碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 摘要 本文在詳述傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)方法及其特點(diǎn)基礎(chǔ)上，詳細(xì)研究了微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智 能化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)策略，并構(gòu)造了基于i d e a s 的微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)。 全文以軟件工程思想為基礎(chǔ)，從概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、幾何建模及分析、系統(tǒng)的 集成方法四部分闡述了微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，最后給出了完整 的運(yùn)行實(shí)例。文中對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的層次化定義、約束的分類及其動(dòng)態(tài)化和智能化處理提 出了有效的解決方案，并建立了參數(shù)信息數(shù)據(jù)庫(kù)、尺寸約束函數(shù)庫(kù)和知識(shí)約束庫(kù)。文 中還通過(guò)對(duì)參數(shù)約束數(shù)學(xué)模型的分析并結(jié)合驅(qū)動(dòng)橋工程化設(shè)計(jì)過(guò)程，設(shè)計(jì)出搜索算法 和參數(shù)更新算法。算法通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)、函數(shù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)，構(gòu)成了微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智 能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心。所形成的軟件系統(tǒng)達(dá)到了原設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，并已經(jīng)過(guò)實(shí)例測(cè)試。 關(guān)鍵字：驅(qū)動(dòng)橋，參數(shù)化，智能化，知識(shí)模型，約束 碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 a b s t r a c t a f t e r s p e c i f y i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co f t h et r a d i t i o n a ld r i v i n ga x l e sd e s i g nm e t h o d ，t h e i m p l e m e n t a t i o n s t r a t e g yo f t h em i n i t y p ea u t o m o b i l ed r i v i n ga x l ei ss t u d i e db y i n t e l l i g e n t i z e m e t h o d ，a n das o f t w a r es y s t e mf o rm i n i t y p ea u t o m o b i l ed r i v i n ga x l eb a s e do ni - d e a si s e s t a b l i 出e di nt h i sd i s s e r t a t i o n b a s e do nt h es o f t w a r ee n g i n e e r i n gi d e a ，t h ed e s i g ni d e a sf o rt h i ss y s t e ma r ee x p a n d e d i nf o u r p a r t s ：c o n c e p td e s i g n ，d e t a i ld e s i g n ，g e o m e t r i c a lm o d e l i n ga n da n a l y z i n g ，t h e s y s t e m si n t e g r a t i o n e f f e c t i v ea p p r o a c h e sa r ep u tf o r w a r dw h i c ht od e f i n eh i e r a r c h i c a l l e v e l so fd e s i g np a r a m e t e r s ，c l a s s i f ya l o n gw i t hd y n a m i ca n di n t e l l i g e n ts o l v ev a r i o u s e n g i n e e r i n gd e s i g nc o n s t r a i n t s ，a n dp a r a m e t e r si n f o r m a t i o nd a t a b a s e ，d i m e n s i o nc o n s t r a i n t f u n c t i o n sd a t a b a s ea n dk n o w l e d g ec o n s t r a i n td a t a b a s ea r ee s t a b l i s h e s b ya n a l y s i n gt h e m a m e m a t i c a lm o d e la n dt h ed e s i g np r o c e s so f d r i v i n ga x l e ，t h es e a r c ha l g o r i t h ma n dt h e p a r a m e t e ru p d a t ea l g o r i t h ma r eg i v e ni nt h i sd i s s e r t a t i o n t h e s ea l g o r i t h m sc a nc a l lt h e t h r e ed a t a b a s e s a n dt h i si st h ek e m e lo f t h e s y s t e m k e y w o r d s ：d r i v i n ga x l e ，p a r a m e t r i c ，i n t e l l i g e n t i z e ，k n o w l e d g em o d e l ，c o n s t r a i n t 碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 1 緒論 1 1 論文的選題背景 本課題是四川建安工業(yè)有限公司為了提高驅(qū)動(dòng)橋的開(kāi)發(fā)效率、縮短設(shè)計(jì)周期而提 出的。四川建安工業(yè)有限公司是一家以汽車零部件為主要產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)，其中輕、 微轎車前、后橋已達(dá)到年產(chǎn)4 0 萬(wàn)臺(tái)套的生產(chǎn)能力，成為國(guó)內(nèi)最大的微車驅(qū)動(dòng)橋生產(chǎn) 企業(yè)。 通過(guò)在四川建安工業(yè)有限公司兩個(gè)月的調(diào)研實(shí)習(xí)，發(fā)現(xiàn)他們要設(shè)計(jì)一種新的驅(qū)動(dòng) 橋總是按照例行的步驟去完成的，包括計(jì)算、校核，設(shè)計(jì)出各零件，畫(huà)出二維圖，試 驗(yàn)，反復(fù)修改等等，最后得出一種比較完善的設(shè)計(jì)方案。他們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常參考以前 設(shè)計(jì)出的驅(qū)動(dòng)橋并稍加修改( 主要是尺寸的變化) ，最終形成系列化的驅(qū)動(dòng)橋。面這 些例行的工作卻還是由設(shè)計(jì)者去一步一步的手工完成，將時(shí)間都花在這些沒(méi)有創(chuàng)新的 枯燥的事上；更讓人頭痛的是，人工完成這些工作將會(huì)使開(kāi)發(fā)周期變得漫長(zhǎng)。 另外，建安工業(yè)有限公司在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋時(shí)全部采用傳統(tǒng)的二維制圖。根據(jù)二維圖 紙去加工實(shí)物時(shí)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上有許多不合理之處，并重新修正，浪費(fèi)了時(shí)間、人力、 物力、財(cái)力，要提高效率最好的辦法是直接設(shè)計(jì)出三維實(shí)體圖，并進(jìn)行各種模擬分析， 達(dá)到省時(shí)、省力、省錢的目的。