结构与公差同步设计的产品概念设计优化

为保证概念结构设计的可行性与经济性,提出了将公差设计研究提前到概念设计阶段的思想,并研究了其中的关键技术。首先基于一种结构不断生长的独特设计思路,建立了结构与公差同步设计的过程模型和相应的公差表示模型;然后研究了在设计过程中自动生成局部尺寸链和全局尺寸链的方法,给出了公差同步设计,并根据设计结果提出了概念设计优化的整体框架,实现了基于公差的概念设计优化;最后以活塞夹具设计为例,验证了本方法的有效性。     

生长型设计中公差进化设计方法研究

为实现生长型设计中尺寸链及形位公差项目的自动生成,在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则。指出生长型设计中紧随结构的自顶向下、不断进化,公差进化设计模型也呈现为一种层次式结构;同时由于功能表面及其名义特征所具有的承载功能及几何信息的特点,可作为公差进化演绎的单元载体;在此基础上建立公差进化设计的基本过程模型。提出产品结构进化设计中,构建基于功能表面的装配网络以及基于名义特征的约束网络的双层装配约束网络的基本方法,给出辅助公差进化设计的公差断言;在此基础上,给出基于双层装配约束网络及公差断言的尺寸链及形位公差进化设计的基本过程。以活塞精镗销孔夹具的公差设计为例,说明所提出的公差进化设计方法在生长型设计中的成功应用。     

虚拟装配中装配公差的检验分析

装配性能分析的主要内容之一是装配公差的分析。阐述了虚拟装配系统中公差并行设计的过程，建立了零件尺寸公差与装配体配合公差的模型，利用约束关系图表达了零件尺寸信息与装配体配合关系信息，利用尺寸公差模型与约束关系图通过有关算法生成装配尺寸链。介绍了公差分析的两种方法，并以孔轴的径向配合为例，利用极值法进行装配公差检验，针对检验时出现的各种不合理结果进行了详细分析，并提出了设计公差相应的修改意见。     

概念设计中的三维公差与结构同步设计研究

为支持产品概念设计的多结构方案优选和成本优化,提出了在概念设计阶段进行公差设计的思想。给出了指导概念结构设计的生长型设计过程模型,应用旋量对功能表面间的几何约束进行分析;在公差表示模型的基础上,自动选择基准框架,生成三维公差链并进行设计计算;开发了相应的软件系统支持设计过程。应用实例表明,公差与结构同步设计能有效地减少设计方案的反复修改,提高了设计的效率和质量,对CAD/CAM集成具有重要意义。     

气体静压轴系公差设计北大核心

针对气体静压轴系孔轴配合径向气膜厚度要求,依据轴系零件尺寸公差和几何公差,建立孔轴配合装配尺寸链。采用蒙特卡洛方法模拟实际尺寸与几何误差综合作用结果对轴承径向间隙分布情况的影响,基于尺寸公差和几何公差的孔轴配合成本——公差模型及相关约束条件,采用遗传算法对孔、轴几何公差进行分配,对所建立模型进行了实际应用。     

产品概念结构设计中的公差进化模型和算法

在产品概念结构设计自动化技术基础上，研究了产品公差设计过程及其特点，提出了四层产品公差结构模型。应用局部公差分配模型与公差设计过程建立了全局公差优化理论模型，提出了以保证产品总精度需求为目标的概念结构设计阶段公差的同步设计算法。实例表明，提出的公差进化模型和算法，避免了人为建模工作，大大提高了公差设计效率和质量，为快速完成多方案的并行设计奠定了基础。     

生长型设计中的功能公差设计理论

在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则,提出将产品功能要求转化成零部件之间的几何约束关系,并最终表达为对功能尺寸约束的功能公差设计理论。建立成本—公差敏感函数的数学模型,将产品设计、制造、使用以及技术折旧成本作为公差分配的控制约束,并在其中引入产品使用磨损模型,以经济学中的贴现率来表征技术折旧成本,以成本最低为目标函数,以合理的工艺能力指数、装配功能、装配质量作为约束条件,实现基于功能与成本的面向产品全生命周期的尺寸公差分配。最后,设计实例说明所提出的功能公差设计理论能够在生长型设计中成功应用。     

计算机辅助离散公差设计

本文研究了以零件制造成本最低为目标，设计技术要求和预期装配成功率为约束的尺寸链、尺寸公差离散设计问题，提出了计算机辅助离散公差设计的数学模型及相关算法，并进行了实例分析研究。     

尺寸公差与形位公差混合优化分配

为解决尺寸公差与形位公差混合优化分配问题,提出了一种公差优化分配方法.根据成本-公差函数和尺寸公差与形位公差的关系,建立了以最小制造总成本为目标的非线性公差混合优化分配模型.该模型的约束包括装配尺寸链的功能要求和加工能力.求解该模型能同时得到优化的尺寸公差和形位公差.最后,分别用公差混合优化分配法和传统方法对一个实例进行公差分配,结果表明所提方法比传统方法更优越.     

