可行的解决方法

柴油机的零部件的分类和特点:

零件成组分类成的方法有，①代码分组法②生产流程分析法（PFA-productionflowanalysis）

实例库建立的原则与标准:

（1）当只需改变零件的几何尺寸，不改变零件拓扑结构时，用PART文件来建模。

（2）当零件结构复杂，用GRIP程序来做，只要改变不同的工艺参数，调用不同的模块，生成不同的零件。

实体建模技巧:

UG软件具有强大的建模功能，

（1）UG特征建模模块，

（2）UG实体建模提供了草图设计…，（3）UG具有丰富的曲面建模工具。

参数化设计:

参数化设计（也叫尺寸驱动Dimension-Driven）是CAD技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。

柴油机实体模型的建立过程:

ＵＧ软件可以通过多种途径建模,如可建方块、拔凸台、使用拉伸实体,甚至还可采用切的办法等。

实例库建模基础:

UG所提供的二次开发语言模块UG/OpenGRIP,UG/OpenAPI和辅助开发模块UG/OpenMenuScript与UG/OpenUistyler及其良好的高级语言接口,使UG形功能和计算功能有机的结合起来,便于用户开发专用的CAD系统。

柴油机实例库零件程序举例:

用程序建模。

工程图绘制的方法:

UG工程绘图模块提供了自动视图布置、剖视图、各向视图、局部放大图、局部剖视图、自动、手工尺寸标注、形位公差、粗糙度符合标注、支持GB、标准汉字输入、视图手工编辑、装配图剖视、爆炸图、明细表自动生成等工具。

1实例库的建立原则及标准

1．1CBR的概念

基于实例推理技术（CseBasedReasoning,CBR）是人工智能领域近年来广泛应用的一项新技术。

CBR一种相似推理方法,其核心是通过实例库方式应用过去已有的经验来解决新问题。

在产品设计中,设计经验往往起着关键作用,设计者可利用以往的设计经验,通过对已有设计实例进行组合、修改而设计出新产品,因此CBR适合用于解决设计问题。

由于大量机械产品的设计是对已有产品进行变型设计,因此现有产品模型就成了设计的出发点,直接利用现有产品就等于利用了以往的设计经验和知识。

因此,将CBR用于机械产品CAD有广阔发展前景。

1．2CBR的设计原理

产品设计是一个不断循环的过程,一般可分为概念设计、详细设计、分析评价三个阶段.产品概念设计的主要任务是:

分析设计要求,确定产品功能及实现该功能的总体结构,规划详细设计任务及设计步骤.产品概念设计决定了产品的基本特征和性能,是整个产品设计过程的关键.研究表明占总成本5%的概念设计将决定产品总成本的70%.由于缺乏好的几何或分析模型,传统的CAD建模技术不能用于概念设计,这使得产品概念设计一直成为工程设计的瓶颈问题.在传统的人工产品概念设计中,大多采用类比设计或经验设计方法,在参考过去的相似设计实例的基础上进行适当修改调整而生成新的设计方案.有关资料表明:

60%的机械产品设计是原来产品的改型或改进基于实例的推理CBR是一种类比推理方法,它利用人们以往求解类似问题的经验知识进行推理,从而获得当前问题的求解结果.基于实例的推理系统对知识、经验及信息的完备程度的要求远低于专家系统,且推理效率较高,为产品概念设计问题提供了一种可行的解决方法。

基于实例推理的产品概念设计原理如下：

问题描述　基于实例推理的产品概念设计方法的基本概念和逻辑学依据是:

概念1　实例是过去在满足特定要求下的设计方案,是专家经验和知识的体现形式.实例由众多的实例属性及实例属性的特定操作方法构成.概念2　实例属性是指能够描述设计方案中某一功能或几何特征的参数.如减速器设计中的总传动比,各齿轮的齿数等.概念3　实例库是所有实例的集合.概念4　相似实例是指具有相似设计特征、相近设计参数的设计方案.概念5　相似度是实例相似程度的一种度量.基于实例推理的产品概念设计是建立在下述论点基础上的:

论点1　具有一个或多个相似特征属性的实例是相似实例.相似性通常表现为实例的特征属性的值成比例或在限定的误差范围内.论点2　具有相似设计任务的实例是相似实例.论点3　相似实例具有相似的解、相似的求解过程和求解方法.即过去的相似实例可作为当前设计任务的参考.论点1、2为

相似性判断提供了依据,论点3反映了基于实例推理的设计方法.