而實(shí)現(xiàn)這種功能的軟件也相當(dāng)多，如：i d e a s ，u g ，p r o e ， s o l i d w o r k 等等。 再看看國(guó)外的情況吧! 國(guó)外些汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)研制 出一些實(shí)用的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)( 如英國(guó)l o c u s 集團(tuán)采用的制動(dòng)器設(shè)計(jì)系統(tǒng)) ，使制 動(dòng)器的設(shè)計(jì)周期大大縮短。各種軟件的開(kāi)發(fā)，使得汽車零部件的質(zhì)量和性能得到很大 地改善，并大幅度地節(jié)省了開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。雖然我們還不能對(duì)他們的產(chǎn)品有更多的 了解，但至少說(shuō)明開(kāi)發(fā)這種產(chǎn)品的實(shí)用性、可行性和迫切性。 1 2 關(guān)于微型汽車驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)方法 1 2 1 微型汽車驅(qū)動(dòng)橋的功用及設(shè)計(jì)要求 驅(qū)動(dòng)橋的功用是將傳動(dòng)軸或變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩增大并適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速后分配給左、 右驅(qū)動(dòng)車輪。驅(qū)動(dòng)橋組成包括主減速器、差速器、半軸、驅(qū)動(dòng)橋橋殼等。 驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系中主要總成之一。驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到汽車使 用性能的好壞。因此，設(shè)計(jì)中要保證“1 ： ( 1 ) 所選擇的主減速比應(yīng)保證汽車在給定使用條件下有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng) 濟(jì)性； ( 2 ) 當(dāng)左、右兩車輪的附著系數(shù)不同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋必須能合理的解決左、右車輪 的轉(zhuǎn)矩分配問(wèn)題，以充分利用汽車的牽引力； 第l 頁(yè) 碩士論文 微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 ( 3 ) 具有必要的離地聞隙以滿足通過(guò)性的要求； h ) 驅(qū)動(dòng)橋的各零部件在滿足足夠的強(qiáng)度和剮度的條件下，應(yīng)力求做到質(zhì)量輕， 特別是應(yīng)盡可能做到非簧載質(zhì)量，以改善汽車的行使平順性； ( 5 ) 能承受和傳遞作用于驅(qū)動(dòng)車輪上的各種力和轉(zhuǎn)矩； ( 6 ) 齒輪及其他傳動(dòng)部件應(yīng)工作平穩(wěn)，噪聲?。?( 7 1 對(duì)傳動(dòng)件應(yīng)進(jìn)行良好的潤(rùn)滑，傳動(dòng)效率要高； ( 8 1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝調(diào)整方便； f 9 1 設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量滿足“三化“( 產(chǎn)品系列化、零部件通用化、零件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn) 化) 的要求。 1 2 2 微型汽車驅(qū)動(dòng)橋的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 驅(qū)動(dòng)橋傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和步驟包括： ( 1 ) 驅(qū)動(dòng)橋零部件選型及主要受力件的設(shè)計(jì)； 選擇驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)型式，主要是斷開(kāi)式和非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的選擇： 選擇主減速器結(jié)構(gòu)型式，微型汽車驅(qū)動(dòng)橋大多數(shù)采用單級(jí)主減速器； 選擇主減速器錐齒輪的支承型式，主動(dòng)錐齒輪主要是懸臂式和騎馬式兩種； 計(jì)算選擇主減速器齒輪的主要參數(shù)； 計(jì)算主減速器齒輪的幾何參數(shù)： 主減速器齒輪的強(qiáng)度校核； 計(jì)算選擇主減速器的軸承； 選擇差速器齒輪主要參數(shù)； 計(jì)算差速器齒輪幾何參數(shù)； 差速器錐齒輪的強(qiáng)度校核； ( 2 ) 根據(jù)以上的設(shè)計(jì)計(jì)算畫(huà)出各零部件的三視圖； ( 3 ) 對(duì)樣件進(jìn)千亍各種試驗(yàn)，以確定設(shè)計(jì)是否合理； ( 4 ) 若不合理，反饋給設(shè)計(jì)人員改進(jìn)設(shè)計(jì)； ( 5 1 投入生產(chǎn)。 1 3 汽車及零部件c a d 的研究現(xiàn)狀 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)( c a d ：c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 技術(shù)一般泛指以計(jì)算機(jī)作為輔 助工具的各種應(yīng)用技術(shù)“；是以計(jì)算機(jī)、外圍設(shè)備及其系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)，包括二維繪 圖設(shè)計(jì)、三維幾何造型設(shè)計(jì)、有限元分析( f e a ) 及優(yōu)化設(shè)計(jì)、數(shù)控加工編程( n c p ) 、 仿真模擬及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等內(nèi)容。隨著i n t e r n e t i n t r a n e t 網(wǎng)絡(luò)和并行、高性能計(jì)算 及事務(wù)處理的普及，異地、協(xié)同、虛擬設(shè)計(jì)及實(shí)時(shí)仿真也得到廣泛應(yīng)用。它是計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)在工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段和過(guò)程中，為設(shè)計(jì)人員提供快速、有效的工具和手 第2 頁(yè) 碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 段，以達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果的一種技術(shù)。 在c a d 軟件發(fā)展初期，c a d 的含義僅僅是圖板的替代品，即：意指c o m p u t e ra i d e d d r a w i n g ( o rd r a f t i n g ) ，而非現(xiàn)在我們經(jīng)常討論的c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 所 包含的全部?jī)?nèi)容。c a d 技術(shù)以二維繪圖為主要目標(biāo)的算法一直持續(xù)到7 0 年代末期， 以后作為c a d 技術(shù)的一個(gè)分支而相對(duì)單獨(dú)、平穩(wěn)地發(fā)展。早期應(yīng)用較為廣泛的是c a d a m 軟件，近十年來(lái)占據(jù)繪圖市場(chǎng)主導(dǎo)地位的是a u t o d e s k 公司的a u t o c a d 軟件。在今天 中國(guó)的c a d 用戶特別是初期c a d 用戶中，二維繪圖仍然占有相當(dāng)大的比重。 c a d 技術(shù)的發(fā)展大致可以分為四個(gè)階段。