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原文传递基于知识的车身冲压件DFM关键技术研究

论文题名：	基于知识的车身冲压件DFM关键技术研究
关键词：	知识工程;车身冲压件;计算机辅助工艺设计;有限元分析
摘要：	在车身冲压件及其模具的开发过程中，CAD/CAE/CAM技术的应用和企业管理模式的革新并没有从根本上消除传统产品开发模式的固有弊病。车身冲压件的产品设计与工艺设计在本质上仍然是串行的关系，反复修改产品设计的现象非常普遍。因此，汽车制造企业迫切需要一套系统的理论方法和软件工具，从工程技术的层面来实现车身冲压件的产品设计与工艺设计真正并行，有效减少试错过程的工作量和时间，并且在产品设计时就能够进行冲压工艺规划，尽早开展整套冲模的设计和成本评估。为解决这个问题，使车身冲压件的产品设计与工艺设计在一定程度上并行，本文首次提出基于知识的车身冲压件DFM系统(KDABS)的架构，深入研究了它的三项关键技术，即基于规则推理的冲压工艺性分析、基于一步法的拉深成形性数值分析和基于事例推理的冲压工艺规划。 KDABS工作的基本流程是：设计者在使用CAD/CAM软件进行车身冲压件产品设计时，通过使用基于规则推理的冲压工艺性分析和基于一步法的拉深成形性数值分析，对产品模型进行比较全面的工艺分析，找出潜在的工艺问题；通过使用基于事例推理的冲压工艺规划，在产品设计阶段就可以进行工艺规划。在设计阶段对车身冲压件产品模型进行工艺性分析，可以发现一部分潜在的设计缺陷，提高冲压件产品模型的可制造性；在设计阶段进行冲压工艺规划，对下游的每一步工序件详细工艺设计、每套模具的设计和整套模具报价都有重要指导意义。在车身冲压件产品设计阶段充分考虑多种制造因素，在一定程度上使产品设计与工艺设计并行，这是DFM思想的体现。本文提出一种车身冲压件产品模型的表达方法，即冲压件特征语义树；提出一种基于规则的推理策略，即规则—语义推理策略；由冲压件特征语义树和规则—语义推理策略为核心技术，提出一种新的冲压工艺性定性分析方法。冲压件特征语义树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。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。规则—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。这种新的冲压工艺性分析方法可以避免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进行推理，能够在设计阶段对车身冲压件产品模型进行定性的工艺性分析。面向CBR系统，本文提出一种新的事例表达方法，即基于扩展对象模型的事例表达模型；提出一种新的事例检索方法，即二级事例检索策略。在面向对象软件开发方法中的传统对象模型基础上构建扩展对象模型，在其基础上进一步扩展构成事例对象模型。事例对象模型既可以表达常规的事例对象属性，又可以表达对象之间的复杂关系和约束。基于事例对象模型建立车身冲压件工艺规划事例表达模型，它能够充分、无冗余地表达车身冲压件的几何形状、有关工艺设计知识和工艺方案等多项关键信息。二级事例检索策略是首先根据新事例的编码从事例库中检索出与之相匹配的旧事例，然后根据内含的关系对象来比较新、旧事例的几何形状相似程度。该检索策略能够有效地比较车身冲压件之间的几何形状相似程度。本文提出一种在三维CAD/CAM软件中快速构建一步法有限元分析模型的方法，即在车身冲压件产品模型的基础上定义凸模入口线和压料面边界线，利用它们生成近似的工艺补充部分和压料面，从而生成近似拉深工序件模型；应用成形度分析对近似拉深工序件模型进行几何分析，验证其合理性。合理的近似拉深工序件模型能够作为一步法有限元分析模型。该方法使车身冲压件产品设计者能够方便地利用一步法有限元分析软件进行拉深成形分析。以三维CAD/CAM软件Unigraphics为平台，作者开发了基于规则推理的冲压工艺性分析模块((A)uto(S)tamping(F)easibility(A)nalysis，ASFA)。以某型卡车顶盖外板和轿车前围板上接外板为例，使用ASFA模块进行冲压工艺性定性分析。以Unigraphics为平台，作者开发了基于事例推理的冲压工艺规划模块((A)uto(S)tamping(P)rocess(P)lanning,ASPP)。以某型轿车翼子板为例，使用ASPP模块进行冲压工艺规划。以卡车顶盖外板和轿车前围板上接外板为例，在产品模型的基础上生成近似拉深工序件模型，并用成形度分析其合理性。作者借用一步法有限元分析软件AutoFormOneStep对它们进行拉深成形分析，将结果与增量法有限元分析结果作对比。以上实例验证了本文的研究成果能够有效地帮助车身冲压件产品设计者检查产品模型的可制造性，能够帮助设计者在产品设计阶段进行冲压工艺规划。本文的研究成果能够使车身冲压件的产品设计与工艺设计在一定程度上并行。
作者：	陈纲
专业：	材料加工工程
导师：	阮雪榆;陈军
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文