摘要 

        针对商用汽车零部件产品种类繁多、结构复杂、设计修改频繁等问题, 通过对其产品设计过程和变型设计技术进行研究,本文基于/软件平 台,运用知识工程、模块化技术、数据集成技术,建立了针对商用汽车典 型零部件的快速设计平台,克服了当前零部件设计中缺乏系统化理论、智 能化支持和严重依赖专家经验的不足,提高了零部件生产企业的整体设计 能力和设计效率、缩短设计周期,最大限度地满足了用户对商用汽车零部 件产品的快速设计需求,增强了商用汽车零部件生产企业的市场适应能力 和竞争力。商用汽车典型零部件快速设计平台实现了标准件的快速选用、 典型零部件的快速设计和驱动桥的快速设计三大模块的功能。并应用二次 

        开发技术对零部件模型的自动装配的做了进一步研究,实现了零部件的自 动装配。本文的主要工作内容有: 

        结合基于知识工程的设计模式和关键技术,对知识获取、知识表示、 知识推理和知识建模等进行了简要介绍,提出了知识建模的方法步骤,并 为快速设计平台建立了知识模型库。 

        针对商用汽车典型零部件快速设计平台中对零部件的设计重用,对 商用汽车典型零部件进行了分组分类,在此基础上,基于知识建模的设计 模式建立了丰富的零部件基础数据库和模型库。 

        应用自顶向下的总成设计模式,建立了骨架模型,完成了驱动桥的快速设计。 

        结合数据库,应用编程软件和/二次开发工具对/进行了二次开发,完成了商用汽车典型零部件快速设计平台的开发。  

        第一章绪论 

        .选题背景及意义 随着现代化进程的不断推进,我国加强了以高速公路、大型桥梁和长隧道、专业化码头等为重点的交通基础设施建设,形成了干线公路和高速公路网,有效提升了交通运输生产力水平,公路运输逐渐成为客货运输的主要方式。近些年来,被誉为“第三利润源泉”的现代物流业对汽车产业的发展也起到了巨大的推动作用。商用车辆是汽车产业的重要组成部分,在我国也是发展最为迅速,最为健康的汽车产业,年商用车的同比增长速度大概在%,年,汽车产销.万辆和.万辆,同比增长.%和.%,其中商用车产销.万辆和.万辆,同比增长.%和.%。年至月,我国汽车产销量分别为.万辆和.万辆,同比分别增长.%和.%,商用车产销分别为.万辆和.万辆。与我国乘用车领域主要被国际跨国汽车公司及其零部件供应体系所垄断不同,我国的商用车已具备较强的竞争力,商用车零部件配套体系比较完善,有较好的基础。尤其是改革开放以来,我国商用车整车通过对外合资、合作,得到了较大的发展,特别是重型车和大客车不但满足了国内市场需求,而且还出口到国际市场。同时,与之配套的零部件企业通过自主研发、引进技术、合资等方式,在一定程度上提升了我国商用车零部件的整体水平。

        但是从整体上看,目前我国商用车整车以及零部件生产企业主要以中小企业为主,相当一部分企业的设计水平非常低下,基本上是仿制。商用车零部件技术基础比较差、生产规模小、分散、低水平重复严重,基本上处于比较初级的状态。随着商用车整车技术水平的提高,档次提升和外资零部件的逐渐渗入,一些国内零部件企业会面临更大的竞争和调整,甚至会被边缘化.。因此,迅速提升我国商用车零部件企业的研发能力和自主创新能力已经成为零部件企业获得竞争优势的必然选择。 

        近年来山西省汽车工业发展也较快,产业规模有了较大增长,已形成重型汽车、专用车和汽车零部件等较为完善、相互配套的商用汽车产业体系。目前,全省汽车工业约有企业余个,其中重型汽车生产企业两个,专用车生产企业个,汽车零部件生产企业多个。到年,全行业销售收入将达到亿元,重型汽车生产能力达万辆以上,销售收入达亿元以上;专用车生产能力达万辆以上,销售收入达亿元以上;新能源汽车销售收入达亿元以上:微型汽车实现零突破,销售收入达到亿元以上:带动汽车零部件销售收入亿元以上。山西省汽车工业刚刚通过资源整合开始起步,几个大型汽车企业分属于不同的汽车集团,技术难以共享,大多中小企业还存在企业规模普遍较小,专用车产品档次较低,产品趋同化特征明显等诸多问题。汽车零部件企业专业化程度低,协作成套能力差,基本没有研发、测试能力等问题。这些问题已经成为阻碍我省汽车产业培育自主品牌,形成新的竞争优势的瓶颈问题。 

        太原市汽车零部件企业大多为中小企业,存在企业规模普遍较小,产业整体竞争力较差,技术水平不高,自主开发能力薄弱,技术投入不足,高端研发人才匮乏等问题, 

        因此迫切需要有一套综合考虑了成熟的设计方法、存储了大量相关数据与知识的设计软件系统来满足中小企业需求的快速设计系统来规范企业产品设计、提高设计质量,缩短生产周期,降低生产成本,增强商用汽车整车生产企业以及车零部件生产企业的市场适应能力和竞争能力。本项目的开展,将在商用车零部件领域为我市企业规模生产提供成熟的设计工具,从而大大提高企业自主研发和快速定制的能力。对于提高太原市车辆整车及零部件设计水平,促进整车及零部件产业持续、健康、稳定发展具有十分重要的意义。 

