第1章緒論本章首先對課題來源、研究背景與意義進行闡述；其次，分析目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題，對解決問題所使用的相關方法做簡要概述；最后給出論文的研究思路與內(nèi)容。11課題來源本課題來源于國家自然科學基金項目“復雜機械產(chǎn)品混合模型中尺寸約束與傳遞方法研究”（NO50975183）。12課題研究背景與意義121課題研究背景零部件優(yōu)先級是在處理產(chǎn)品變型過程中，根據(jù)零件功能和裝配要求決定各個零件進行變型以適應產(chǎn)品需求的優(yōu)先順序，而零件尺寸的優(yōu)先級別是在變型尺寸傳遞過程中，確定尺寸傳遞先后順序、保證零件類型和變型的完整性。零部件優(yōu)先級作為目前應用于復雜機械產(chǎn)品中確定零部件變型設計順序的主要依據(jù)，其確定方法的研究對于變型設計及相關研究的進展有著重要的意義。復雜機械產(chǎn)品是零件數(shù)量龐大、產(chǎn)品結構層次多且零部件之間約束關系復雜的產(chǎn)品。零部件數(shù)量一般都超過一千，且只要零部件數(shù)量也要在幾百以上。在變型設計的過程中，一個零件的尺寸變化往往會導致其他多了零部件的變化，而且這種尺寸的變化會根據(jù)零部件間的約束關系相互傳遞下去。如果把復雜產(chǎn)品中所有存在變型關聯(lián)關系的零部件都用線連接起來，那就會形成一張錯綜復雜的復雜變型關系網(wǎng)絡。關系網(wǎng)絡中的各個零部件之間存在著復雜的尺寸和結構裝配等約束關系，在變型設計過程中，修改其中一個或幾個零部件的尺寸就可能會引起多個零部件尺寸的變化，甚至可能引起零部件之間的尺寸沖突。因此要對尺寸傳遞中零部件間的約束關系、傳遞方法、傳遞路徑和尺寸傳遞沖突進行研究。復雜機械產(chǎn)品通常包含多種類型零件，而且不同類型的零件在變型設計過程中所需采用的尺寸約束滿足與尺寸傳遞策略也不同。如何建立有效的理論和分析方法，解決不同類型的零部件在變型設計過程中的尺寸約束和尺寸傳遞問題已經(jīng)成為了目前的一個重要課題。本文將圍繞這一問題開展研究，嘗試通過不同類型零件具有不同尺寸約束滿足優(yōu)先級別的思想，提出基于優(yōu)先級的尺寸傳遞研究方法。在此基礎上，給出復雜機械產(chǎn)品混合模型尺寸約束傳遞模型，并對模型中的尺寸沖突進行檢測和相應的求解。變型設計是基于產(chǎn)品工作原理、基本功能定義不變的情況下，通過對現(xiàn)有產(chǎn)品局部結構形狀或部分參數(shù)的變異來實現(xiàn)產(chǎn)品特定功能的要求，從而滿足客戶個性化需求。因此，變型設計已成為企業(yè)快速響應市場需求的重要技術。產(chǎn)品的變型分為幾何參數(shù)變型和結構配置變型。幾何參數(shù)變型會引起產(chǎn)品零件形狀尺寸或裝配尺寸的變化，而不影響產(chǎn)品的結構和功能，而產(chǎn)品結構配置的變化主要是指根據(jù)客戶個性化需求對產(chǎn)品零部件的選配或者零部件配置數(shù)目的變化，它往往會導致產(chǎn)品的局部結構發(fā)生變化。建立產(chǎn)品零件之間的尺寸約束和尺寸傳遞關系、研究參數(shù)傳遞理論和方法是本文需要解決的關鍵問題。122課題研究目的與意義本文所進行的研究屬于大規(guī)模定制技術領域的前沿性基礎研究，通過解決復雜機械產(chǎn)品混合模型中變型設計的尺寸約束和傳遞問題、零部件優(yōu)先級別問題以及尺寸沖突解決問題，可為變型設計提供新的理論和方法。從而提高企業(yè)對市場要求變化的快速響應能力、提高了產(chǎn)品生產(chǎn)效率。大批量定制對企業(yè)的資源重用提出了更高的要求，即不輕易重新設計新的零部件，盡可能重用已有的零件或在已有零件的基礎上進行變型設計。這樣既可以減少零件數(shù)量，降低客戶定制過程中的零件多樣性，又可提高產(chǎn)品可靠性和可維護性，優(yōu)化了設計過程。由于復雜機械產(chǎn)品是由多種類型零件組成的復雜系統(tǒng)，因此，迫切需要考慮給出有效的理論分析方法來解決這種情況下的產(chǎn)品變型設計問題。這是大規(guī)模定制領域中變型設計方法研究的一個新課題。對大規(guī)模定制下變型設計理論和方法的研究具有前沿性和探索性，在理論和應用方面都有十分重要的意義。變型設計方法是連接企業(yè)生產(chǎn)和客戶需求的紐帶。變型設計方法和技術大都是圍繞著客戶需求所給出的設計信息進行的，建立產(chǎn)品變型主模型以及基于產(chǎn)品變型主模型的變型設計方法和過程是企業(yè)如何實施其產(chǎn)品的變型設計的關鍵。根據(jù)客戶的需求和概念設計，確定定制產(chǎn)品設計參數(shù)信息，通過修改產(chǎn)品變型設計主模型的參數(shù)值和尺寸關系，生成相似的產(chǎn)品和零部件。變型設計方法能夠快速地設計產(chǎn)品原型，降低設計成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量，是實施大批量定制生產(chǎn)的關鍵技術。本文旨在針對機械產(chǎn)品零部件尺寸傳遞建立一套基于優(yōu)先級別解決方法，彌補以往產(chǎn)品變型設計中在尺寸傳遞方面存在的理論和方法的不足，進一步發(fā)展大規(guī)模定制的變型設計理論與應用。通過對零件進行分類，并研究零件特征及零部件裝配信息，對不同類型的零件給出不同的變型策略和機制，提出不同類型零件的尺寸約束滿足優(yōu)先級別關系，建立尺寸傳遞約束關系網(wǎng)絡，并進行沖突求解。同時結合比較成熟的復雜網(wǎng)絡理論，提出一套較為完整的理論框架，以理清變型設計產(chǎn)品中不同的零件類型及其優(yōu)先級別對尺寸傳遞約束關系網(wǎng)絡的影響，確定尺寸傳遞順序和零部件的變型尺寸對其他零件形狀和裝配效果的影響，即明確產(chǎn)品變型原因、變型方式、變型路徑及變型范圍。通過上述問題的解決，確定各個路徑中零部件變型設計的先后順序，為變型方案的確定提供了依據(jù)，有效減少了設計工作中的重復和冗余，提高了工作效率。為解決基于優(yōu)先級的變型設計和尺寸傳遞提供了理論依據(jù)和技術支持，進一步完善大規(guī)模定制的變型設計理論和方法。13國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題131國內(nèi)外研究現(xiàn)狀產(chǎn)品變型設計是在保持產(chǎn)品基本工作原理不變的條件下，為滿足特定的功能和要求或用戶個性化需求，對產(chǎn)品的某些局部結構形式、尺寸進行調(diào)整、修改，從而得到新產(chǎn)品。