息集成的覆盖件冲压工艺设计与表达.pdf

第 l O卷第 9 期 2 0 0 4年 9月 计算机集成制造系统 Co m p u t e r I n t e g r a t e d M a n u f a c t u r i n g S y s t e m s Vo l _ l O NO 9 S e p2 0 0 4 文章编号 ： 1 0 0 6 5 9 1 1 ( 2 0 0 4 ) 0 9 1 0 5 2 0 4 面向信息集成的覆盖件冲压工艺设计与表达 刘伟 ， 杨玉英 ， 朴文相 ( 1 哈尔滨 工业 大学材料科 学 与工程 学 院 ， 黑龙 江哈尔 滨1 5 0 0 0 1 ； 2 一汽模具制造有限公司， 吉林长春1 3 0 0 1 1 ) 摘要 ： 为更好地获取以往 的设计实例信息， 实现设计数据和知识的共享 ， 基于覆盖件冲压工艺设计 的信息集 成 ， 研究了工艺设计 的实例信息建模方法。在建立实例信息面向对象组成关 系模型的基础上， 提 出“ 产品一特征一 几何” 的分层结构细化实例表达， 并应用多类型属性信息描述具体实例信息 ， 采用分级的实例索引策 略； 收集工艺 设计的大量数据和实际经验 ， 建立产品可能发生的缺陷问题与相应工艺机理 、 解决对策之间的联系 ， 能有效地指出 并帮助解决潜在的工艺设计 问题 ； 采用数据库技术， 开发面向信息集成的覆盖件冲压工艺设计实例库的基本结构 ， 并建立其管理系统 ， 该系统可应用于工艺设计信息和制造资源集成 。 关键词 ： 覆盖件 ； 冲压工艺 ； 设计实例 ； 信息集成 ； 数据库 中图分 类 号 ： TG 3 8 l 文献 标识 码 ： A 0 引言 1 工艺设计实例信息的表达模型 工艺设计通常是由工艺师凭借多年积累的设计 知识 ， 并参考以往相似的设计实例， 摸索式地开发工 艺方 案n 。设 计过 程需 要处 理 的信 息量很 大， 考虑 的因素较多 ， 具有很强 的经 验性 。因此 ， 更好地获取 以往 的设计实例 信息 ， 实现设 计数据和知识 的共 享 ， 是提高设计效率和质量的关键 。实例作为数据和 知识的载体 ， 可 以将企业 的 以往设计连 同专家经验 、 制造资源等 一起 存储 起 来 ， 当面临 一个 相似 的新 设 计时 ， 这 些保 留在 实例 中 的数据 和 知识 就可 以为设 计者提供 相应的工艺 对 策或解 决 办法 ， 以避 免潜 在 缺陷的发生； 同时， 实例中隐含的数据信息能够满足 设计过程的需要， 并实现设计信息的集成 “ j 。 基 于覆 盖件 冲压 工艺设 计 的信息 集成 ， 研 究 了 工艺设计的实例信息建模方法， 并重点探讨 了实例 信息的获取、 表达与检索方法。基于数据库技术建 立 了覆 盖件 冲压工艺设 计实例库 。 面向信息集成的冲压工艺设计 ， 是以产品信息 为依 据 ， 以制 造环境信息为支撑 ， 在工艺设计 知识 的 约束下， 通过类 比以往的设计实例 ， 充分借鉴相应实 例的成型知识后 ， 综 合分 析形 成 的符合 用户 要求 的 产品加工工艺 。一个 覆盖 件冲压工艺设计 实例应该 包括以下主要信息： 覆盖件产品信息； 加工制造 信息； 冲压工艺知识信息； 潜在成型难点信息； 成型缺 陷的工艺 对策 信息 。因此 ， 可 认 为设 计实 例就是 以工艺设 计为 中心 ， 数据和知识 的信息 集合 ， 即实例 一数据 +知识 。用二元组 来描述 实例 ： Ca s e = ( Da t a ， Kn o wl e d g e ) 。 其 中 ， Da t a = D ， D。 ， ， D ， 是对实例 的主要属性 和特 征的描述 ， 如产 品几何 数 据 、 形状 特 征、 使 用模 具 、 使用压 床及材料 性能 等 ； Kn o wl e d g e = K ， Kz ， ，K ) ， 是与该 实 例对 应 的知 识 集 合 ， 如 冲压 工艺 知识 、 成 型难 点知识和工艺对策等 。 收 稿 日期 ： 2 O O 3 一O 9 2 3 ； 修 订 日期 ：2 0 0 3 1 2 3 O 。 