        论文通过对商用汽车零部件产品设计过程的研究分析,基于/软件搭建商用汽车典型零部件的快速设计平台,旨在提高零部件生产企业的整体设计能力,增强我市商用汽车零部件生产企业的市场竞争力。 

        .汽车零部件快速设计发展现状及趋势近年来国内汽车市场形势大好,产销量逐年递增,但国内汽车零部件生产企业的设计生产与国内汽车市场对零部件多样化的需求之间的矛盾也随之凸显出来,尤其是在商用汽车领域,校车、特殊用途专用车等车型的零部件产需矛盾比较明显。这就促使国内汽车零部件生产企业引入先进的软件,实现企业零部件产品的快速设计,以满足市场的需求。 

        也称快速响应设计,主要目的在于缩短产品设计周期。  

        快速设计技术, 是基于当前国内外市场对产品的多样化、复杂化、瞬变性等需求的趋势下提出并快速地发展起来的。快速设计是指从产品的概念设计阶段入手,针对市场和顾客对产品的不同需求,运用产品专用设计工具和专业设计知识,快速制定并使方案快速付诸实施的技术。产品快速设计不同于传统设计理论,是一种全新的理念,其主要目的是缩短产品设计周期的同时提高产品设计质量,重点放在缩短产品的设计开发周期上,主要着手产品总体结构和工艺设计方案。快速设计技 

        术的应用将进一步提高企业对市场的快速响应能力,达到提高市产品竞争力和市场占有率的目的。 基于国内外市场对产品需求朝着多样化、复杂化、瞬变性的发展趋势,产品投放市场的时间成为了决定产品市场竞争力的重要因素之一,推动了快速设计技术的快速发展。 

        年月,东京国际会议式提出了并行工程技术,旨在缩短产品设计周期的快速设计技术在此基础上形成并快速地发展起来。 年,美国以“快速设计与制造”为主题进行了专题讨论,此后,各国纷纷掀起了对快速设计理论及方法研究的热潮。 

        在国内对“快速设计”理论的研究始于年,在一些大学和研究机构里对“快速设计”理论展开了重点研究,在过去的十几年中,快速设计理念已融入到各个设计领域。

        陈永亮,徐燕申等对于机械产品快速设计平台的研究与开发做了研究噶。南京航空航天大学王珂着重研究了应用技术实现以机械产品快速设计为目标的快速设计系统的构建方法及关键技术,开发了支持工程机械产品开发的快速设计系统。王铁,张旭,王恒等开发了基于特征元的三维快速设计系统并将其应用到零件实体造型过程和计算机辅助工艺设计等过程的信息输入中,从而达到快速设计的目的。 

        等论述了基于知识工程的产品快速设计框架,在设计阶段就考虑了产品制造和装配的问题,能显著降低产品开发交货时间陋。 

        汽车零部件快速设计的实施需要开发或选用适用于企业产品特点的应用软件,为已有产品系列构建基础数据库,促进设计重用,充分发挥出的优势,达到提高新产品设计质量,缩短设计、生产周期的目标。 

        ..产品设计技术的发展趋势 

        随着汽车市场对零部件需求的品种多样化、结构复杂化、市场全球化,迫切要求零部件生产企业通过缩短产品设计和制造周期的同时保证产品高质量低成本来适应变化的市场需求。汽车零部件生产企业在产品设计中呈现出数字化、模块化、智能化等发展趋势。 

        数字化设计随着计算机技术的快速发展,软件不再局限于数据处理以及结构设计等,还用于新产品开发方案总体规划设计、制造工艺过程仿真、全面质量监控与分析以及产品成本评估等,使产品设计与生产周期大幅下降,在生产成本降低的同时保证了产品的质量,达到提高市场竞争力的要求。数字化设计已越来越多地应用于汽车、零部件生产企业。 

        模块化设计 随着汽车市场对零部件需求的品种多样化、结构复杂化的要求, 使得企业由传统的大批量生产向小批量、多品种方向发展。在设计过程中将复杂的产品分解为相对较小的模块,特别是一些通用模块,减少重复的设计工作,进而达到产品快速设计的目的。 

        智能化设计随着基于知识工程, 技术越来越多地应用于汽车零部件产品的设计中,产品设计呈现出智能化的发展趋势。此外随着计算机网络技术的飞速发展,使用企业网络的不同部门甚至不同企业的设计人员可通过网络平台联系在一起,围绕着一个共同的设计目标开展设计工作,通过交互协同、资源共享,将企业或相关设计人员的优势最大化,实现低周期高质量的设计。 

