基于型面联接改进可重构的输送线

分析了可重构制造生产线和型面联接技术特征。基于型面联接的结构设计方法被引入到可重构制造生产线的输送线的结构优化设计中,剖析了型面联接在可重构制造生产线的输送线中具体应用案例,并结合最大压强条件和ANSYS有限元对优化的结构进行可靠性分析。研究结果既拓宽了型面联接的结构设计方法的应用范围,又提高了可重构制造生产线的输送线中可重构的柔性和敏捷性。     

面向生长型设计的制造信息模型

针对生长型设计过程对功能表面分解粒度控制的需求,应用功能模式的几何特性表达了产品的几何结构信息,并以其为载体集成了产品制造过程信息,建立了基于功能表面的产品制造信息模型。利用信息熵理论对该模型信息进行了量化,将概念产品制造信息熵的最小值作为功能表面分解粒度的控制指标,来决定是否终止概念产品生长,并通过具体产品的设计验证了该模型的正确性。     

基于功能表面的生长型设计理论

生长型设计是把生物生长的机理用于产品概念结构设计的方法.首先介绍生长型设计的基础理论,从而提出基于功能表面的产品生长型设计方法,论述生长型设计的主要步骤.提出功能表面分解时遵循的原则,即在满足功能需求的前提下,实现装配复杂度和制造复杂度最优分配.提出基于匹配度的概念产品向实体产品的映射方法.给出具体实例,生长型设计方法的有效性得到验证,该方法可以部分实现概念设计的自动化,基于功能表面的概念设计结构模型可以应用于后续的详细设计.     

基于功能表面的产品结构设计自动化研究与实现

针对产品设计功能——结构自动映射问题,从功能设计要求的角度,兼顾装配与制造等并行工程问题,提出了功能表面以及基于功能表面的功能传递链,并利用广义定位原理对功能表面进行表述,建立了基于功能表面分解重构的产品设计过程模型,并进行了软件系统的实现,力图解决设计过程的自动化,支持创新设计。     

基于生长型设计的产品反求

当前的反求工程研究大多集中于三维重构和快速成型方面,而针对产品的反求设计理论与系统研究较少.文中引入了产品功能结构分解重构原理与广义定位原理的生长型设计理论,在此基础上开发了支持后续创新设计的产品反求系统.从已有产品的实体模型出发,应用生长型设计理论对产品设计过程进行回溯,将产品分解为由功能元组成的功能原型,然后通过功能元之间的耦合作用实现对需求原型的反求,支持基于产品功能结构进行的产品结构方案的创新设计.     

[制造服务]制造物联环境下基于结构矩阵的智能服务功能模块化设计

通过对制造与服务融合中服务运作环境和服务功能需求分析,提出了一种模块化智能服务设计方法。该方法基于制造物联环境,采用模块化技术来实现,包含智能服务功能设计初始化、智能服务功能设计重构和智能服务功能模块化。利用设计结构矩阵分析智能服务的功能关系,提出了智能服务功能的模块化设计策略,确定智能服务的功能重构。通过具体实例应用,证明了制造物联环境中智能服务功能模块化设计策略的可行性和优越性。     

机械产品生长型设计过程的研究

产品概念设计自动化已成为机械设计领域研究的重点.首先引入了广义定位原理和功能表面的概念,而后将实际零部件中表现产品形状、结构的特定表面抽象为功能模式,支持概念结构生成;将生物生长的机理用于产品设计过程,通过功能表面的分解重构进行产品概念设计;给出了功能原型和原理库的数学表达.通过工程实例,验证了上述理论的有效性和实用性.     