作者简介： 刘伟( 1 9 7 7 一) ， 男， 黑龙江大庆人， 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院博士研究生 ， 主要从事汽车覆盖件冲压工艺 C A D C A P P C A E集成设计与制造 、 智能工程 、 数据库技术等方面的研究 E ma i l ： l i u w e i h i t 1 6 3 C O B。 维普资讯 http:/www.cqvip.com 第 9期 刘 伟 等 ： 面向信息集成的覆盖件冲压工艺设计与表达 1 1 实例信息的面向对象组成模型 本文根据面向对象的方法， 从研究领域中抽象 出零件类 、 工艺类、 特征类、 材料类和模具类等， 作为 架构实例信息组成关 系的基础结构 ， 如 图 1所示。 该模型包括 ： ( 1 ) 工艺设计实例的详细组成关系 每个类都 对应着上述的一种具体的信息实体， 其中， 零件类 由 材料类 、 特征类 、 工艺类和成型难点类等组成， 工艺 类由模具类和压床类等组成 ， 成型难点类 由工艺对 策类组成 。 ( 2 ) 各组成类的属性 内容 每个类都由一组不 同的属性字段集构成 ， 字段具有不同的类型 ( 数值 型、 字符型、 逻辑型等) ， 如零件类包括零件 I D、 零件 名称及零件类型等属性信息。 ( 3 ) 相互之 间的关 系 类 和 类 之间 的关 系根据 信息之间的具体联系， 一般定义为一对多或一对一 的映射关系。如一个零件类型由多个特征组成 ， 对 应着多道加工工序， 具有多个成型难点问题， 以及多 个不同的工艺对策等。 材料类型 l l 冲压级别 I I 性能指标 I一 厂 副 IO 特 征 簿 鬻 I1 = ，l 特 征 分 类 I 量 耋 J 零 件 I D l I 零 件 名 称I I 零 件 类 型l J 材 料 信息I I 组 成 特征I l 冲 压工 序Ic 成 形 难 点【 _ 1 零 件 图 l 。 l l I 1： ： 艺对策类 I 面 _ _ 1 H ： 对策内容 广 i I 馕哺 阚 l I l 一 蹰IO懔 爿 蓬 套 部 位 I L 茔 咎 黍 l 一一对 多关系 一对一关 系 图l 工艺设计实例组成模型 最后 ， 将( 1 ) 、 ( 2 ) 、 ( 3 ) 分别实现为数据库 中的 表 、 表 的属性字段 以及表 和表之间的关 系。 1 2 实例信息的层次结构模型 为便于实例信息的表达和提取 ， 本文采用“ 产品 一 特征一几何” 的分层结构， 如图 2 所示。首先， 根 据同名覆盖件产品进行分类 ( 如发罩板类、 翼子板 类 、 顶盖类等) ， 建立该类覆盖件成型过程的基本规 律和成型特点。同名覆盖件的形状虽然有差异， 但 由于它们总是车身的某一特定组成部分， 具有非常 相近的功能和形状特性， 因而可 以共享该同名零件 的相关知识 。其次 ， 为细化 产品特征描述 ， 根据零 件对象的形状构成特点、 各组成部位在冲压成型过 程中的变形特点 ， 抽象出拉延特征 、 翻边特征 、 冲孔 特征以及局部特征等工艺特征 ， 描述产品的成型工 艺 ， 并 与产品形成组装关 系 。最后 ， 根据构成工艺特 征的几何拓扑信息进行描述， 采用 B r e p表达方法 记录每个特征的几何组成对象。因为每个特征都是 由多个曲面组成， 所以在具体的描述中， 没有包括曲 面、 曲线等几何对象的具体数据信息 ， 但记录了相应 几何组成对象的标志号 ， 简化了信息量 ， 从而完善了 产品信息的分类和描述。 特 征层 厂丽 工艺特征 辅特征 盖 ' 一=' _ ， 几 何层 i ) 一 图2 实例信息层次结构 这种分层描述的正向过程 ， 实现了覆盖件产品 信息由整体到局部的细化 ， 完成了整个产品信息的 表达和存储 ； 而逆向过程， 则是从各几何特征上的提 取， 到各个工艺特征的整合 ， 最终生成产品对象的过 程 ， 也就是产 品的特 征识别 、 特征分析和成型难度 的 分析过程。采用“ 产品一特征一几何” 的分层结构， 便于实例的组织和应用 ， 即将实例信息内聚在 同名 零件的对象中， 为零件的变形特点和成型难度分析 提供知识依据， 实现设计实例的重用 ， 从而避免了工 艺设计 过程 中的盲 目性 。 1 3 实例的信息描述模型 基于面向对象 的方法， 本文定义的信息实体具 有独 自的属性集。属性采用数据库技术中数据字段 的方法表达， 字段有多种数据类型： 字符型 、 数值型、 日期型、 通用型和备注型等。属性值 的物理存储空 间大小 可根据需要来 确定其 宽度值 。 