基于自定義關聯(lián)模型的覆蓋件模面設計變更方法研究

0 引 言

由于汽車覆蓋件形狀復雜、成形工序多等問題

，覆蓋件產品與模具零件型面（簡稱模面）設計過程需要反復修改，以優(yōu)化成形方案。除了產品設計變更外，模面工藝設計變更涉及沖壓方向、壓料面、分模線、工藝補充等因素。傳統(tǒng)方法是手工處理設計變更中每個環(huán)節(jié)的設計內容，造成設計效率低、工作量大、設計異常多和依賴設計經驗等問題。由于模面設計的各個環(huán)節(jié)相互關聯(lián)，傳統(tǒng)方法難以保證設計結果的整體一致性

。通用CAD 軟件由于缺乏對覆蓋件模面設計過程的定制化支持，難以實現(xiàn)設計變更后的模面快速更新，目前亟需針對產品與模面設計變更的新方法。

徐武彬等

為了實現(xiàn)參數(shù)關聯(lián)的覆蓋件拉深?？焖僭O計，開發(fā)了基于TopSolid 的汽車覆蓋件拉深?？焖僭O計系統(tǒng)，支持對模具設計參數(shù)進行管理，提高了拉深模設計效率。杜亭等

針對當前CAD/CAE 軟件中設計變更與數(shù)據(jù)轉換導致的重復建模問題，開發(fā)了基于NX 平臺的汽車覆蓋件設計全流程CAD/CAE軟件FASTAMP-NX，構建了基于特征造型技術的設計分析關聯(lián)模型，提升了覆蓋件產品與模具設計分析效率。上述方法并未對汽車覆蓋件的模面設計環(huán)節(jié)進行深入研究。

為了解決上述問題，現(xiàn)基于關聯(lián)設計方法，提出基于自定義關聯(lián)模型的覆蓋件模面設計更新方法，該方法定義了模面設計流程的層次化關聯(lián)模型，設計了關聯(lián)模型的數(shù)據(jù)繼承機制與數(shù)據(jù)更新機制，解決了模面設計更新過程中更新因素多、內容復雜、流程無序等問題，提高了覆蓋件模面設計效率，促進了覆蓋件模具設計過程的快速迭代。

1 自定義關聯(lián)模型

1.1 關聯(lián)模型管理的模面設計內容

模面設計是汽車覆蓋件工藝設計過程的關鍵部分。模面設計過程以拉深工序為主，輔以修邊、翻邊工序

，每個工序有不同的設計內容，如表1 所示。關聯(lián)模型管理覆蓋件模面設計的各個工序內容，建立不同設計過程之間的關聯(lián)關系。

1.2 層次化關聯(lián)模型

汽車覆蓋件工藝設計過程中，產品面片（即產品模型中的曲面片體）、邊界線、孔線等幾何信息是建模過程中的核心數(shù)據(jù)。為了管理核心數(shù)據(jù)在工序內、工序間的傳遞過程，提出層次化關聯(lián)模型的概念。該模型采用四層結構，從高到低依次為模面層、工序層、功能層與構件層，每層管理對應設計過程的數(shù)據(jù)，如圖1（a）所示。

為了管理模面設計中各個設計內容之間的關聯(lián)關系，層次化關聯(lián)模型采用樹狀結構，將每個設計過程封裝成對應的樹節(jié)點，關聯(lián)節(jié)點之間可以進行有序的數(shù)據(jù)繼承，節(jié)點內部可以進行數(shù)據(jù)更新，如圖1（b）所示。數(shù)據(jù)繼承與數(shù)據(jù)更新是關聯(lián)模型的2 種關鍵的行為機制，決定模面設計更新過程。為了更好地描述這2 種行為機制，節(jié)點數(shù)據(jù)被分為前驅數(shù)據(jù)與后向數(shù)據(jù)。前者是從上游節(jié)點繼承而來的設計數(shù)據(jù)，代表當前設計流程開始前的模面設計結果；后者是添加了當前節(jié)點修改內容的設計數(shù)據(jù)，代表當前設計流程完成后的模面設計結果。根據(jù)數(shù)據(jù)傳遞方向，節(jié)點數(shù)據(jù)的傳遞方式分為內部傳遞、下層傳遞、同層傳遞、上層傳遞。內部傳遞方式描述了葉子節(jié)點的數(shù)據(jù)更新過程。下層傳遞指節(jié)點的后向數(shù)據(jù)傳遞給首個子節(jié)點的前驅數(shù)據(jù)的過程。同層傳遞是指數(shù)據(jù)在兄弟節(jié)點之間的有序傳遞過程。上層傳遞指父節(jié)點接收來自下層最后一個子節(jié)點數(shù)據(jù)的過程。