        .汽车零部件快速设计关键技术和工具 

        ..计算机辅助设计技术 

        计算机辅助设计技术, 产生于世纪年代后期发达国家的航空和军事工业中,指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作,随着计算机技术和信息技术的发展,技术在全球范围内迅速普及开来在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较,以决定最优方案。将数字、文字和图形等设计信息存入计算机中,在实现设计信息的快速检索与调用的同时可快速地完成输入草图输出工程图或三维模型等,从而减轻设计人员的工作量也能帮助设计人员及时修改设计,实现快速设计的高效与准确。对制造业来说,计算机辅助设计工具已成为大型企业技术中心设计人员不可或缺的工具,借助于工具,更快更好地进行新产品的研发,以达到迅速占领市场目的。针对我国机械行业的现状,在中小企业大力推广软件,提高我国机械制造行业的整体竞争力,使在激烈的国际化市场竞争中处于有利地位。 

        技术是面向现代设计要求而产生、发展的新型智能设计方法和设计决策自动化的重要工具。其基本思想是在工程设计中将该领域专家的知识和经验加以总结,形 规则,存入计算机,建立知识库,在对工程问题求解中重用已有的知识和经验。

        技术是对该领域专家知识的继承、集成、创新和管理,利用人工智能和技术结合,建立表示和处理知识的产品模型,并通过知识驱动进行智能推理和演绎,作出设计决策,并以人类专家的水平对工程问题提供最佳解决方案的计算机集成处理技术。 

        ..快速设计主要工具软件 

        随着计算机从大型机到微型机的发展,涌现出了一批比多功能、高性能的产品设计工具软件,广泛应用于汽车整车及零部件的设计生产企业,替代了传统的手工制图模式。目前汽车生产制造企业主要使用下面软件进行产品的设计,替代传统设计模式,提高设计质量,缩短设计周期以为代表二维设计软件:广泛应用于机械设计及制图、航空航天工业、土木建筑设计、城市规划设计、工程装饰装潢设计、园林设计、电子电路设计、服饰行业、轻工业等领域。 

        以/和、为代表的三维设计软件,具有丰富的二维、三维、参数化混合建模及数据管理等手段,可以实现从项目策划到具体的设计、分析、模拟、装配再到维护在内的整个工业设计流程,满足用户对于机械设计、机械加工、外型设计、设备与系统工程、工程可行性分析及仿真等的要求,帮助客户缩短设计生产周期、提高产品质量及降低成本。他们涵盖了从概念设计、三维模型设计、分析计算动态仿真、工程图输出、生产加工成产品等整个过程。并具有良好的数据接口,可将图 纸经不同的格式输出用于与、、、等软件进行数据交互。另外公司为/软件定制了/开发工具包,它提供了应用程序接口,使软件具有扩展/功能的能力,方便技术人员在软件已有功能的基础上进行二次开发,用以满足用户的特殊要求。这些软件广泛应用于汽车制造、航空航天工业、轮船工业、军工、仪器仪表等领域。 

        ..快速设计平台搭建主要工具 

        本设计平台基于/软件平台,应用/开发工具包提供的程序接口功能,应用完成对/的二次开发,扩展/功能,实现快速设计平台的搭 建。 

        公司为/软件定制了/开发工具包,它提供了应用程序接口,使/软件具有扩展自身功能的能力供技术人员在软件已有功能的基础上进行二次开发来满足用户的特殊要求。/使用面向对象方式的语言编程,并且提供了丰富的函数库和头文件用于资源调用,与此同时外部的应用程序通过这些函数也可以。 

        访问/.开始,公司推荐使用平台进行/软件的二次开发。是一套用于生成多种类型应用程序的完整的软件开发工具集。软件开发人员通过使用 基于组件的开发工具与技术来简化问题解决方案的设计、开工具集中 、 舟、 和发和部署。在崩等都使用相同的集成开发环境,利用相同的集成开发环境除了共享工具外还有利于混合编程语言解决方案的创建。 

        是系列应用软件之一,提供了表、窗体、查询、报表等来创建功能完整的数据库系统。能够存取、及其它兼容数据库内的详细资料。基于创建功能完善零部件参数数据库因其具有以下优点: 

        数据存储方式简单,便于软件开发人员日常维护与管理。 可以通过链接表的方式来打开文件并用数据库的高效率对其中的数据进行查询、管理,还可将作为前台客户端, 作为后台数据库用于大型数据库应用系统的开发。 

        .论文的主要研究内容 

        鉴于以上分析,本文通过对商用汽车零部件产品设计过程和变型设计技术的研究分析,总结常用零部件,特别是专用车核心零部件及其总成的标准化、模块化设计流程和标准化分解方案,建立产品基础数据库,基于/软件,运用知识工程、模块化技术、多物理量参数与数据集成技术建立了商用汽车典型零部件快速设计平台。论文的研究内容主要有: 

        通过分析汽车零部件各功能模块的设计使用要求和特点,结合三维建模相关技术,建立各功能模块零部件划分理论依据。基于零部件设计理论和三维建模技术,参照相关国际国家及行业标准,按照划分好的各功能模块收集零部件基础模型尺寸,建立零部件基础模型库。 