機械產(chǎn)品中，為了實現(xiàn)產(chǎn)品預期功能要求，各個零件之間根據(jù)功能需要采取不同的聯(lián)接方式進行裝配，只要兩個零件之間存在裝配關系，那么兩零件的配合表面對應的尺寸之間就形成了一定的約束關系。同時由于這種配合需要和尺寸約束關系，使得一個零件尺寸的變化必然會引起與其配合的零件尺寸的變化，并一直向下一個零件傳遞下去。因此，如何正確合理地建立零件間的尺寸約束和傳遞關系，是變型設計中需要解決的關鍵問題。然而，由于產(chǎn)品中零件種類繁多，零件類型不同，產(chǎn)品模型中零件之間的尺寸約束和傳遞關系也不同，相應的變型設計方法也會有所不同。目前，關于變型設計的理論和方法主要有基于參數(shù)設計和變量化設計方法的變型設計19、基于事物特性表的變型設計方法1015、基于關系產(chǎn)品模型的變型設計方法1617、基于裝配模型的變型設計1819、基于實例推理的變型設計方法2024、基于特征的變型設計方法2528、基于模塊化的變型設計2930、等。這些關于變型設計的研究，主要是從建立變型設計主模型，以及基于變型主模型的變型設計方法和過程來進行討論的，而變型設計是一個復雜的問題，設計的內(nèi)容很多。針對變型設計中的尺寸傳遞問題，國內(nèi)外學者從各種方法和角度對其進行了研究。針對零件之間的尺寸約束和傳遞關系的主要研究有李金華31提出了柔性裝配建模思想和自適應變型設計方法，將一般零件模型的主動參數(shù)及經(jīng)分析可能產(chǎn)生裝配沖突的關鍵參數(shù)進行定義，將其定義為柔性參數(shù)，使成為柔性零件，裝配過程中檢測已有裝配件的裝配特征，并利用二次開發(fā)模塊檢測柔性零件柔性參數(shù)，比較兩者匹配程度，然后確定直接裝配或是變型后再裝配；劉夫云等3233運用復雜網(wǎng)絡技術，將復雜產(chǎn)品抽象成網(wǎng)絡模型，進行了零件分析和相關配置技術的研究，并描述了產(chǎn)品族結構中零件之間的尺寸約束關系，分析了尺寸約束傳遞模型；徐新勝34通過對機械產(chǎn)品變異性控制和制造過程中變異性控制中若干關鍵技術的研究，實現(xiàn)了大規(guī)模定制產(chǎn)品內(nèi)部的變異性控制、產(chǎn)品結構尺寸關系建模以及未知尺寸的參數(shù)估計。方水良35研究了復雜產(chǎn)品變型設計過程中尺寸參數(shù)的傳遞方法和模型，通過規(guī)定尺寸數(shù)據(jù)只能在產(chǎn)品結構模型中縱向傳遞，而不能橫向傳遞的方法，講下一級橫向約束的參數(shù)向上一級轉移，有效的降低了變型零件之間的約束復雜性。在復雜機械產(chǎn)品中，往往存在多種不同類型的零件類型，且不同類型的零件需分別以不同的方式參與到產(chǎn)品變型設計過程中，所采取的變型設計策略和方法不同，所引起的問題也不一樣。根據(jù)不同零件類型的特點，需對零件幾何形狀、零件參數(shù)，建立零部件主模型、產(chǎn)品主結構、2D工程圖主模板等進行分析，為產(chǎn)品變型設計做好技術準備。對于不同類型的零件，在變型設計過程中應該采取不同的變型策略和方法。如標準件在變型設計過程中，某些尺寸不能隨意變動，否則，變型結果就不是標準件了，需要設計、制造新的零件來代替。通常標準件是一系列規(guī)格的零件，在變型設計過程中，標準件也可能會發(fā)生變化，但變型后零件還是標準件，只不過是不同規(guī)格的標準件。同樣，其他類型的零件也需采用合適的變型策略方法。零件之間的尺寸約束關系也有多種，處理完備尺寸約束關系圖11A外，還有一個尺寸同時約束其他多個尺寸圖11B、多個尺寸同時約束一個尺寸圖11C、尺寸之間的循環(huán)約束圖11D、一個尺寸不受任何約束圖11E等形式。復雜產(chǎn)品混合模型的變型設計問題需要依據(jù)這些尺寸約束關系類型，對整體的約束關系和尺寸傳遞進行分析。BCDE之之之之之之之之之之之之之之之之A圖11零件之間的尺寸約束形式對于一對多約束和多對一約束的情況，尺寸約束應如何傳遞、哪條路徑優(yōu)先傳遞、機械產(chǎn)品中尺寸傳遞的范圍的確定及如何合理控制尺寸傳遞是本文研究的重點。尺寸傳遞問題的解決需要引入零部件優(yōu)先級思想。機械產(chǎn)品中具有多種不同類型的零件，而不同類型的零件在變型設計過程中尺寸約束滿足的優(yōu)先級別也不一樣。不同類型的零件根據(jù)各自的資源特性，分別具有不同約束滿足優(yōu)先級別。在這種情況下，零件之間的尺寸約束及其傳遞不再是簡單的順序傳遞形式，而是具有優(yōu)先級別限制的，因此，增加了變型實際過程中尺寸傳遞和尺寸約束的復雜性?？梢?，混合模型產(chǎn)品的變型設計過程中所涉及到的零件種類多，不同類型的零件具有不同的產(chǎn)品模型和建模方法；在變型設計過程中所采取的變型策略和方法不一樣；零件尺寸參數(shù)的確定要遵循一定的約束滿足優(yōu)先級別，來分析和處理零件尺寸的傳遞及其結果。132目前研究主要不足目前，變型設計的方法和理論很多，但大多是在結構變型方面做出的研究，針對尺寸約束及參數(shù)傳遞如何完成的研究仍然比較少。而且，還沒有給出一個比較完善的尺寸傳遞優(yōu)先級別的確定方法。在復雜機械產(chǎn)品混合模型的變型設計和尺寸約束傳遞的研究中還需解決以下問題1在產(chǎn)品中，經(jīng)常需要對產(chǎn)品的部分零部件進行變型設計或修改，當產(chǎn)品中的某個零件的尺寸改變后，其他零部件圖和做出相應的改變是變型設計中一個非常重要而又迫切需要解決的問題。即設計階段中，產(chǎn)品零部件模型發(fā)生變型后能得到后續(xù)變型設計的響應。2目前的變型設計方法仍然不是很靈活，針對零部件的變型設計方法難以實現(xiàn)對整個產(chǎn)品的變型設計，而針對產(chǎn)品的變型設計方法，又難以支持產(chǎn)品中單個零部件的變型設計。如何建立產(chǎn)品與零部件間定性與定量的關聯(lián)關系，是完善變型設計的關鍵。3目前的變型設計方法主要是以產(chǎn)品集合模型作為變型參照，而不是以內(nèi)在原理為依據(jù)，這樣的方法在一定程度上限制了變型設計的范圍和產(chǎn)品變型的局部結構和拓撲關系，使變型設計局限于尺寸變化。