產(chǎn)品更改設(shè)計(jì)中尺寸數(shù)據(jù)傳遞流程分析

尚俊芝，楊 波，馬 寧，高常青

（濟(jì)南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山東濟(jì)南250022）

產(chǎn)品更改設(shè)計(jì)主要包括結(jié)構(gòu)更改設(shè)計(jì)與尺寸更改設(shè)計(jì)兩個方面，鑒于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)更改設(shè)計(jì)的廣泛性與復(fù)雜性，提出一種有效的理論分析方法來解決產(chǎn)品更改設(shè)計(jì)全過程中的尺寸更改傳播問題迫在眉睫。

尺寸關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)與尺寸變更路徑是尺寸更改傳播研究的2個主要方面，近年來逐漸吸引了學(xué)者們的關(guān)注。機(jī)械產(chǎn)品的復(fù)雜程度很大方面取決于其組成零件的復(fù)雜性，且除了零件之間存在尺寸關(guān)聯(lián)外，單一零件內(nèi)部也存在尺寸關(guān)聯(lián)［1-2］。陳艷華等［3］為建立裝配體尺寸模型，引入圖論中“樹”的概念，基于“路徑最短”和“高精度優(yōu)先”原則，建立了功能尺寸與零件尺寸間關(guān)系的樹圖；為了管理多階段產(chǎn)品開發(fā)過程中的多個更改傳播，鮑強(qiáng)偉、Li等［4-5］根據(jù)變型設(shè)計(jì)中產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與參數(shù)之間的關(guān)系，構(gòu)造了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹和裝配關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，提出了考慮產(chǎn)品裝配關(guān)系的參數(shù)傳遞方法，建立了裝配關(guān)系的關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；Kim、高飛等［6-7］根據(jù)變型設(shè)計(jì)中產(chǎn)品的尺寸約束和參數(shù)傳遞特點(diǎn)，對構(gòu)件進(jìn)行了分類，通過修改相似的構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的變型設(shè)計(jì)；Chen等［8］提出了一種基于屬性的、面向?qū)ο蟮漠a(chǎn)品更改設(shè)計(jì)方法，用于有效和全面地進(jìn)行變型產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的更改影響分析；劉彥臣等［9］通過單元體的分解技術(shù)識別并提取零件的特征，獲得了需要關(guān)聯(lián)協(xié)調(diào)解決的零部件間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和參數(shù)，提出了面向產(chǎn)品關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的廣度優(yōu)先遍歷算法，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型關(guān)聯(lián)傳播范圍的求解；王曉慧、荊洪英等［10-11］提出了目標(biāo)尺寸和相關(guān)尺寸的概念，并以裝配基準(zhǔn)為節(jié)點(diǎn)，探討了目標(biāo)尺寸的形成過程，推導(dǎo)了目標(biāo)尺寸與相關(guān)尺寸的關(guān)系表達(dá)式；彭翔等［12-14］通過分析對應(yīng)的產(chǎn)品特性參數(shù)間的關(guān)聯(lián)性，提出一種更改傳播路徑的搜索方法，建立了產(chǎn)品特性參數(shù)結(jié)構(gòu)化關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)模型；徐新勝等［15］提出了基于多重選擇目標(biāo)規(guī)劃的產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)方法，主要包括產(chǎn)品定制特性及其目標(biāo)規(guī)劃模型，以及產(chǎn)品定制特性與零件參數(shù)的關(guān)聯(lián)模型；劉云夫等［16］提出將參數(shù)化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于大批量定制產(chǎn)品配置領(lǐng)域，在建立產(chǎn)品參數(shù)化模型的基礎(chǔ)上，建立了配置產(chǎn)品尺寸約束關(guān)系網(wǎng)絡(luò)；鄭玉潔等［17］提出了復(fù)雜產(chǎn)品工程變更傳播路徑動態(tài)優(yōu)化法，從全局角度出發(fā)獲得了對復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)影響最小的變更傳播路徑；陳進(jìn)平等［18］采用驅(qū)動參數(shù)建模方法，在傳統(tǒng)產(chǎn)品參數(shù)建模的基礎(chǔ)上構(gòu)建了產(chǎn)品驅(qū)動參數(shù)關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)模型。

