面向大规模定制的产品快速响应设计关键技术

论文摘要

在企业实施快速响应客户需求进行大规模定制时,传统的产品设计方法已经不能满足企业的设计要求,必须要求有新的设计方法满足对大规模定制中产品设计过程的支持。通过广义参数化、基于实例推理、有限元分析以及PDM等现代设计技术来描述产品快速响应设计;提出了基于实例推理的广义参数化变型设计系统,并结合有限元分析技术对实例进行静、动力学分析评价变型模型,最后将符合设计要求的实例检入到PDM系统,以便后续设计,最终实现快速响应设计。采用面向对象的编程方法,基于V C++和UG系统平台研究开发了基于实例推理的广义参数化变型系统。本系统综合利用了基于实例推理技术、UG二次开发技术、产品功能结构映射、参数化三维特征建模技术以及数据库技术,实现了机床产品概念设计阶段的设计智能化。系统主要包括两个模块:参数化模块和实例推理模块。参数化模块是根据已有的产品建立参数化模型,通过产品功能结构映射、参数分析与关联、约束处理等将产品模型封装为若干主参数;再采用面向对象的程序参数化方法进行基于UG的二次开发,利用主参数进行尺寸驱动,实现三维参数化建模。实例推理模块主要利用面向对象的方法根据实例的属性特征对实例进行表示,采用最相邻近法计算相似度进行产品实例检索,运用广义参数化技术进行实例修改,并且把实例参数属性值与实例模型分开保存。采用有限元分析对变型后的实例进行评价。为充分利用CAD模型资源,采用HyperMesh和ANSYS软件相结合的方法,将CAD模型转换成有限元模型,以及在HyperMesh中完成模型简化、材料属性定义、网格划分、载荷施加等有限元前处理过程,再导入到ANSYS中进行求解,得出分析结果反馈于设计。对于满足设计要求的概念设计阶段模型,通过PDM系统进行管理,首先采用编码技术对模型进行存储、预览等管理,并讨论PDM下的三维模型以及有限元模型的管理,同时提出PDM下设计与分析的工作流管理,最后还阐述设计过程中的其他管理,支持产品设计的全过程。最后,通过某数控机床的设计实例来说明整个系统的应用及流程的实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 现代设计技术及大规模定制
• 1.1.1 现代快速响应设计理论和方法
• 1.1.2 大规模定制下的产品设计
• 1.2 国内外研究进展
• 1.3 课题的选题依据及意义
• 1.4 本文主要内容
• 第二章 面向大规模定制产品快速响应设计的原理方法研究
• 2.1 产品设计理论三要素模型探讨
• 2.1.1 产品设计理论三要素模型
• 2.1.2 基于产品设计理论三要素模型的实现框架
• 2.2 产品广义参数化设计
• 2.2.1 单一参数化技术的不足
• 2.2.2 产品广义参数化
• 2.3 产品设计重用技术
• 2.3.1 产品设计重用的意义
• 2.3.2 支持产品设计的知识重用
• 2.3.3 知识表示
• 2.3.4 基于实例的推理机制
• 2.4 产品快速响应设计的CAE技术
• 2.4.1 CAE技术及流程概述
• 2.4.2 支持产品快速设计的有限元分析技术应用
• 2.5 产品快速响应设计的数据管理技术
• 2.5.1 PDM概述
• 2.5.2 面向大规模定制产品快速响应设计的产品数据管理技术的应用
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于实例推理的广义参数化快速变型设计的研究
• 3.1 产品族变型设计的基本求解模型
• 3.2 产品广义参数化设计技术
• 3.2.1 产品主模型的建立
• 3.2.2 产品广义参数化设计的层次划分
• 3.2.3 产品广义参数化设计的功能结构映射
• 3.2.4 产品广义参数化设计的参数分析及关联
• 3.2.5 产品广义参数化设计的约束处理
• 3.2.6 模型参数驱动
• 3.3 基于实例推理的产品快速变型设计
• 3.3.1 基于实例推理的方法
• 3.3.1.1 实例表示
• 3.3.1.2 实例检索
• 3.3.1.3 实例修改
• 3.3.1.4 实例存储
• 3.3.2 基于实例的机床产品快速变型设计
• 3.3.2.1 机床产品实例表示
• 3.3.2.2 机床产品的实例检索
• 3.3.2.3 机床产品的实例修改重用
• 3.3.2.4 机床产品的实例存储
• 3.4 本章小结
• 第四章 变型设计过程中的有限元分析
• 4.1 面向大规模定制的变型产品的有限元分析
• 4.1.1 面向大规模定制的变型产品的参数化建模方法
• 4.1.2 面向大规模定制的变型产品的建模方法选择
• 4.2 有限元分析前处理
• 4.2.1 模型简化及转换
• 4.2.2 材料属性定义
• 4.2.3 网格划分
• 4.2.4 施加载荷
• 4.3 机床变型设计有限元分析
• 4.3.1 零部件分析
• 4.3.2 整机综合分析
• 4.4 分析结果反馈及优化改进
• 4.5 本章小结
• 第五章 PDM环境下的产品设计管理
• 5.1 PDM环境下的产品管理
• 5.2 PDM环境下的产品编码
• 5.2.1 编码和分类概述
• 5.2.2 机床产品编码
• 5.2.2.1 机床产品型号码
• 5.2.2.2 机床零部件码
• 5.2.2.3 PDM系统下机床编码实现
• 5.3 PDM与CAD/CAE模型管理
• 5.3.1 PDM环境下三维CAD模型管理
• 5.3.2 PDM环境下CAE模型管理
• 5.3.3 PDM环境下CAD/CAE模型的工作流管理
• 5.4 PDM环境下的其他产品设计管理
• 5.5 本章小结
• 第六章 设计实例实现
• 6.1 面向大规模定制的数控机床设计
• 6.2 系统开发、运行环境
• 6.3 系统总体结构设计
• 6.3.1 系统结构组成
• 6.3.2 系统设计流程
• 6.3.3 数据库设计
• 6.4 系统运行实例
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文目录