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大連交通大學(xué)2017屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯
GAJA：開發(fā)用于復(fù)合式墊圈模具切割部件的自動(dòng)（重新）建模的參數(shù)系統(tǒng)的3D CAD方法
摘 要
針對(duì)切割模具的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜而經(jīng)驗(yàn)豐富的工藝，常規(guī)3D CAD軟件的支持力度不大。因此，大多數(shù)設(shè)計(jì)活動(dòng)，包括對(duì)直接負(fù)責(zé)在鈑金沖壓件上進(jìn)行成型操作的切割模具組件的（重新）建模，傳統(tǒng)上仍然需要重復(fù)地，單獨(dú)地和手動(dòng)地執(zhí)行由設(shè)計(jì)師為了消除這些缺點(diǎn)中的一些缺點(diǎn)，并提升了常規(guī)3D CAD軟件的功能，本文提出了一種開發(fā)能夠自動(dòng)執(zhí)行復(fù)合式墊圈模具切割部件（重新）建模過程的參數(shù)化系統(tǒng)的新方法。所提出的方法將CATIA V5內(nèi)置模塊，包括零件設(shè)計(jì)，裝配設(shè)計(jì)和知識(shí)型顧問，出版機(jī)制和復(fù)合切割模具設(shè)計(jì)知識(shí)型相結(jié)合。該方法開發(fā)的系統(tǒng)代表了一種“智能”裝配模板分別由兩個(gè)模塊GAJA1和GAJA2組成。 GAJA1負(fù)責(zé)直接輸入模具設(shè)計(jì)問題，關(guān)于沖壓件的形狀，尺寸和材料，以幾何特征的形式提取，并將相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)和特征傳遞到模塊GAJA2。 GAJA2解釋輸入?yún)?shù)的當(dāng)前值，并使用模具設(shè)計(jì)知識(shí)型和公司的內(nèi)部設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)執(zhí)行切割模具組件的建模過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)大大縮短了模具組件切割的建模時(shí)間，提高了建模質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師的培訓(xùn)。
關(guān)鍵詞：參數(shù)化建模，切割模具，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，知識(shí)型設(shè)計(jì)
1. 介紹
切割模具的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜而高度專業(yè)的程序（Tor等，2003），它指定了切割過程開發(fā)過程中的主要任務(wù)之一。為了在當(dāng)今全球化和競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中生存下來，迫切需要實(shí)現(xiàn)更快，更具成本效益的模具設(shè)計(jì)流程，同時(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量。成功掌握CAD技術(shù)已成為這方面最重要的方法之一?，F(xiàn)代3D CAD軟件的使用為設(shè)計(jì)人員提供了提高設(shè)計(jì)過程生產(chǎn)力的重要可能性，因此它也成為了模具開發(fā)行業(yè)中公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)體建模允許設(shè)計(jì)師創(chuàng)建沖壓模具的精確數(shù)學(xué)和逼真的圖形表示，從而可以從任何距離的任何角度觀察CAD模型，并且可以容易地檢查模具部件之間的任何干擾。不幸的是，大多數(shù)3D CAD軟件只能將結(jié)果從設(shè)計(jì)師的推理過程轉(zhuǎn)移到正式的幾何模型中，因此，在他們所需的設(shè)計(jì)任務(wù)期間，不能為支持工程師提供必要和充分的設(shè)計(jì)知識(shí)型（McMahon和Browne， 1999 ; Mok et al。，2001 ; Tay and Gu，2002 ; Lin et al。，2008 ; Lin and Hsu，2008 ; Potocnik et al。，2012）。這種困難可歸因于大多數(shù)常規(guī)3D CAD系統(tǒng)的局限性，使得它們不能基于將切割模具部件的形狀和尺寸連接到鈑金零件的沖壓特征的功能的模具設(shè)計(jì)知識(shí)型來做出決定（Liuet al。， 2004）。因此，設(shè)計(jì)必須在功能和程序知識(shí)型的基礎(chǔ)上手動(dòng)完成（Bandini和Sartori，2006）。
一些CAD開發(fā)人員認(rèn)識(shí)到這個(gè)瓶頸，并開發(fā)了基于知識(shí)型的擴(kuò)展，例如NX上的Progressive Die Wizard，SolidWorks?上的3DQuickPress?和Creo級(jí)進(jìn)模。由于這些模塊包含具有相關(guān)參數(shù)的預(yù)定義功能特征庫，因此只有少數(shù)功能已被擴(kuò)展到自動(dòng)設(shè)計(jì)。從而，切割模具組件的設(shè)計(jì)過程仍然需要熟練和經(jīng)驗(yàn)豐富的模具設(shè)計(jì)師來解釋設(shè)計(jì)問題，最終做出適當(dāng)?shù)臎Q策。此外，這些模塊成本高昂，往往超出了中小型沖壓行業(yè)的范圍，并且僅納入了特定教科書和課程材料的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)則，這往往不適合大多數(shù)潛在用戶。