图1-1CBR系统基本结构

1.3柴油机的零部件的分类和特点

成组技术（GT-grouptechnology）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。

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。

零件成组分类成的方法有：

①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；

②生产流程分析法（PFA-productionflowanalysis）：

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。

同时具有以下的特点：

（1）采用GT的复合零件法生成虚拟件，能够完成同族相似零部件的系列化设计；

（2）参数驱动技术采用尺寸分类描述的原则，实现虚拟件结构形状与尺寸的抽象，能够通过对参数加载不同的数据，实现图形结构的变化或取舍；

（3）分别采用图形类、数据库类和信息类描述图形中的实体、参数系列化取值和技术要求与标题栏信息，实现了图形与非图形信息的集成；

（4）采用文档模板类存储图形与标注实体，不但能够充分利用类库强大的资源，使图形的动态存储快速地响应图形结构的变化，而且使实体的储存更加有序，便于数据存取的串行化操作及绘图仪驱动程序的开发；

（5）全面的事件驱动机制，使设计过程所见即所得，实现了较好的面向对象功能。

1.4实例库建立的原则及标准

在程序中，几何图素的图形实例化是通过程序模块方式实现的，针对每一种图素编制相应的程序模块。

通过程序模块实现拓扑结构相近的图素的参数化设计，用户可以采用不同的几何结构参数对该图素的几何形状进行控制。

如对可以实现不同尺寸系列的设计，从而大大提高了程序的适应性和效率。

当所有图素设计完成以后，通过总调度模块管理各种几何图素及其拼合，从而实现对整个柴油机设计的管理。

（1）当只需改变零件的几何尺寸，不改变零件拓扑结构时，用PART文件来建模

（例如：

一个由很多小零件拼合而成的零件，用程序来做装配，可以装配成新的不同零件。

）

2三维实体模型的建立

2．1实体建模技巧

UG软件起源于美国麦道飞机公司，后于1991年11月并入世界上最大的软件公司--EDS公司。

美国通用汽车公司是UG软件的最大用户。

UG软件现已广泛地应用于通用机械，模具，汽车及航天等领域。

UG软件进入中国十九年，得到了越来越广泛的应用，已成为我国工业界主要使用的大型CAD/CAE/CAM软件之一。

ＵＧ软件就是一种优秀的三维设计软件,应用范围基本和Pro/E相似，它以Parasolid几何造型核心为基础，采用基于约束的特征建模技术和传统的几何建模为一体的复合建模技术。

在三维实体造型时，由于几何和尺寸约束在造型的过程中被捕捉，生成的几何体总是完全约束的，约束类型是3D的，而且可用于控制参数曲面。

在基于约束的造型环境中支持各种传统的造型方法，如布尔运算、扫描、曲面缝合等。

它不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能,而且在设计中可以进行有限元分析,机构运动分析、运动学分析和仿真模拟,提高设计的可靠性,同时,可用建立的三维模型直接生成数控代码,用于产品的加工。

UG软件具有强大的建模功能：

（1）UG特征建模模块提供了各种标准设计特征的生成和编辑、各种孔、键槽、凹腔--方形、圆形、异形、方形凸台、圆形凸台、异形凸台、圆柱、方块、圆锥、球体、管道、杆、倒圆、倒角、模型抽空产生薄壁实体、模型简化（Simplify），用于压铸模设计等、实体线、面提取，用于砂型设计等、拔锥、特征编辑：

删除、压缩、复制、粘贴等、特征引用，阵列、特征顺序调整、特征树等工具。

（2）UG实体建模提供了草图设计、各种曲线生成、编辑、布尔运算、扫掠实体、旋转实体、沿导轨扫掠、尺寸驱动、定义、编辑变量及其表达式、非参数化模型后参数化等工具。

草图是用于建立与部件相关的二维外形表示的工具，它是实体建模的基础，。

使用草图的一般步骤为：

1．确定设计意图：

分析零件，进行特征分解，确定设计意图。

每一个草图应尽量简单，最好只反映某个特征的轮廓。

2．选择图层：

设计草图放置的图层。

为了便于编辑，草图管理，一般草图放在21-40层。

3．参数预设置：

检查，设置建立草图有关的参数。

4．建立草图，并根据设计意图约束草图。

5．扫描草图形成三维特征。

（3）UG具有丰富的曲面建模工具。

包括直纹面、扫描面、通过一组曲线的自由曲面、通过两组类正交曲线的自由曲面、曲线广义扫掠、标准二次曲线方法放样、等半径和变半径倒圆、广义二次曲线倒圆、两张及多张曲面间的光顺桥接、动态拉动调整曲面、等距或不等距偏置、曲面裁减、编辑、点云生成、曲面编辑。