譯員：That was what the applicant said. Do you mind if I ask the applicant to explain it to you(那是申請人的用詞，我可以讓他解釋一下嗎)?

以邊界填充特征Out Fill的關聯(lián)性更新為例，如圖5所示，邊界填充特征依賴于部分產品面（即參考面）與產品邊界線（參考邊界線），當參考面受到上游設計特征分割后，當前特征的關聯(lián)關系被破壞。基于模型數(shù)據(jù)繼承機制與更新檢測方法發(fā)現(xiàn)，僅當前特征的參考面改變，參考邊界線并未變化，不影響特征的填充建模操作，因此通過更新參考面（同時是上游的分割結果），特征的關聯(lián)關系得以重建。

高中化學實驗的過程復雜，伴隨化學主反應的進行也會有著相應的副反應生成物的出現(xiàn)，而有一些反應物、反應生產物具有腐蝕性、毒性等，盡管在實驗時，教師會著重強調使用前后的洗手消毒等，但是總不可避免的生成出一些不需要的反應生產物，從而造成環(huán)境的污染.

2 關聯(lián)模型繼承機制

2.1 幾何數(shù)據(jù)標識符管理機制

2017年，數(shù)字報紙廣告運營收入依然在下滑，而“兩微一端”的運營則大大填補廣告收入缺口。報業(yè)機構建立了全媒體矩陣，大大增強了其傳播影響力，突破了傳統(tǒng)報紙廣告宣傳的局限性，在廣告市場中重新獲得了競爭優(yōu)勢。

2.2 構件特征的繼承關系

構件特征指模面的局部細節(jié)設計特征，是關聯(lián)模型中的最小設計單元。構件特征主要有加強筋、倒圓角、邊界填充、孔洞填充、裁剪、包邊展開、凸起等，設計種類豐富、形狀多變、工藝參數(shù)各不相同。有時在構件特征之間存在復雜的繼承關系，如倒圓角以邊界填充面為基準，而邊界填充又以裁剪設計結果為基準等。綜上所述，構件特征的繼承關系是研究自定義關聯(lián)模型繼承機制的難點之一。

更新檢測指通過繼承前驅節(jié)點更新后的數(shù)據(jù)，結合數(shù)據(jù)繼承關系，比較當前數(shù)據(jù)與前驅數(shù)據(jù)之間的差異，判斷當前節(jié)點是否需要更新處理。常見的核心數(shù)據(jù)變化包括參考曲面丟失、參考曲線修改、產品面新增等，一般更新檢測流程如圖4所示。

構件特征的繼承關系實質上是特征數(shù)據(jù)的繼承關系，尤其是幾何對象之間的繼承關系。根據(jù)數(shù)據(jù)繼承關系的特點，構件特征的幾何對象可分為參考對象（當前設計過程的幾何參考）、填充對象（通過曲面填充等方式生成的新對象）、分割對象（通過曲面分割等操作得來的幾何對象）、隱藏對象（根據(jù)設計意圖需要被隱藏的幾何對象）以及無關對象（與當前特征設計意圖無關的幾何對象），如圖3（b）所示。結合上述標識符管理機制，特征數(shù)據(jù)的繼承關系可以表達構件特征的繼承關系。