而且如何處理尺寸變型引起的后續(xù)零件變型設計及參數(shù)變型和尺寸傳遞的優(yōu)先順序也沒有一定的理論依據(jù)，因此，需對產(chǎn)品中不同約束滿足優(yōu)先級別的尺寸傳遞進行研究。14解決問題相關方法141變型設計技術1基于參數(shù)設計和變量化設計方法的變型設計19參數(shù)設計是針對結構形狀比較定型的對象用一組參數(shù)來約束尺寸關系，即用參數(shù)來表示零部件的尺寸及其相互之間的關系。參數(shù)的求解比較簡單，設計結果的修改受到約束尺寸的驅動。變量設計是參數(shù)化設計的發(fā)展結果。變量設計在零部件修改方面需要更大的自由度，對產(chǎn)品尺寸和形狀需要一組約束才能確定。變量化設計的實質(zhì)就是通過求解一組約束方程，來確定產(chǎn)品的尺寸和形狀。而且變量設計中的約束不僅僅局限在零部件尺寸方面，還包括了工程約束。變量設計的重點是如何通過約束組來表達產(chǎn)品信息以及如何處理這些信息。2基于事物特性表的變型設計1015事物特性表TABULARLAYOUTSOFARTICLECHARACTERISTICS是指表征產(chǎn)品及其零部件的功能、幾何形狀、制造等特性，并以固定格式表的形式反映出來的信息集合。事物特性表定義了從對象組中表征和區(qū)分某個對象的決定性特性，規(guī)定了特性數(shù)據(jù)的格式，是產(chǎn)品的特性數(shù)據(jù)能夠方便地在不同系統(tǒng)間實現(xiàn)交換。事物特性表的每一行代表了一個具體的形狀元素或零部件。事物特性表中的每一行可對其表征的對象進行審核，并對其權限進行管理。每個事物特性表都有自身唯一的ID可以與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件相結合。但事物特性表主要針對零件，裝配結構中部件較多，事物特性表反映的信息量有限，不能完全反映裝配信息。3基于關系型產(chǎn)品模型的變型設計1617在先進的信息理論和計算機技術的支持下，定義和表達重用產(chǎn)品資源所必須的產(chǎn)品數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)關系的數(shù)字化信息模型，分析信息類型和信息內(nèi)容，得到關系型產(chǎn)品模型的邏輯結構，即設計模型、工藝模型、制造模型和成本模型。分析設計模型，通過對象的分類框架的建立，來實現(xiàn)對對象的抽象定義，在此基礎上來完成對對象的類屬模型建立，實現(xiàn)產(chǎn)品快速合理變型設計。4基于裝配模型的變型設計1819裝配模型通過建立零部件之間的幾何模型及它們之間的裝配信息描述，表達并維持設計意圖、產(chǎn)品原理和功能，是一種支持概念設計和技術設計的產(chǎn)品模型。產(chǎn)品裝配模型的建模方法可分為自底向上BUTTONUP和自頂向下TOPDOWN兩種。采用自底向上的建模方法，其零部件都是獨立設計的，變型設計中不必擔心其造型是否受到其他零部件的約束，但難以表達產(chǎn)品的功能信息、裝配信息等設計意圖。自頂向下的建模方法克服了自底向上建模方法的缺點，設計從產(chǎn)品功能要求出發(fā)，選用一系列的零件去實現(xiàn)產(chǎn)品的功能，建立約束驅動產(chǎn)品模型，確定設計參數(shù)，通過幾何約束求解將零件裝配成產(chǎn)品，并可對設計方案進行分析修改，直至得到滿足功能要求的產(chǎn)品。5基于實例推理的變型設計2024其基本原理是在實例庫中預先存入大量已有的、成熟的實例，根據(jù)待設計產(chǎn)品的要求和特征，按照相似度從實例庫中檢索出最相似的實例，并進行必要的修改、組合和處理，即可形成新的產(chǎn)品設計方案。同時，其中具有可擴展性的方案有可作為新的實例不斷更新擴展零件庫。142參數(shù)化技術參數(shù)化技術是指設計對象的結構形狀相對比較穩(wěn)定，可以用一組參數(shù)來約束尺寸的關系，參數(shù)與設計對象的控制尺寸間存在對應關系，設計結果的修改也受到尺寸驅動的影響3637。參數(shù)化技術處理能保存零件的幾何信息，還能處理零件幾何元素之間的約束關系。參數(shù)化技術的基本原理是通過參數(shù)驅動完成零件的設計。通過參數(shù)驅動，可對零件的幾何參數(shù)進行參數(shù)化修改，但修改的同時還要買足零件的約束條件，即實現(xiàn)約束聯(lián)動。約束聯(lián)動是通過約束間的關聯(lián)性實現(xiàn)的。參數(shù)化設計中，零件約束可通過模型特征聯(lián)動和相關約束聯(lián)動兩種方式進行簡化。模型特征聯(lián)動是保證模型拓撲關系不變的前提下對約束進行驅動；相關參數(shù)聯(lián)動就是建立約束間數(shù)值和邏輯上的關聯(lián)關系，并由此實現(xiàn)驅動。從基于約束的實施方面，參數(shù)化技術又可分為基于幾何約束的變量幾何方法；基于幾何推理的人工智能方法；基于構造過程的參數(shù)化方法；基于輔助線的參數(shù)化方法；基于圖形的參數(shù)化方法；編程參數(shù)化方法。參數(shù)化技術的使用，可大大提高設計效率，減少信息的儲存量。143零部件優(yōu)先級評價零部件優(yōu)先級3840是在處理機械產(chǎn)品變型設計過程中，根據(jù)功能和裝配等因素決定各個零件進行變型以適應產(chǎn)品需求的優(yōu)先順序，而零件尺寸的優(yōu)先級別是在變型尺寸傳遞過程中，確定尺寸傳遞順序、保證零件類型和變型的完整性。優(yōu)先級作為目前應用于復雜機械中確定零部件變型設計順序的主要依據(jù)，其確定方法的研究對于變型設計及相關研究的進展有著重要的意義。零部件優(yōu)先級別思想在工業(yè)生產(chǎn)中的主要應用有車間生產(chǎn)中的多目標調(diào)度，確定工作流程，合理安排工作和提高生產(chǎn)效率；不同零部件因材料成本、運輸成本、保養(yǎng)維護成本、人力成本、加工工藝復雜度、裝配難度等屬性差異而對選配的影響；多目標多用戶加工設計的并行處理等。本文中，通過綜合評價求得的零部件優(yōu)先級，可為復雜產(chǎn)品變型設計和尺寸傳遞順序提供理論依據(jù)和技術支持。將零件從加工到裝配成型及后續(xù)維護保養(yǎng)即零件整個生命周期內(nèi)所受到的約束，轉化為對零件各屬性的評價指標。通過相關數(shù)學算法，確定評價指標集合中各指標的取值，進行綜合評定并歸并結果，確定零部件中各零件的優(yōu)先級別，從而為零部件變型設計和尺寸傳遞提供理論依據(jù)。