綜上，對于產(chǎn)品的尺寸更改傳播，目前多數(shù)研究主要集中于關(guān)聯(lián)傳播路徑的算法以及關(guān)聯(lián)關(guān)系分析等幾個方面，而關(guān)于產(chǎn)品的更改如何在零件間尺寸及零件內(nèi)尺寸傳播的問題仍亟待解決。為此，筆者提出了產(chǎn)品更改設(shè)計(jì)過程中的尺寸數(shù)據(jù)傳遞流程分析方法，面向更改傳播的全過程，建立從更改源到零件直至零件內(nèi)部特定尺寸的更改傳播方法。

1 產(chǎn)品尺寸關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的基本邏輯結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品尺寸關(guān)聯(lián)既存在于多個零件的裝配尺寸間，又存在于零件自身的多個尺寸間。尺寸間的關(guān)聯(lián)是尺寸更改傳播的基礎(chǔ)。

1.1 基本參數(shù)關(guān)系定義

一個裝配體往往由多個零件組成，相互配合的零件間存在相互約束關(guān)系，定義裝配關(guān)系中受初始更改需求影響的零件為上位零件；由于配合零件間的相互約束關(guān)系，上位零件必會影響其他零件，定義被上位零件影響的零件為下位零件；當(dāng)下位零件繼續(xù)影響其他零件時，此時下位零件轉(zhuǎn)換為上位零件。上下位零件之間必然存在著尺寸與結(jié)構(gòu)等多方面的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

如果2個零件間存在關(guān)聯(lián)，則這2個零件的參數(shù)間必存在關(guān)聯(lián)，其邏輯關(guān)系為：

?Pi, Pj, if Pi, Pj存在關(guān)聯(lián), ?pj,r= fij( pi,l)其中：fij表示零件Pi到Pj的參數(shù)映射關(guān)系函數(shù)。

對于某一外部更改需求，基于零件之間的裝配關(guān)聯(lián)可知，必定存在從上位零件指向下位零件的更改傳播路徑，而基于上述零件參數(shù)間的映射關(guān)系函數(shù)可知，必然存在裝配體內(nèi)相關(guān)零件的尺寸關(guān)聯(lián)傳播。

1.2 更改傳播邏輯元

設(shè)計(jì)更改從上位零件向下位零件的傳播與2個零件之間的功能和結(jié)構(gòu)邏輯關(guān)系有關(guān)，而尺寸特性之間存在配合關(guān)系、輸入與輸出的匹配關(guān)系。為了簡化更改分析，在梳理零件間復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系的基礎(chǔ)上，基于更改傳播的特點(diǎn)，將零件尺寸特性傳遞的邏輯關(guān)系分為“and（與）”“or（或）”以及“inherit（繼承）”，并建立構(gòu)成更改傳播網(wǎng)絡(luò)的基本單元——更改傳播邏輯元。

1）“and”邏輯元：當(dāng)某父代零件的某一尺寸特性參數(shù)更改時，2 個或多個子代零件的尺寸特性參數(shù)必同時更改，其模型結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示。當(dāng)2 個子代零件形成“and”邏輯關(guān)系時，這2 個子代零件必同時受其父代零件相同設(shè)計(jì)參數(shù)的影響，即E（P2，P1）∩E（P3，P1）≠?。

2）“or”邏輯元：當(dāng)某父代零件的某一尺寸特性參數(shù)更改時，2個或多個子代零件中僅一個子代零件的尺寸特性參數(shù)發(fā)生更改，其模型結(jié)構(gòu)如圖1（b）所示，此時。

3）“inherit”邏輯元：子代零件完全繼承父代零件的尺寸特性參數(shù)更改信息，其模型結(jié)構(gòu)如圖1（c）所示，此時，E（P2，P1）=E（P1）。

鑒于“inherit”邏輯關(guān)系的實(shí)現(xiàn)較為簡單、直觀，本文僅針對“and”“or”邏輯關(guān)系展開討論。

1.3 尺寸關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)流

尺寸關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)是將單個零件的尺寸變更設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為2個甚至2個以上零件之間的尺寸變更設(shè)計(jì)，這種關(guān)聯(lián)外部表現(xiàn)為零件和零件之間的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)和尺寸驅(qū)動，內(nèi)在體現(xiàn)為零件內(nèi)具體特征之間的尺寸驅(qū)動。因此，尺寸關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的本質(zhì)是數(shù)據(jù)在產(chǎn)品內(nèi)對象間的流動或傳遞，即數(shù)據(jù)流，這種數(shù)據(jù)流可以記錄和表達(dá)零件間以及零件內(nèi)部特征間更改傳播全過程的數(shù)據(jù)流向，通過該數(shù)據(jù)流可以追溯關(guān)聯(lián)零件間以及零件內(nèi)部特征間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)向上進(jìn)行來源分析，向下進(jìn)行變更影響分析。尺寸關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)流如圖2所示。