3 關聯(lián)模型的更新機制

3.1 更新檢測

構件特征的設計內容體現(xiàn)為幾何數(shù)據(jù)的變化，其中最具代表性的是產品面的變化方式。根據(jù)產品面的變化情況，構件特征分為填充型、分割型以及復合型，如圖3（a）所示。填充型特征使產品面增加，分割型特征使產品面減少或被修改，復合型特征兼具前2種特征的特點。

3.2 更新處理

磷復肥會議前市場暫無變化意向，但因出口貨源較多，內銷市場貨源相對吃緊。市場暫無明確指引性信號，會后依照往年慣例，價格將會延遲一周至兩周公布。

總而言之，在企業(yè)經營管理工作開展進程中，要積極建立健全完整的監(jiān)督管理措施，充分考量管理者特質、內部控制機制等因素，確保能有效提升企業(yè)的市場價值，維護企業(yè)運營管理的動力，并且有效建構完整的發(fā)展規(guī)劃，提高企業(yè)的市場競爭力，為企業(yè)可持續(xù)進步奠定基礎。

更新處理是指根據(jù)更新檢測結果采取對應的更新方法，以實現(xiàn)設計關聯(lián)更新的過程。一般更新處理方法分為3 種：關聯(lián)性更新、建模更新、手動更新。關聯(lián)性更新指不涉及建模操作的關聯(lián)數(shù)據(jù)替換過程，這種情況的數(shù)據(jù)關聯(lián)關系雖然被上游設計變更破壞，但可以通過模型繼承機制進行重建。建模更新指節(jié)點數(shù)據(jù)關聯(lián)關系僅依靠模型機制無法重建，必須依賴建模操作進行設計關聯(lián)更新的情形。手動更新指設計變更破壞了當前節(jié)點的設計內容，并且前2種方法無法解決關聯(lián)更新的情形，此時模型建議用戶手動編輯設計內容或重新進行設計。

模面層包含覆蓋件模面設計所有工序內容的最終設計結果，而每個工序模塊管理工序內的不同功能模塊，如拉深工序模塊管理產品經過壓料面、分模線、工藝補充面等拉深工序的功能。構件層主要管理各種局部細節(jié)設計功能，在某些工序的前處理、后處理中會頻繁使用這些功能，如孔洞填充、邊界曲面填充、加強筋等。

3.3 典型特征更新處理

構件特征的更新處理是模面設計更新的難點，其更新方法需要根據(jù)特征類型與特點來制定，以下以填充型和分割型特征為例，闡述典型特征的更新處理方法。

3100型CO2培養(yǎng)箱（美國Fisher Scientific公司）；3-18K型冷凍離心機（美國Sigma公司）；X71型熒光倒置顯微鏡（日本Olympus公司）；Ⅱ型多功能酶聯(lián)免疫檢測儀（美國BioTek公司）；Navios流式細胞儀（美國貝克曼庫爾特公司）；2C型精密電子天平（常州市幸運電子設備有限公司）。

孔填充特征（Hole Fill）是典型的填充型特征，其參考對象有參考孔線與參考面。根據(jù)參考對象的變化情況，Hole Fill 的設計變更情形主要有參考孔消失、參考孔填充與參考孔修改，對應的更新處理方法如圖6所示。

