一種定製產品非標準件局部結構的分塊聯動設計方法與流程

2023-04-24 22:57:22

本發明涉及一種定製產品非標準件的設計方法，尤其涉及一種定製產品非標準件局部結構的分塊聯動設計方法。

背景技術：

定製產品是一類根據訂單進行設計製造的產品，隨著定製需求的多樣化，製造企業面臨愈來愈多的定製產品設計製造。如何高效率、低成本和快速響應客戶個性化需求地設計出定製產品已經成為產品設計中的一個重要問題。

定製產品設計本質上就是非標準件的設計，現有定製產品設計方法主要通過規劃更具通用性的產品設計平臺、開發更多滿足不同個性化需求的功能模塊、模塊化產品配置與優化設計、功能模塊的參數化變形設計等手段來實現定製產品的設計。這些技術很大程度上推動了定製產品設計理論及方法的發展，增強了製造企業對定製產品的開發設計能力。受到客戶越來越深化的定製需求以及特殊的產品安裝運行環境等的影響，定製產品中非標準件的出現不可避免，現有定製產品設計方法在處理非標準件設計時常常存在以下問題：

(1)現有定製產品設計採用大批量定製設計的思想與技術，對定製產品中出現的非標準件主要通過零部件參數化變形、系列化功能模塊設計來實現，只能一定程度上減少與轉化非標準件，但不能消除非標準件的出現。由於非標準件在功能、結構上的不可預測性，現有定製產品設計技術往往只能採取重新設計，設計工作量大，周期長，容易出錯。

(2)通過「需求－功能－結構」的映射，定製產品非標準件的設計可歸結為局部結構的設計，要求設計方法在結構粒度上支持非標準件的拓撲變更。現有定製產品設計方法從功能模塊粒度層次來處理非標準件設計問題，遺棄了結構粒度的設計過程與知識的重用。

技術實現要素：

本發明目的在於針對現有技術的不足，提供一種定製產品非標準件局部結構的分塊聯動設計方法，克服現有方法通過非標準件參數化變形或重新設計來實現定製產品的設計，不能改變已有設計實例的拓撲結構，不能重用已有結構模塊的設計知識，設計工作量大、周期長等問題。

為了實現上述目的，本發明採用技術方案的步驟如下：

一種定製產品非標準件局部結構的分塊聯動設計方法，該方法的步驟如下：

(1.1)根據定製產品非標準件局部結構的設計要求，對原有非標準件進行分解得到局部結構塊，並根據局部結構塊的幾何特徵、邊界特徵、定位約束等屬性構建結構模塊關聯約束模型；

(1.2)根據定製產品非標準件局部結構分塊聯動設計需要，把結構模塊分為實結構模塊和虛結構模塊兩類，定義結構模塊間存在連接、約束和繼承三種聯動關係；對結構模塊聯動關係進行編碼後建立聯動設計矩陣；

(1.3)抽取聯動設計矩陣中參與非標準件局部結構設計的各結構模塊及其相互間的聯動關係，以聯動設計子矩陣的形式確定參與非標準件局部結構分塊聯動設計的結構模塊；

(1.4)通過結構模塊三維布爾運算重新布局非標準件的局部結構，再對各結構模塊進行兩兩拼接，實現定製產品非標準件局部結構的分塊聯動設計。

進一步地，所述步驟(1.1)中所述的結構模塊關聯約束模型以結構模塊的幾何特徵、邊界特徵、定位約束、運算類型、關聯語義、cad文件等屬性成員建立數據結構，構建結構模塊設計知識庫並以唯一標識用以區分；根據局部結構塊的幾何特徵從結構模塊設計知識庫中檢索出待設計非標準件的所有可能結構模塊，作為非標準件局部結構的聯動設計基礎。

進一步地，所述步驟1.2中結構模塊分類及聯動關係定義步驟如下：

(1.2.1)結構模塊分為實結構模塊和虛結構模塊，規定在進行三維布爾運算時與實結構模塊拼接為增加該結構，與虛結構模塊拼接時為去除該結構。

(1.2.2)結構模塊間存在連接、約束、繼承三種聯動關係，其中連接聯動關係表示結構模塊間可以進行三維布爾運算，約束聯動關係表示結構模塊間存在尺寸、位置等約束；繼承聯動關係表示該結構模塊通過複製並繼承屬性得到。