圖1 更改傳播邏輯元模型Fig. 1 Change propagation logic meta-model

圖2 尺寸關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)流Fig. 2 Data stream of dimension correlation design

2 零件間尺寸的更改傳播

裝配體各零件間存在各種裝配關(guān)系，任何一個零件的更改都會引起與之相配合零件的關(guān)聯(lián)更改。同時，裝配關(guān)系的存在使得零件間的尺寸也存在關(guān)聯(lián)，建立裝配體內(nèi)相關(guān)零件的尺寸關(guān)聯(lián)邏輯結(jié)構(gòu)是零件間尺寸更改傳播的基礎(chǔ)。

2.1 零件間尺寸關(guān)聯(lián)路徑

裝配體中的尺寸分為2類：一類是保證強(qiáng)度和剛度的尺寸，通常為某一個尺寸；另一類是確保裝配和運(yùn)行正常的關(guān)聯(lián)尺寸，包括某些零件的配合尺寸、零件裝配所需的空間尺寸等。關(guān)聯(lián)尺寸的目標(biāo)尺寸通常由多個零件尺寸構(gòu)成，而其更改傳播發(fā)生的根本原因是裝配體內(nèi)零件參數(shù)之間存在相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，為保證該類目標(biāo)尺寸，必須建立裝配體內(nèi)零件間參數(shù)驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)模型，步驟如下：

1）建立產(chǎn)品關(guān)聯(lián)零件集合P=｛P1，P2，…，Pn｝。以圖3（a）所示的虎鉗為例，其關(guān)聯(lián)零件集合P=｛P1，P2，。

圖3 虎鉗三維模型及其零件間關(guān)聯(lián)關(guān)系Fig. 3 Three-dimensional model of vise and the correlation relationship among its parts

表1 虎鉗中各零件的三維模型及參數(shù)集Table 1 Three-dimensional model and parameter set of each part in the vise

3）分析零件間裝配關(guān)系，建立零件間關(guān)聯(lián)關(guān)系模型?；诹慵g的關(guān)聯(lián)，建立基于無向圖的零件間關(guān)聯(lián)關(guān)系模型，如圖3（b）所示；該關(guān)聯(lián)關(guān)系模型還可進(jìn)一步表示為用數(shù)學(xué)描述的、更為清晰的連接圖，如圖3（c）所示，其中“1”表示存在關(guān)聯(lián)，“0”表示不存在關(guān)聯(lián)。

4）根據(jù)表1，分析圖3（a）中相關(guān)聯(lián)零件的父代零件是否有共同的影響參數(shù)，并依據(jù)1.2節(jié)中的定義，確定子代零件之間的邏輯關(guān)系，即“and”“or”或“inherit”三種關(guān)系，建立第1層更改傳播路徑。

5）以第1層更改傳播路徑的子節(jié)點(diǎn)為更改源，重復(fù)步驟4），進(jìn)行迭代搜索。

6）確定搜索終止條件。一般情況下，認(rèn)為更改是單向的，即尺寸的更改不形成閉環(huán)反饋，因此在搜索過程中，當(dāng)路徑中某一個分支出現(xiàn)與父節(jié)點(diǎn)重復(fù)的零件，則搜索停止。在某產(chǎn)品的零件間關(guān)聯(lián)路徑圖中，為表達(dá)搜索過程的完整性，用虛線圓表示終止節(jié)點(diǎn)，且該節(jié)點(diǎn)不計(jì)入傳播路徑。

以虎鉗為例，假設(shè)初始更改尺寸發(fā)生在活動鉗身P2上，根據(jù)表1中所示的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以得到如圖4所示的虎鉗的零件間關(guān)聯(lián)路徑。

在圖4 中，初始更改源零件為活動鉗身P2，第1層路徑為“or”關(guān)系，因此可將該路徑分為3 條支路，選取第1條支路，去掉冗余節(jié)點(diǎn)后可以得到其更改傳播路徑，如圖5所示。