1 ： ( 1 ) 蓬勃發(fā)展和進(jìn)入應(yīng)用時(shí)期( 6 0 年代) ( 2 ) 廣泛使用的時(shí)期( 7 0 年代) ( 3 ) 突飛猛進(jìn)的時(shí)期( 8 0 年代) ( 4 ) 開(kāi)放式、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化和智能化的發(fā)展時(shí)期( 9 0 年代) 目前c a d 系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面“1 ： ( 1 ) c a d 系統(tǒng)應(yīng)用面向產(chǎn)品的整個(gè)生命周期 ( 2 ) c a d 系統(tǒng)應(yīng)充分考慮產(chǎn)品信息的繼承性 ( 3 ) c a d 系統(tǒng)應(yīng)滿足并行設(shè)計(jì)的要求 ( 4 ) c a d 系統(tǒng)與產(chǎn)品信息標(biāo)準(zhǔn)化相結(jié)臺(tái) ( 5 ) 產(chǎn)品模型的可轉(zhuǎn)換性特別是二維和三維產(chǎn)品模型間的互相轉(zhuǎn)換可滿足不同 的需要 ( 6 ) 面向全國(guó)乃至全球的產(chǎn)品信息編碼系統(tǒng) ( 7 ) 軟件系統(tǒng)要具有很好的可移植性和自組織性 ( 8 ) 智能化 ( 9 ) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 汽車工業(yè)是最先應(yīng)用c a d 技術(shù)的行業(yè)之一，目前在發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車行業(yè)中，c a d 技術(shù)已得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，新的轎車產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期己縮 短至2 3 年，汽車c a d 系統(tǒng)的軟硬件都已達(dá)到較高水平，并仍在向智能化、集成化 和標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。1 。 早在8 0 年代初福特公司就已著手c a d 系統(tǒng)規(guī)劃，建成了以工作站為主體的環(huán) 行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，1 9 8 5 年已經(jīng)有一半以上的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作使用圖形終端實(shí)現(xiàn)，1 9 8 6 年新 開(kāi)發(fā)的t a u r u s 和s a b l e 轎車，大約7 0 的鈑金件采用c a d c a e 設(shè)計(jì)，到9 0 年代初已全面實(shí)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的c a d c a e ，應(yīng)用達(dá)1 0 0 。福特公司1 9 9 0 年工作站已 達(dá)2 0 0 0 臺(tái)，以s g i 工作站( 約占7 0 ) 和c v 工作站( 約占1 8 ) 為主，其應(yīng)用軟 件主要為自行開(kāi)發(fā)的p d s 和c a d c a e 。1 9 9 3 年以后，福特汽車公司提出了c 3 p ( c a d c a m c a e p d m ) 概念，并決定今后將采用i d e a s 軟件作為其主流核心軟件。 第3 頁(yè) 碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 美國(guó)通用汽車公司應(yīng)用c a d 技術(shù)的情況與福特類似，其軟件主要為自行開(kāi)發(fā)的 c g s ( c o r p o r a t eg r a p h i c ss y s t e m ) 和u n i g r a p h i c ss o l u t i o n s 公司的u n i g r a p h i c s 系統(tǒng)， 這兩種軟件系統(tǒng)構(gòu)成公司的三維c a d 基礎(chǔ)平臺(tái)。通用公司的下一步目標(biāo)是1 0 0 采 用c a d 技術(shù)，取消中間過(guò)程，將計(jì)算機(jī)與加工中心直接連接，最終使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。 德國(guó)各大汽車公司普遍采用c a t i a 作為其c a d 系統(tǒng)的主導(dǎo)軟件。1 9 9 4 年，德 國(guó)大眾集團(tuán)決定用c a t i a 和p r o e n g i n e e r 作為其將來(lái)開(kāi)發(fā)新車型的主導(dǎo)c a d 系統(tǒng)。 目前各大汽車公司的c a d 系統(tǒng)還與c a e c a m 相結(jié)合，并進(jìn)一步集成為c i m s ( 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)) 。c i m s 已成為汽車工業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)制造的發(fā)展方向和主要 標(biāo)志之一。 1 4 關(guān)于參數(shù)化設(shè)計(jì) 參數(shù)化設(shè)計(jì)( p a r a m e t r i e ) ( 也叫尺寸驅(qū)動(dòng)d i m e n s i o n d r i v e n ) 是指設(shè)計(jì)對(duì)象模 型的尺寸用變量及其關(guān)系表示，而不需要確定具體數(shù)值。1 ，是c a d 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中 提出的課題，它不僅可使c a d 系統(tǒng)具有交互式繪圖功能，還具有自動(dòng)繪圖的功能。目 前它是c a d 技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重要的、且待進(jìn)一步研究的課題。利用參數(shù)化設(shè)計(jì) 手段開(kāi)發(fā)的專用產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可使設(shè)計(jì)人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出 來(lái)，可以大大提高設(shè)計(jì)速度，并減少信息的存儲(chǔ)量。 1 4 1 參數(shù)化設(shè)計(jì)原理概述 參數(shù)化設(shè)計(jì)是建立在參數(shù)驅(qū)動(dòng)機(jī)制之上的，參數(shù)驅(qū)動(dòng)機(jī)制是基于對(duì)圖形數(shù)據(jù)的操 作。通過(guò)參數(shù)驅(qū)動(dòng)機(jī)制，可以對(duì)圖形的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行局部修改，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和形態(tài)的變 化( 見(jiàn)圖1 1 ) 。若在修改參數(shù)的同時(shí)還要滿足圖形的約束條件，還需要有使尺寸根據(jù) 約束關(guān)系實(shí)現(xiàn)變動(dòng)的機(jī)制，即約束聯(lián)動(dòng)。一個(gè)圖形的約束可能十分復(fù)雜，而且數(shù)量很 大，而實(shí)際由用戶控制的，即能夠獨(dú)立變化的參數(shù)一般只有幾個(gè)，稱之為主參數(shù)或主 約束，其他約束可由圖形結(jié)構(gòu)特征確定或與主約束有確定關(guān)系，稱之為次約束。對(duì) 主約束不能簡(jiǎn)化，對(duì)次約束可以進(jìn)行簡(jiǎn)化，并有圖形特征聯(lián)動(dòng)和相關(guān)參數(shù)聯(lián)動(dòng)兩種方 式。 瓣受鑫王翻| 紫髓 圖1 1 參數(shù)驅(qū)動(dòng)機(jī)制示意圖 所謂圖形特征聯(lián)動(dòng)就是保證在圖形拓?fù)潢P(guān)系不變的情況下，對(duì)次約束的驅(qū)動(dòng)，亦 第4 頁(yè) 圃 碩士論文 微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 即保證連續(xù)、相切、垂直、平行等關(guān)系不變。反映到參數(shù)驅(qū)動(dòng)過(guò)程就是要根據(jù)各種幾 何相關(guān)性準(zhǔn)則去判別與驅(qū)動(dòng)點(diǎn)( 即主約束參數(shù)) 有上述拓?fù)潢P(guān)系的實(shí)體及其幾何數(shù)據(jù) 在保證原關(guān)系不變的前提下，求出新的幾何數(shù)據(jù)，稱這些幾何數(shù)據(jù)為從動(dòng)點(diǎn)。這樣， 從動(dòng)點(diǎn)的約束就與驅(qū)動(dòng)參數(shù)有了聯(lián)系。依靠這一聯(lián)系，從動(dòng)點(diǎn)得到了驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)。 所謂相關(guān)參數(shù)聯(lián)動(dòng)就是建立次約束與主約束在數(shù)值上和邏輯上的關(guān)系。在參數(shù)驅(qū) 動(dòng)過(guò)程中，始終要保持這種關(guān)系不變。相關(guān)參數(shù)的聯(lián)動(dòng)方法使某些不能用拓?fù)潢P(guān)系判 斷的從動(dòng)點(diǎn)與驅(qū)動(dòng)點(diǎn)建立了聯(lián)系。