144復雜網(wǎng)絡技術復雜網(wǎng)絡技術是近年來才發(fā)展起來的新理論4143，多用與機械產(chǎn)品零部件分析、產(chǎn)品配置技術和產(chǎn)品模塊化技術。網(wǎng)絡是節(jié)點與邊的集合。復雜網(wǎng)絡是具有復雜拓撲結構和動力行為的大規(guī)模網(wǎng)絡，是由大量的節(jié)點通過邊的相互連接而構成的。根據(jù)網(wǎng)絡的拓撲結構，可將復雜網(wǎng)絡分為規(guī)則網(wǎng)絡、隨機網(wǎng)絡、小世界網(wǎng)絡、無標度網(wǎng)絡和演化網(wǎng)絡等。根據(jù)網(wǎng)絡中邊的方向可將復雜網(wǎng)絡有向網(wǎng)絡和無向網(wǎng)絡。根據(jù)網(wǎng)絡的邊是否有權重，又可將網(wǎng)絡分為加權網(wǎng)絡和無權網(wǎng)絡。復雜網(wǎng)絡技術已滲透多個學科，并在網(wǎng)絡拓撲特性與模型，復雜網(wǎng)絡上的傳播行為、相繼故障、搜索算法和社團結構，以及網(wǎng)絡的同步與控制等方面取得了主要研究進展。在機械制造領域，也同樣存在著多種網(wǎng)絡形式，大到企業(yè)合作及供應鏈網(wǎng)絡，小到產(chǎn)品結構網(wǎng)絡以及產(chǎn)品尺寸約束關系網(wǎng)絡。目前復雜網(wǎng)絡可應用于產(chǎn)品模塊化分析、零部件通用性比較、網(wǎng)絡簡單路徑搜索及零部件分析和配置技術等。145CAD二次開發(fā)技術CAD二次開發(fā)技術，是在現(xiàn)有支持軟件的基礎上進行定制和修改，擴展軟件功能擴，使設計質(zhì)量得以提高的開發(fā)技術4445。其目的是提高產(chǎn)品設計質(zhì)量，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，最大限度發(fā)揮CAD軟件的功能。目前主要的開發(fā)工具有兩大類一類是第三方工具，如開發(fā)AUTOCAD的VBAVISUALBAISCFORAPPLICATION技術、基于C語言的OBJECTARX技術、基于NET語言的二次開發(fā)技術和用于SOLIDEDGE開發(fā)的VB模塊等；另外一類是CAD軟件本身所提供的開發(fā)平臺，如PROE提供的PRO/TOOLKIT和UG提供的UG/OPENAPI等。CAD軟件二次開發(fā)是以交互式圖形系統(tǒng)為支持，通過用戶語言控制進程，以高級語言為系統(tǒng)連接及數(shù)據(jù)庫轉換的樞紐，開發(fā)一個包括參數(shù)化設計零件、交互式編輯圖形、數(shù)據(jù)的系統(tǒng)管理為一體的CAD軟件系統(tǒng)。15文章研究思路與內(nèi)容151本文主要研究思路1理論上尋求一種基于零部件優(yōu)先級的產(chǎn)品變型設計中尺寸約束、參數(shù)傳遞及沖突解決的理論。2方法上提出變型設計過程中合理的零件類型定義和劃分；確定不同零件在變型設計過程中的優(yōu)先級及各參數(shù)的提取問題；研究產(chǎn)品中尺寸約束類型和約束關系；提出基于評價指標體系并對零件進行綜合評價從而確定零部件優(yōu)先級的方法；基于零部件優(yōu)先級思想，建立產(chǎn)品結構模型、尺寸傳遞約束網(wǎng)絡并提出沖突解決方案等。152本文主要研究內(nèi)容本文研究內(nèi)容在分析復雜機械產(chǎn)品中各類零部件裝配關系的基礎上，以JD型單缸柱塞計量泵為例，將產(chǎn)品中的組成零件劃分為不同的零件類型，定義不同類型零件的變形參數(shù)及其在變型設計過程中具有不同的尺寸約束滿足優(yōu)先級別，具體工作如下1復雜產(chǎn)品變型設計分析，包括零部件分類、零部件建模與變型機制和零部件約束關系；2建立零部件優(yōu)先級評價指標體系，運用優(yōu)先級評定方法，確定零部件優(yōu)先級別；3通過復雜網(wǎng)絡技術，建立尺寸約束關系網(wǎng)絡模型，對模型中的沖突進行檢測和消解。153論文總體結構論文總體結構圖如圖12所示。第一章緒論基于零部件優(yōu)先級的尺寸傳遞方法研究研究現(xiàn)狀提出問題第一章零部件變型及約束關系分析第三章零部件優(yōu)先級的確定第四章尺寸約束傳遞網(wǎng)絡模型分析及沖突檢測第五章產(chǎn)品實例驗證及系統(tǒng)實現(xiàn)知識背景關鍵技術應用實例圖12論文結構體系與框架圖按照論文結構框架，本文按如下書訊進行論述第一章緒論主要介紹課題來源、研究背景、國內(nèi)外現(xiàn)狀、研究意義、目前存在的不足以及解決問題所用到的理論方法，最后通過論文框架圖展示論文的主要研究內(nèi)容和思路。第二章零部件變型及約束關系分析針對產(chǎn)品變型設計中的零件進行分類，確定不同類型零件的變型策略，并對產(chǎn)品結構進行分析，確定零部件間的關聯(lián)關系，并由此確定基于裝配關系的產(chǎn)品主結構模型。最終建立基于尺寸約束及參數(shù)傳遞的產(chǎn)品結構模型。第三章零部件優(yōu)先級的確定引入優(yōu)先級的思想，通過建立零部件優(yōu)先級評價指標體系，進行優(yōu)先級別綜合評定，從而確定不同零件尺寸滿足優(yōu)先級別。第四章尺寸約束傳遞網(wǎng)絡模型及沖突檢測通過復雜網(wǎng)絡技術，將產(chǎn)品中零件間的約束關系和參數(shù)傳遞抽象成網(wǎng)絡模型，并對網(wǎng)絡模型中的沖突進行分析、檢測和求解。第五章基于零部件優(yōu)先級尺寸傳遞系統(tǒng)實現(xiàn)在零件分類及其變型分析、零部件優(yōu)先級的確定及建立尺寸關系約束網(wǎng)絡模型的基礎上，通過PRO/E二次開發(fā)技術，完成基于零部件優(yōu)先級尺寸傳遞系統(tǒng)開發(fā)及系統(tǒng)中各組成部分與功能模塊的設計。16本章小結本章敘述了變型設計中參數(shù)約束及尺寸傳遞的相關技術和研究內(nèi)容，論述了變型設計方法、尺寸約束及參數(shù)傳遞的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出了當前基于零部件優(yōu)先級的變型設計中尺寸傳遞存在的主要問題，介紹了論文的課題來源、選題意義、主要研究內(nèi)容以及總體結構。第2章零部件變型及約束關系分析本章首先根據(jù)變型設計尺寸約束及參數(shù)傳遞的特點，對JD型單缸柱塞計量泵泵體中的零件及其參數(shù)特征進行劃分。