基于自定義關(guān)聯(lián)模型的覆蓋件模面設(shè)計(jì)變更方法研究

0 引 言

由于汽車覆蓋件形狀復(fù)雜、成形工序多等問題

，覆蓋件產(chǎn)品與模具零件型面（簡(jiǎn)稱模面）設(shè)計(jì)過程需要反復(fù)修改，以優(yōu)化成形方案。除了產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更外，模面工藝設(shè)計(jì)變更涉及沖壓方向、壓料面、分模線、工藝補(bǔ)充等因素。傳統(tǒng)方法是手工處理設(shè)計(jì)變更中每個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，造成設(shè)計(jì)效率低、工作量大、設(shè)計(jì)異常多和依賴設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等問題。由于模面設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)，傳統(tǒng)方法難以保證設(shè)計(jì)結(jié)果的整體一致性

。通用CAD 軟件由于缺乏對(duì)覆蓋件模面設(shè)計(jì)過程的定制化支持，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)變更后的模面快速更新，目前亟需針對(duì)產(chǎn)品與模面設(shè)計(jì)變更的新方法。

徐武彬等

為了實(shí)現(xiàn)參數(shù)關(guān)聯(lián)的覆蓋件拉深模快速設(shè)計(jì)，開發(fā)了基于TopSolid 的汽車覆蓋件拉深模快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)，支持對(duì)模具設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行管理，提高了拉深模設(shè)計(jì)效率。杜亭等

針對(duì)當(dāng)前CAD/CAE 軟件中設(shè)計(jì)變更與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的重復(fù)建模問題，開發(fā)了基于NX 平臺(tái)的汽車覆蓋件設(shè)計(jì)全流程CAD/CAE軟件FASTAMP-NX，構(gòu)建了基于特征造型技術(shù)的設(shè)計(jì)分析關(guān)聯(lián)模型，提升了覆蓋件產(chǎn)品與模具設(shè)計(jì)分析效率。上述方法并未對(duì)汽車覆蓋件的模面設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行深入研究。

為了解決上述問題，現(xiàn)基于關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)方法，提出基于自定義關(guān)聯(lián)模型的覆蓋件模面設(shè)計(jì)更新方法，該方法定義了模面設(shè)計(jì)流程的層次化關(guān)聯(lián)模型，設(shè)計(jì)了關(guān)聯(lián)模型的數(shù)據(jù)繼承機(jī)制與數(shù)據(jù)更新機(jī)制，解決了模面設(shè)計(jì)更新過程中更新因素多、內(nèi)容復(fù)雜、流程無序等問題，提高了覆蓋件模面設(shè)計(jì)效率，促進(jìn)了覆蓋件模具設(shè)計(jì)過程的快速迭代。

1 自定義關(guān)聯(lián)模型

1.1 關(guān)聯(lián)模型管理的模面設(shè)計(jì)內(nèi)容

模面設(shè)計(jì)是汽車覆蓋件工藝設(shè)計(jì)過程的關(guān)鍵部分。模面設(shè)計(jì)過程以拉深工序?yàn)橹鳎o以修邊、翻邊工序

，每個(gè)工序有不同的設(shè)計(jì)內(nèi)容，如表1 所示。關(guān)聯(lián)模型管理覆蓋件模面設(shè)計(jì)的各個(gè)工序內(nèi)容，建立不同設(shè)計(jì)過程之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

1.2 層次化關(guān)聯(lián)模型

汽車覆蓋件工藝設(shè)計(jì)過程中，產(chǎn)品面片（即產(chǎn)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(nèi)、工序間的傳遞過程，提出層次化關(guān)聯(lián)模型的概念。該模型采用四層結(jié)構(gòu)，從高到低依次為模面層、工序?qū)印⒐δ軐优c構(gòu)件層，每層管理對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)過程的數(shù)據(jù)，如圖1（a）所示。