使用该软件进行产品设计,能直观、准确地反映零、组件的形状和装配关系,可完全实现产品设计、工艺制造的无纸化开发,并可与产品设计、工装设计、工装制造等工作同步进行,从而大大缩短了产品开发周期。

2．2参数化设计

参数化设计（也叫尺寸驱动Dimension-Driven）是CAD技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。

利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎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。

由于上述应用背景，国内外对参数化设计做了大量的研究，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（PrimaryApproach）和代数方法（AlgebraicApproach）。

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。

参数化设计通过参数驱动机制，可以对图形的几何数据进行参数化修改，但是，在修改的同时，还要满足图形的约束条件，需要约束间关联性的驱动手段棗约束联动，约束联动是通过约束间的关系实现的驱动方法。

对一个图形，可能的约束十分复杂，而且数量很大。

而实际由用户控制的，即能够独立变化的参数一般只有几个，称之为主参数或主约束；

其他约束可由图形结构特征确定或与主约束有确定关系，称它们为次约束。

对主约束是不能简化的，对次约束的简化可以有图形特征联动和相关参数联动两种方式。

所谓图形特征联动就是保证在图形拓补关系不变的情况下，对次约束的驱动，亦即保证连续、相切、垂直、平行等关系不变。

反映到参数驱动过程就是要根据各种几何相关性准则去判识与被动点有上述拓补关系的实体及其几何数据，在保证图形数据库中，设置出图形实体的数据结构，参数驱动时将这些结构中填写出不同内容，以生成所需要的图形。

参数驱动可以被看作是沿驱动树操作数据库内容，不同的驱动树，决定了参数驱动不同的操作。

由于驱动树是根据参数模型的图形特征和相关参数构成的，所以绘制参数模型时，有意识地利用图形特征，并根据实际需要标注相关参数，就能在参数驱动时，把握对数据原关系不变的前提下，求出新的几何数据。

称这些几何数据为从动点。

这样，从动点的约束就与驱动参数有了联系。

依靠这一联系，从动点得到了驱动点的驱动，驱动机制则扩大了其作用范围。

所谓相关参数联动就是建立次约束与主约束在数值上和逻辑上的关系。

在参数驱动过程中，始终要保持这种关系不变。

相关参数的联动方法使某些不能用拓补关系判断的从动点与驱动点建立了联系。

使用这种方式时，常引入驱动树，以建立主动点、从动点等之间的约束关系的树形表示，便于直观地判断图形的驱动与约束情况。

由于参数驱动是基于对图形数据的操作，因此绘制一张图的过程，就是在建立一个参数模型。

绘图系统将图形映射到库的操作，以控制图形的变化。

绘图者不仅可以定义图形结构，还能控制参数化过程，就象用计算机语言编程一样，定义数据、控制程序流程。

这种建立图形模型，定义图形结构，控制程序流程的手段称作图形编程。

在图形参数化中，图形编程是建立在参数驱动机制、约束联动和驱动树基础上的。

利用参数驱动机制对图形数据进行操作，由约束联动和驱动树控制驱动机制的运行。

这与以往的参数化方法不同，它不把图形转化成其他表达形式，如方程，符号等；

也不问绘图过程，而是着重去理解图形本身，把图形看作是一个模型，一个参数化的依据，作为与绘图者“交流”信息的媒介。

绘图者通过图形把自己的意图“告诉”参数化程序，参数化程序返回绘图者所需要的图形。

它关心的是图形，也就是图形数据库的内容，边理解，边操作，因此运行起来简洁、明了；

实现起来也较方便。

参数驱动是一种新的参数化方法，其基本特征是直接对数据库进行操作。

因此它具有很好的交互性，用户可以利用绘图系统全部的交互功能修改图形及其属性，进而控制参数化的过程；

与其他参数化方法相比较，参数驱动方法具有简单、方便、易开发和使用的特点，能够在现有的绘图系统基础上进行二次开发。

而且适用面广，对三维问题也同样适用。

2．3柴油机实体模型的建立过程

UG软件可以通过多种途径建模,如可建方块、拔凸台、使用拉伸实体,甚至还可采用切的办法等。

实践表明,上述方法各有利弊。

例如,用切的办法容易丢失数据,当变成“无参数”模型后,该部分基本上就不能再进行编辑和修改了,会对以后的模型和尺寸修改造成困难。

所以,建模应尽量采用最优方法,避免上述情况发生。

对于一个零件模型，先建什么、后建什么，用什么方法来建立，虽然没有一种固定的建模顺序和建模方法，但是还