其次，針對產(chǎn)品中不同類型零部件分別采取不同的建模方式，并對其變型策略進行深入的研究。最后，對基于變型設計的產(chǎn)品進行零部件尺寸約束關系及零部件裝配關系的分析，由此構建出產(chǎn)品的整體結構和約束關系。21零件分類與零件特征劃分描述211零件的定義與劃分零件類型是零件資源按照不同技術范疇進行分類的概念化抽象，其目的是建立零件領域知識無歧義的技術分類。目前零件資源分類主要有以下三種461按產(chǎn)品結構特征分類，其特點是從產(chǎn)品部件零件的隸屬關系角度分類。由于零件的本質(zhì)特征并不是隸屬關系，所以在其他部件在需要該零件時則需要通過“借用”的方式來使用，從而產(chǎn)生復雜的零件關系。2按功能用途分類，該分類方法主要依據(jù)零件的用途、功能、任務對零件進行分類，形成面向對象的零件族分類層次結構。但面向對象的零件族層次結構比較復雜，在零件分類模型建立后不便于擴展，而且考慮到分類中出現(xiàn)的多重繼承關系最終導到處一些分類歧義問題出現(xiàn)。3按成組技術分類，利用成熟的成組技術進行零件資源分類，通過詳細描述零件的結構特征，有助于組織相似零件成組生產(chǎn)，還能為CAD圖庫的管理、CAPP的輸入提供基礎信息。但傳統(tǒng)的成組分類主要是從零件加工的角度考慮零件分類問題，沒有提出更廣泛意義上的零件分類方法，使其它特征無法檢索。支持變型設計的零件資源應該是分類明確、無歧義的，卻具有一定的通用性和可擴展性，能最大范圍的滿足不同用戶和要求的零件。不同的應用領域和使用環(huán)境，零件的分類方法不同，建立有效的適合于零件尺寸參數(shù)傳遞的零件分類方法是研究尺寸參數(shù)傳遞的基礎。針對變型設計的特點，在零件ABC分析的基礎上，結合零件的功能用途和基于尺寸參數(shù)傳遞特點，將零件分為標準件、相似件和復雜件。標準件其結構簡單，已有國際或國家標準對其規(guī)范，約占零件總數(shù)的2025，零件形狀固定，尺寸參數(shù)系列化，不需要重新設計，查表選用即可，進行傳遞的尺寸不可任意改動，需按照標準進行變型，變型后為不同型號的同類標準件。相似件其結構復雜程度中等，在機械產(chǎn)品中品種多，數(shù)量大，尺寸和和形狀可在一定范圍內(nèi)變化，變型設計后形成在形狀和尺寸上略有差異的零件，且保持功能相同，占零件總數(shù)的70左右。復雜件其結構比較復雜，專用性強，僅占零件總數(shù)的510，由于其尺寸數(shù)量繁多且尺寸之間約束關系復雜，故變型設計較為復雜，應盡量避免其發(fā)生變型。JD型單缸柱塞計量泵泵體結構如圖21所示，產(chǎn)品零件及其在圖中的編號為1進出口法蘭、2螺母M16TH、3墊圈16、4螺栓M16、5閥組、6液缸體、7限制板、8隔膜、9限制板、10限制板墊、11缸蓋、12螺釘M30TG150、13墊圈30、14閥座、15閥座墊、16閥座套A、17閥彈簧、18閥座套B、19錐閥、20閥座套C、21六角螺塞M2125TG、22螺塞墊、23柱塞、24柱塞襯套、25螺母M24TH、26墊圈24、27螺栓M24TG80、28隔環(huán)、29填料、30填料壓蓋、31填料壓蓋螺母、32擋油環(huán)。根據(jù)上述零件分類標準，泵體零件分類如表21所示。圖21JD型單缸柱塞計量泵泵體結構圖表21JD型單缸柱塞計量泵泵體零件分類零件類型零件編號結構復雜程度變型方式及復雜程度標準件2,3,4,12,13,21,25,26,27結構簡單根據(jù)尺寸要求在同標準系列中進行變型，變型簡單相似件1,5,7,8,9,10,14,15,16,17,18,20,22,23,24,28,29,30,31,32比較復雜對原有零件使其形狀和尺寸在一定范圍內(nèi)變化，變型相對復雜但操作性強復雜件6,11,19結構復雜變型復雜需盡量避免212零件特征分類與描述一個零件所包含的信息包括總體信息如零件名稱、材料和圖號、結構形狀、尺寸、表面粗糙度、公差、熱處理以及技術要求等方面的信息。根據(jù)分類學的定義，特征是指從對象組中表征和區(qū)分事物對象的決定性性質(zhì)，反映了事物對象在形狀、功能、材料及用途等方面信息。零件特征具有以下特性1標識特性，描述對象不受應用環(huán)境影響的性質(zhì)，該特性的改變可導致所描繪的事物系另一對象。2關聯(lián)特性，用于描述對象和應用環(huán)境相聯(lián)系的性質(zhì)，該特性要依賴于反映應用背景的參數(shù)特性。3參數(shù)特性，反映對象能夠“存在”的應用環(huán)境?？梢园蚜慵卣鞣殖晌宸N類型總體信息特征，形狀特征，材料特征，技術特征和精度特征。特征分類與描述如表22所示。零件總體信息特征描述零件的總體類型、零件名稱、材料、圖號等管理信息以及未標注公差、未標注粗糙程度等技術信息。零件形狀特征描述零件的名義形狀。形狀特征是零件特征中的主要特征，是構造零件形狀的基本單元，不同的形狀特征在構造零件的幾何形狀、滿足零件的功能要求和制造要求中所起的作用不同，形狀特征又分為主特征、輔助特征、組合特征、陣列特征、特殊特征和基準特征。其中主特征是描述構造零件的整體形狀結構，是零件的基本形狀；輔助特征是依附于每個主要特征表面上的零件特征信息，用來對主特征進行局部修飾。特征對象與特征對象之間主要有五種關系鄰接關系、繼承關系、從屬關系、陣列關系和參考關系。零件精度特征有關零件加工終了的實際形狀與名義形狀之間的差別或限制,如尺寸公差、形狀公差特征。零件技術特征描述零件的局部熱處理要求、表面粗糙度等信息。零件材料特征包括材料類型、材料機械性能等信息。表22零件特征分類表特征類型特征描述總體信息特征零件的總體類型、零件名稱、材料、圖號等管理信息以及未標注公差、未標注粗糙程度等技術信息形狀特征描述零件的名義形狀。形狀特征是零件特征中的主要特征，是構造零件形狀的基本單元，又分為主特征、輔助特征、組合特征、陣列特征、特殊特征和基準特征。精度特征有關零件加工終了的實際形狀與名義形狀之間的差別或限制,如尺寸公差、形狀公差特征技術特征零件的局部熱處理要求、表面粗糙度等信息材料特征材料類型、材料機械性能等信息213零部件參數(shù)分類零部件參數(shù)分析的目的在于對零部件參數(shù)進行分類，并在零部件參數(shù)中提取能直接驅動零部件變型的參數(shù)。