另一方面，沖壓公司使用不同的CAD包，其中不總是提供基于知識(shí)型的擴(kuò)展。因此，最近還研究了基于知識(shí)型和智能工程的切割模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)的一些發(fā)展。崔等人(1998）開發(fā)了2D CAD系統(tǒng)，用于沖切或穿孔不規(guī)則形狀的金屬板材，以及定子和轉(zhuǎn)子部件。該系統(tǒng)已在AutoCAD AutoCAD中實(shí)現(xiàn)，由六種主要模塊組成，包括輸入和形狀處理，生產(chǎn)可行性檢查，空白布局，條形布局，模具布局和繪圖編輯模塊。Kumar等（2008）對(duì)AutoCAD和AutoLISP進(jìn)行了鈑金操作的沖裁模具設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)。Kumar和Singh（2011）討論了漸進(jìn)式模具的自動(dòng)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，采用生產(chǎn)規(guī)則知識(shí)型為基礎(chǔ)的系統(tǒng)方法來構(gòu)建AutoCAD中系統(tǒng)的27個(gè)模塊。由于上述研究側(cè)重于2D CAD系統(tǒng)的開發(fā)，可以直接集成到3D CAD環(huán)境中并提高其“智能”的模具設(shè)計(jì)方法的開發(fā)已經(jīng)成為一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域。通過3D CAD功能的延伸，可以實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)活動(dòng)的自動(dòng)化，從而可以大大優(yōu)化模具設(shè)計(jì)過程。然而，由于對(duì)3D CAD系統(tǒng)的內(nèi)部機(jī)制缺乏了解，以及嘗試標(biāo)準(zhǔn)化復(fù)雜的模具設(shè)計(jì)過程和知識(shí)型所產(chǎn)生的困難，在這方面進(jìn)行了很少的嘗試。Jia et al。（2011）分析了使用SolidWorks的基于功能部件的電機(jī)芯的漸進(jìn)式模具的沖頭和模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具。提出的工具可以完成五類沖頭和模具的設(shè)計(jì)，并自動(dòng)生成孔板。其他嘗試主要集中在繪圖模具的設(shè)計(jì)自動(dòng)化。Lin和Hsu（2008）基于CATIA的內(nèi)置模塊提出了一種用于繪圖模具設(shè)計(jì)的自動(dòng)化系統(tǒng)。林等人（2008）利用Pro / ENGINEER開發(fā)了具有特定類型的模具結(jié)構(gòu)的拉絲模具的參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，而Lin等（2009）基于CATIA軟件中的功能特性構(gòu)建了3D繪圖模具的結(jié)構(gòu)自動(dòng)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。在這些嘗試中，繪圖模具的主要部件的設(shè)計(jì)過程在參數(shù)環(huán)境中被標(biāo)準(zhǔn)化。因?yàn)槊糠N類型的沖壓模具的設(shè)計(jì)（例如，切割或彎曲和復(fù)合或漸進(jìn)模具）要求激活特定知識(shí)型，缺乏參數(shù)化方法，可以推理具體的模具設(shè)計(jì)任務(wù)，然后在3D CAD環(huán)境中自動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作。因此，大多數(shù)模具設(shè)計(jì)活動(dòng)（Chin和Tang， 2002 ; Tang et al。，2003），包括直接負(fù)責(zé)在鈑金沖壓件上執(zhí)行切割操作的那些模具部件的（重新）建模像墊圈一樣，傳統(tǒng)上仍然需要重復(fù)地，單獨(dú)地，由設(shè)計(jì)者手動(dòng)執(zhí)行。在執(zhí)行此過程時(shí)，還必須考慮公司的具體設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，這種推理能力和快速動(dòng)作性能（建模）是專家設(shè)計(jì)人員在3D環(huán)境中進(jìn)行集成的特性，以優(yōu)化切割模具組件的設(shè)計(jì)過程。因此，本文提出了GAJA - 一種用于開發(fā)能夠?qū)η懈钅＞呓M件進(jìn)行自動(dòng)（重新）建模的系統(tǒng)的參數(shù)化方法。該系統(tǒng)將使用靈活集成在3D CAD環(huán)境中的模具設(shè)計(jì)知識(shí)型建立。
特征（Shah和M?ntyl?，1995 ; Stroud和Nagy，2011）是工程師可以將某些屬性和知識(shí)型與產(chǎn)品的通用形狀或特征相關(guān)聯(lián)（Lin et al。，2009），因此為設(shè)計(jì)師決策活動(dòng)所涉及的不同類型知識(shí)型的形式化和代表提供了良好的基礎(chǔ)。即使在參數(shù)化3D CAD環(huán)境中，切割模具組件被建模成幾何特征的組合，然后存儲(chǔ)在單獨(dú)的CAD零件文件中（Schilling等人， 2006），大多數(shù)是防止應(yīng)用知識(shí)型的重用。設(shè)計(jì)師缺乏時(shí)間，技能和經(jīng)驗(yàn)是這種知識(shí)型不能以靈活的方式被編寫的原因，可以使CAD系統(tǒng)自動(dòng)解決各種設(shè)計(jì)問題。因此，特別難以重新使用和快速改造現(xiàn)有的切割模具部件，使得它們將適合關(guān)于形狀和尺寸的任何新的/不同的模具設(shè)計(jì)問題，即:鈑金沖壓件的特性，它們負(fù)責(zé)生產(chǎn)。所提出的方法通過整合CATIA V5內(nèi)置模塊來解決傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)的瓶頸，包括零件設(shè)計(jì)，裝配設(shè)計(jì)，知識(shí)型顧問（API），出版機(jī)制和切割模具設(shè)計(jì)知識(shí)型。