        结合基于知识工程的设计方法和关键技术,提出了知识建模的方法步骤,并为快速设计平台建立丰富的知识模型库。应用自顶向下的总成设计方法,通过骨架模型的方法,完成了典型总成一驱动桥的快速设计。 

        结合数据库,应用编程软件和/二次开发工具对/进行了二次开发,完成了商用汽车典型零部件快速设计平台的开发。  

        第二章产品快速设计平台架构 

        产品的快速设计是机械制造业设计的全新的理念,对快速设计理论与方法的研究和应用有着非常重要的现实意义,针对商用汽车典型零部件设计的要求,建立起专用的零部件设计数据库、三维模型库、知识库和算法库,并为其设计专门的数据管理系统。在此基础上通过对/软件平台的二次开发,建立起先进、实用、高效的商用汽车典型零部件快速设计平台。此快速设计平台是以零部件的模块化设计为基础,以商用汽车典型零部件设计知识的集成处理和重用为核心,用于支持关键零部件快速设计开发。商用汽车零部件制造企业的许多产品须围绕客户的特殊要求展开开发工作,部分企业用于产品研发时间占到整个产品生产周期的一半以上,直接导致产品的交货期过长,如果单纯为保证产品交货期的要求而压缩制造时间,将会使产品的质量下降,制约企业发展,使企业竞争力下降,而产品快速设计平台的建立是解决这一问题的有效手段。 

        .设计需求 

        在平台设计过程中应该充分考虑当前竞争激烈的汽车市场,要解决设计成本压缩、产品更新换代加快、设计时间明显压缩、市场需求个性化、产品设计多样化等实际问题, 并结合传统设计知识分散和现阶段我市相关产业研发能力不足,技术水平较低等现实, 立足快速、高效、高质量、低成本目标。本平台需具备快速设计、模块化设计、优化设计、基于知识的变型设计及标准化、系列化设计等功能特征。快速设计平台技术的应用能够进一步提高企业对市场的快速响应能力,达到提高市产品竞争力和市场占有率的目的。系统的性能需求主要体现在以下几个方面: 

        设计快速:为了解决传统设计中,设计资源冗余和设计过程的重复,充分发挥变型设计和数据库技术的优势,标准件可根据现有基础库中的原始件进行参数驱动的变型设计,而对典型零件采取知识积累的模式,通过相似元件数据的对比分析,应用知识方法获取设计基本参数,实现典型零件的设计。 

        数据的准确性、完整性及一致性:在零部件设计过程中,变形设计是基于基础元件库和基础数据库的,因此必须保证基础元件库和基础数据库中的数据要准确、完整并保证其一致性,故在构建基础元件库和基础数据库的过程中必须严格按照相关国际、国家及行业标准进行数据采集,在数据积累过程中亦要按照标准进行。 

        人机界面友好性:系统设计应立足于满足一般技术人员的使用,各功能模块选择与切换方面应尽量简洁,尽可能减少操作人员工作量,做到人机界面友好直观,操作简单,能够最大限度地方便用户使用。 

        易于维护:程序开发过程中,严格遵守软件工程要求,按照功能化、模块化进行程序开发并集成各类接口,各功能模块数据的输入、输出方式和格式要尽可保持一致, 便于程序的维护和升级。 

        .总体开发方案 

        根据设计需求,采用/三维设计系统,在建立丰富知识库的基础上,基于知识建模手段,为商用汽车典型零部件快速设计平台建立起支持变形设计的标准件及典型零 

        部件的三维模型库。结合知识库,建立必要的典型零部件有限元模型库。 

        通过研究主要零部件的结构,建立主要零部件结构及设计数据数据库,基于变形设计和技术,建立零部件三维模型,实现零部件的快速设计。通过定义标准实现各总成的模块化,实现对商用车主要总成进行分解,形成功能元,并最终形成模块化的设计系统。 基于/平台实现一个数据集成的智能化商用车零部件快速设计系统。设计系统采用 和数据库完成,主要零部件以知识模型的形式进行定义,通过表达式将结构设计及模块化设计的相关研究成果截面形状尺寸、装配关系等集成在各部件的三维模型中,通过数据库实现对核心设计数据的管理,从而实现一个数据集成的商用车零部件快速设计系统。 

        .系统架构 

        商用车快速设计系统如图.结构分为层,位于最底层的是数据层,包括零部件模型库、设计知识库和基础数据库构成的知识库:第层是应用支撑层,主要包括平台和数据库管理系统平台;第层是应用层,该层将设计知识与概念设计、零部件快速设计进行融合,以达到知识驱动的目的;位于最顶层的是展示层,该层通过应用界面设计技术构建良好的人机交互界面,使系统能够实时与用户进行交互,引导用户完成整个设计。 