使用這種方式時(shí)，常引入驅(qū)動(dòng)樹(shù)，以建立主動(dòng)點(diǎn)、 從動(dòng)點(diǎn)之間的約束關(guān)系的樹(shù)形結(jié)構(gòu)，便于直觀地判斷圖形的驅(qū)動(dòng)與約束情況。 參數(shù)驅(qū)動(dòng)是一種新的參數(shù)化方法，其基本特征是直接對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作。因此它 具有很好的交互性，用戶可以利用繪圖系統(tǒng)全部的交互功能修改圖形及其屬性，進(jìn)而 控制參數(shù)化的過(guò)程：與其他參數(shù)化方法相比較，參數(shù)驅(qū)動(dòng)方法具有簡(jiǎn)單、方便、易開(kāi) 發(fā)和使用的特點(diǎn)，能夠在現(xiàn)有的繪圖系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。 1 4 2 基于特征的參數(shù)化造型思想 目前在c a d 應(yīng)用中，參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)用越來(lái)越廣，因此就出現(xiàn)了將參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng) 用到特征設(shè)計(jì)中去，使得特征具有可調(diào)整性，主要是針對(duì)特征的幾何和拓?fù)湫畔ⅰ＠?用混合法來(lái)建立特征模型，并將參數(shù)化方法引入到特征造型中去，使形狀特征可以根 據(jù)需求調(diào)整變化，這就是基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)“。 隨著計(jì)算機(jī)的普及，人工智能的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，但在c a d 方面的應(yīng)用卻 碰到些問(wèn)題。造成這種狀況的原因主要來(lái)自于對(duì)實(shí)體的描述和表示上，采用何種描述 方法才能使得計(jì)算機(jī)很好的理解實(shí)體，以進(jìn)行合理有效的幾何推理成為人們目前聚焦 的問(wèn)題。傳統(tǒng)的實(shí)體表示方法使用簡(jiǎn)單的原始的幾何元素來(lái)表達(dá)實(shí)體，比如線條、圓 弧、圓柱以及圓錐等，這樣顯得很枯燥、單調(diào)，計(jì)算機(jī)很難識(shí)別和理解這樣租糙的模 型。因此就迫切需要發(fā)展一種建立高層次實(shí)體的基礎(chǔ)上的實(shí)體表示法，這種實(shí)體需要 包含更多的工程信息，這種實(shí)體就被稱為特征。并且由此提出了以特征為基礎(chǔ)的特征 造型的基于特征的設(shè)計(jì)方法。目前特征造型在一些主流的c a d 系統(tǒng)中有使用，但仍 然處于研究階段。 基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)將基于特征的設(shè)計(jì)與參數(shù)化設(shè)計(jì)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，使用較 完整的帶有語(yǔ)義的特征描述方式，使特征本身就包含參數(shù)化變動(dòng)所需的成員變量和成 員函數(shù)，將面向?qū)ο蟮募夹g(shù)應(yīng)用于特征的描述，在造型中也使用參數(shù)化，隨時(shí)可調(diào)整 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，尺寸，并因此帶動(dòng)特征自身的變動(dòng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)。 由于不同的彳亍業(yè)對(duì)特征類型需求不同，所以目前的特征設(shè)計(jì)的思想應(yīng)用受到一定的限 制，特征仍處于研究階段。 1 4 3 參數(shù)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用現(xiàn)狀 自從p t c 公司于1 9 8 8 年推出參數(shù)化造型系統(tǒng)p m 厄以來(lái)，各大軟件公司紛紛推 第5 頁(yè) 碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 出自己的基于參數(shù)化造型模塊，他們分別采用了不同的技術(shù)，各有所長(zhǎng)。3 。 ( 1 ) u n i g r a p h i c s ( u g ) u g 是u n i g r a p h i c ss o l u t i o n s 公司的拳頭產(chǎn)品。在u g 中，優(yōu)越的參數(shù)化和變量 化技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體、線框和表面功能結(jié)合在一起，這一結(jié)合被實(shí)踐證明是強(qiáng)有力的， 并被大多數(shù)c a d c a m 軟件廠商所采用。 u g 最早應(yīng)用于美國(guó)麥道飛機(jī)公司。9 0 年代初，美國(guó)通用汽車公司選中u g 作為全 公司的c a d c a e c a m c i m 主導(dǎo)系統(tǒng)，這進(jìn)一步推動(dòng)了u g 的發(fā)展。1 9 9 7 年1 0 月 u n i g r a p h i c ss o l u t i o n s 公司與i n t e r g r a p h 公司簽約，合并了后者的機(jī)械c a d 產(chǎn)品， 將微機(jī)版的s o l i d e d g e 軟件統(tǒng)一到p a r a s o l i d 平臺(tái)上。由此形成了一個(gè)從低端到高端， 兼有u n i x 工作站版和w i n d o w s n t 微機(jī)版的較完善的企業(yè)級(jí)c a d c a e c a m p d m 集成系 統(tǒng)。 ( 2 ) i d e a s i d e a s 是美國(guó)s d r c 公司開(kāi)發(fā)的c a d c a m 軟件。該公司是國(guó)際上著名的機(jī)械 c a d c a e c a m 公司，在全球范圍享有盛譽(yù)。該件是高度集成化的c a d c a e c a m 軟件系 統(tǒng)。它幫助工程師以極高的效率，在單一數(shù)字模型中完成從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真分析、測(cè) 試直至數(shù)控加工的產(chǎn)品研發(fā)全過(guò)程“”。i - d e a s 是全世界制造業(yè)用戶廣泛應(yīng)用的大型 c a d c a e c a m 軟件。 i d e a s 在c a d c a e 一體化技術(shù)方面一直雄居世界榜首，軟件內(nèi)含諸如結(jié)構(gòu)分析、 熱力分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、耐久性分析等真正提高產(chǎn)品性能的高級(jí)分析功能。 ( 3 ) p r o e n g i n e e r p r o e n g i n e e r 系統(tǒng)是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司( p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n ， 簡(jiǎn)稱p t c ) 的產(chǎn)品“”。p r o e n g i n e e r 系統(tǒng)主要功能如下： 真正的全相關(guān)性，任何地方的修改都會(huì)自動(dòng)反映到所有相關(guān)地方。 具有真正管理并發(fā)進(jìn)程、實(shí)現(xiàn)并行工程的能力。 具有強(qiáng)大的裝配功能，能夠始終保持設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖。 容易使用，可以極大地提高設(shè)計(jì)效率。 p r o e n g i n e e r 系統(tǒng)用戶界面簡(jiǎn)潔，概念清晰，符合工程人員的設(shè)計(jì)思想與習(xí)慣。 整個(gè)系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)上，具有完整而統(tǒng)一的模型。 ( 4 ) s o l i d w o r k s s o l i d w o r k s 是生信國(guó)際有限公司推出的基于w i n d o w s 的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件。 s o l i d w o r k s 是微機(jī)版參數(shù)化特征造型軟件的新秀，s o l i d w o r k s 是基于w i n d o w s 平臺(tái) 的全參數(shù)化特征造型軟件，它可以十分方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維零件實(shí)體造型、復(fù)雜裝 配和生成工程圖。