圖4 虎鉗的零件間關(guān)聯(lián)路徑Fig. 4 Correlation path between the parts of vise

圖5 虎鉗的某一條零件間更改傳播路徑Fig. 5 One change propagation path between the parts of vise

2.2 零件間尺寸關(guān)聯(lián)傳播路徑

基于零件間的關(guān)聯(lián)路徑分析零件間尺寸關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以進(jìn)一步得到零件間尺寸關(guān)聯(lián)傳播路徑。

以圖5所示的更改傳播路徑為基礎(chǔ)，假設(shè)活動鉗身P2中初始更改尺寸參數(shù)為p2，7，根據(jù)表1 可建立基于初始更改參數(shù)的虎鉗的零件間尺寸關(guān)聯(lián)傳播路徑：

首先，基于圖5所示的零件間更改傳播路徑和表1，分析活動鉗身P2的尺寸參數(shù)p2，7與其子代零件底座P1尺寸參數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，得尺寸p2，7影響尺寸p1，10，即

p2，7→p1，10；

然后，分析底座P1與固定鉗身P4的尺寸關(guān)聯(lián)關(guān)系，得尺寸p1，10影響尺寸p4，5，即p1，10→p4，5；分析固定鉗身P4與銷軸P6的尺寸關(guān)聯(lián)關(guān)系，得p4，5不影響銷軸P6的尺寸。綜上，可得：

最后，基于上述過程，可得基于尺寸p2，7的更改傳播路徑為p2，7→p1，10→p4，5。

零件間尺寸的更改傳播路徑表達(dá)了尺寸更改在裝配體中從上位零件尺寸到下位零件尺寸的基本傳遞邏輯。

3 零件內(nèi)部尺寸的更改傳播

零件間更改傳播是基于零件間以及零件尺寸間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行的，這種更改傳播最終要體現(xiàn)在零件內(nèi)部尺寸的變動上。深入零件內(nèi)部關(guān)聯(lián)尺寸的層面進(jìn)行尺寸更改傳播分析，能夠確定關(guān)聯(lián)關(guān)系來自零件的哪個尺寸參數(shù)，為分析從更改源到零件直至零件內(nèi)部特定尺寸的更改傳播全過程中的數(shù)據(jù)流提供支持。

3.1 零件內(nèi)部尺寸關(guān)聯(lián)模型

在尺寸關(guān)聯(lián)更改中，初始更改尺寸通過零件內(nèi)部尺寸的關(guān)聯(lián)引發(fā)新的尺寸更改，新的尺寸更改又會進(jìn)一步引發(fā)其他尺寸更改，形成尺寸更改傳播。

一般意義上，零件內(nèi)部尺寸更改傳播模型由父尺寸特性參數(shù)、幾個子尺寸特性參數(shù)以及約束關(guān)系組成。以虎鉗底座為例，其零件內(nèi)部尺寸更改的基本傳播模型如圖6（a）所示，其中R1表示尺寸參數(shù)p1，1與尺寸參數(shù)p1，2、p1，3、p1，4間的函數(shù)約束關(guān)系。在此定義子尺寸特性參數(shù)之間相互獨(dú)立，根據(jù)尺寸特性參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，父尺寸特性參數(shù)的更改會影響子尺寸特性參數(shù)中的某一個或幾個參數(shù)。基于零件內(nèi)部尺寸關(guān)聯(lián)模型的復(fù)雜性，父、子尺寸特性參數(shù)間往往體現(xiàn)為層層迭代的關(guān)系，因此，可基于零件內(nèi)尺寸的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立零件內(nèi)層級尺寸約束，如圖6（a）為單層級尺寸約束，在單層級尺寸約束的基礎(chǔ)上進(jìn)行迭代，得到如圖6（b）所示的多層級尺寸約束。

圖6 虎鉗底座內(nèi)部層級尺寸約束Fig. 6 Internal level dimension constraint of vise base

3.2 零件內(nèi)部尺寸關(guān)聯(lián)更改過程

零件內(nèi)部尺寸的關(guān)聯(lián)更改是在零件建模過程的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此對零件建模過程的分析必不可少。零件建模過程主要分為草圖繪制與特征生成兩個過程；而在特征生成時，零件的特征屬性分為子特征與父特征。在進(jìn)行零件內(nèi)部尺寸關(guān)聯(lián)更改時，需先對父、子特征的草圖尺寸進(jìn)行分析，再對特征生成時的尺寸約束關(guān)系進(jìn)行分析，具體流程如圖7所示.