零部件的尺寸參數(shù)分類方法有很多種，但本文主要從兩方面考慮對尺寸參數(shù)分類1按照零件之間的關聯(lián)關系出發(fā)將參數(shù)主要分為四類全局主參數(shù)、局部主參數(shù)、輔助參數(shù)、獨立參數(shù)；其參數(shù)分類遵循的原則是影響多個零部件結構的尺寸參數(shù)為全局主參數(shù)；只決定本零部件結構的尺寸參數(shù)為局部主參數(shù)；由全局主參數(shù)和局部主參數(shù)推導或計算出的結構尺寸參數(shù)為輔助參數(shù)；獨立但不影響其它零部件尺寸變化的參數(shù)為獨立參數(shù)。2從尺寸參數(shù)在變型設計過程中的變化情況，可以將尺寸參數(shù)分為不變參數(shù)、可變參數(shù)、導出參數(shù)三種類型。其中，不變參數(shù)是指在零件的各種變型中始終保持不變的參數(shù)；可變參數(shù)是指在隨著零件變型的過程中可以改變的參數(shù)，它往往是主要驅動零件變型的參數(shù)，即驅動參數(shù)；導出參數(shù)是指通過相關的數(shù)學關系式計算出來的參數(shù)。以6液缸體和23柱塞分別代表復雜件和相似件來對參數(shù)類及零件內(nèi)部尺寸驅動進行說明。液缸體和柱塞零件及其參數(shù)如圖22AB所示。柱塞與液缸體之間存在裝配關系，根據(jù)上述定義，圖22中參數(shù)D，L和D1是全局主參數(shù)也是驅動參數(shù)，而P1、L1、P2、P7、P8、J1，J2和A等是局部主參數(shù)，也是導出參數(shù)，如，8QDUZK，等都是通30SN4LS142D24QC81D過驅動參數(shù)算出來的，而柱塞的參數(shù)是不變參數(shù)，也是無關參數(shù)。式中，Q流量，A活塞柱塞截面面積，S活塞行程，N往復次數(shù)，K作用數(shù)，Z液缸數(shù)，流量系數(shù)，排擠系數(shù)，U活塞運動速度。A柱塞零件參數(shù)B液缸體參數(shù)圖22零件參數(shù)分析通過對零件的分析，從零部件模型到反映零部件模型的各個特征，再到構成特征的各幾何元素，可將零部件分為模型層、特征層和元素層。零部件模型結構關系如圖23。模型層主要反映零件結構、功能要求等主體信息，描述零件的結構、特性、技術要求以及各個零件之間的裝配關系等，是零件在宏觀上的實體表現(xiàn)，是我們掌握零件信息并深入研究的基礎。特征層是在模型層的基礎上，對零件的體系進行分析的核心層，描述組成零件的特征和各個特征之間的關系，是我們分析零部件的關鍵。元素層是模型的底層，也是對于零件信息細化的一層，通過幾何元素和裝配要求為基礎來描述零件特征的幾何信息，反映零件點、線、面的幾何拓撲信息。零部件模型零件特征描述模型信息描述裝配描述幾何元素裝配要求模型層特征層元素層零件描述特征分類特征關系零件分類圖23零部件模型結構關系22零部件建模與變型機制221零部件建模方法在零件分類的基礎上，標準件是結構簡單，零件形狀固定，尺寸參數(shù)系列化，不需要重新設計，查表選用即可，提高了產(chǎn)品設計效率。在整個產(chǎn)品中使用率較高，采用基于事物特性表進行參數(shù)化模板建模，并提取其驅動參數(shù)。相似件主要采用參數(shù)化特征模型的方法，主要通過對驅動參數(shù)的修改來完成相似件的參數(shù)化設計，其中驅動參數(shù)主要由產(chǎn)品的設計參數(shù)來決定。在建模時零件的尺寸的形成主要由兩種方式，一種由系統(tǒng)根據(jù)零件的特征自動生成，如拉伸距離、打孔深度或倒圓角的半徑等；另一種可由用戶通過標注來指定特征尺寸，如繪制零件特征時的用戶標注等；在對相似件進行零件建模時，通過前邊對零件參數(shù)進行的分析，初步確定零件的驅動參數(shù)零件的不變參數(shù)及導出參數(shù)，在參數(shù)化特征建模時，利用驅動參數(shù)及不變參數(shù)來驅動整個零件模型的生成。復雜件主要由于其結構形狀不固定，建模時采用參數(shù)化特征建模。參數(shù)化特征建模方法一般用于創(chuàng)建結構形狀不固定、尺寸參數(shù)變化的零件模型。因此，不同類型的零件具體建模方法及參數(shù)特點如表24所示，表24不同類型零件的建模方法零件類型建模方法參數(shù)特點標準件基于事物特性表的參數(shù)化模板建模參數(shù)系列化、特征參數(shù)固定相似件參數(shù)化模板建模或參數(shù)化特征建模驅動參數(shù)、不變參數(shù)及導出參數(shù)復雜件參數(shù)化特征建模設計參數(shù)、導出參數(shù)222零部件變型機制零件類型不同，其尺寸參數(shù)也必然不一樣，相應的變型策略和方法也不一樣。比如標準件、通用件在變型設計過程中，其尺寸是不能隨意變動的，否則，變型結果就不是標準件了，需要重新設計、制造新的零件來代替。因此，將會大大增加變型產(chǎn)品的成本，同時降低變型設計過程的效率。通常標準件是一系列規(guī)格的零件，在變型設計過程中，標準件也可能發(fā)生變化，但變型后的零件應該還是標準件，只不過是不同規(guī)格的標準件，這樣可以大幅度減少產(chǎn)品開發(fā)過程中的設計、制造時間和成本，從而快速響應客戶需求，加快產(chǎn)品上市時間，降低產(chǎn)品成本。相似件在變型設計過程中，首先通過在數(shù)據(jù)庫中進行相似性搜尋，在產(chǎn)品配置允許的情況下，選擇企業(yè)信息資源庫中已有的零部件模型信息；當企業(yè)信息資源庫中無法滿足客戶需求時，根據(jù)已有且相似度最大的零部件進行零部件結構參數(shù)的變型修改，通過參數(shù)化變型設計完成。但必須根據(jù)已完成變型的標準件為前提進行相似件的變型設計，這樣可以保證相似件與標準件相關聯(lián)的需求。復雜件是滿足產(chǎn)品特殊的結構及性能需要，在整個產(chǎn)品中使用頻率較低的零部件，由于其獨特性，在變型設計過程中為了降低成本、節(jié)省新模具或機加工時間，盡可能少采用這樣的零部件，但為了滿足客戶個性化需求，在變型設計過程中，可以在已有復雜件的零部件庫中尋找最為相似的零部件模型信息，必須保證先滿足標準件及相似件已完成變型后裝配關系及產(chǎn)品性能的前提下，通過參數(shù)驅動來完成復雜件的變型設計。其中，標準件、相似件、復雜件的變型策略如表25所示。表25不同類型零件的變型策略零件類型變型策略零件模型特點標準件選擇型號最接近的零件系列化資源相似件選擇最相近的參數(shù)化特征模型或參數(shù)化模板模型離散性資源復雜件選擇參數(shù)化模板離散性資源223零件特征信息模型零件信息模型不僅對于零件自身信息的表達有著重要的意義，還影響之后應用其信息的CAM/CAPP等軟件。