該軟件可以應(yīng)用于以規(guī)則幾何形體為主的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)及生產(chǎn)準(zhǔn)備 工作中，其價(jià)位適中。 第6 頁(yè) 碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 1 5 課題的研究?jī)?nèi)容和研究方法 論文主要的研究?jī)?nèi)容和研究方法包括： ( 1 ) 參數(shù)化圖庫(kù)建立 對(duì)收集到的各種微型汽車驅(qū)動(dòng)橋外形結(jié)構(gòu)離散化。對(duì)所設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行分類， 然后建立每種結(jié)構(gòu)類型的結(jié)構(gòu)形式模板，模板必須能夠反映該系列現(xiàn)有常用零件中可 能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。以幾種典型的驅(qū)動(dòng)橋外形為主模型，配合其它類型的驅(qū)動(dòng)橋外形，對(duì) 其離散化，提取典型特征。 根據(jù)給定的整車參數(shù)確定出幾個(gè)重要尺寸。如果將零件模型所有的或大多數(shù) 的結(jié)構(gòu)尺寸都作為參數(shù)讓用戶輸入，那么軟件系統(tǒng)將沒(méi)有多少實(shí)際價(jià)值。因?yàn)橛脩粢?輸入這些尺寸必須首先設(shè)計(jì)出零件，而這一過(guò)程是我們想讓計(jì)算機(jī)完成的。因此必須 首先確定出由整車參數(shù)決定的少數(shù)幾個(gè)關(guān)鍵尺寸，如齒輪、軸承等尺寸參數(shù)。 由重要尺寸確定出其他所有尺寸。這一步工作量比較大，要考慮驅(qū)動(dòng)橋的整 個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，要將許多設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)融入其中。 ( 2 ) 接口設(shè)計(jì) 接口的主要作用是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，即將前處理的臨時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為格式化的數(shù)據(jù) 文件，同時(shí)傳給后續(xù)的圖形處理。實(shí)現(xiàn)前處理與圖形處理部分信息傳遞是通過(guò)一個(gè)獨(dú) 立接口模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，接口模塊的主要功能是產(chǎn)生格式化的接口文件。由圖形處理部分 對(duì)其進(jìn)行處理。 ( 3 ) 圖形處理 圖形處理在c a d c a m c a e 集成軟件系統(tǒng)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。采用c a d c a m c a e 集成軟件 系統(tǒng)的宏語(yǔ)言和其高級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。 ( 4 ) 編寫(xiě)系統(tǒng)界面 用可視化高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面，將前面幾步所做的 聯(lián)成一整體，完成用戶數(shù)據(jù)輸入、尺寸計(jì)算、調(diào)用圖形庫(kù)等功能，使用戶能在此環(huán)境 下完成整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。 系統(tǒng)界面包括以下幾類： 整體參數(shù)輸入界面?？勺鑳H通過(guò)整體參數(shù)的輸入完成整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)，不 用涉及單個(gè)零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)。其實(shí)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程都由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。 單個(gè)零件參數(shù)輸入界面。用戶可以只設(shè)計(jì)某一個(gè)或某幾個(gè)零件，而不用生成 整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋。也可以通過(guò)對(duì)每一個(gè)零件的單獨(dú)設(shè)計(jì)來(lái)完成整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。 經(jīng)驗(yàn)值選取界面。驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)涉及許多經(jīng)驗(yàn)值的選取，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn) 一個(gè)值，如果設(shè)計(jì)人員想修改，可以通過(guò)此模塊來(lái)完成。 第7 頁(yè) 碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 2 微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)概要設(shè)計(jì) 2 1 系統(tǒng)需求分析 在需求分析階段，我們的焦點(diǎn)是“做什么”，而不是“怎么做”。不是具體地解決 問(wèn)題，而是準(zhǔn)確地確定“為了解決這個(gè)問(wèn)題，目標(biāo)系統(tǒng)必須做什么“”1 。主要是確定 目標(biāo)系統(tǒng)必須具備哪些功能。 用戶了解他們所面對(duì)的問(wèn)題，知道必須做什么，但是卻不能完整、準(zhǔn)確地表達(dá)自 己的要求：軟件開(kāi)發(fā)人員知道怎樣通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)人們的要求，但是對(duì)特定用戶的具體 要求并不完全清楚。因此在需求分析階段軟件開(kāi)發(fā)人員必須和用戶密切配合，充分交 流信息，以得出經(jīng)過(guò)用戶確認(rèn)的系統(tǒng)邏輯模型。并與軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)人員進(jìn)行交流，以 保證在目前現(xiàn)有的人員條件和技術(shù)條件下，用戶需求是可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)邏輯模型是合 理可行的。 2 1 1 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 我們首先是與用戶交流，獲取他們的各種需求，以下就是從用戶處獲取的需求信 息： ( 1 ) 系統(tǒng)的最終輸出是驅(qū)動(dòng)橋的三維圖形； ( 2 ) 進(jìn)入系統(tǒng)后用戶可以選擇菜單開(kāi)始一個(gè)新的驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)項(xiàng)目； ( 3 ) 用戶可以對(duì)所要設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行組件選型和總體選型設(shè)計(jì)，包括如下項(xiàng) 目： a 選擇驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)型式，主要是斷開(kāi)式和非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的選擇； b 從動(dòng)錐齒輪支承型式，主要是懸臂式和騎馬式； c 半軸型式，主要是半浮式，3 4 浮式和全浮式； d 主減速器齒輪類型，主要是雙曲面齒輪和螺旋錐齒輪： e 主減速器減速型式，主要是單級(jí)減速器、雙級(jí)減速器、雙速減速器、單級(jí)貫 通、雙級(jí)貫通和單級(jí)輪邊減速； f 橋殼結(jié)構(gòu)型式，主要是三段可分式、二段可分式、整體式和組合式； g 主動(dòng)錐齒輪支承型式，主要是懸臂式和騎馬式； h 行星齒輪數(shù)目，主要有2 、3 、4 三種數(shù)目： i 差速器結(jié)構(gòu)型式，主要有對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器和防滑差速器； j 主動(dòng)齒輪遠(yuǎn)端軸承，主要有圓錐滾子軸承和深溝球軸承； k 主動(dòng)齒輪近端軸承，主要有圓錐滾子軸承和深溝球軸承； 1 差速器軸承，主要有圓錐滾子軸承和深溝球軸承； i i l 半軸軸承，主要有圓錐滾子軸承和深溝球軸承； ( 4 ) 用戶可以以如下三種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)： 第8 頁(yè) 碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 a 從整車參數(shù)開(kāi)始設(shè)計(jì)。