零件結(jié)構(gòu)分析的主要步驟為：

1）對零件總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，建立其建模過程的樹狀控件；

圖7 零件內(nèi)部尺寸關(guān)聯(lián)更改分析流程Fig. 7 Analysis flow of internal dimension correlation change of the part

2）基于對零件建模過程的分析，對零件內(nèi)部尺寸關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行分析，建立零件內(nèi)部尺寸關(guān)聯(lián)圖；同時分析各尺寸間的關(guān)聯(lián)屬性，確定尺寸關(guān)系的類型，如典型函數(shù)關(guān)系、相等型關(guān)系或相容型關(guān)系，建立尺寸之間顯式或隱式的函數(shù)關(guān)系。

在零件結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，完成零件內(nèi)部尺寸關(guān)聯(lián)更改，具體步驟為：

1）確定初始更改尺寸，并將它定義為父特征尺寸；

2）搜索尺寸關(guān)聯(lián)圖中與該初始更改尺寸關(guān)聯(lián)的尺寸特征，作為子特征尺寸，并確定父、子特征尺寸間的尺寸關(guān)系類型；提取并建立尺寸關(guān)聯(lián)單元，完成第1層尺寸更改；

3）以第1層尺寸更改中的子特征尺寸為父特征尺寸，重復(fù)步驟2），直至子特征尺寸為已經(jīng)更改過的父特征尺寸，更改終止；

4）以尺寸更改結(jié)果為依據(jù)，完成零件模型的參數(shù)化變更。

圖7右側(cè)部分為虎鉗固定鉗身P4內(nèi)部的尺寸關(guān)聯(lián)分析過程。

4 產(chǎn)品尺寸更改傳播全過程

產(chǎn)品尺寸更改傳播的全過程主要包含了尺寸在零件間及零件內(nèi)的傳播過程。

在尺寸更改傳播過程中，先對零件及零件尺寸進(jìn)行定義，建立零件關(guān)聯(lián)關(guān)系模型，并在此基礎(chǔ)上，分析初始更改零件對下位零件的影響，建立第1層零件關(guān)聯(lián)路徑；再將第1層零件關(guān)聯(lián)路徑的子節(jié)點(diǎn)作為上位零件，以搜索其下位零件，迭代搜索直至父代零件重復(fù)出現(xiàn)后停止，建立零件間的關(guān)聯(lián)路徑并對它進(jìn)行簡化；基于簡化的傳播路徑，進(jìn)行零件間尺寸傳播分析，建立零件間尺寸關(guān)聯(lián)傳播路徑，以完成零件間的尺寸傳播。

在零件間尺寸關(guān)聯(lián)傳播路徑的基礎(chǔ)上，對路徑中涉及的零件進(jìn)行零件內(nèi)尺寸傳播分析。首先建立零件內(nèi)單層級尺寸約束，并建立第1層尺寸更改傳播路徑，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行迭代搜索直至重復(fù)出現(xiàn)變化過的尺寸；完成零件內(nèi)尺寸更改傳播路徑的建立。

由于產(chǎn)品內(nèi)零件的尺寸關(guān)系錯綜復(fù)雜，變更尺寸間存在相互影響的情況，主要包含以下2個方面：

1）零件內(nèi)的變更尺寸會繼續(xù)影響其他零件尺寸，即零件內(nèi)的尺寸傳播將轉(zhuǎn)化為零件間的尺寸傳播，因此可以按照零件間尺寸傳播方式進(jìn)行分析。

2）零件間與零件內(nèi)尺寸交互影響，存在多個尺寸同時影響一個尺寸的情況，但零件間裝配約束關(guān)系使得尺寸間存在定量約束關(guān)系，因此，可以根據(jù)定量約束關(guān)系確定多個尺寸的不同變化對同一尺寸產(chǎn)生的影響。

以虎鉗為例，假設(shè)其初始更改尺寸為p2，7，則虎鉗零件間的尺寸傳遞路徑為p2，7→p1，10→p4，5，在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步形成P2、P1、P4三個零件內(nèi)的尺寸傳遞路徑；但由于尺寸間相互影響，更改后的尺寸可能會進(jìn)一步影響其他尺寸，例如p2，6影響p1，9、p2，1影響p1，1，進(jìn)一步建立相互影響的尺寸間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖8 所示，并根據(jù)約束關(guān)系進(jìn)行其關(guān)聯(lián)尺寸的分析。圖中虛線連接的2個尺寸為重復(fù)出現(xiàn)尺寸。