實(shí)現(xiàn)和開發(fā)所提出的方法的基礎(chǔ)是利用現(xiàn)代3D CAD軟件的參數(shù)性質(zhì)，其使用各種類型的設(shè)計(jì)參數(shù)（Saridakis和Dentsoras，2005）來描述虛擬幾何對(duì)象的計(jì)算機(jī)表示，用數(shù)值完全描述了沖壓件和切割模具組件的本構(gòu)特征。與特征行為相關(guān)的功能和程序知識(shí)型可以通過使用公式形式的設(shè)計(jì)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)以及IF {condition}，THEN {statement}生產(chǎn)規(guī)則（Baxter等， 2007 ; Bettig和Hoffmann，2011）形式化。公式編輯器和規(guī)則編輯器功能已經(jīng)被利用來將相關(guān)知識(shí)型嵌入到設(shè)計(jì)中。通過該方法開發(fā)的系統(tǒng)能夠僅基于設(shè)計(jì)問題識(shí)別數(shù)據(jù)輸入，自動(dòng)（重新）對(duì)復(fù)合模具的切割模具組件進(jìn)行建模，如穿孔沖頭，復(fù)合和沖裁矩陣。2007 ; Bettig和Hoffmann，2011）。公式編輯器和規(guī)則編輯器功能已經(jīng)被利用來將相關(guān)知識(shí)型嵌入到設(shè)計(jì)中。通過該方法開發(fā)的系統(tǒng)能夠僅基于設(shè)計(jì)問題識(shí)別數(shù)據(jù)輸入，自動(dòng)（重新）對(duì)復(fù)合模具的切割模具組件進(jìn)行建模，如穿孔沖頭，復(fù)合和沖裁矩陣。2007 ; Bettig和Hoffmann，2011）。公式編輯器和規(guī)則編輯器功能已經(jīng)被利用來將相關(guān)知識(shí)型嵌入到設(shè)計(jì)中。通過該方法開發(fā)的系統(tǒng)能夠僅基于設(shè)計(jì)問題識(shí)別數(shù)據(jù)輸入，自動(dòng)（重新）對(duì)復(fù)合模具的切割模具組件進(jìn)行建模，如穿孔沖頭，復(fù)合和沖裁矩陣。
2.問題評(píng)估 - 切割模具組件的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)
墊圈是通常在各種行業(yè)中使用的鈑金沖壓件，并且可以捕獲關(guān)于其形狀特征的特性（即它們的形狀和尺寸）的各種變型（配置）。因此，無數(shù)復(fù)合切割模具用于通過單個(gè)沖壓沖程同時(shí)對(duì)扁平材料條進(jìn)行，沖切和穿孔操作來制造不同的墊圈變型。在復(fù)合切割模具，穿孔沖頭，復(fù)合材料和沖裁矩陣的眾多組件中，是直接負(fù)責(zé)墊圈成型的那些部件。切割模具組件設(shè)計(jì)的功能可以寫成
切割模具組件設(shè)計(jì)= f（墊圈形狀，墊圈尺寸，墊圈材料）。 （1）
這里值得一提的是，在設(shè)計(jì)切割模具部件時(shí)也應(yīng)考慮尺寸公差，但這超出了本文的范圍。
關(guān)于其形狀，尺寸和材料的每種不同的墊圈變體代表了關(guān)于切割模具部件的設(shè)計(jì)的新問題（圖1）。當(dāng)解決一個(gè)設(shè)計(jì)問題時(shí)，一些功能和程序設(shè)計(jì)知識(shí)型以對(duì)應(yīng)幾何特征的形式以及相關(guān)參數(shù)的值存儲(chǔ)在單獨(dú)的CAD部分文件中。不幸的是，傳統(tǒng)的3D CAD系統(tǒng)無法深入了解切割模具組件的設(shè)計(jì)過程，因此自動(dòng)無法重用現(xiàn)有零件文件，并使其適應(yīng)新的/不同的設(shè)計(jì)問題。換句話說，他們無法解釋如何識(shí)別鈑金沖壓件的形式和材料的參數(shù)對(duì)切割模具部件特征的設(shè)計(jì)的影響。因此，切割模具組件的建模需要由設(shè)計(jì)者重復(fù)地，單獨(dú)地和手動(dòng)執(zhí)行。如果新的設(shè)計(jì)問題僅需要尺寸修改，則設(shè)計(jì)人員必須復(fù)制并輸入現(xiàn)有零件文件，然后對(duì)描述切割模具組件功能特征屬性的那些尺寸參數(shù)執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)整。與幾何特征的尺寸變化相比，特征形狀的變化代表了更復(fù)雜的任務(wù)（Kim等人， 2006）。在這里，現(xiàn)有設(shè)計(jì)的重用將意味著設(shè)計(jì)者必須通過首先刪除然后手動(dòng)建模新的形狀輪廓（2D草圖）來改變其每個(gè)單獨(dú)零件文件中的幾何特征。因此，設(shè)計(jì)師通常更愿意創(chuàng)建新的零件文件，并從頭開始對(duì)切割模具組件進(jìn)行建模。利用族表（Kim et al。， 2008 ; Jia et al。，2011）可以在一定程度上解決這些問題，但是建立許多切割模具組件的情況可能代表著無休止的活動(dòng)。例如，必須單獨(dú)選擇每個(gè)切割模具組件，而在非透明數(shù)據(jù)庫中搜索適當(dāng)?shù)那懈钅＞呓M件可能是非常耗時(shí)的任務(wù)。
可以總結(jié)出，設(shè)計(jì)師傳統(tǒng)上有義務(wù)花費(fèi)他/她寶貴的時(shí)間（應(yīng)用他/她的知識(shí)）設(shè)置參數(shù)值，操縱特征，（重新）建立約束（幾何和代數(shù)）以獲得足夠的切割模具組件的3D CAD模型。利用領(lǐng)域和CAD環(huán)境的知識(shí)消除傳統(tǒng)程序在建模切割模具組件時(shí)的不足，將是建立方法論和系統(tǒng)開發(fā)的主要科學(xué)方法。