(1.2.3)每一種結構模塊聯動關係用兩位編碼表示，第一位表示是否存在聯動關係，第二位表示兩結構模塊聯動的主從屬性。兩結構模塊間聯動關係可用6位編碼表達，以編碼為元素建立聯動設計矩陣。

進一步地，所述步驟(1.3)所述參與非標準件局部結構聯動設計的結構模塊確定方法步驟如下：

(1.3.1)取聯動設計矩陣的第i行和第j列構成「十」字聯動設計矩陣塊；

(1.3.2)分析「十」字聯動設計矩陣塊，確定存在聯動關係的結構模塊；

(1.3.3)從聯動設計矩陣中抽取步驟(1.3.2)確定的結構模塊對應的行列組成子矩陣。

進一步地，所述步驟(1.4)所述定製產品非標準件局部結構的分塊聯動設計方法步驟如下：

(1.4.1)提取參與定製產品非標準件局部結構聯動設計的各結構模塊的屬性信息，特別是幾何特徵與定位約束；

(1.4.2)根據結構模塊的幾何特徵與定位約束，對結構模塊進行並、交、差的三維布爾運算，得到非標準件局部結構空間布局的分塊方案；

(1.4.3)通過投影確定兩結構模塊拼接邊界曲線範圍，用hermite插值法構造拼接邊界曲線的包絡線；

(1.4.4)結構模塊邊界線和包絡線圍成的封閉曲面區域進行實例化，形成兩結構模塊的拼接區域；

(1.4.5)重複步驟(1.4.3)和(1.4.4)直至完成所有結構模塊的拼接，實現定製產品非標準件局部結構的分塊聯動設計。

本發明具有的有益效果是：

(1)本發明建立定製產品非標準件結構模塊關聯約束模型，構建非標準件結構模塊設計知識庫，實現對已有定製產品非標準件結構模塊粒度的設計知識重用，解決了現有定製產品設計方法從零件粒度處理非標準件設計，組成零件的結構模塊設計知識難以重用的問題。

(2)本發明通過定義結構模塊間聯動關係構建聯動設計矩陣，對結構模塊進行三維布爾運算重構非標準件局部結構，對各結構模塊進行兩兩拼接，完成定製產品非標準件局部結構的設計。解決了現有定製產品非標準件參數化變形設計不能改變拓撲結構的問題，提高了定製產品的設計效率，能夠快速響應客戶的個性化定製需求。

附圖說明

圖1為定製產品非標準件局部結構的分塊聯動設計方法流程圖；

圖2為定製產品非標準件局部結構的分塊聯動設計實現過程圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細描述。

如圖1所示，是本發明相應的定製產品非標準件局部結構的分塊聯動設計方法流程圖。

定製產品非標準件局部結構的分塊聯動設計步驟如下：

一種定製產品非標準件局部結構的分塊聯動設計方法，該方法的步驟如下：

(1.1)根據定製產品非標準件局部結構的設計要求，對原有非標準件進行分解得到局部結構塊，並根據局部結構塊的幾何特徵、邊界特徵、定位約束等屬性構建結構模塊關聯約束模型；所該模型以結構模塊的幾何特徵、邊界特徵、定位約束、運算類型、關聯語義、cad文件等屬性成員建立數據結構，構建結構模塊設計知識庫並以唯一標識用以區分；根據局部結構塊的幾何特徵從結構模塊設計知識庫中檢索出待設計非標準件的所有可能結構模塊，作為非標準件局部結構的聯動設計基礎。

(1.2)根據定製產品非標準件局部結構分塊聯動設計需要，結構模塊分為實結構模塊和虛結構模塊，規定在進行三維布爾運算時與實結構模塊拼接為增加該結構，與虛結構模塊拼接時為去除該結構。

(1.3)結構模塊間存在連接、約束、繼承三種聯動關係，其中連接聯動關係表示結構模塊間可以進行三維布爾運算，約束聯動關係表示結構模塊間存在尺寸、位置等約束；繼承聯動關係表示該結構模塊通過複製並繼承屬性得到。

(1.4)每一種結構模塊聯動關係用兩位編碼表示，第一位表示是否存在聯動關係，第二位表示兩結構模塊聯動的主從屬性。兩結構模塊間聯動關係可用6位編碼表達，以編碼為元素，依次對結構模塊間聯動關係進行兩兩編碼，並將編碼寫入，直至完成聯動設計矩陣構建。