圖8 虎鉗更改設(shè)計(jì)時的尺寸數(shù)據(jù)傳遞流程Fig. 8 Dimension data transfer process during vise change design

5 卷板機(jī)更改設(shè)計(jì)實(shí)例分析

以卷板機(jī)更改設(shè)計(jì)為例進(jìn)行分析，驗(yàn)證上述方法的可行性。卷板機(jī)是對板材進(jìn)行連續(xù)壓彎的塑形機(jī)床，其結(jié)構(gòu)如圖9所示。卷板機(jī)的工作原理為：上輥對板材形成壓力，下輥旋轉(zhuǎn)帶動板材運(yùn)動，使金屬板經(jīng)過連續(xù)彎曲后產(chǎn)生塑性變形，從而卷制成所需的圓筒、錐筒或它們的一部分。卷板機(jī)結(jié)構(gòu)可劃分為4個功能單元：調(diào)節(jié)單元、卷板單元、傳輸單元以及驅(qū)動單元。不同板材對卷板機(jī)要求不同，因此需要對卷板機(jī)部分零件的尺寸進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同需求。通過本文所提出的方法分析卷板機(jī)更改設(shè)計(jì)中完整的、從初始更改源直至某一具體零件內(nèi)部的尺寸數(shù)據(jù)傳遞流程。以卷板機(jī)驅(qū)動單元為例進(jìn)行詳細(xì)說明。

5.1 卷板機(jī)驅(qū)動單元零件間尺寸的更改傳播

圖9 卷板機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 9 Structure diagram of veneer reeling machine

卷板機(jī)內(nèi)部零件的關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖10所示。圖中帶有箭頭的曲線表示零件間對應(yīng)結(jié)構(gòu)具有裝配關(guān)系，顯然，它們之間形成了結(jié)構(gòu)與尺寸上的關(guān)聯(lián)關(guān)系。由于驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)對稱，本文只分析其部分結(jié)構(gòu)。

卷板機(jī)驅(qū)動單元中各零件的參數(shù)集如下：

圖10 卷板機(jī)驅(qū)動單元內(nèi)部零件的關(guān)聯(lián)關(guān)系Fig. 10 Correlation relationship of internal parts in the drive unit of veneer reeling machine

假設(shè)為增大扭矩需要增大驅(qū)動軸P2的直徑，根據(jù)配合關(guān)系可以得到如圖11所示的卷板機(jī)驅(qū)動單元的零件間關(guān)聯(lián)路徑。

圖11 卷板機(jī)驅(qū)動單元的零件間關(guān)聯(lián)路徑Fig. 11 Correlation paths between parts in the drive unit of veneer reeling machine

以圖11 中的路徑2 為例，分析初始更改驅(qū)動軸P2的尺寸p2，10對軸瓦P4尺寸產(chǎn)生的影響，得到p2，10→p4，2，而p4，2的更改又會影響上軸承座P3的尺寸p3，2，得到p4，2→p3，2，以此類推，得到如圖12所示的卷板機(jī)驅(qū)動單元的零件間尺寸傳播路徑。

圖12 卷板機(jī)驅(qū)動單元的零件間尺寸傳播路徑Fig. 12 Dimension propagation paths between parts in the drive unit of veneer reeling machine

5.2 卷板機(jī)驅(qū)動單元零件內(nèi)部的尺寸更改傳播

5.2.1 零件內(nèi)部尺寸關(guān)聯(lián)關(guān)系的確定

以驅(qū)動軸P2為例，為方便與其建模過程一一對應(yīng)，將P2結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分解為特征（如面特征），并基于特征關(guān)系建立其尺寸關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖13所示。圖中M表示面，如M1表示面1，M2-z表示柱面M2的軸線，D表示驅(qū)動軸的總長度。

圖13 基于建模特征的卷板機(jī)驅(qū)動軸尺寸關(guān)聯(lián)關(guān)系Fig. 13 Dimension correlation relationship of drive shaft ofveneer reeling machine based on modeling features