图 3 所示为覆盖件产品属性信息 ， 零件实体的 属性包括三种类型信息： 第一类是关于零件 的一般 性参考信息， 如零件 I D、 零件名称 、 车型 、 材料和零 件图等， 用于实现零件基本信息的管理； 第二类是用 于几何信息的分类表达和提取， 如零件的轮廓尺寸、 形状特征分类和局部特征情况等， 可以进行零件形 状特征之间的区分和相似特征之间的比较； 第三类 维普资讯 http:/www.cqvip.com 计算机集成制造系统 第 1 O卷 信息是该 零件所 隐含 的成型难点 信息和可能 引起 缺 陷 的部位 ， 通过关 联 映射 到相 应 的工艺 措 施 与解决 办法 。工艺设计不 同于产 品设 计 ， 设 计过 程并 不 关 心零件 的具体型 面数 据 ， 而是 注 重某 些典 型 的型 面 特征及 其关键尺寸 ， 以及相关 的工艺信 息 ， 并不 涉及 访 问实 体模型 的数据 。因而 ， 这 种采 用数 据字 段 的 表示方 法可 以满足信 息的存储 和应用需要 。 前翼子板 属性集 名称 编号 设计 日期 零件 长、宽 ， 灯口曲率 轮 口半径 缺 陷形式 产生机理 工艺对策 属性类 型 字符 串型 整 型 日期型 高 实型 实型 实型 备注型 备注型 备注 型 一 般管理信息 几何特征信息 工艺知识与实例 图3覆盖件产品属性信息 2工艺设计实例的分级索引策略 为 了便 于提取设 计 实例 ， 可从 不 同层次 提供 实 例信息索 引方法 l_ 6 ： ( 1 ) 零件级 索引 可 以通过 零件 的一 般 管理 信 息属性值( 零件名、 材料类型、 车型等) 查询。如当设 计 翼子板类零件 时 ， 可以查 询 与翼 子板 相关 的 以往 设计经验 。 ( 2 ) 特征级 索 引 根据用户感兴趣 的成型 区域 ， 查找高层次 的特 征信息 。如用 户需要有关灯 口成型 问题 的经 验知识 ， 可设 定检索词 为“ 灯 口” ， 则 查询结 果为翼子板 灯 口的相关 信息列表 。 ( 3 ) 缺 陷级 索 引 为便于缺 陷的检测 、 评 价与控 制 ， 针对 实际生产 中不同类型 的缺陷进行总结归纳 ， 用户可 以针 对缺陷类型进行 查询 。 图 4所示 为某 翼子 板 的成型难 点部 位 ， 表 1展 示了典型翼子板成型难点与工艺对策信息。其中， 一 条记 录代表一条 成 型难 点 问题 ， 每 条实 例信 息 的 图4 某车身翼子板成型难点部位 详细 内容包括 问题发 生 的区域 和形 状 、 不 同 区域 的 成型 问题 、 产生 的机理 以及 解决 办法 。 表 1 翼 子板 成型 难点 与解 决 对策 信 息表 I D 机理 工艺对策 进 料 量 太 多 侧 1 ) 增 加一 条压 料筋 ， 增大 进料 阻力 ； O O 1 边 处产 生 冲击 2 ) 提高圆角 R处的光洁度， 减少摩擦力 线 带 来 的划痕 1 ) 调整轮子半圆型周 围余料高度； 残 留 的弯 曲 缺 2 ) 利用凸模分开动作方式控制弯曲缺 O O 2 陷 在 轮 口 处 形 陷的产 生 ； 成暗坑 3 ) 使用低屈服强度的材料 ； 4 ) 减 小轮 口处 的 凹模 圆 角半径 3工艺设计 实例的获取 实例 的收集 和获取被认 为是 实例库 开发 的主要 “ 瓶颈 ” 。实践证 明， 通 过实 际调研 ， 展 开技术 讨 论 ， 有针对性地请教专家 ， 得到第一手的设计经验往往 是行之有效 的。 同时 ， 注意 收集企 业 的工 艺设 计资 料( 手册 、 技术规 范等 ) 和设 计实 例 ， 加 以分 析提 炼 ， 最终形成标准文本 。如覆盖件在成型过 程中经常 出 现起皱 、 开 裂 、 暗坑 、 滚线 、 冲击线 和翘 曲等 现象 ， 导 致覆盖件产生 严重 的缺 陷 ， 甚 至成 为废 品 。由于工 艺设计水平所 限 ， 及生产 中诸多因素 的影 响 ， 覆盖件 冲压质量缺 陷是不 可 能完全 避免 的。因此 ， 通 过对 典型缺 陷的总结 和产 生机 理 的深入 分 析 ， 采取 相应 的工艺对策辅 助生产 ， 才是行之有效 的解决 办法 。 在设 计实 例 的获取 过程 中 ， 尤 其要 注意具 有相 同功能 、 几何形状 类似 的局部 形状 特征 。