圖1制定擬議方法的啟動(dòng)方案
3.開發(fā)系統(tǒng)的方法
系統(tǒng)的整體功能由GAJA1和GAJA2兩個(gè)模塊（圖2）提供。CATIA V5內(nèi)置模塊被用于構(gòu)建這些模塊。零件設(shè)計(jì)模塊用于設(shè)計(jì)幾何特征和模型，實(shí)現(xiàn)其參數(shù)化和寫入約束公式，而集成發(fā)布機(jī)制用于將參數(shù)值，幾何和設(shè)計(jì)實(shí)體從一個(gè)模塊傳輸?shù)搅硪粋€(gè)模塊。
API模塊用于以“IF-THEN”規(guī)則的形式對(duì)決策約束進(jìn)行編程。設(shè)計(jì)切割模具組件的功能和程序知識(shí)型是從專家訪談和公司內(nèi)部設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)獲得的。由于提出的模塊必須同時(shí)運(yùn)行，組裝設(shè)計(jì)模塊被用于創(chuàng)建CATIA V5裝配文件GAJA.CATProduct，其中將放置所提出的模塊，從而構(gòu)建系統(tǒng)。該系統(tǒng)的實(shí)際開發(fā)使用Windows 7操作系統(tǒng)在PC（英特爾?酷睿?2雙核CPU 2.2 GHz，4 GB RAM）上執(zhí)行。
圖2系統(tǒng)架構(gòu)
3.1.開發(fā)模塊GAJA1的方法，用于完整識(shí)別和解釋設(shè)計(jì)問題
3.1.1.建立一個(gè)參數(shù)化數(shù)據(jù)庫PWDB，用于表單特征屬性的完整表示
切割模具組件的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可以用稱為設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)計(jì)實(shí)體表示。設(shè)計(jì)參數(shù)可以分為兩個(gè)基本類別：獨(dú)立的，主要的和依賴的設(shè)計(jì)參數(shù)。獨(dú)立的設(shè)計(jì)參數(shù)負(fù)責(zé)墊圈形狀特征的完整描述，因此它們可以識(shí)別外部沖切墊圈形狀，內(nèi)穿孔墊圈形狀，所選型材的外部尺寸和內(nèi)部尺寸以及材料的厚度。獨(dú)立設(shè)計(jì)參數(shù)的不同值代表了不同墊圈變型（圖1）的可能性，并且以這種方式存在不同的設(shè)計(jì)問題。必須創(chuàng)建獨(dú)立參數(shù)，以便能夠直接輸入系統(tǒng)內(nèi)的模具設(shè)計(jì)問題。從而，在開發(fā)模塊GAJA1的第一階段，有必要從定義墊圈關(guān)于其形狀和尺寸的信息領(lǐng)域建立一個(gè)完整和系統(tǒng)的參數(shù)數(shù)據(jù)庫。這必須以這樣一種方式來定義，這將允許系統(tǒng)使用它來直接推論其在某些設(shè)計(jì)情況下對(duì)切割模具組件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的影響。使用CATIA V5的功能實(shí)際實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫，該功能允許創(chuàng)建用戶定義的參數(shù)，因此可以以樹結(jié)構(gòu)的形式在墊圈上組織數(shù)據(jù)。因此，用戶定義的參數(shù)用作記錄和表示墊圈的形狀和尺寸特性的代理。在建立數(shù)據(jù)庫時(shí)，應(yīng)該從一個(gè)墊圈變量開始，并且通過使用這些用戶定義的參數(shù)的明確面值，這些參數(shù)必須在結(jié)構(gòu)上位于單個(gè)邏輯計(jì)量參數(shù)集中，以供后續(xù)編程，并且可理解的用戶和系統(tǒng)。那么需要指定模具設(shè)計(jì)的預(yù)期范圍 - 模具開發(fā)公司設(shè)想的將來需要執(zhí)行的問題。這是通過根據(jù)它們可以占據(jù)的值（單值或多值）來識(shí)別參數(shù)來定義的。為了改變墊圈的形狀，創(chuàng)建了“串”類型的兩個(gè)多值參數(shù)，然后規(guī)定了所需的值。通過關(guān)于墊圈的形式，在我們的數(shù)據(jù)庫中定義的多值參數(shù)的潛在值的組合允許定義24種不同的設(shè)計(jì)問題，即墊圈變型（四個(gè)外形的墊圈和六個(gè)內(nèi)部形狀= 24種不同的墊圈的形狀變體），其中可以隨時(shí)通過附加值升級(jí)或修改現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫。在可視化表示所有計(jì)劃的墊圈形狀輪廓的尺寸的方法之后，可以定義13個(gè)長度型參數(shù)，識(shí)別墊圈變體的范圍大大增加。最后，創(chuàng)建了長度型參數(shù)，用于呈現(xiàn)墊圈的厚度。
圖3示出了用于確定各種墊圈變型的數(shù)據(jù)庫，即參數(shù)集的數(shù)量和名稱，以及設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)字，類型，名稱，單位和預(yù)定義值。提出的數(shù)據(jù)庫普遍適用于所有類型的簡(jiǎn)單形狀的鈑金沖壓件。在其結(jié)構(gòu)中，只有確定特定鈑金產(chǎn)品性能的那些設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)量可以增加或減少。組合數(shù)據(jù)庫還將充當(dāng)用戶和用戶之間有效交互的用戶界面。通過使用用戶界面，可以在系統(tǒng)內(nèi)直接輸入當(dāng)前復(fù)合切割模具組件的設(shè)計(jì)問題。數(shù)據(jù)庫的主要優(yōu)點(diǎn)是，表示其中墊圈的形狀和尺寸的參數(shù)被指定為使得系統(tǒng)能夠在實(shí)施切割模具部件的設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其值的影響執(zhí)行直接推理。