        图系统架构 

        ..系统各功能模块 商用车零部件快速设计平台分为标准件设计、典型零件设计重用设计、总成设 计三大功能模块。 

        标准件设计 标准件的使用提高了零部件的互换性,一方面便于装配维修和批量生产大降低了产品的制造加工成本和使用成本,另一方面能够大幅度提高设计人员的绘图效率,避免不必要的重复劳动。在产品设计开发过程中使用标准件库将会节省大量的设计成本。标准件三维模型库的建立,使得工程师不必要将大量的时间用在简单的重复零件三维建模的工作上,进而造成设计资源浪费。如图.所示,在进入标准件模块后,设计人员需要根据自身需要选择标准件类型和规格尺寸,然后平台根据所选的参数完成参数驱动,并快速生成标准件三维模型。 

        图标准件设计模块 .典型零件设计本快速设计平台运用支持变型设计的知识建模方法建立包括钢板弹簧、制动蹄、制动鼓、摩擦片、制动底板、转向节、支座、卡箍、膜片弹簧、前轴、万向节矩形花键叉、万向节法兰、万向节焊接叉、滑动花键轴、十字轴等种非标准件的三维参数化模型, 

        运用知识建模,实现典型零件的快速设计。如图.所示,在进入快速设计平台后, 计人员需要根据自身需要选择非标零件的类型并手动输入零件的规格尺寸,经系统结构优化和实例修正后,平台根据优化后获得的参数完成参数驱动,并快速生成零件三维模型。新的三维模型将被存入系统的库中,使得实例库内容更为丰富。 

        这样有效地避免了出现设计或选用的零部件功能不符、加工工艺不合理和不经济等问题,同时使典型零件库更为丰富。 

        图典型零件设计模块总成设计 

        由一系列零件或者产品组成的一个实现某些特定功能的整体称为总成。如商用车上的离合器总成、发动机动力总成、传动总成、制动器总成、悬架总成以及驱动桥总成等等。根据总成设计需求运用知识建模方法建立总成中全部零件的三维参数化模型。快速设计平台总成设计有直接从可重用库获取模型、自顶向下设计和自底向上设计三种方式。通过自下而上方法总成设计时,需先从零件库和总成库中提取零件或总成,后将之插入装配体,然后根据设计要求建立零件约束配合关系。当用户需重用零件库中不在线的零件时,设计人员就需通过自下而上设计去为零件库增添新成员,所设计的总成中各个零件间的相互关系比较简单时,也可采用自下而的方法,由设计人员单独设计产品的零部件。此外,当用户不需要在关系中去控制零部件的尺寸时,可以让用户更加专注于单个零件的设计工作,提高设计质量。用户在对平台的使用过程的同时也能不断丰富零件库的内容。基于驱动桥总成的自顶向下.设计方法与步骤将在第三章详细介绍。总体设计流程如图所示 

        图.总成设计 

        .?数据维护 

        在快速设计平台的使用过程中需要通过数据库系统来实现数据的存储、访问、共享和修改。在快速设计平台的开发过程中,数据库部分应严格依照软件工程的要求,按照功能化、模块化进行平台的开发并集成各类数据接口,各功能模块数据的输入、输出方式和格式要尽可能保持一致,便于科学有效地管理与维护数据库系统,在保证数据的安全性、完整性和有效性的同时利于数据库系统的升级,数据维护已经成为零部件企业技 

        术中心信息化建设过程中的重要环节。 

        .本章小结 

        在分析商用汽车典型零部件快速设计平台需求的基础上,提出了总体设计方案及系统架构,并对系统进行了模块划分,并详细讨论了系统实现的核心功能模块。 

        第三章快速设计平台基础库的建立 

        零部件设计主要是对以往设计信息资源和经验的重用,针对商用汽车典型零部件快速设计平台中对零部件的设计重用,建立丰富的零部件基础数据库和模型库,使设计人员避免大量的重复设计同时能够投入更多的时间和精力在新产品的研发上,进而不断提高产品的性能来满足不同客户的需求,提高新产品的市场综合竞争力。本快速设计平台应用软件建立零部件参数的基础数据库,应用/三维建模软件建立关键零部件模型库。 

        .标准件数据库 

        标准件是指结构、尺寸、画法、标记等经过优选、简化、统一后使得各个方面已经完全标准化,形成特定规格系列,可供使用者直接选用并给予标准代号的由专业厂家生产的常用的零部件,如螺纹连接件、键、销、垫圈、轴承件、法兰件、密封件等等。标准件的使用提高了零部件的互换性,便于装配维修和批量生产大降低了生产和使用成本,另一方面能够提高设计人员的绘图效率和设计的标准化程度,减少错误发生率和避免重复劳动。据相关统计,在现有的机械产品中约有%~%的零件为标准件,标准件的使用极大地节省产品的制造加工成本,如果我们能在产品设计开发过程中使用标准件库的话,同样也将会节省大量的设计成本。标准件三维模型库的建立,使得工程师不必要将大量的时间用在简单的重复零件三维建模的工作上,进而造成设计资源浪费。标准件库是为基于/平台,在软件上添加标准件模型库的插件,用以帮助设计人员快速获得所需标准件三维零件模型,同时也能利用/软件自带功能,将得到三维模型生成二维工程图。以一个推力圆柱滚子轴承的模型为例:设计人员通常需要花费个小时的时间,依靠零件图纸参数来建立一个标准的轴承三维模型,而如果从标准件库中直接选用,只需要分钟就可以自动生成设计人员需要的轴承三维模型。 