這要求用戶輸入設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋所需的原始參數(shù)，系統(tǒng)由 這些參數(shù)計(jì)算出關(guān)鍵參數(shù)。然后由關(guān)鍵參數(shù)推導(dǎo)出所有幾何參數(shù)； b 從關(guān)鍵參數(shù)開(kāi)始設(shè)計(jì)。相當(dāng)于a 中跳過(guò)計(jì)算關(guān)鍵參數(shù)這一步，然后卣關(guān)鍵參 數(shù)推導(dǎo)出所有幾何參數(shù)： c 直接輸入幾何參數(shù)。相當(dāng)于b 中跳過(guò)由關(guān)鍵參數(shù)推導(dǎo)出所有幾何參數(shù)這一步， 幾何參數(shù)直接由用戶輸入，然后生成相應(yīng)的幾何圖形； ( 5 ) 若用戶采用的是從整車參數(shù)開(kāi)始設(shè)計(jì)。則有原始參數(shù)輸入的功能，它包括 以下幾部分參數(shù)輸入界面： a 。主減速器設(shè)計(jì)所需參數(shù)； b 差速器齒輪設(shè)計(jì)所需參數(shù)： c 半軸設(shè)計(jì)所需參數(shù)； d 橋殼設(shè)計(jì)所需參數(shù)： e 選擇軸承所需參數(shù)。 ( 6 ) 系統(tǒng)有對(duì)所有輸入的原始參數(shù)進(jìn)行處理的功能。即通過(guò)這些參數(shù)，結(jié)合用 戶的選型信息，計(jì)算推導(dǎo)出所有計(jì)算幾何尺寸參數(shù)所需的關(guān)鍵參數(shù)； ( 7 ) 系統(tǒng)有對(duì)所有生成的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行處理的功能。即通過(guò)這些參數(shù)計(jì)算推導(dǎo) 出所有幾何尺寸參數(shù)； ( 8 1 有一個(gè)浮動(dòng)工作區(qū)來(lái)顯示用戶生成的驅(qū)動(dòng)橋的所有零部件，并可以通過(guò)點(diǎn) 擊某零件來(lái)查看此零件的幾何三視圖，此三視圖標(biāo)出了所有尺寸以方便用戶查看尺 寸： ( 9 ) 用戶可以隨時(shí)修改零件的輸入?yún)?shù)，因此有一個(gè)零件尺寸參數(shù)列表讓用戶 輸入修改值； ( 1 0 ) 當(dāng)用戶修改完部分參數(shù)后必須有更新相關(guān)參數(shù)的功能，以保證相關(guān)參數(shù)被 及時(shí)更新，避免數(shù)據(jù)匹配錯(cuò)誤； ( 1 1 ) 當(dāng)用戶完成設(shè)計(jì)后，可以從應(yīng)用程序進(jìn)入i - d e a s 系統(tǒng)，根據(jù)用戶設(shè)計(jì)完成 的參數(shù)值形成驅(qū)動(dòng)橋的三維模型； ( 1 2 ) 若用戶由直接輸入幾何參數(shù)方式設(shè)計(jì)，則無(wú)須原始參數(shù)的輸入也無(wú)須計(jì)算， 但可以讓用戶選擇想要進(jìn)行設(shè)計(jì)的零件；菜單中有個(gè)添加刪除零件功能使得用戶能 隨時(shí)在工作區(qū)的列表中添加刪除零件； ( 1 3 ) 用戶可以從菜單中進(jìn)入i - ) e a s 系統(tǒng)對(duì)用戶設(shè)計(jì)完的零部件進(jìn)行有限元分 析： ( 2 4 ) 系統(tǒng)有對(duì)設(shè)計(jì)完豹驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)估的功能： ( 1 5 ) 要求有聯(lián)機(jī)幫助文檔。 ( 1 6 ) 要求界面筒單，操作方便 第9 頁(yè) 碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 2 1 2 系統(tǒng)可行性分析 可行性分析的目的是用最小的代價(jià)確定在問(wèn)題定義階段所確定的系統(tǒng)的目標(biāo)和 規(guī)模是否現(xiàn)實(shí)，所確定的問(wèn)題是否可以解決，系統(tǒng)方案在經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上和操作上是 否可以接受?？尚行苑治鲋饕ń?jīng)濟(jì)可行性、技術(shù)可行性、使用可行性和法律可行 性1 。 經(jīng)濟(jì)可行性指估計(jì)開(kāi)發(fā)費(fèi)用以及新系統(tǒng)可能帶來(lái)的收益，將兩者進(jìn)行權(quán)衡，看結(jié) 果是否可以接受。技術(shù)可行性是指對(duì)要求的功能、性能以及限制條件進(jìn)行分析，是否 能夠做成一個(gè)可接受的系統(tǒng)。所考慮的因素通常還應(yīng)包括開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，是否能夠得到 需要的軟件和硬件以及一個(gè)熟練的有能力的開(kāi)發(fā)隊(duì)伍，與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)有關(guān)的技術(shù)是否足 以支持系統(tǒng)的研制。使用可行性是判斷系統(tǒng)的使用方式在該用戶組織內(nèi)是否可行。法 律可行性是指判斷系統(tǒng)是否違反現(xiàn)有的法律。 由于該系統(tǒng)不用于商業(yè)故無(wú)須進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可行性分析。 技術(shù)可行性分析： ( 1 ) 因目前大多數(shù)p c 機(jī)的操作系統(tǒng)為w i n d o w s ，因此，使用w i n d o w s 操作系統(tǒng) 為平臺(tái)。 ( 2 ) 由需求功能可知本系統(tǒng)對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)橋?qū)I(yè)知識(shí)要求較高。由于汽車工程系 有眾多的車輛工程專業(yè)的教授、專家和研究生，并且與我們合作的四川建安工業(yè)有限 公司能提供很好的技術(shù)支持，能保證驅(qū)動(dòng)橋?qū)I(yè)技術(shù)的需求； ( 3 ) 使用惦v c + + 6 o 的m f c ，可方便界面的制作；a d o ( a c t i v e xd a t ao b j e c t ) 是m i c r o s o f t 數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的，使用它可以滿足對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的編程： ( 4 ) i d e a s 是美國(guó)s d r c 公司開(kāi)發(fā)的c a d c a m 軟件，該軟件是高度集成化的 c a d c a e c a m 軟件系統(tǒng)，它有強(qiáng)大的三維建模、有限元分析等功能，并且提供了與高 級(jí)語(yǔ)言的接口語(yǔ)言，能在高級(jí)語(yǔ)言中很好地操縱它，可以滿足功能需求中的三維建模 和有限元分析的要求。 使用可行性分析： 該系統(tǒng)是運(yùn)行在w i n d o w s 操作系統(tǒng)上，使用w i n d o w s 標(biāo)準(zhǔn)界面，操作簡(jiǎn)單：使用 此系統(tǒng)還需要一定汽車驅(qū)動(dòng)橋?qū)I(yè)知識(shí)。由于用戶均是汽車驅(qū)動(dòng)橋?qū)I(yè)設(shè)計(jì)人員，因 此系統(tǒng)在該用戶組織中使用應(yīng)該是可行的。 2 1 3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流分析 數(shù)據(jù)流圖( d a t af l o wd i a g r a m ，d f d ) 描述系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向，是一種用來(lái)表示信息 流程和信息變換過(guò)程的圖解方法，它把系統(tǒng)看成是由數(shù)據(jù)流聯(lián)系的各種功能的組合， 它可以方便地描述用數(shù)據(jù)流的流動(dòng)聯(lián)系的各種功能，通過(guò)每種功能的輸入數(shù)據(jù)輸出 結(jié)果，進(jìn)而表示現(xiàn)有系統(tǒng)或待開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的功能“。數(shù)據(jù)流圖通常用分層畫(huà)法。把整個(gè) 軟件系統(tǒng)看成一個(gè)整體，可以畫(huà)出系統(tǒng)的輸入輸出圖，這張圖稱為頂層圖。將頂層圖 第1 0 頁(yè) 碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 的加工分解成若干個(gè)加工，并用數(shù)據(jù)流將這些加工連接起來(lái)，使得頂層圖中的輸入數(shù) 據(jù)流經(jīng)一連串的加工處理后變換成頂層圖的輸出數(shù)據(jù)流，這張圖稱為0 層圖。 