(1.5)抽取聯動設計矩陣中參與非標準件局部結構設計的各結構模塊及其相互間的聯動關係，以聯動設計子矩陣的形式確定參與非標準件局部結構分塊聯動設計的結構模塊；所述參與非標準件局部結構聯動設計的結構模塊確定方法步驟如下：

(1)取聯動設計矩陣的第i行和第j列構成「十」字聯動設計矩陣塊；

(2)分析「十」字聯動設計矩陣塊，確定存在聯動關係的結構模塊；

(3)從聯動設計矩陣中抽取步驟(2)確定的結構模塊對應的行列組成子矩陣。

(1.6)通過結構模塊三維布爾運算重新布局非標準件的局部結構，再對各結構模塊進行兩兩拼接，實現定製產品非標準件局部結構的分塊聯動設計，具體步驟如下：

(1)提取參與定製產品非標準件局部結構聯動設計的各結構模塊的屬性信息，特別是幾何特徵與定位約束；

(2)根據結構模塊的幾何特徵與定位約束，對結構模塊進行並、交、差的三維布爾運算，得到非標準件局部結構空間布局的分塊方案；

(3)通過投影確定兩結構模塊拼接邊界曲線範圍，用hermite插值法構造拼接邊界曲線的包絡線；

(4)結構模塊邊界線和包絡線圍成的封閉曲面區域進行實例化，形成兩結構模塊的拼接區域；

(5)重複步驟(3)和(4)直至完成所有結構模塊的拼接，實現定製產品非標準件局部結構的分塊聯動設計，並把新形成非標準件按功構對應性分割成結構模塊後存入結構模塊設計知識庫供後續調用。

實施例：

如圖2所示，是本發明相應的定製產品非標準件局部結構的分塊聯動設計實現過程圖。

定製產品非標準件局部結構的聯動設計過程主要包括非標準件結構分解、結構模塊檢索與替換、聯動設計矩陣構建、結構模塊運算與布局、局部結構拼接操作等。

(1)非標準件結構分解：根據產品定製設計技術特徵與功能對應關係，把非標準件分解成若干局部結構塊，如汽車發動機排氣歧管可分解m1，m2，……，m7等7個結構塊，如附圖2中(a)所示。

(2)結構模塊檢索與替換：根據局部結構聯動設計需要從結構模塊設計知識庫中檢索出滿足定製需求的設計實例，替換原局部結構塊，如汽車發動機排氣歧管中用m4＇替換m4，如附圖2中(b)所示。

(3)聯動設計矩陣構建：採用6位制編碼表示結構模塊間連接、約束和繼承三種聯動關係，每種聯動關係用兩位編碼，第一位分別用1或0表示存在或不存在該種聯動關係，第二位表示聯動主從屬性，如結構模塊mi與mj存在連接聯動，若以mi為主結構與mj進行連接，則mi→mj的連接聯動關係第二位編碼為1，否則為0；如結構模塊mi與mj存在約束聯動，若mi對mj存在形狀、位置等的約束，則mi→mj的約束聯動關係第二位編碼為1，否則為0；如結構模塊mi與mj存在繼承聯動，若以mj的結構模塊信息繼承自mi，則mi→mj的繼承聯動關係第二位編碼為1，否則為0；如發動機排氣歧管中的結構模塊m4＇→m5的編碼為111100，以mi與mj間聯動關係編碼為元素構建聯動設計矩陣，如附圖2中(c)所示。

(4)結構模塊運算與布局：根據聯動設計矩陣的對稱性去除矩陣下三角部分，抽取定製產品非標準件局部結構設計相關的結構模塊組成聯動設計子矩陣，如汽車發動機排氣歧管中的結構模塊m5和m4＇。通過增加、去除、替換等三維布爾運算操作重構定製產品非標準件結構模塊的空間布局，並確定參與局部結構聯動設計結構模塊間的相對位置關係，如附圖2中(d)所示。

(5)局部結構拼接操作：確定兩結構模塊拼接邊界曲線範圍，用hermite插值法構造拼接邊界曲線的包絡線，實例化結構模塊邊界線和包絡線圍成的封閉曲面區域，完成兩結構模塊的拼接操作，進而實現定製產品非標準件局部結構的分塊聯動設計，如附圖2中(e)所示。