        商用汽车零部件快速设计平台中的标准件库部分包括近种国家标准件模型。 

        ..标准件分类 

        标准件按标准可为国际标准、国家标准、行业标准如机械行业标 准、模具标准、汽车行业标准等。本平台的标准件库主要依据国家标准件来 建立数据库和模型库,标准件库建立了紧固件、法兰件、轴承件、密封件四类库。 

        国家标准件的紧固件包括键、垫圈、挡圈、销、铆钉、螺栓、螺钉和螺母 等个子部分。 国家标准件的法兰件包括管路法兰、法兰盖两部分。 国家标准件的密封件包括管路法兰用石棉橡胶垫片、管路法兰用金属齿形 垫片、管路法兰用金属环垫、管路法兰用缠绕式垫片四种。 国家标准件的轴承件包括圆柱圆锥轴承、球轴承两部分。 

        ..依据国家标准建立标准件数据库 

        在建立标准件数据库的过程中,依据《机械设计手册》中标准件的参数,选取 数据库来建立标准件关系数据库。主数据表内容如图.所示。 标准件主数据表的创建。新建一个 应用程序,如图? 

        在新添加数据表中,添加、、、和等字段,根据编 程需要,为数据表添加相应的内容。   

        各个标准件参数表创建。如图在数据库中新建数据表,依据《机械设计手册》中标准件的参数,为数据表添加相应的内容。全部数据表创建完成后,得到如图. 

        所示标准件基础数据库。  

        ..数据表关系 

        相对应的零部件表是通过主表中字段查询获得。如图所示,程序 在获得表中的值后检索得到“和“一两个表,表中查询的结果是通过该表中的值筛选获得,而其筛选条件值是与表一中的值对应。 

        基于知识建模创建的参数驱动的标准件模型中除了含有基本机械性能参数外还包含材料、零部件类型、图号以及其他一些辅助信息等。标准件模型里包含的丰富内容为设计人员进行标准件选择时提供更多的参考。基于知识建模充分发挥出快速设计平台的优势,避免出现设计或选用的零件性能不符,实现多领域知识的重用和共享,极大缩短开发设计的周期。基于知识建模创建标准件模型分为三个步骤: 

        用/软件创建标准件的三维模型,如图.运用参数、关系、族表等将标准件的三维模型实现参数驱动,各个参数符号及参数值与标准件数据库中对应; 

        将材料、零部件类型、装配约束信息以及其他一些辅助信息等融入模型中。 平键钧头侯键平键半圆键标牌铆钉空心铆钉圆螺母法兰调心球轴承推 球轴承滚针轴承滚子轴承 

        .典型零部件模型库 

        本快速设计平台运用模块化产品的知识建模方法建立包括钢板弹簧、制动蹄、制动鼓、摩擦片、制动底板、转向节、支座、卡箍、膜片弹簧、前轴、万向节矩形花键叉、万向节法兰、万向节焊接叉、滑动花键轴、十字轴等种非标准件的三维参数化模型,以及弹簧悬架和驱动桥两个总成,如图所示。基于模块化产品的知识建模就是利用知识来驱动产品开发的过程,以知识的获取、表示和建模为研究重点,以知识驱动为最终目的,使整个新产品开发的过程更具智能化,高效,优质地完成产品开发。平台中零部件以知识模型的形式进行定义,通过表达式将结构设计及模块化设计的相关研究成果集成在各部件的三维模型中。 

        ..零部件设计知识的获取 

        商用汽车典型零部件的快速设计是基于知识的设计,不同于过去仅仅基于经验的设计,要解决某类关键零部件在开发中遇到的问题,就需要通过多种渠道获得该领域中的知识。设计是否成功,关键就取决于其中现代知识的含量,所以知识的获取就成为了问题的关键。商用汽车典型零部件设计知识的获取主要包括以下个方面图.所示: 

        已有知识,主要是指过去商用车设计积累下来的全部知识。既包括以专业书籍和手册、专业期刊、专业学术会议以及国家标准和文献为载体的领域知识,又包括与行业专家面谈后获得的专家经验和心得等。 

        市场信息,涵盖了商用车零部件的需求信息、外购件的供货信息、设计成本信息和同类产品性能、价格等方面的竞争信息。 

        数字仿真,指通过和等仿真软件分析后,得到的结构、材料和制造优化方案。 

        样机试验,指通过商用车零部件实物试验采集到的信息。 用户回馈信息,主要是指商用车企业长期记录和观察它的产品运行、退化、恢复、再退化直到报废的全过程所得到的信息。 

        钢板弹簧主片制动蹄制动鼓摩擦片制动底板转向节。膜片弹簧 前轴万向节矩形花键叉万向节法兰万向节焊接又滑动花键轴十字轴钢板弹簧悬架驱动桥图典型零部件模型知识的表示 ,就是用知识的规则符号、形式语言和网 络图等把问题求解过程中所需要的各种知识表示出来,以便于计算机对知识合理地进行存储、处理、维护、检索、使用、增删、修改、推理和判吲。知识的表示分为实例的表示和设计方法的表示两个方面,本文采用设计方法表示的方式。 设计方法是对国家标准和专家经验的总结,系统主要采用产生式规则表达, 其基本形式为:前提结论。 