由2 1 ，i 的功能需求分析可知，驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)系統(tǒng)與i 一0 e a s 系統(tǒng)緊密接合，因此 我們?cè)诜治鰯?shù)據(jù)流圖時(shí)將驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)系統(tǒng)與i - d e a s 系統(tǒng)看成一體，但為了更清楚地 知道驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)，在畫(huà)頂層圖對(duì)我們將兩者分開(kāi)了。本系統(tǒng)從 外界接受的信息主要來(lái)自驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)人員，它包括：選型參數(shù)，驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)原始參數(shù)， 有限元分析原始數(shù)據(jù)，評(píng)估要求。 另外，在生成所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)橋零件圖時(shí)i d e a s 系統(tǒng)需要讀取零件庫(kù)中的參數(shù)化 零件模型，它以卜d e a s 系統(tǒng)所識(shí)別的數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存在，因此，這個(gè)零件庫(kù)也是系 統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)源。但是，零件庫(kù)數(shù)據(jù)輸出直接指向i d e a s 系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)系統(tǒng)不 對(duì)它進(jìn)行讀取。 同樣可以分析出，系統(tǒng)向外界輸出數(shù)據(jù)主要有：不正確選型方案，有限元分析結(jié) 果文檔，錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，評(píng)估結(jié)果和驅(qū)動(dòng)橋三維模型。而驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)系統(tǒng)向外界輸出的數(shù) 據(jù)主要有：不正確選型方案，建模接口文件，有限元接口文件，評(píng)估結(jié)果。如圖2 1 所示。 不正確選型方案 選型參數(shù) 竺量竺蘭蘭豎望蘭微型汽車驅(qū) 有限元分析輸 數(shù)據(jù)i 動(dòng)橋智雒化 弄i 忑云i 1 設(shè)計(jì)系統(tǒng) 錯(cuò)誤數(shù)據(jù)7 評(píng)估結(jié)果 建摸蓑口立j 串i 零件庫(kù) 有限元接口文件 有豫元分析結(jié)果 圖2 1 頂層圖 i - d e a s 軟 件系境 參數(shù)化零件模型 驅(qū)動(dòng)橋三維模型 不正確選型方案說(shuō)明設(shè)計(jì)者輸入的選型參數(shù)產(chǎn)生的方案不符合邏輯或系統(tǒng)不支 持。建模接口文件主要記錄與建模有關(guān)的參數(shù)，如零件幾何尺寸值、零件號(hào)和零件數(shù)。 有限元接口文件主要記錄與i d e a s 系統(tǒng)進(jìn)行有限元分析有關(guān)的數(shù)據(jù)。建模接口文件 和有限元接口文件將在5 2 節(jié)系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)中詳細(xì)討論。有限元分析結(jié)果文件記 錄了所設(shè)計(jì)的零部件的有限元分析結(jié)果數(shù)據(jù)，它可咀被系統(tǒng)讀取并根據(jù)評(píng)估要求作出 評(píng)估從而生成評(píng)估結(jié)果。 第1j 頁(yè) 碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 根據(jù)功能需求和頂層圖細(xì)化出0 層圖如圖2 2 。 2 選中符 合方案的 零件 3 參數(shù) 處理 圖2 20 層圖 由圖可知，微型車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)被分解成六個(gè)加工：生成選型方案，選 中符合方案的零件，參數(shù)處理，生成有限元接口文件，生成建模接口文件，評(píng)估。在 數(shù)據(jù)流程圖( d f d ) 中用圓圈表示，所謂加工是指對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行某種操作或變換，是把輸 入數(shù)據(jù)變成輸出數(shù)據(jù)的一種變換。同時(shí)，在微型車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)部還產(chǎn)生 了兩個(gè)文檔：零件表，參數(shù)表。 六個(gè)加工主要功用闡述如下： 加工1 ：處理設(shè)計(jì)人員輸入的選型參數(shù)，產(chǎn)生相應(yīng)的選型方案。由于設(shè)計(jì)人員的 某些選型方案是不符合邏輯的或者此選型方案驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)系統(tǒng)暫不支持，因此輸出的 選型方案有兩種可能，正確的和不正確的；若是正確的則將選型方案送到加工2 ，若 不正確，則提示設(shè)計(jì)者出錯(cuò)信息。為了知道系統(tǒng)支持哪些選型方案，此加工需要一個(gè) 選型方案表來(lái)查詢可用的選型方案。有關(guān)驅(qū)動(dòng)橋選型方案在軟件系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)將在 3 1 節(jié)闡述。 加工2 ：在輸入一個(gè)正確的選型方案之后，根據(jù)選型方案選中零件庫(kù)中生成此方 案所需的零部件，這里零件庫(kù)中的零件以零件表的形式體現(xiàn)出來(lái)，零件表中每個(gè)零件 有一個(gè)零件庫(kù)中零件的i d 號(hào)。選中一個(gè)零部件就在零部件表中作一選中標(biāo)志。具體 第1 2 頁(yè) 、磊艨- 砸卜 選 碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 實(shí)現(xiàn)將在3 1 節(jié)和3 2 節(jié)闡述。 加工3 ：是整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的核心部分。設(shè)計(jì)者將輸入所有設(shè)計(jì)所需要的原始 參數(shù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩、車輪滾動(dòng)半徑、最低檔速比、傳遞效率等等。驅(qū)動(dòng)橋所有 零部件幾何尺寸的計(jì)算也在此加工生成，并將其寫(xiě)入到參數(shù)表中。它需要參數(shù)值智能 更新算法來(lái)完成參數(shù)的計(jì)算。算法實(shí)現(xiàn)將在3 3 節(jié)闡述。 加工4 ：生成有限元接口文件。i d e a s 系統(tǒng)是根據(jù)此加工處理后生成的有限元 接口文件來(lái)進(jìn)行有限元分析的，將在5 3 節(jié)闡述。 加工5 ：生成建模接口文件。i d e a s 系統(tǒng)是根據(jù)此加工處理后生成的建模接口 文件來(lái)進(jìn)行建模的，也將在5 3 節(jié)闡述。 加工6 ：根據(jù)用戶的要求并按照設(shè)計(jì)完的驅(qū)動(dòng)橋分析結(jié)果作出評(píng)估。 數(shù)據(jù)流圖( d f d ) 是進(jìn)行功能模塊劃分的依據(jù)，2 2 節(jié)中我們將按照?qǐng)D2 2 來(lái)進(jìn)行 功能模塊劃分。 2 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)的任務(wù)是確定軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行模塊劃分，確定每個(gè)模塊的功能、 接口以及模塊間的調(diào)用關(guān)系“。功能模塊劃分時(shí)必須按照以下原則進(jìn)行，以保證模塊 分解盡可能理想： ( 1 ) 滿足信息隱蔽原則。 ( 2 ) 盡量使得模塊的內(nèi)聚度高、模塊間的耦合度低。 ( 3 1 模塊的大小適中。 f 4 1 模塊的調(diào)用深度不宜過(guò)大。 ( 5 ) 模塊的扇入應(yīng)盡量大，扇出不宜過(guò)大。一個(gè)模塊的扇入是指直接調(diào)用該模 塊的上級(jí)模塊的個(gè)數(shù)。一個(gè)模塊的扇出是指該模塊直接調(diào)用的下級(jí)模塊的個(gè)數(shù)。扇入 大表示模塊的復(fù)用程度高，扇出大表示模塊的復(fù)雜度高。 ) 設(shè)計(jì)單入口和單出口的模塊。 ( 7 ) 模塊的作用域應(yīng)在控制域內(nèi)。 f 8 ) 模塊的功能應(yīng)是可預(yù)測(cè)的。 我們將用結(jié)構(gòu)圖( s t r u c t u r ec h a r t ，s c ) 來(lái)描述模塊之間的關(guān)系。結(jié)構(gòu)圖中用矩形來(lái)代 表模塊，并標(biāo)示模塊名，模塊到模塊問(wèn)的連線表示調(diào)用，連線邊上可以標(biāo)明數(shù)據(jù)信息。 2 2 1 功能模塊劃分 按照前節(jié)畫(huà)出的數(shù)據(jù)流圖( d f d ) 進(jìn)行變換分析。先進(jìn)行第一級(jí)分解，可以得到圖 2 - 3 所示的功能模塊的劃分：接收輸入信息，參數(shù)轉(zhuǎn)換控制，數(shù)據(jù)輸出模塊。接收輸 入信息模塊用來(lái)接收所有的輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入到輸出的變 換，數(shù)據(jù)輸出模塊用來(lái)產(chǎn)生所有的輸出數(shù)據(jù)。 第1 3 頁(yè) 碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 圖2 3 模塊總體劃分 圖2 4 、2 5 、2 6 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了第二級(jí)分解。由數(shù)據(jù)流圖( d f d ) 的輸入流以及對(duì) 輸入流進(jìn)行輔助性加工的加工可以得出，接收輸入信息模塊可以分解為：生成選型方 案，接收有限元原始參數(shù)，輸入評(píng)估要求，驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入。其中，生成選型方 案是對(duì)設(shè)計(jì)者輸入的選型參數(shù)進(jìn)行輔助加工生成的，因此生成選型方案模塊又調(diào)用選 型參數(shù)輸入模塊，如圖2 4 所示。 接收輸入信息 弋 生成選型方案 l 接收有限元原始參數(shù) 輸入評(píng)估要求驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入 選型參數(shù)輸入 圖2 4 接收輸入模塊劃分 選型參數(shù)輸入主要功能是為設(shè)計(jì)者提供一個(gè)輸入選型參數(shù)的界面，生成選型方案 模塊主要實(shí)現(xiàn)加工1 所描述的功能。輸入評(píng)估要求模塊、驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入模塊和 接收有限元原始參數(shù)模塊均為用戶提供一個(gè)接受數(shù)據(jù)的界面。 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制模塊可以分解為：選擇符合選型方案的零件，參數(shù)推理計(jì)算模塊， 生成有限元接口文件，生成建模接口文件，i - d e a s 系統(tǒng)，評(píng)估模塊。其中，i - d e a s 系統(tǒng)主要完成的功能是驅(qū)動(dòng)橋三維建模和零部件有限元分析。如圖2 5 所示。 選擇符合選型方案的零件模塊主要實(shí)現(xiàn)加工2 功能，參數(shù)推理計(jì)算模塊主要實(shí)現(xiàn) 加工3 功能，生成有限元接口文件模塊主要實(shí)現(xiàn)加工4 功能，生成建模接口文件模塊 主要實(shí)現(xiàn)加工5 功能，評(píng)估模塊主要實(shí)現(xiàn)加工6 功能。i - d e a s 系統(tǒng)是一個(gè)單獨(dú)的軟 件系統(tǒng)，在這里我們僅把它看成是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)能完成驅(qū)動(dòng)橋三維建模和零部件有 限元分析的功能子模塊。 第1 4 頁(yè) 碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 圖2 5 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制模塊劃分 數(shù)據(jù)輸出模塊可以分解為：選型方案出錯(cuò)，參數(shù)處理錯(cuò)誤，有限元分析結(jié)果，驅(qū) 動(dòng)橋三維建模顯示，評(píng)估結(jié)果。如圖2 6 所示。選型方案出錯(cuò)模塊主要功能是輸出錯(cuò) 誤信息，提示用戶從新輸入選型參數(shù)。參數(shù)處理錯(cuò)誤模塊主要功能是輸出驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) 原始參數(shù)錯(cuò)誤信息，它可能是輸入?yún)?shù)有邏輯錯(cuò)誤或校核后不符合錯(cuò)誤( 如齒輪強(qiáng)度 校核不滿足、離地間隙不滿足等等) 。有限元分析結(jié)果模塊主要是由i - d e a s 系統(tǒng)按照 有限元分析接口文件計(jì)算并輸出的。驅(qū)動(dòng)橋三維建模顯示模塊也是由i - d e a s 系統(tǒng)按 照建模接口文件輸出的。評(píng)估結(jié)果模塊主要功能是輸出評(píng)估結(jié)果，以供設(shè)計(jì)者參考分 析是否達(dá)到期望要求。 圖2 6 數(shù)據(jù)輸出模塊劃分 功能模塊的劃分是詳細(xì)設(shè)計(jì)的依據(jù)，我們將在第3 章對(duì)主要的功能模塊進(jìn)行詳細(xì) 設(shè)計(jì)。 2 2 2 系統(tǒng)的軟硬件支撐環(huán)境 硬件環(huán)境為： ( 1 ) 微機(jī)要求主頻1 6 6 m h z 以上； 第1 5 頁(yè) 碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 ( 2 ) 3 d 圖形加速卡： ( 3 1 硬盤4 g 以上； ( 4 ) 內(nèi)存6 4 m 以上。 軟件環(huán)境： ( 1 ) 操作系統(tǒng)：w i n d o w sn t4 0 w i n d o w s 2 0 0 0 ； ( 2 ) 數(shù)據(jù)庫(kù)：m sa e c e s s2 0 0 0 ； ( 3 ) 編程語(yǔ)言：v c + + 6 o ( 4 ) 圖形處理軟件：i - d e a s 集成軟件系統(tǒng)。 2 2 3 系統(tǒng)界面 系統(tǒng)軟件界面體現(xiàn)了一個(gè)軟件的設(shè)計(jì)水平和風(fēng)格，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要滿足一定的原 則m 1 ： ( 1 ) 界面設(shè)計(jì)的一致性。一致性原則就是軟件所有界面的總體風(fēng)格包括布局、 色彩、文字必須一致。 ( 2 ) 常用功能操作的便捷性。常用操作的使用頻度大，應(yīng)該減少操作序列的長(zhǎng) 度。例如，文件的常用操作如打開(kāi)、存盤、另存等設(shè)置快捷鍵，這樣，不僅會(huì)提高用 戶的工作效率，還使得界面在功能實(shí)現(xiàn)上簡(jiǎn)潔和高教。 ( 3 ) 較好的容錯(cuò)能力。系統(tǒng)要有錯(cuò)誤處理的功能。在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)該能 檢測(cè)出錯(cuò)誤，并且提供簡(jiǎn)單和容易理解的錯(cuò)誤處理的功能。錯(cuò)誤出現(xiàn)后系統(tǒng)的狀態(tài)不 發(fā)生變化，或者系統(tǒng)要提供錯(cuò)誤恢復(fù)的指導(dǎo)。 ( 4 ) 提供信息反饋。對(duì)操作人員的重要操作要有信息反饋。對(duì)常用操作和簡(jiǎn)單 操作的反饋可以不作要求，但是對(duì)不常用操作和至關(guān)重要的操作，系統(tǒng)應(yīng)該提供信息 的反饋。 ( 5 ) 操作的可逆性?？赡嫘圆僮魇侵缚梢苑祷刂匦聢?zhí)行的操作，這對(duì)于不具備 專門知識(shí)的操作人員相當(dāng)有用?？赡娴膭?dòng)作可以是單個(gè)的操作，或者是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立 的操作序列。 ( 6 ) 具有良好的聯(lián)機(jī)幫助功能。對(duì)于熟練用戶來(lái)說(shuō)，聯(lián)機(jī)幫助并非必不可少， 但是對(duì)于大多數(shù)不熟練用戶來(lái)說(shuō)，聯(lián)機(jī)幫助具有非常重要的作用。 界面設(shè)計(jì)主要包括主界面、數(shù)據(jù)輸入界面和數(shù)據(jù)輸出界面等的設(shè)計(jì)。主界面包 括菜單、工具欄等，菜單給出了系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的所有功能的入口界面。工具欄是菜單 的快捷方式。 本軟件系統(tǒng)的主界面框架如圖2 7 ： 第1 6 頁(yè) 碩士論文微型汽車驅(qū)動(dòng)橋智能化設(shè)計(jì)