幾何形狀特征之間的依賴關系可以簡化為曲線、曲面等幾何數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)關系，而關聯(lián)模型需要在數(shù)據(jù)繼承過程中維護上述關系。根據(jù)對象的生成方式，幾何對象分為基礎對象（產品模型或模面設計中新建的幾何對象）與派生對象（由基礎對象進行分割等操作派生）。為了描述數(shù)據(jù)的唯一性與繼承關系，所有幾何對象按照所屬基礎對象劃分為不同的集合，每個集合包含了一個基礎對象及其關聯(lián)的所有派生對象，這些對象共享相同的基礎標識符（base identifier，BID），不同集合的對象BID各不相同。為了確定對象的派生次序，每個幾何對象具有一個派生標識符（derived identifier，DID），DID 越小表示派生對象出現(xiàn)越早。BID 與DID 可以組合成幾何對象的全局唯一標識符（GUID），如GUID 為2-1 代表BID 為2 且DID 為1。為保證同一集合內新的派生對象分配的DID 唯一，每個集合記錄集合元素的總數(shù)，即最大派生標識符（max derived identifier，MDID）。在新的對象派生過程中，派生對象的BID與基礎對象所屬集合的BID相同，DID基于當前的MDID 進行分配，并且隨著集合內派生對象的增加MDID 的值也會不斷更新。以曲面分割過程為例，應用標識符管理機制的曲面分割過程如圖2 所示，分割前后的曲面之間通過標識符建立關聯(lián)關系，曲線分割過程與之類似。

切割特征（Trim）是典型的分割型特征。根據(jù)對象的處理方式，Trim 的參考對象分為參考分割對象（被分割的參考面、線）與參考隱藏對象（被隱藏的參考面、線）。Trim 的設計變更情形有參考分割面變化、僅參考隱藏面變化以及參考面無變化等，其更新處理方法如圖7所示。

復合型特征的更新方法是填充型、分割型特征的更新方法的有效結合，不再贅述。

4 應用實例

提出的基于自定義關聯(lián)模型的覆蓋件模面設計更新方法，結合汽車覆蓋件模面智能化系統(tǒng)（intelligent die face，IDFE）與沖壓工藝過程工業(yè)軟件研發(fā)及應用，開發(fā)了汽車覆蓋件模面設計變更管理系統(tǒng)，并且選取44 個典型覆蓋件產品進行系統(tǒng)測試，其中以翼子板和輪罩為代表。

工藝補充面的造型過程復雜，設計變更困難，是覆蓋件模面拉深工序設計的重點

，在一定程度上可以體現(xiàn)模面設計關聯(lián)更新的效果。以翼子板的拉深工序模面設計為例，圖8 所示為基于IDFE 系統(tǒng)的翼子板工藝模面設計的初步結果，圖9 所示展示了工藝補充面在設計變更后基于上述特征管理模型的更新效果。根據(jù)工藝要求，圖8 所示的翼子板沖壓方向需要繞Y軸旋轉3°，作為設計變更內容。隨后IDFE系統(tǒng)基于特征管理模型依次分析壓料面、分模線、工藝補充等對設計的影響數(shù)據(jù)，經過數(shù)據(jù)繼承、更新檢測、更新處理等步驟，最終實現(xiàn)更新，更新結果如圖9放大圖所示。更新后的工藝補充面保持良好的曲面連續(xù)性，曲面過渡光順，設計質量較好。

使用IDFE 解決設計變更的方法有2 種：一是設計人員利用IDFE手動變更受影響的設計內容；二是基于IDFE 集成的特征管理模型更新方法直接更新設計內容。為了對比上述兩者的設計效率，選取輪罩、翼子板2種產品，針對模面設計的拉深工序設計過程，以沖壓坐標系小幅度調整作為設計變更內容，分別統(tǒng)計IDFE手動設計時間與基于特征管理模型更新方法的更新時間，如表2所示。結果顯示，基于特征管理模型的更新方法在設計效率上高于IDFE手動設計方法，提高了汽車產品模面設計的更新效率。

5 結束語

針對汽車覆蓋件產品與工藝設計過程的特點，提出了覆蓋件模面設計自定義關聯(lián)模型，設計了模型的層次化關聯(lián)結構，建立了模型的數(shù)據(jù)繼承機制與數(shù)據(jù)更新機制，實現(xiàn)了針對多因素設計變更的覆蓋件模面設計更新方法。自定義關聯(lián)模型集成于NX 平臺上的汽車覆蓋件模面智能化系統(tǒng)IDFE，提高了模面設計變更處理效率，對汽車覆蓋件模具設計的快速迭代具有現(xiàn)實意義。

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