雖然數(shù)據(jù)庫當(dāng)前集成了更簡(jiǎn)單的形狀輪廓的屬性，但可以隨時(shí)通過附加的參數(shù)來識(shí)別隨機(jī)的屬性以及更復(fù)雜的形狀輪廓進(jìn)行升級(jí)。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)建立時(shí)，“PWDB”作為設(shè)計(jì)問題輸入掩碼，可以設(shè)置包含（獨(dú)立）設(shè)計(jì)參數(shù)的值。雖然數(shù)據(jù)庫當(dāng)前集成了更簡(jiǎn)單的形狀輪廓的屬性，但可以隨時(shí)通過附加的參數(shù)來識(shí)別隨機(jī)的屬性以及更復(fù)雜的形狀輪廓進(jìn)行升級(jí)。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)建立時(shí)，“PWDB”作為設(shè)計(jì)問題輸入掩碼，可以設(shè)置包含（獨(dú)立）設(shè)計(jì)參數(shù)的值。雖然數(shù)據(jù)庫當(dāng)前集成了更簡(jiǎn)單的形狀輪廓的屬性，但可以隨時(shí)通過附加的參數(shù)來識(shí)別隨機(jī)的屬性以及更復(fù)雜的形狀輪廓進(jìn)行升級(jí)。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)建立時(shí)，“PWDB”作為設(shè)計(jì)問題輸入掩碼，可以設(shè)置包含（獨(dú)立）設(shè)計(jì)參數(shù)的值。
圖3數(shù)據(jù)庫“PWDB”，用于識(shí)別有關(guān)其形狀，尺寸和材料的一些不同的墊圈配置
3.1.2.建立子模塊ADSDW，自動(dòng)驅(qū)動(dòng)墊圈的形狀和尺寸
組合數(shù)據(jù)庫尚未動(dòng)態(tài)運(yùn)行，這意味著參與其中的那些設(shè)計(jì)參數(shù)的值不允許對(duì)CAD模型的關(guān)于墊圈的幾何特征的操作或修改，因?yàn)樗鼈儺?dāng)前不存在。建立一個(gè)適當(dāng)?shù)膮?shù)數(shù)據(jù)庫后，必須建立一個(gè)足夠的子模塊ADSDW，這樣可以靈活地驅(qū)動(dòng)墊圈的形狀和尺寸。這意味著有必要?jiǎng)?chuàng)建合適的實(shí)體來呈現(xiàn)墊圈的形狀和尺寸，并且用于確定使其能夠根據(jù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)的參數(shù)值而行為的方法。最重要的任務(wù)之一是定義一種靈活修改墊圈輪廓形狀的方法。在這種情況下，墊圈的形狀輪廓必須能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)到數(shù)據(jù)庫內(nèi)“墊圈的外形”和“墊圈的內(nèi)部形狀”的預(yù)定參數(shù)值。 建立子模塊“ADSDW”的方法包括以下內(nèi)容（圖4）。
（a） 創(chuàng)建幾何組，用于安裝和分類形狀草圖。已經(jīng)創(chuàng)建了兩個(gè)幾何組合（幾何集1和幾何集2），用于單獨(dú)安裝墊圈的外部和內(nèi)部形狀草圖。
（b） 創(chuàng)建用于參數(shù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品形狀的形狀參數(shù)。兩個(gè)曲線型參數(shù)名稱為“外部沖壓零件形狀”和“內(nèi)部沖壓零件形狀”，已分別安裝在幾何圖形集合1和幾何集合2中。分別。
（c） 創(chuàng)建與數(shù)據(jù)庫內(nèi)“參數(shù)”墊圈內(nèi)部形狀“和”外部清洗機(jī)“形式的多重值相對(duì)應(yīng)的幾何草圖。創(chuàng)建了四個(gè)草圖，分別用于呈現(xiàn)外部墊圈和六個(gè)內(nèi)部墊圈形狀。每個(gè)草圖都位于一個(gè)適當(dāng)?shù)膸缀渭现?，并且具有適當(dāng)?shù)拿骖~，以便明確概括某個(gè)草圖屬于哪個(gè)參數(shù)值。
（d） 根據(jù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)的“外部形狀的墊圈”和“內(nèi)部形狀的墊圈”的預(yù)定參數(shù)值，使用“IF”來編程曲線類型參數(shù)“外部沖壓零件形狀”和“內(nèi)部沖壓零件形狀”的行為-THEN'生產(chǎn)規(guī)則。以這種方式，將對(duì)墊圈特征進(jìn)行建模的形狀輪廓，被參數(shù)驅(qū)動(dòng)（兩個(gè)規(guī)則參數(shù)地分別驅(qū)動(dòng)墊圈的外部和外部形狀）。高級(jí)參數(shù)化方法使得能夠根據(jù)參數(shù)“外部沖壓零件形狀”和“內(nèi)部沖壓零件形狀”表示的適當(dāng)草圖來調(diào)整定義數(shù)據(jù)庫中墊圈形狀的參數(shù)值的創(chuàng)建規(guī)則，從而激活一個(gè)對(duì)應(yīng)于所選擇的名稱，并且停用那些不符合當(dāng)前面值的那些。
為了實(shí)現(xiàn)子模塊的全面操作，最終需要以維度的形式創(chuàng)建約束，并將它們連接到數(shù)據(jù)庫內(nèi)的預(yù)定尺寸（長度類型）參數(shù)。每個(gè)配置文件必須連接到表示其維度的足夠參數(shù)。
（e） 操作已建立的子模塊“ADSDW”時(shí)檢查正確性。
子模塊“ADSDW”表示動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的骨架，能夠適應(yīng)PWDB中的形狀和尺寸標(biāo)識(shí)參數(shù)。以這種方式，ADSDW是提供切割模具組件的自動(dòng)建模的獨(dú)特基礎(chǔ)，因?yàn)樗鼘⒛＞咴O(shè)計(jì)問題（獨(dú)立設(shè)計(jì)參數(shù)的值）動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換為墊圈的形狀特征，這將進(jìn)一步用作基礎(chǔ)切割模具組件的特征的建模和驅(qū)動(dòng)。