这些 特征 具有 明确 的使 用 目的 ， 并 和 相应 的工艺 手段 密 切联 系 ， 往 往是整体成 型 的关 键 部位 ， 如局部 的窗 口、 加 油 口等 。这些 局部 的工 艺设计 知 识可 以共 享 ， 有 经 验 的工艺 师和专家 能够 充分 利用 以往 的解 决经 验 ， 结合相关 的成型理论 找 出 的相应 工艺 对策 ， 从 而不 断地 总结 积累 已有 的经验知 识 。为 了支持 设计 ， 本 文 收集了 以下几种类 型的工 艺知识 ： ( 1 ) 总结 以往的设计实例 ， 提炼 出典型零 件的成 型难点 问题 ， 并对 该成 型难 点部 位 和可 能产 生 的缺 陷形式 进行 详细描 述 ， 可 以用 于提示 当前 设 计者关 注这些 潜在问题可能 引发 的缺陷 。 ( 2 ) 通过 技术研讨 ， 从 塑性 成型理论和 冲压 工艺 的角度分析 ， 总结出导致该 问题产生 的机理或原 因 ， 提 高设计者对 问题本 质上 的认 识 。 ( 3 ) 针对典 型零件 ， 征集设 计专家解决这些 成型 难 点所采用 的方案 ( 工 艺对 策 ) ， 并在 此基 础 上进行 维普资讯 http:/www.cqvip.com 第 9期 刘伟 等 ： 面向信息集成的覆盖件冲压工艺设计与表达 1 O 5 5 深入 的理论分析 。 ( 4 ) 广泛收集企业中典型覆盖件 的工艺设计实 例， 如冲压工艺卡、 工序图等。 4 系统 的 实现 与 功 能 由于数据库具有成熟 的技术及表达策略， 把数 据库技术引入实例的表达是一种有效的途径。本文 将信息模型映射到关 系数据库中， 按照关系数据库 的组织技术实现对实例库的结构设计与管理。系统 主要包括添加、 修改、 删除、 查询、 打印库文件以及维 护等功能， 可以从系统中查询相关信息 ， 生成查询结 果， 并以报表形式提供给用户。同时 ， 系统支持工程 图形显示 和管理 ， 通 过 良好的人机界 面 ， 操作直观 简 便 ， 具有一定 的扩展 性 。 5 结束语 基 于面 向对象的方法建立了实例组成关系模 型， 采用“ 产品一特征 一几何” 的分层结构细化实例 的表达， 应用数据库技术的属性描述方法表达具体 实例信息。通过企业调研和查找技术资料 ， 收集、 整 理用于汽车覆盖件冲压工艺设计的相关数据， 并将 生产 中多年积 累的设计 经验 、 潜 在 问题 和解决 对策 等汇总分类 ， 应用关系数据库开发了覆盖件冲压工 艺设计实例库 。实例库为工艺设计提供所需 的数 据 、 知识和经 验 ， 可 以辅 助设计者分析 和掌握设 计 中 的难点问题 ， 并提供实际可靠的工艺对策和相似的 实例方案。系统可以提供多样化的数据类型与数据 模型， 利用数据库的对象链接与嵌入技术( O L E ) 实 现图形数据 的管理 。 参考文献 ： 1 L E A KE D B ， B I R N B AUM L ， HA MMO ND K， e t a 1 I n t e g r a t i n g di v e r s e i n f o r ma t ion r e s o ur c e s i n a c a s e b a s e d d e s i gn e n v i r o n m e n t J E n g i n e e r i n g A p p l i c a t i o n s o f A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e ， 1 9 9 9， 1 2( 6 )： 7 05 7 1 6 E 2 3 1- 3 3 4 3 5 E 6 7 CHEOK B T， NEE A Y C Tr e n ds a n d de ve l op me n t s i n t h e a ut o ma t i o n of de s i g n a nd ma nu f a c t u r e o f t o o l s f or me t a l s t a mp i n g s J J o u r n a l o f Ma t e ri a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y ， 1 9 9 8，75 ( 3) ： 24 0 2 5 2 X U Z h i we i ，LI U We n j i