        在驱动桥设计中,首先就是确定整车参数,然后经过推理,得到驱动桥的部分参数的取值范围。例如中对牵引挂车车辆外廓尺寸和设计总质量的最大限值的规则表示如下:  

        ..知识建模 

        知识建模就是从知识库中收集和提取已有知识,并将获得的知识经过合理组织形成全新满足功能的信息模型后运用到系统实施的过程中。知识建模的过程就是将所获知识的有效组织和表示出来的过程。建立知识模型的关键在于知识的知识提取和合理的运用知识,而不是将知识直接映射出去。本零部件快速设计平台采用基于工程、几何、构形的知识建模方式。如图.所示流程图,知识库中包含了工程知识、几何知识、构形知识等,工程知识是指在零部件的设计中所集成进去的工艺知识和制造知识;几何知识是指零部件的和模型;构形知识是指决定零部件构成的规则、需求与关系的零件装配和几何特征之间的匹配关系们。 

        图知识建模流程 

        .?知识建模能够充分发挥系统的优势,避免出现设计或选用的零部件功能不符、加工工艺不合理和不经济的问题的同时实现多领域知识的重用和共享,大大缩短开发设计和加工制造的周期。知识建模将工程识包含在零部件模型中,几何特征被视为零部件上具有一定工程含义并且能够完成某些特定功能的几何体。 

        知识模型与模型集成将知识工程和理论相结合,在零部件三维模型创建过程中融入零件的几何参数特征,材料,装配特征等,建立特征与模型的关系,通过特征控制零件模型。知识模型不仅涵盖了产品的几何参数及装配信息等,而且将设计人员的设计理念及过程在模型中很直观地表达出来,更迎合现代产品设计的发展需要。 

        模型设计重用基于已有的产品设计进行新产品设计建模是实现产品快速设计的重要方法之一.用变量模型表示机械产品设计,这种方法的基本思想就是通过构建一个主模型来描述产品设计族,主模型是产品族设计中各种不同特征的联合体,产品族的实例通过主模型的特征参数控制重新生成。 

        ..知识驱动 

        零部件快速设计系统对商用车零部件进行模块化设计,商用汽车典型零部件主要有车架、驱动桥、悬架、连接件、制动系统等模块组合而成。各模块的设计各有特点,但其基本组成是相同的,如图所示。数据处理模块是关键,它根据输入的一主性能参数,经分析后输出一组设计参数,在对部分参数设计作出修改后,由模型驱动模块完成三维模型的修改。下面以驱动桥的设计为例说明软件开发的关键技术。 

        图知识库与各模块闻的关系. 通过/的知识驱动自动化技术在/系统下创建驱动桥的装配产品模型。用运参数、关系、族表等将典驱动桥各个装配单元的三维模型实现参数驱动。 

        在各零部件的建模过程中尽可能多的建立参数间的关系,尽量使自变参数减少,一方面减少平台后续的程序开发时的工作量,另一方面为将来平台的使用人员减少设计工作量。将材料、零部件类型、装配约束信息以及其他一些辅助信息等融入模型中。数据集成,利用/和 将设计公式和专家经验集成到数据处理模块中为模型的修改和设计提供建议。 

        .总成设计 

        传统的总成设计方法是先单独把零件建构出来,再一一装配成产品模型,装配操作复杂,尺寸修改因难,设计变更时消耗大量的时间,而且不符合设计意图,整个产品开发项目不易管理难以实施和推动协同并行设计。自顶向下设计是一种设计思想,一种自上而下、先规划整个产品的结构后往下作细节逐步细化的设计过程,设计流程符合设计思路,即:总体布置一总体结构;总体结构一部件结构;部件结构一部件零件。自顶向下设计思想也就是将复杂的大问题分解为相对简单的小问题,然后找出每个问题的关键、重点所在,然后用精确的思维定性、定量地去描述问题,其核心本质是”分解”。/的?设计方法可以有效传递设计意图,通过/基本的相关性功能,设计意图的变更可以自顶向下的进行传递直到最底层的零件和图纸。只需修改骨架尺寸,所有的关联零件便会自动再生,进而提高产品的可修改性,在降低设计人员的工作量的同时保证各零部件设计的上下一致性。对于相对比较独立的零部件需进行模块化处理,以便更好地将这些零部件推广应用到其它机械产品上,提高零部件的重用性。?设计方法能够有效解决复杂机械产品的开发设计,设计准确程度比较高。在产品开发中应用自顶向下的方法可使产品开发易于管理,顶层设计师的设计意图能够在团队中很好的进行传递和共享,利于在设计团队中实施和推动并行工程与协同设计。自顶向下设计主要工具有:布局、骨架、发布几何、复制几何等?。下面以自顶向下方法完成驱动桥总成的设计。 