圖4建立子模塊“ADSDW”的方法
3.1.3建立子模塊RPFW，用于重復(fù)使用模塊GAJA1中存儲(chǔ)的參數(shù)和功能
存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫PWDB內(nèi)的墊圈信息和子模塊ADSDW提供的墊圈的幾何特征是構(gòu)建和設(shè)置用于在上一個(gè)系統(tǒng)模塊GAJA2內(nèi)運(yùn)行的設(shè)計(jì)約束的基礎(chǔ)，GAJA2將提供切割的自動(dòng)建模模具組件。這就是為什么這些元素必須轉(zhuǎn)換成一個(gè)可以在這個(gè)模塊中使用它們的形式。在這里，應(yīng)該認(rèn)為這些元素必須保持與源的連接，即數(shù)據(jù)庫PWDB和子模塊ADSDW。因此，必須提供相關(guān)變更的雙向關(guān)聯(lián)實(shí)施。PWDB和ADSDW中的元素的更改也必須在GAJA2模塊中實(shí)現(xiàn)，用于提供其功能。為了在CATIA V5中構(gòu)建子模塊RPFW，使用了一種能夠控制創(chuàng)建的外部引用的發(fā)布機(jī)制。GAJA1模塊是由參數(shù)數(shù)據(jù)庫“PWDB”和子模塊“ADSDW”和“RPFW”組成的零件文件。模塊創(chuàng)建完成后，應(yīng)放在“GAJA.CATProduct”中。
3.2開發(fā)模塊GAJA2的方法，用于切割模具組件的自動(dòng)建模
復(fù)合切割模具部件直接負(fù)責(zé)對(duì)墊圈進(jìn)行成形（沖切和穿孔）操作，因此包括對(duì)應(yīng)于其形狀和尺寸的幾何特征。因此，模塊GAJA2的開發(fā)的基礎(chǔ)是模塊GAJA1的完整功能。由于可以通過使用曲線型參數(shù)“外部沖壓零件形狀”和“內(nèi)部沖壓零件形狀”直接建模成型特征，通過CATIA替換功能選項(xiàng)自動(dòng)執(zhí)行更改，該選項(xiàng)提供了穿孔和通過“同步工具”切割功能的消隱輪廓，直接從GAJA1模塊（圖5）。為了構(gòu)建子模塊GAJA2，有三個(gè)單獨(dú)的部分文件，即GAJA2_Piercing-Punch，GAJA2_Compound，和GAJA2_Blanking-Matrix創(chuàng)建并放置在GAJA.CATProduct中。
功能和程序知識(shí)型被用于建模代表切割模具組件的基于特征的模型。通過使用模塊GAJA1的獨(dú)立參數(shù)和幾何特征，建立靈活的設(shè)計(jì)約束，用于識(shí)別，推導(dǎo)和計(jì)算相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。
對(duì)于每個(gè)設(shè)計(jì)問題，設(shè)計(jì)約束必須能夠確定驅(qū)動(dòng)特定切割模具組件設(shè)計(jì)特征的行為的每個(gè)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的值。在此基礎(chǔ)上，3D CAD系統(tǒng)可以自動(dòng)執(zhí)行諸如關(guān)于切割模具部件的3D特征的尺寸，位置和取向的計(jì)算。這些約束還應(yīng)該能夠執(zhí)行更復(fù)雜的建模操作，例如3D CAD特征的選擇，激活或停用。下面給出了創(chuàng)建切割模具組件的這種知識(shí)型模型時(shí)的一些考慮。
穿孔沖頭負(fù)責(zé)刺穿內(nèi)墊圈孔，并使用四個(gè)3D墊特征進(jìn)行建模，該3D墊具有識(shí)別穿孔部分（f 1），壓配合部分（f 2），滑動(dòng)配合部分（f 3））和穿孔沖頭的肩部（f 4）（圖6）。特征f 1表示穿孔沖孔的穿孔面積，采用外部公布的墊片參數(shù)“內(nèi)部沖壓件”形狀，通過子模塊ADSDW的功能，每當(dāng)修改PWDB中墊圈穿孔的形狀時(shí)，允許自動(dòng)形狀采用。然后，當(dāng)用于識(shí)別其他穿孔沖頭特征的特性的長度型參數(shù)被創(chuàng)建時(shí)，使用參數(shù)d 1來確定沖壓板中的壓配合直徑，該規(guī)則選擇關(guān)于當(dāng)前 -選擇形狀的穿孔輪廓及其尺寸，并自動(dòng)完成d 1值的計(jì)算。用于由滑配合直徑d 2和肩直徑d 3組成的建模特征的草圖的參數(shù)然后由關(guān)于參數(shù)d 1的固定數(shù)學(xué)關(guān)系的形式驅(qū)動(dòng)它們的公式表示。用于計(jì)算參數(shù)d 1，d 2和d 3的值的所有配方均根據(jù)公司的制造標(biāo)準(zhǔn)得出。這些標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中切割模具部件的長期測(cè)試和公司最佳制造實(shí)踐。此外，該多值參數(shù)τ 小號(hào)被創(chuàng)建的材料，并添加到‘代表的可以墊圈剪切強(qiáng)度PWDB’。然后一個(gè)規(guī)則被用于的參數(shù)值連接τ 小號(hào)與參數(shù)“材料”的值。利用子模塊RPFW參數(shù)τ 小號(hào)轉(zhuǎn)移到模塊GAJA2它被進(jìn)一步用作規(guī)則中的參數(shù)，自動(dòng)選擇合適的沖頭材料及其彈性模量?。使用當(dāng)前選擇的值的參數(shù)τ 小號(hào)和?，系統(tǒng)計(jì)算對(duì)于沖頭長度的適當(dāng)值升 p，以防止在沖頭的壓曲?；趨?shù)的當(dāng)前計(jì)算值升 p和使用規(guī)則時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)規(guī)定了參數(shù)值升 1，升 2，升 3，升 4和升 5代表的各個(gè)沖頭特征的長度。存儲(chǔ)在規(guī)則中的值是使用公司的制造標(biāo)準(zhǔn)來確定的，在這種情況下，這些標(biāo)準(zhǔn)被更新為有限元分析的結(jié)果。