零件特征信息模型中，特征是模型的基本單元，并以特征為中心分層表達，由零件特征的屬性、約束、參數(shù)及特征間的關系完整描述，如圖24所示。零件特征1特征2屬性參數(shù)約束特征關系圖24零件特征信息模型特征屬性包括零件特征的名稱、位置和形狀等；特征參數(shù)表示零件特征的取值；特征約束是保持零件幾何模型不變的依據(jù)；特征關系是描述特征間的位置、約束、層次等關系。形狀特征是零件特征信息模型的關鍵，特征間的關系也主要體現(xiàn)在形狀特征之間。零件中形狀特征間的關系包括空間位置關系LOCATIONRELATION、布爾運算關系BOOLEANRELATION和層次關系HIERARCHYRELATION。形狀特征間的空間位置關系是指形狀特征間的集合尺寸和距離位置關系。形狀特征間布爾運算關系是指形狀特征之間的布爾加運算和布爾減運算。形狀特征間的層次關系包括平行關系和依賴關系兩種。依賴關系是指一個特征對另一個特征的依賴，若特征A依賴于特征B，則特征B在被刪除時，特征A也隨之消失。這種依賴關系存在于形狀特征之間，如某幾何體以某一截面為基準，截面被刪除，幾何體也隨之消失。特征間的依賴關系具有傳遞性。平行關系是指幾個形狀特征都具有相同的依賴關系。而且，具有依賴關系的形狀特征之間的建模順序不能互換，具有平行關系的形狀特征之間的建模順序可以互換。以JD型單缸柱塞計量泵液缸體為例，如圖25所示?？?和實體2為平行關系，共同依賴于實體1；孔2、孔3、孔4、孔5和實體3為平行關系，共同依賴于實體2；孔6依賴于實體3。實體1實體2實體3孔1孔2孔3孔4孔5孔6實體1孔1實體2孔2孔3孔4孔5實體3孔6B依賴于A布爾加運算布爾減運算圖25液缸體零件特征關系圖224零件庫技術零件庫是一個可通過計算機處理零件數(shù)據(jù)表達和交換，并支持零件重用、數(shù)據(jù)檢索和變型設計的工具。通過零件庫，在產(chǎn)品的開發(fā)設計中能方便地重用零件庫中的零件信息進行零件的變型設計，這樣不僅減少了大量的零件設計、繪圖、工藝設計等工作，而且由于新零件種類的減少，降低了產(chǎn)品成本。同時，對經(jīng)過生成實踐檢驗的零件產(chǎn)品的變型使用，可快速形成可靠的變型產(chǎn)品設計方案，提高了產(chǎn)品設計的可靠性和敏捷性。一個能適用于多個CAD平臺、方便不同類型零件的變型設計，零件庫需具有以下功能1支持重用。零件庫的開發(fā)主要的目的是最大限度的重用現(xiàn)有的零件資源，零件的重用又包括零件的重復使用和零件的變型使用。其中，零件的變型使用是通過對已有零件根據(jù)設計要求所進行的變型設計來完成的。為實現(xiàn)零件的變型設計，零件庫要對零件進行分類管理，并提供相應檢索功能。同時，零件庫生成的零件也都是參數(shù)化的，并記錄零件模型建立的信息。2支持擴充。零件庫應提供新設計零件的添加功能，是零件庫不斷有新的零件儲備。并且在使用過程中，要求支持新的CAD平臺。采取模塊化設計可方便新平臺的加入。針對零部件分類及不同類型部件的建模方法的基礎上，利用產(chǎn)品裝配關系及廣義模塊化技術的特點，對零部件進行分類建模的方法。在裝配過程中通過零部件的信息模型資料檢測零部件的相似度，從而提取相似零部件并進行下一步的變型。零部件參數(shù)化建模主要通過三維軟件進行實體創(chuàng)建，直接利用三維軟件自身所帶的參數(shù)化程序進行設計，根據(jù)零件的結構特點及在產(chǎn)品中的位置關系，通過對零部件自身的尺寸參數(shù)進行分析，按照零部件的信息模型方式對零部件進行定義，并將其信息保存在產(chǎn)品的數(shù)據(jù)庫中。23零部件約束關系分析231零部件參數(shù)關聯(lián)分析參數(shù)分析是在產(chǎn)品模塊化的基礎上，理清產(chǎn)品各組成模塊之間、模塊內(nèi)子裝配體之間、模塊內(nèi)零件與子裝配體之間、模塊內(nèi)零件之間的尺寸約束關系。參數(shù)分析包括產(chǎn)品總體參數(shù)分析、零部件參數(shù)分析和參數(shù)間的關聯(lián)分析。參數(shù)間關聯(lián)分析零件內(nèi)的參數(shù)關聯(lián)是單個零件中個尺寸之間的關聯(lián)關系。關聯(lián)是指事物之間所具有的彼此約束的關系。參數(shù)關聯(lián)分析的目的是建立參數(shù)間的聯(lián)系，分為零部件之間的參數(shù)關聯(lián)和零件內(nèi)部的參數(shù)關聯(lián)兩部分。零部件間的參數(shù)關聯(lián)通過模型本身的裝配關系來確定，而零件內(nèi)的參數(shù)關聯(lián)可以通過CAD系統(tǒng)的相關功能來實現(xiàn)。參數(shù)關聯(lián)設計的目的就是要實現(xiàn)自動響應相關聯(lián)的零部件的變更，以保證設計結果的一致性。實現(xiàn)關聯(lián)設計的關鍵還是要解決相關參數(shù)在零件間、部件間以及零件與部件間的傳播與求解。這種關聯(lián)具有雙向性，即對相關零件的任何一個零件進行修改時，都會引起其它零件的連鎖反應。在參數(shù)建模及零件庫建立技術中，有單個或多個尺寸驅動整個零件的參數(shù)變化已成為一項比較完善的技術。由此可見，在零件內(nèi)部的確存在一定的參數(shù)關聯(lián)。零件內(nèi)部參數(shù)又可細分為作為驅動零件變化的主參數(shù)，跟隨主參數(shù)變化而變化的從屬參數(shù)和始終保持不變的獨立參數(shù)。零件之間，由各自的主參數(shù)作為關聯(lián)媒介，從而在零部件和產(chǎn)品級實現(xiàn)參數(shù)建模和變型設計。主參數(shù)的確定，在本質(zhì)上就是有多種因素確定的參數(shù)優(yōu)先級別，而零部件間的優(yōu)先級別也是基于各零件優(yōu)先級的整合和排序，找出最優(yōu)方案。232零部件裝配關系分析機械產(chǎn)品中，為了實現(xiàn)機器預期的功能要求，各個零件之間需要根據(jù)完成的不同功能而采取不同的聯(lián)接方式進行裝配，有的需要動聯(lián)接、有的需要靜聯(lián)接、或者零件之間需要保持一定的位置關系等。只要兩個零件之間存在裝配關系，那么兩零件的配合表面對應的尺寸之間就形成了一定的約束關系。在變型設計中，由于這種配合需求和尺寸約束關系，使得一個零件尺寸的變化必然會引起與它相配合的零件尺寸的變化，并一直向下一個零件傳遞下去。