新型模块化可重构机器人系统

研制了一种新型模块化可重构机器人系统,机器人由许多结构和功能完全相同的模块相互联接组成,通过改变各模块之间的联接状态和相互位置关系,不需任何外界辅助,自动完成重构过程和整体协调运动:设计了模块的分离联接机构和单自由度立方体结构,模块结构兼具阵列式和串联式特点,可方便的实现重构运动和整体协调运动:上位机软件系统可通过交互方式设置各机器人模块的方位,可手工编写或自动产生可重构机器人各模块的运动序列,可对机器人可重构过程和整体构型的协调运动进行规划和仿真,并通过计算机串口对机器人进行实时控制。试验验证了机器人模块的分离／联接和模块协作基本功能和蠕虫构型、四足构型、履带构型三种构型的整体协调运动功能。试验表明:模块结构设计简单合理,控制容易,可以完成重构操作功能和整体协调运动功能。     

概念结构生长型设计的力学分析研究

提出一种在概念设计阶段进行产品力学分析的新方法。生长型设计是模拟生物生长机制，利用功能表面作为功能一结构映射的信息载体。通过生物个体与机械产品的类比，提出了概念结构生长型设计的传动链模型。以转动一移动的杠杆结构为例，详细分析其力学模型，并以虎钳夹具设计为例验证其效果的有效性。     

基于联接知识的产品可拆卸设计方法研究

为了便于产品可拆卸设计的实施,提出一种基于联接知识的可拆卸设计方法,通过改变产品的联接方式和结构,不断提高产品的可拆卸性能。归纳整理了典型联接结构及其接触约束和拆卸优先级知识,基于这些知识构建了拆卸模型,以描述产品零/部件间的装配约束和拆卸优先级信息,并在UG平台下二次开发了拆卸模块,提出基于联接的产品拆卸难度评价方法,以评价产品的可拆卸性能。为了改善产品的可拆卸性能,提出了联接结构可拆卸设计准则。最后,以订书机的可拆卸设计为例,验证了所提方法的可行性和有效性。     

Detecting re-design area for increasing manufacturability of drilling and three-axis pocketing operations

The intensive competition has forced the manufacturing industry to improve product quality and production efficiency, and meanwhile reduce production cost. Detecting potential manufacturability problems in early design stages would prevent unnecessary cost involved in re-work and/or re-design activities at later manufacturing stages. This paper presents an algorithm for determining re-design areas to feedback the designer when the design model involves machining holes and pockets using a three-axis computer numerical control machine. The algorithm takes into account the various sizes of tools and tool holders, and therefore allows a designer to test the manufacturability of their available cutters on their design models. A color-based obstacle-detecting method, based on layer-slicing of re-design areas, helps a designer to re-evaluate a design model for increasing manufacturability. Practical examples are provided as the output of the process.     

面向制造的曲面设计系统

为了支持面向制造的曲面设计,提出了一个基于计算机辅助设计／计算机辅助制造系统的嵌人式计算平台,该计算平台主要包括约束信息建模和可制造性分析2个功能模块。通过对曲面可制造性判据的抽象,建立了应用信息模型,用于从曲面几何形状中提取制造约束信息。应用于曲面加工问题,给出了根据约束信息计算可行刀具方向的具体方法。面向模具零件分型曲面的设计,建立了可制造性分析工具。针对一个雕塑曲面零件设计实例,通过对模具分型方向和加工约束进行分析,给出了可行的分型曲面设计结果,验证了所提出的曲面可制造性分析方法的可行性。     

An ontology-based product design framework for manufacturability verification and knowledge reuse

To achieve efficient development of high-quality product, manufacturing constraints must be fully taken into account at the early design stage. However, designers lack in-depth knowledge of manufacturing and production. Many time-consuming iterations of design changes are required between designers and manufacturing engineers. In order to minimize this knowledge gap, this paper presents an ontology-based product design framework for manufacturability verification and knowledge reuse to support the sharing and reuse of design and manufacturing knowledge. It aims at providing advices and feedback of restraints of manufacturing processes to the designers during the design process. The proposed framework consists of three major layers which include a foundation layer, a domain layer, and an instance layer. We use the Web Ontology Language (OWL), a standard of ontology representation language, to formalize the foundation layer. It contains the core product model and the standard ISO 10303 AP224 application protocol. The domain layer comprises extensional concepts and relationships for design and manufacturing integration and a rule base for manufacturability verification, which is represented in Semantic Web Rule Language (SWRL). In the instance layer, an inference engine is developed based on ontology and rule inference. It provides recommendations of manufacturability. Two case studies are provided as application examples to demonstrate the effectiveness of the framework.     