        ..总体设计意图定义 

        驱动桥是汽车处于动力传动系的末端的一个重要总成,传递着传动轴或变速器传来的最大的转矩,并将动力合理的分配给驱动车轮。驱动桥承受着载重车的满载重量和路面经车轮、车架或车身给予的横向力、纵向力、铅垂力以及冲击载荷等。驱动桥的结构形式和设计参数对汽车的可靠性、耐久性、动力性、经济性、平顺性和操纵稳定性等有着重要影响。所以,在进行驱动桥设计时首先就确定驱动桥总成的结构型式及布置,并根据总体设计意图,选择合理的轮距和簧距等总体设计参数值。驱动桥主要技术参数是在满足整车性能要求下进行设计确定的过程。在整车总体设计确立了汽车的长、宽、高、轴距、轮距等的控制尺寸以及动力总成、前后桥、传动轴和车轮等的轮廓尺寸和位置等后,驱动桥设计尺寸参数服从总体布置设计的前提下中逐步细化内部结构和参数。所选择的驱动桥总成的结构型式应当满足整车性能要求和生产条件,保证和整车的其他部件结构型式与特性适应性,达到预期设计意图。在驱动桥设计过程中应主要考虑以下几个方面: 

        主减速器的速比要选择适当,既要使汽车具有足够的动力性,也要充分考虑燃油经济性。 

        主减速器和差速器等传动件在汽车行使过程工作平稳性、噪音大小,以及在各种载荷和转速的工况下具有较高传动效率。具有足够的强度和刚度,用以承受和传递载重车的满载重量和路面经车轮、车架或车身给予的横向力、纵向力、铅垂力以及冲击载荷等。尽可能降低主体质量,用以减轻路况较差时本体所受的巨大冲击载荷,从而提高汽车行驶过程中的平顺性。 

        外廓尺寸小且结构简单,易于加工和维修调整。在满足整车对驱动桥设计要求下,确定驱动桥的主要参数,将总体设计意图细化到驱动桥的具体参数如轮距,簧距,差速器壳的内球面直径,主动锥齿轮安装距,从动锥齿轮安装距,主动锥齿轮上下偏距,桥壳厚度,半轴法兰盘均布直径,主动锥齿轮前止推面到法兰盘前端面的距离等。 

        ..创建并完善骨架模型 

        产品的装配结构包含骨架模型和各零件模型,骨架模型包含整体设计意图,并驱动各零件模型。驱动桥骨架的构成如图.所示。分为总骨架,部件骨架和零件骨架三个层次。 

        图骨架构成 . 

        驱动桥总骨架模型通过下面三个步骤如图.仓建并完善: 

        建立基础坐标系。建立驱动桥总成坐标和差速器中心坐标。建立基准平面,中心轴线和定位点等。如图.所示,依据总体设计参数创建法兰盘前端面,驱动桥中性面,驱动桥左右对称面,右板簧中心面,桥壳左端面,主动锥齿轮中性面,主动锥齿轮左右对称面,半轴中性面等基准面;创建主动锥齿轮轴线,半轴轴线,十字轴轴线等中心线:创建主动锥齿轮节锥顶点距,从动锥齿轮中心顶点等定位点。 

        创建法兰盘螺栓均布直径,差速器左壳左端内径,差速器右壳右端外径及花键内径,差速器壳的内球面直径,左半轴左端外直径等径向参数。 

        ..设计信息的传递 

        骨架可以将设计信息保存在一个集中位置,并与单独元件共享这些信息。通过下面三个步骤完成设计信息的传递。 利用发布几何工具,发布差速器、桥壳、桥壳前盖、主减速器、半轴、轮毂等信息。将与各个部件设计相关的基准平面,中心轴线,定位点以及直径参数等几何特征发布。 

        在新建的差速器、桥壳、主减速器、半轴、轮毂等组件中,需要将总骨架中的“发布几何”复制到各自组件中,而后基于这些几何特征进行建模。对骨架实现模型实现知识驱动,为快速平台的开发做好准备工作。通过设计信息的传递,使得设计人员不必访问整个组件结构就可以对整个组件进行严格的控制。同时设计人员对骨架所做的任何设计更改,都将传递到元件。  

        驱动桥总成由桥壳、差速器、半轴、轮毂、制动毂、主减速器等组成。 桥壳驱动桥壳的主要功用是支承汽车质量,将车轮传来的路面反力和反力矩经悬架传递给车身,同时又作为主减速器、差速器和半轴的载体。桥壳左端面到桥壳左右对称面的距离,桥壳厚度,轮毂轴管左端面到桥壳左右对称面的距离三个主要参数通复制几何从总骨架中获得。 

        差速器由左壳、右壳、十字轴、半轴齿轮和星形齿轮等装配而成,用于左右半轴的连接。通过差速器两侧车轮实现不同角速度旋转,进而保证在汽车转弯时车轮能够正常滚动。差速器安装定位尺寸通过复制几何从总骨.