5.2.2 零件內(nèi)部尺寸更改傳播路徑的確定

首先，根據(jù)驅(qū)動軸P2的建模過程，對它進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，生成表達(dá)其結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)屬性關(guān)系的樹狀控件；根據(jù)建模過程中每一步的草圖設(shè)計(jì)及特征生成形成約束，分析每一步建模過程中存在的尺寸間關(guān)聯(lián)屬性，建立尺寸之間顯式或隱式的函數(shù)關(guān)系；根據(jù)函數(shù)關(guān)系生成每一步建模過程中所對應(yīng)的尺寸關(guān)聯(lián)單元。驅(qū)動軸內(nèi)的尺寸關(guān)聯(lián)路徑如圖14所示，其中“→”表示通用設(shè)計(jì)規(guī)則，p2，13，p2，14，…，p2，20為驅(qū)動軸鍵槽尺寸。

其次，對驅(qū)動軸內(nèi)部的尺寸關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行分析，建立驅(qū)動軸尺寸關(guān)聯(lián)路徑。例如，將尺寸p2，10作為初始更改尺寸，根據(jù)圖14中所示的尺寸約束及面面之間的尺寸關(guān)聯(lián)，將涉及的尺寸關(guān)聯(lián)單元首尾連接，得到最終的關(guān)聯(lián)尺寸更改路徑圖，如圖15所示。

圖14 卷板機(jī)驅(qū)動軸內(nèi)部尺寸關(guān)聯(lián)路徑分析Fig. 14 Analysis of internal dimension correlation path of drive shaft of veneer reeling machine

圖15 卷板機(jī)驅(qū)動軸的關(guān)聯(lián)尺寸更改路徑Fig. 15 Change path of correlation dimension of driven draft of veneer reeling machine

根據(jù)圖15所示的尺寸傳遞關(guān)系將尺寸按層級關(guān)系向下傳遞，并判斷圖中函數(shù)關(guān)系是否成立（當(dāng)函數(shù)關(guān)系不成立時下層尺寸需進(jìn)行更改，圖中需要進(jìn)行函數(shù)判斷的地方用虛線表示）。根據(jù)圖15 可知：尺寸p2，8與尺寸p2，7、p2，10之間相互影響，p2，8變化時p2，7、p2，10同時變化；尺寸p2，7變化時尺寸p2，12一定變化，而p2，15及p2，20只有在不滿足約束條件時才隨之變化，其他尺寸的傳播過程與此相同。

在上述分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對尺寸間的相互影響進(jìn)行分析，建立卷板機(jī)更改設(shè)計(jì)時的尺寸數(shù)據(jù)傳遞流程，如圖16所示。

圖16 卷板機(jī)更改設(shè)計(jì)時的尺寸數(shù)據(jù)傳遞流程Fig. 16 Dimension data transfer process during veneer reeling machine change design

6 結(jié) 論

本文提出了產(chǎn)品更改設(shè)計(jì)過程中的尺寸數(shù)據(jù)傳遞流程分析方法，主要從以下幾個方面進(jìn)行了研究：

1）建立了更改傳播邏輯元模型。基于更改傳播的特點(diǎn)，將零件尺寸特性傳遞的邏輯關(guān)系分為“and（與）”“or（或）”以及“inherit（繼承）”，并建立了構(gòu)成更改傳播網(wǎng)絡(luò)的基本單元。

2）建立了裝配體中零件間尺寸傳播數(shù)據(jù)流。定義了零件及零件參數(shù)的表達(dá)方法，通過分析零件之間的裝配關(guān)聯(lián)及尺寸關(guān)聯(lián)，建立了更改設(shè)計(jì)過程中尺寸數(shù)據(jù)在裝配體零件之間的關(guān)聯(lián)路徑以及傳播模型。

3）建立了裝配體零件內(nèi)部的尺寸傳播數(shù)據(jù)流。根據(jù)零件內(nèi)部尺寸之間的連接與約束關(guān)系，基于零件的建模過程，完成零件內(nèi)尺寸更改傳播。

通過上述過程，對產(chǎn)品從裝配體到零件，再到零件內(nèi)部尺寸的更改傳播過程進(jìn)行研究，為產(chǎn)品更改傳播提供了一種新的思路，從尺寸關(guān)聯(lián)角度刻畫了尺寸在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的關(guān)聯(lián)與傳遞關(guān)系，為后續(xù)尺寸分析奠定了基礎(chǔ)。