之后，根據(jù)墊圈的內(nèi)側(cè)孔的可能范圍，使用沖頭的穿孔面積來制造六種不同的形狀，在該形狀不是圓形的情況下，沖頭必須保持不轉(zhuǎn)。為了提供這種功能，專家們提出了一種用于固定穿孔沖頭的方法，其中在打孔頭中加工平面，并且插入圓形鍵（f 5）。以這種方式，墊特征可以用于對(duì)額外的頭部形狀和圓形密鑰進(jìn)行建模。然后，特征選擇算法被寫入規(guī)則編輯器中，以便激活特征的適當(dāng)組合，并且基于是否需要刺穿穿孔的固定的要求生成貫穿沖孔的實(shí)體CAD模型，或者不。在規(guī)則中使用“墊圈的內(nèi)部形狀”作為所提到的特征操縱的驅(qū)動(dòng)參數(shù)（圖7）。
以與沖孔沖模相同的方式進(jìn)行沖裁矩陣的建模，不同之處在于借助參數(shù)“墊圈的外形”和相應(yīng)的參數(shù)代表了設(shè)計(jì)決策的約束條件GAJA1模塊可能的外墊圈外形。這些參數(shù)用于建立計(jì)算參數(shù)D bm尺寸的數(shù)學(xué)關(guān)系（圖1）。使用關(guān)于參數(shù)“墊圈的外形”和尺寸參數(shù)D（Cir_Out），（Sq_Out），（Rec_Out），b（Rec_Out）的當(dāng)前值的規(guī)則來執(zhí)行用于計(jì)算D bm的配方的適當(dāng)選擇。和R（Hex_Out）。通過根據(jù)公司內(nèi)部設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)建立的參數(shù)D bm，通過固定關(guān)系的形式確定表示其余消隱矩陣特征的參數(shù)值。借助于從子模塊RPFW傳送的已發(fā)布參數(shù)“外部墊圈輪廓”，使用口袋特征來對(duì)沖切開模進(jìn)行建模。最后一個(gè)規(guī)則是表示銷釘（圖8b和8c）的附加特征的驅(qū)動(dòng)激活和停用，這在消除非圓形墊圈輪廓的情況下是必需的。
使用GAJA1模塊公布的“內(nèi)墊圈輪廓”和“外清洗輪廓”參數(shù)來構(gòu)建復(fù)合材料的成型特征。此外，識(shí)別化合物剩余幾何特征尺寸的參數(shù)由根據(jù)參數(shù)“外墊圈形狀”的當(dāng)前選擇的值選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算公式的規(guī)則來驅(qū)動(dòng)，并且確定所選參數(shù)的大小的參數(shù)。只要其中一個(gè)參數(shù)值為“外部墊圈”形式或“墊圈內(nèi)部形狀”不是“圓形”，則激活另一個(gè)表示銷釘?shù)母郊庸δ艿囊?guī)則。
圖5主動(dòng)更換窗口通知用戶穿孔特征的矩形將被六邊形替換
圖6肩穿刺沖的幾何結(jié)構(gòu)
圖7肩穿刺沖的幾何結(jié)構(gòu)
4.系統(tǒng)的評(píng)估與應(yīng)用
該系統(tǒng)的性能由位于斯洛文尼亞的Emo-orodjarna doo的有經(jīng)驗(yàn)和缺乏經(jīng)驗(yàn)的模具設(shè)計(jì)師進(jìn)行了測(cè)試，該公司是專門從事高品質(zhì)切割模具的規(guī)劃，設(shè)計(jì)和制造的開發(fā)生產(chǎn)公司。設(shè)計(jì)人員必須執(zhí)行一個(gè)設(shè)計(jì)，以便使用傳統(tǒng)的方法，使用傳統(tǒng)的方法，然后使用所提出的系統(tǒng)來形成負(fù)責(zé)形成不同形狀，尺寸和材料的三個(gè)墊圈變形（圖8）的模具零件。在PWDB中輸入了設(shè)計(jì)切割模具組件的問題。然后ADSDW將問題的識(shí)別參數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)成型輪廓的幾何形式。然后，RPFW更新參數(shù)值并在模塊GAJA1內(nèi)形成輪廓，然后將其轉(zhuǎn)移到模塊GAJA2內(nèi)的每個(gè)基于知識(shí)型的模板中。在每個(gè)模板內(nèi)，首先基于更新的成形輪廓來模擬切割模具部件的成形特征（圖8a）。然后，系統(tǒng)識(shí)別成形輪廓的形狀，并為這些輪廓的特性直接驅(qū)動(dòng)（依賴）的特征尺寸（即壓配合特征）的計(jì)算選擇了適當(dāng)?shù)募s束公式。在系統(tǒng)感知到墊圈材料的變化之后，它自動(dòng)確定沖頭的本構(gòu)特征的長度，以防止沖頭屈曲。然后自動(dòng)對(duì)這些特征進(jìn)行建模。該系統(tǒng)還使用關(guān)于成形輪廓的形狀的信息來推斷是否必須提供防止切割模具元件的轉(zhuǎn)動(dòng)。在必須滿足該條件的情況下，它會(huì)自動(dòng)建模附加特征，如圓頭鍵和定位銷（圖8b和8c）。最后，該系統(tǒng)采用基于公司設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)部約束公式，并自動(dòng)建模其余切割模具部件特性的特性。由于GAJA方法開發(fā)的系統(tǒng)代表了一個(gè)“智能”組裝模板，所以在輸入了一套新的獨(dú)立設(shè)計(jì)參數(shù)值之后，上述過程在單個(gè)位置進(jìn)行，并且應(yīng)用更新功能。