DFM集成性知识表示方法研究

可制造性知识包含结构工艺性、设计标准化以及企业生产资源约束等,其内容具有复杂性和不确定性的特点。为突破DFM系统知识提取和表达的关键技术,达到实用目的,在详细分析可制造性知识特点的基础上,结合产品和零件的特征表达和知识的一般表示方法,提出一种集成性可制造知识的表示方法,以提高检索和调用效率,减少维护工作量。     

产品可制造性逐步评价方法

提出一种面向并行工程的产品可制造性逐步评价方法,其评价对象可以是产品详细设计阶段的不完整的特征模型,因而可在设计过程中的任一时刻进行可制造性评价。为了保证评价方法的连贯性和评价速度,仅对前一次评价之后可能产生新的可制造性问题的特征进行评价。对产品设计过程中的特征的改变状态进行了研究,提出在产品设计过程中确定特征之间可制造性影响关系的方法,并通过影响关系找出确需进行评价的特征集合,然后采用基于规则的方法来评价特征的可制造性。     

基于工艺知识库的面向制造设计系统的研究

面向制造的设计是实现并行设计的关键技术。这里以零件的机械加工为例,研究了零件模型的建立,工艺知识的表示和组织,可制造性的分析和评价等关键技术,在CAD软件的平台上开发了基于工艺知识库的面向制造的原型设计系统,并通过基于知识的可制造性分析保证所设计零件的工艺性。     

Developing manufacturing response models to predict the manufacturability of new modular products

Product developers usually rely on their experience and knowledge during the design process to generate manufacturable products that can fulfill the required functions. Product developers make various decisions during the course of developing a modular product that affect the functional, physical, and operational structures, which either enhance or reduce the manufacturability of the products. This paper proposes constructing manufacturing response models by modeling the behavior of the manufacturability as a response to the series of decisions made during the design process. The manufacturability response models are mathematical models used to relate the product manufacturability to the different metrics used to quantify the results of the design decisions made during the development life cycle. Decisions made during the design process includes specifying the product functionalities needed to meet customer needs, the physical components capable of delivering the required functionalities, and the manufacturing processes needed to produce the physical components. Manufacturing response models can be used by product developers to predict the effect of the decisions made during the course of developing a modular product on the final modular product manufacturability. Furthermore, this paper demonstrates the construction of the manufacturing response models and their usage in new product design by using an illustrative example.     

基于加工特征和制造资源约束的CAD/CAPP研究

针对齿轮箱类零件的快速设计与制造,建立了制造资源管理模块,通过加工能力约束文件将制造资源与可加工特征类型及范围对应起来,设计开发了基于加工特征建模的CAD模块和基于制造资源约束的CAPP模块。基于加工特征的建模方式使得CAD与CAPP得以无缝集成,而加工能力约束文件则为CAD/CAPP集成系统提供了实时反映底层制造能力的结构设计和工艺设计约束,从而保证了设计和工艺的可制造性。     

Assessing the Manufacturability of Product Designs

The concept of manufacturability is refined. The method of assessing the manufacturability of product designs is analyzed. The basic properties of designs and their relationship to the product’s characteristics are studied. Approaches to determining the manufacturability of designs are presented.     

DFM的关键技术与实现模式研究

阐述了面向制造的设计的相关概念、关键技术和实现模式。从企业目标要求和注重全局变化的角度,对构建面向制造的设计中的可制造评价体系提出相应准则。列举了面向制造的设计系统的几种实现模式,并讨论其应用现状和前景。结合课题实践,介绍一种利用高端CAD软件的信息环境开展设计模型加工性能检查的方法。实践表明,利用面向制造的设计系统对设计模型进行制造性评价,可以促进产品开发过程中各功能环节的协调并行,提高产品开发流程的效能。