當某個零部件的參數(shù)發(fā)生改變時，與該參數(shù)直接或間接相關的零部件如何做出相應的修改是變型設計中迫切需要解決的問題。因此，首先對機械產(chǎn)品的裝配關系分析是解決尺寸參數(shù)傳遞的基礎。一般機械產(chǎn)品中存在的裝配關系如圖26所示。裝配關系鉚接粘接焊接型面聯(lián)接過盈配合花鍵聯(lián)接銷鏈接鍵聯(lián)接螺紋聯(lián)接插入相切對齊運動關系聯(lián)接關系位置關系相對運動鏈傳動帶傳動螺旋傳動齒輪傳動蝸桿傳動平動機械傳動轉動配合關系間隙配合過渡配合可拆聯(lián)接不可拆聯(lián)接匹配同軸定向圖26機械產(chǎn)品中的裝配關系裝配模型內(nèi)零部件間的裝配關系反映的應該是實際產(chǎn)品的配合定位關系，在實際產(chǎn)品的裝配過程中可以把裝配關系分為位置關系、聯(lián)接關系、配合關系和傳動關系等四類。但裝配模型所包含的并不僅僅是存在于裝配模型中的各個零部件信息，還有用來描述各零部件之間裝配關系的信息，包括裝配體零部件之間的層次、位置、配合、聯(lián)接等約束關系。因此，零件之間的裝配關系也就確定了零件之間的幾何約束關系，包括幾何形狀和幾何尺寸約束。L位置關系用來描述產(chǎn)品中兩個零部件之間的相對位置關系，如同軸、插入、相切等。通過定義零部件之間這些關系可以表達機械零部件之間的空間位置關系和配合關系。2聯(lián)接關系主要用來描述裝配零部件之間的聯(lián)接方式，主要包括螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接、型面聯(lián)接、焊接、鉚接等，而其中的一些聯(lián)接關系又可以分為多種，如銷聯(lián)接又分為圓柱銷和圓錐銷聯(lián)接。3配合關系主要描述產(chǎn)品零部件之間的配合緊密程度，如間隙配合、過渡配合、過盈配合等。零部件之間的配合關系既可以描述配合的性質(zhì)，也可以量化的表示配合的程度。4運動關系主要用來描述裝配零部件的運動方式和傳動關系，如曲柄旋轉運動、活塞軸向往復運動、齒輪齒條傳動、鏈傳動、螺旋傳動等。裝配關系的零件約束放置主要包括匹配、對齊、插入、相切、線上點、曲面上的線等。匹配約束用來使選定的兩個參照彼此相對，按照偏移類型又分為重合、定向、偏距三類。對齊約束用來使選定的兩個參照朝向相同，也分為重合、定向、偏距三類，但相配合的對齊參照必須類型相同。插入約束用來講一個旋轉曲面插入到另一個旋轉曲面中，并且使它們各自的軸同軸。相切約束用來控制兩個曲面在切點處的接觸。線上點約束用來控制邊、軸、基準曲線和曲面與點之間的接觸。曲面上的線約束用來控制曲面與平面便捷之間的接觸。裝配關系的連接類型主要有剛性連接、銷釘連接、滑動桿連接、圓柱連接、平面連接、和球連接。剛性連接是將兩個零件粘結在一起，完全控制6個自由度，是元件在裝配中完全被約束。銷釘連接是使用軸對齊和平移兩個約束來限制元件5個自由度，僅留一個旋轉自由度，以便元件可以繞一根軸做旋轉運動?；瑒訔U連接是使用軸對齊和旋轉兩個約束來限制元件5個自由度，僅留一個沿軸向的平移自由度。圓柱連接是使用軸對齊約束來限制元件4個自由度，使元件沿指定的軸線平移并能繞軸線旋轉。平面約束是使用平面約束來限制元件的3個自由度，保留兩個平移自由度和一個旋轉自由度，使主體可在一個平面內(nèi)相對運動并相對于垂直該平面的軸旋轉。球連接是使用點對齊約束來限制元件的3個自由度，保留3個旋轉自由度，是元件可在任意方向上旋轉。24零部件裝配關系網(wǎng)絡及產(chǎn)品結構分析機械產(chǎn)品變型設計中，變型過程的實質(zhì)是變型參數(shù)在整個產(chǎn)品模型中的傳遞，最終反映到某些零部件的變型上。機械產(chǎn)品建模的過程一般是自底向上的建模過程，而變型設計過程往往是自頂向下的進行參數(shù)驅動。因此，產(chǎn)品的建模結構層次越多，零件越在建模結構的底層，變型設計的工作量就越大。而且建模結構層次過多，又往往會造成不同層次之間的變型零部件難以協(xié)調(diào)而產(chǎn)生沖突。因此,為了有利于變型設計過程中尺寸參數(shù)的合理傳遞，在產(chǎn)品建模過程時，應該減少產(chǎn)品結構的層次，減少參數(shù)傳遞鏈的長度和復雜程度。零部件之間由于存在各種裝配關系和裝配尺寸約束關系，使得零部件之間的參數(shù)關聯(lián)關系構成了一個復雜的結構關系網(wǎng)。以JD型單缸柱塞計量泵閥體為例，剖面圖如圖27所示，若兩零件的參數(shù)具有關聯(lián)關系，就用雙向箭頭將它們連接起來，那么零件之間實際存在的關聯(lián)關系如圖28所示，雙向箭頭所連接的兩個零件之間都具有尺寸關聯(lián)，這是一個復雜的關系網(wǎng)絡。法蘭接管法蘭接管法蘭壓板閥座套B閥座套C閥座套A錐閥閥座圖27JD型單缸柱塞計量泵閥體剖面圖法蘭接管法蘭壓板接管法蘭閥座閥座墊閥座套A閥座套B閥座套C錐閥圖28閥體零部件關聯(lián)關系上述零部件關聯(lián)關系只描述了零件之間的約束存在關系，并沒有定性定量的給出分析。零部件之間的尺寸參數(shù)之所以具有關聯(lián)關系，其主要原因在于零部件之間存在各種裝配關系和裝配尺寸約束關系，且這些約束關系及其所構成的尺寸傳遞鏈在變型設計中所起的作用仍有待研究。因此，不僅需要在分析產(chǎn)品中存在的裝配關系類型和合理的產(chǎn)品模型結構的基礎上，根據(jù)變型參數(shù)及其關聯(lián)關系建立一個既規(guī)范又有效的變型參數(shù)傳遞結構，還需確定尺寸傳遞的優(yōu)先順序，以解決產(chǎn)品中變型零部件之間的協(xié)調(diào)問題，為產(chǎn)品變型設計的程序開發(fā)提供一個可靠、準確的數(shù)據(jù)傳遞通道，從而最終實現(xiàn)產(chǎn)品的快速變型設計。產(chǎn)品結構分析包括產(chǎn)品的幾何形狀、約束、拓撲關系、運動關系、性能描述和工藝參數(shù)等。而又產(chǎn)品拓撲關系引出的產(chǎn)品模塊、零件、尺寸及其之間的約束關系和分類即產(chǎn)品零件尺寸整體關系模型圖如29所示。產(chǎn)品幾何形狀約束拓撲關系運動關系性能描述工藝參數(shù)產(chǎn)品主參數(shù)及相關性能參數(shù)產(chǎn)品零件樹形結構外觀描述產(chǎn)品工作原理及預期效果圓周往復幾何裝配功能模塊模塊分類基本模塊必選模塊可選模塊裝配關系位置關系連接關系運動關系配合關系對齊匹配插入相切固定點在線上線在面