产品设计自动化工艺支持的系统化方法

发布时间:2011-01-18
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由于可制造性问题涉及多个方面的内容及评价指标,因此,工艺支持系统不应只是解决一个或几个工艺性问题的判断问题,而必须以系统化的方法解决下面3个问题:①提供哪些内容的工艺性问题的支持;②这些工艺性问题如何处理;③怎样进行支持。

1工艺支持的系统化方法

针对上述3个问题,本文提出了一种系统化的工艺支持系统模型,其基本原理见图1。从图1中可以看到,该系统具有3个核心,即可制造性分析、系统性评价和信息反馈。这3个核心分别反映了工艺支持的3个不同的信息处理阶段。

 

图1系统化的工艺支持系统工艺支持原理图

可制造性问题多种多样,在一个系统中,既不能对每一个可制造性问题分别用不同的方法进行处理,也不可能将所有的可制造性问题用同一种方法进行处理,因此,该工艺支持系统把可制造性问题分为4种模式:①与单个设计特征相关并与后续工艺过程无关;②与整体设计特征相关并与后续工艺过程无关;③与单个设计特征相关并与后续工艺过程有关;④与整体设计特征相关并与后续工艺过程有关。对每一种模式的问题可选择相应的处理方法。

设计的可制造性是一个多因素、多指标的相对概念。只考虑某一问题或某一方面的可制造性是不全面的,有时甚至是错误的。在系统化地进行工艺支持时,必须进行综合,考虑其主次关系,使所提供的工艺支持信息准确、全面且易于理解,因此,该系统使用系统评价的方法进行综合处理。

工艺支持的最终目的是把设计的可制造性评判结果作用于设计,不同的反馈方式,不仅反映了不同的可制造性问题对设计的影响程度,也反映了工艺支持的不同的自动化水平。该系统化的工艺支持系统具有咨询与评价、设计约束和主动修改3种信息反馈形式。它们是以计算机技术为基础的系统化工艺支持系统中所应具有的特性之一。

2可制造性问题的分类及求解对策

在工艺支持系统中,对产品设计的多个方面的可制造性问题可进行如图2所示的分类。在本文中,把总体的工艺评价分成了前述的4种模式,以便于研究和开发针对性的分析和评价手段。这4种模式不仅涉及了设计信息的需求情况,而且也涉及了对后续工艺过程信息的需求情况。

由于在设计过程中进行可制造性评价是一个与设计动态交互的过程,因此,可制造性评价怎样由设计驱动是工艺支持系统实现方法的一个重要方面。前述的不同模式应采用不同的设计驱动方法。一般说来,基于规则的推理方法适应于与产品后续工艺过程无关的可制造性问题的评价,该方法相对简单,容易实现,而且方便与设计过程的并行和集成。基于后续工艺过程的计算方法更适应于与产品后续工艺过程有关的可制造性问题的评价,如加工成本、设计精度的保证等。这样的可制造性评判有较高的可信度和准确性,但前提是必须有一个后续工艺过程设计系统能为其提供相应的制造过程信息。该后续工艺过程设计系统应适应设计信息不完备的情况,并在设计进程中能提供制造性信息。

 

图2可制造性问题分类

为解决与工艺过程密切相关的可制造性分析问题,本研究的前期工作已提出了一种基于约束的自动工艺设计系统,它能与设计过程并行工作,在设计信息不完备时提供可制造性分析所需的工艺信息[1]。

为解决与整个零件结构形状相关的可制造性分析问题,如加工干涉问题,可采用零件信息场模型的方法[2]。在设计过程中,每一个设计特征都在零件空间中形成自己的信息场,该方法利用场的相互作用,进行可制造性分析。

3工艺支持的综合评价和反馈

产品的可制造性分析涉及生产过程的各个阶段,也涉及零件本身多方面的内容,而且,产品的可制造性分析还是多目标的,如可实现性、经济性、开发周期与效率等。不同方面的工艺评价有时是一致的,但有时是矛盾的,如铸造工艺性好的,切削加工工艺性可能就不好;费用低的制造方法可能精度就不高。同时,影响工艺评价的因素有时也是矛盾的,如定位基准的变动可能改善了加工时的定位工艺性,但可能对加工精度的要求提高了。因此,为获得准确、全面和综合的工艺支持信息,本文把可制造性分析的各项内容看成是如图3所示的网络层次关系。产品的各种信息(产品信息层)按不同的可制造性分析内容(分析内容层)进行处理,每一项分析内容得到多个目标值(评价目标层),然后进行多目标评价。

 

图3可制造性分析网络层次图

在设计的每个时刻,对当前特征的工艺评价除给出不同方面的评价结论外,更重要的是对各个方面的可制造性分析信息进行综合量化,把可制造性作为一种决策条件和优化准则来评价产品设计。这不仅有利于使设计人员得到一个综合印象,而且便于进行设计比较,从而设计人员可通过改变设计来对可制造性进行优化。

工艺支持系统的目的是向设计过程返回对其设计的可制造性评价信息,因此评价信息的反馈形式,也直接影响了工艺支持的效果。本文认为,一个系统化的工艺支持系统,应根据不同的反馈内容、设计要求和设计方式、与设计过程集成的程度,以及实现的水平,采用咨询与评价、主动约束、自动修改3种支持形式。

3种支持形式与设计的关系见图4。不同的反馈支持方式,其作用和返回给设计的结果各不相同,需采用的实现手段不同,作用于设计过程的对象也不相同。

 

图4工艺支持信息的反馈

为设计者提供咨询和对设计方案进行评价是DFM中采用的主要反馈方法。咨询是由设计者提出希望参数,在可能的环境资源条件下,系统给出满足要求的最优方案或可行方案集。咨询是DFM系统工艺知识的表现。评价是由设计者指定的选择方案,系统得出在给定的候选方案集中所指定选择方案对希望参数的相对满足程度。评价是DFM系统对方案参数计算功能的表现。

主动约束是一种根据工艺支持的可制造性综合评判信息,利用制造工艺性推理,给出进一步设计的限制条件和范围,使设计者不能选择或指定不合理的设计参数。

自动修改是在设计的过程中,工艺支持根据可制造性判断,对已设计参的数进行满足制造工艺性的修正,使设计方案始终保持制造工艺的合理性。

主动约束和自动修改都属于主动式工艺支持,在实现上,要求设计系统与之相适应。主动约束和自动修改将是工艺支持的进一步发展方向。

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