论文部分内容阅读
某类宇航产品典型结构件多数为定制的薄壁件,如壁板、蒙皮、连接板、插座、支座等,其设计过程任务繁重且涉及不同部门的协同。传统的设计过程偏重于强调产品的功能性,依赖人工经验的常规工艺审查方法,从而导致产品因未考虑其可制造性因素而返工重新设计,这种设计方法不能适应现代宇航产品的快速设计及制造的迫切需求。针对这一现状,本文开展此类特定的宇航薄壁件产品的设计及可制造性集成技术研究,分别对此类产品的设计方法、设计特征向制造特征转化技术、可制造性评价体系等内容进行研究,有效地解决了设计信息与制造信息的集成问题,最后开发了面向制造的薄壁件产品设计相应的原型系统,验证了本文提出的面向制造的产品设计方法及模型的可行性。研究具体内容和取得创新成果包括: 1)提出了考虑可制造评价(Manufacturability Assessment System,MAS)的产品设计过程Design For X(DFX)方法及模型。基于设计资源及制造信息融合的设计模型将解决现有薄壁件产品传统设计的优化决策问题,模型通过构建产品在整个生命周期内的因果知识集,指导设计人员做出更明智的设计决策。利用此模型开发了面向制造的产品设计(Design For Manufacture,DFM)平台,该设计平台集成了产品设计多决策模型及制造资源、过程、特征关系和对象模型,实现了对定制化小批量典型宇航薄壁件产品的智能化设计,同时可保证产品的可制造性。 2)发展了一种面向可制造性的宇航薄壁件产品设计特征提取及重构方法,以满足MAS对制造特征的评价。针对产品DFM过程的特征信息,完善了对具体研究对象(典型宇航薄壁结构件)的设计特征的提取过程及实现方法;并结合可制造信息发展了其三维特征的重构方法,其中包括设计特征和重构特征的求相交和整体三维重构的方法。通过具体实例,讨论了某薄壁圆筒件的冲压成型可制造评价过程,并采用基于模糊数学理论完成了对冲压工艺决策中存在的不确定因素的分析。 3)构建了典型宇航薄壁件产品的设计制造知识资源库,并提出了其与DFM平台的协同调用策略。在产品DFM过程中的知识管理及调用需求分析的基础上,发展了该过程的设计制造知识表达组织方式;针对DFM过程需要协调可制造信息,构建了制造知识库,并提出了构建知识库与设计原型系统之间的交互策略。解决了设计制造过程使用和发展已有的知识资源的问题;并提出了由不同知识构成的多源异构知识模型。 4)建立了典型宇航薄壁件产品可制造性评价系统体系及模型。首先构建了可制造性评价体系,包括对狭义的对零件的可制造(加工)性评价方法和对产品的可制造性评价体系;随后结合具体的薄壁件产品(支座)给出其设计过程可制造性的评价模型,建立了与制造机床相关的可制造性评价平台框架;具体以薄壁件产品(支座)的金属切削过程的可制造性为实例,说明可制造性评价体系的实现过程。最后发展了DFX与MAS之间的协同应用问题,并对MAS在智能化面向装配的设计(Design For Assembly,DFA)的调用进行了详细分析,给出一个将MAS应用于DFA过程的具体实现方法。 5)构建了考虑MAS的典型宇航薄壁件DFM原型系统。结合具体的对象,集中展示了设计分析过程及知识库和资源库管理模式,包括机床信息管理、材料信息管理、工艺知识库、评价决策系统等;并给出针对典型宇航薄壁件壁板、级间段等零件的开发实例,并完成了对设计过程的实际测试和实物试制验证。验证结果表明提出的原型设计系统缩短了零件设计周期,降低了设计成本及制造成本。