結(jié)果表明，通過使用本系統(tǒng)，與專家進(jìn)行的傳統(tǒng)工藝相比，設(shè)計(jì)時(shí)間縮短了41％，與沒有經(jīng)驗(yàn)的模具設(shè)計(jì)師的傳統(tǒng)工藝相比，設(shè)計(jì)時(shí)間減少了74％。由于消除了模具設(shè)計(jì)師的重復(fù)推理過程，并以3D幾何特征的形式手工轉(zhuǎn)換了這些活動(dòng)的結(jié)果，所以節(jié)省了時(shí)間。當(dāng)需要解決更多的設(shè)計(jì)問題時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)間節(jié)省更多。最后，系統(tǒng)的結(jié)果由經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師評(píng)估，結(jié)論是系統(tǒng)執(zhí)行的切割模具組件的設(shè)計(jì)是可以接受的，并且使用該系統(tǒng)提供了出色的設(shè)計(jì)質(zhì)量。與此同時(shí)，該系統(tǒng)為無經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)特殊的工具，他們可以更深入地了解設(shè)計(jì)知識(shí)型在切割模具組件設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用。所提供的系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行切割模具組件的設(shè)計(jì)，大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，并為缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師提供了培訓(xùn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)需要解決多個(gè)設(shè)計(jì)問題時(shí)，該系統(tǒng)節(jié)省了一個(gè)小時(shí)的設(shè)計(jì)時(shí)間。并為無經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師提供培訓(xùn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)需要解決多個(gè)設(shè)計(jì)問題時(shí)，該系統(tǒng)節(jié)省了一個(gè)小時(shí)的設(shè)計(jì)時(shí)間。并為無經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師提供培訓(xùn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)需要解決多個(gè)設(shè)計(jì)問題時(shí)，該系統(tǒng)節(jié)省了一個(gè)小時(shí)的設(shè)計(jì)時(shí)間。
圖8系統(tǒng)功能的三種切割模具組件的自動(dòng)生成配置
5.結(jié)論
本文提出了一種用于建立切割模具組件自動(dòng)設(shè)計(jì)的參數(shù)系統(tǒng)的新方法，如穿孔沖頭，復(fù)合和沖裁矩陣。該方法開發(fā)的系統(tǒng)代表了由GAJA1和GAJA2兩個(gè)模塊組成的智能裝配模板。GAJA1負(fù)責(zé)直接輸入關(guān)于墊圈的形狀，尺寸和材料的模具設(shè)計(jì)問題，其以幾何特征的形式提取，并將相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)和特征傳遞到模塊GAJA2。GAJA2解釋輸入?yún)?shù)的當(dāng)前值，并使用公司的內(nèi)部制造和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)執(zhí)行切割模具組件的建模過程。提出的方法允許建立一個(gè)符合模具開發(fā)公司的具體標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，對(duì)于中小型企業(yè)而言是可負(fù)擔(dān)的。
通過該方法開發(fā)的系統(tǒng)已經(jīng)使用內(nèi)置的模塊部件設(shè)計(jì)，裝配設(shè)計(jì)和商業(yè)3D CAD系統(tǒng)CATIA V5的API實(shí)現(xiàn)，以及其關(guān)于切割模具組件建模的高級(jí)發(fā)布機(jī)制和功能和程序知識(shí)型。該系統(tǒng)的架構(gòu)允許納入沖壓公司的具體標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)通過約束空間執(zhí)行鏈接，解決設(shè)計(jì)問題，自動(dòng)執(zhí)行切割模具部件的建模，大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，并為無經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師提供培訓(xùn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)需要解決多個(gè)設(shè)計(jì)問題時(shí)，該系統(tǒng)可以節(jié)省高達(dá)1小時(shí)的設(shè)計(jì)時(shí)間。進(jìn)一步的研究工作將在于確定切割模具元件之間的間隙的依賴幾何設(shè)計(jì)參數(shù)的集成。由于該參數(shù)與切割壁的公差和質(zhì)量密切相關(guān)，研究工作將集中在確定沖裁和穿孔間隙的最佳值以及它們?cè)谙到y(tǒng)中的集成。之后，這將使系統(tǒng)的功能完整。進(jìn)一步的研究工作將在于確定切割模具元件之間的間隙的依賴幾何設(shè)計(jì)參數(shù)的集成。由于該參數(shù)與切割壁的公差和質(zhì)量密切相關(guān)，研究工作將集中在確定沖裁和穿孔間隙的最佳值以及它們?cè)谙到y(tǒng)中的集成。之后，這將使系統(tǒng)的功能完整。進(jìn)一步的研究工作將在于確定切割模具元件之間的間隙的依賴幾何設(shè)計(jì)參數(shù)的集成。由于該參數(shù)與切割壁的公差和質(zhì)量密切相關(guān)，研究工作將集中在確定沖裁和穿孔間隙的最佳值以及它們?cè)谙到y(tǒng)中的集成。之后，這將使系統(tǒng)的功能完整。
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