二阶矩可靠性指标的计算机辅助公差优化装配尺寸链设计模型

公差优化设计是在机械产品设计和制造过程中的一项重要内容,而在计算机应用中,建模也是一个重要的步骤.本文以尺寸链理论为基础,通过对二阶矩可靠性指标的应用到装配尺寸链的研究,建立计算机辅助公差优化设计的尺寸模型.     

关于虚公差问题的研究

提出虚公差概念,指出虚公差的意义。在虚公差概念的基础上提出解算带补偿件的尺寸链的概率法,解释了国际GB5847－86为什么对有补偿件的尺寸链不推荐“概率法”的原因。从理论上证明了虚公差概念,对于带补偿件的尺寸链能用概率法来计算,从而为计算机辅助设计装配尺寸链提供了理论依据,同时大大简化了计算机辅助设计装配尺寸链。     

基于3DCS的大型客机主起落架收放机构容差分析

为了提高起落架的装配准确度,保证起落架的装配性能,以正在研发的大型民机主起落架为原型,对起落架容差的改进设计进行了研究。以传统容差设计为基础,建立了容差分析的数学模型,运用尺寸链分析方法进行理论分析;同时基于3DCS软件,建立了容差分析的仿真模型,并对起落架进行了容差仿真分析。通过理论分析与仿真分析的结果对比,改进了容差设计。基于传统设计方法的容差设计结果通常情况下并不是最优解,可通过3DCS软件仿真分析对传统容差设计结果进行改进设计。     

基于特征的公差分析与综合中尺寸链的自动建立

在特征造型基础上阐明了零件和装配体中尺寸、公差的表达和记录，并讨论了尺寸、公差链自动建立的一种方法，以便进行公差分析与综合，使产品成本和精度最佳协调。在产品的三维实体模型上，设计者只需捡取待分析的封闭环的两个端元素，程序就会在零件模型和装配模型中自动搜索建立与此封闭环有关的尺寸链，并确定尺寸链各环的增减性。     

Product and process dimensioning and tolerancing techniques. A state-of-the-art review

Dimensioning and tolerancing are important engineering processes in the different phases of a product development cycle. The two main phases in a product cycle where dimensioning and tolerancing techniques are extensively employed are in the areas of product design and process planning. Tolerance and dimension assignment in both product design and process planning has an equally important role in keeping the production cost down and, hence, requires equal attention as far as research into these areas are concerned. Another important motivating factor for research is that manual dimension and tolerance assignment is often tedious, time-consuming and requires a considerable amount of skill and experience on the part of the engineer, resulting in inconsistencies and errors. Extensive research, in the area of dimensioning and tolerancing in both product design and process planning, has been carried out with the advancement in computers since the 1970s. The purpose of this paper is to review the state-of-the-art dimensioning and tolerancing techniques in both product design and process planning and explore the opportunities for future research in these areas.     

三维精度设计技术研究

随着MBD技术的发展,必将对产品精度设计提出更高的要求。基于尺寸链的计算分析理论、尺寸链的数据模型以及尺寸链的计算分析方法,研究了如何在计算机辅助下进行装配精度设计和工艺精度设计时的尺寸链计算。给出在具体应用场景要求下精度设计的解决方案,并与现有的CAD三维造型系统SINOVATION平台集成。     

基于变动几何约束网络的公差设计研究

在阐述和完善变动几何约束的定义和分类,变动几何约束网络的生成及其运动学模型的基础上,研究了计算机辅助公差类型的生成规则、方法,公差网络的表示方法,以及公差大小的最优分配方法。给出了基于三维CAD系统的计算机辅助尺寸公差和形位公差综合设计的总体框架和原型系统。实例分析验证了此系统的有效性。     

Functional tolerance theory in incremental growth design

The evolutionary tolerance design strategy and its characteristics are studied on the basis of automation technology in the product structure design. To guarantee a successful transformation from the functional requirement to geometry constraints between parts, and finally to dimension constraints, a functional tolerance design theory in the process of product growth design is put forward. A mathematical model with a correlated sensitivity function between cost and the tolerance is created, in which the design cost, the manufacturing cost, the usage cost, and the depreciation cost of the product are regarded as control constraints of the tolerance allocation. Considering these costs, a multifactor-cost function to express quality loss of the product is applied into the model. In the mathematical model, the minimum cost is used as the objective function; a reasonable process capability index, the assembly function, and assembly quality are taken as the constraints; and depreciation cost in the objective function is expressed as the discount rate—terminology in economics. Thus, allocation of the dimension tolerance as the function and cost over the whole lifetime of the product is realized. Finally, a design example is used to demonstrate the successful application of the proposed functional tolerance theory in the incremental growth design of the product. __________ Translated from Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2006, 42(10): 73–79 [译自: 机械工程学报]