a n An e x t e n d e d o b j e c t mo d e l f o r c a s e b a s e d r e a s o n i n g i n p r o c e s s p l a n n i n g - J C o mp u t e r I n t e g r a t e d Ma nu f a c t ur i n g Sy s t e ms 2 0 0 2，8( 2)：11 5 1 21( i n Ch i - n e s e ) 许之伟 ， 刘文剑 工艺设计中支持事例推理的扩展对象 模型I- J 计算机集成制造系统， 2 0 0 2 ， 8 ( 2 ) ：1 1 5 1 2 1 CH EN W e i ，DONG Hon g z h i ，L1 N Zh o ng q i n，e t a 1 St u dy on C B D f o r s t r u c t u r e o f d i e f o r a u t o mo b i l e s c o v e H n g p a r t s E J D i e & Mo u l d E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 0 ， ( 1 ) ： 1 3 1 5 ( i n C h i n e s e ) 陈 炜， 董洪智 ， 林忠钦 ， 等 汽车覆盖件模具结构 C B D研究r J 模 具工业 ， 2 0 0 0 ， ( 1 ) ： 1 3 1 5 LI U Sh e n g yu， W ANG Y i l i n LI Zh i g a n g Re s e ar c h on k e y t e c h n iq u e s o f c a s e b a s e d C AP P f o r p a n e l s t a m p i n g J F o r g i n g& S t a mp i n g Te c h n o l o g y ，2 0 0 1 ， ( 6 ) ： 1 7 1 9 刘胜余， 王 义林 ， 李 志 刚 基 于 实 例 的 覆 盖 件 冲 压 C AP P关 键 技 术 研 究 I- J 锻压技术 ， 2 0 0 1 ， ( 6 ) ： 1 7 1 9 M I LI F，SH EN W ，M A RTI NEZ I ， e t a 1 K n o wl e dg e mo de l i n g f o r d e s i g n d e c i s i o n s i, J Ar t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e i n E n g i n e e r i n g，2 00 1， 1 5 ( 2) ： 1 5 3 1 6 4 PI Ao W e n xi a n g Re s e a r c h on kn o wl e d ge b a s e f o r au t omob i l e p a n e l s s t a mp i n g p r o c e s s p l a n n i n g i' D Ha r b i n ： Ha r b i n I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y ， 2 0 0 2 ( i n C h i n e s e ) 朴文相 汽车覆盖件冲 压工艺设计知识库研究I- D 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学 ， 2 0 0 2 Pr o c e s s de s i g n a n d r e pr e s e n t a t i O n o f a ut o m o bi l e p a ne l s t am pi n g f or i nf o r mat i on i nt e g r a t i o n LI U W e i ，Y ANG Yu y i n g ， PI AO We n xi a n g 。 ( 1 S c h o f Ma t e r i a S c i a n d En g ，Ha r b i n I n s t o f Te c h ，Ha r b i n 1 5 0 0 0 1 ，Ch i n a； 2 Di e Ma n u f a c t u r i n g Co ，Lt d o f FAW ，Ch a n g c h u n 1 3 0 0 1 1，Ch i n a ) Ab s t r a c t ： To s h a r e t h e d e s i g n d a t a a n d k n o wl e d g e b y u t i l i z i n g e x i s t e d d e s i g n c a s e s ，b a s e d o n t h e r e p r e s e n t a t i o n o f o b j e c t o r i e n t e d c a s e i n f o r ma t i o n c o n s t i t u t i o n r e l a t i o n s h i p P r o d u c t F e a t u r e Ge o me t r y s t r u c t u r e wa s p r o p o s e d i n o r d e r t o r e f i n e t h e c a s e r e p r e s e n t a t i o n，mu l t i t y p e s “ p r o p e r t i e s we r e a d o p t e d t o d e s c r i b e mo r e d e t a i l e d i n f o r ma t i o n，t h r e e h i e r a r c h i e s o f i n d e x s t r a t e g y we r e u s e d t o r e a l i z e i n f o r ma t i o n e x t r a c t i o n Fu r t h e r mo r e ，e x p e r t s k n o wl e d g e a n d e x p e r i e n c e o n p r e v i o u s d e s i g n c a s e s a n d f o r mi n g p r o b l e m s we r e c o l l e c t e d，wh i c h c a n p r o v i d e d e s i g n e r s u s e f u l p r a c t i c a l e x p e r i e nc e a n d d a t a t o a i d d e s i g n p r o c e d u r e a n d s o l v e t h e p o t e n t i a l p r o b l e ms o f a u t o mo b i l e p a n e l s t a mp i n g Da t a b a s e t e c h n o l o g y wa s a p p l i e d t o r e a l i z e a p r o t o t y p e s y s t e m o f i n f o r ma t i o n i n t e g r a t i o n o r i e n t e d c a s e b a s e ，wh i c h c a n b e u s e d t o i n t e g r a t e p r o c e s s d e s i g n i n f o r ma t i o n a n d ma n u f a c t u r e r e s o u r c e s Ke y wo r d s ： a u t o mo b i l e p a n e l s ；s t a m p i n g p r o c e s s ；d e s i g n c a s e ；i n f o r ma t i o n i n t e g r a t i o n；d a t a b a s e Re c e i v e d 2 3 Se p 2 0 0 3； a c c e p t e d 30 De c 2 0 0 3 维普资讯 http:/www.cqvip.com