為了管理模面設(shè)計(jì)中各個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，層次化關(guān)聯(lián)模型采用樹狀結(jié)構(gòu)，將每個(gè)設(shè)計(jì)過程封裝成對(duì)應(yīng)的樹節(jié)點(diǎn)，關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)之間可以進(jìn)行有序的數(shù)據(jù)繼承，節(jié)點(diǎn)內(nèi)部可以進(jìn)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(guān)聯(lián)模型的2 種關(guān)鍵的行為機(jī)制，決定模面設(shè)計(jì)更新過程。為了更好地描述這2 種行為機(jī)制，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)被分為前驅(qū)數(shù)據(jù)與后向數(shù)據(jù)。前者是從上游節(jié)點(diǎn)繼承而來的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，代表當(dāng)前設(shè)計(jì)流程開始前的模面設(shè)計(jì)結(jié)果；后者是添加了當(dāng)前節(jié)點(diǎn)修改內(nèi)容的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，代表當(dāng)前設(shè)計(jì)流程完成后的模面設(shè)計(jì)結(jié)果。根據(jù)數(shù)據(jù)傳遞方向，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳遞方式分為內(nèi)部傳遞、下層傳遞、同層傳遞、上層傳遞。內(nèi)部傳遞方式描述了葉子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)更新過程。下層傳遞指節(jié)點(diǎn)的后向數(shù)據(jù)傳遞給首個(gè)子節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)數(shù)據(jù)的過程。同層傳遞是指數(shù)據(jù)在兄弟節(jié)點(diǎn)之間的有序傳遞過程。上層傳遞指父節(jié)點(diǎn)接收來自下層最后一個(gè)子節(jié)點(diǎn)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(qǐng)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(guān)聯(lián)性更新為例，如圖5所示，邊界填充特征依賴于部分產(chǎn)品面（即參考面）與產(chǎn)品邊界線（參考邊界線），當(dāng)參考面受到上游設(shè)計(jì)特征分割后，當(dāng)前特征的關(guān)聯(lián)關(guān)系被破壞。基于模型數(shù)據(jù)繼承機(jī)制與更新檢測(cè)方法發(fā)現(xiàn)，僅當(dāng)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(shí)是上游的分割結(jié)果），特征的關(guān)聯(lián)關(guān)系得以重建。

高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程復(fù)雜，伴隨化學(xué)主反應(yīng)的進(jìn)行也會(huì)有著相應(yīng)的副反應(yīng)生成物的出現(xiàn)，而有一些反應(yīng)物、反應(yīng)生產(chǎn)物具有腐蝕性、毒性等，盡管在實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師會(huì)著重強(qiáng)調(diào)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(yīng)生產(chǎn)物，從而造成環(huán)境的污染.

2 關(guān)聯(lián)模型繼承機(jī)制

2.1 幾何數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)符管理機(jī)制

2017年，數(shù)字報(bào)紙廣告運(yùn)營(yíng)收入依然在下滑，而“兩微一端”的運(yùn)營(yíng)則大大填補(bǔ)廣告收入缺口。報(bào)業(yè)機(jī)構(gòu)建立了全媒體矩陣，大大增強(qiáng)了其傳播影響力，突破了傳統(tǒng)報(bào)紙廣告宣傳的局限性，在廣告市場(chǎng)中重新獲得了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

2.2 構(gòu)件特征的繼承關(guān)系

構(gòu)件特征指模面的局部細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)特征，是關(guān)聯(lián)模型中的最小設(shè)計(jì)單元。構(gòu)件特征主要有加強(qiáng)筋、倒圓角、邊界填充、孔洞填充、裁剪、包邊展開、凸起等，設(shè)計(jì)種類豐富、形狀多變、工藝參數(shù)各不相同。有時(shí)在構(gòu)件特征之間存在復(fù)雜的繼承關(guān)系，如倒圓角以邊界填充面為基準(zhǔn)，而邊界填充又以裁剪設(shè)計(jì)結(jié)果為基準(zhǔn)等。綜上所述，構(gòu)件特征的繼承關(guān)系是研究自定義關(guān)聯(lián)模型繼承機(jī)制的難點(diǎn)之一。

更新檢測(cè)指通過繼承前驅(qū)節(jié)點(diǎn)更新后的數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)繼承關(guān)系，比較當(dāng)前數(shù)據(jù)與前驅(qū)數(shù)據(jù)之間的差異，判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)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(chǎn)品面新增等，一般更新檢測(cè)流程如圖4所示。

構(gòu)件特征的繼承關(guān)系實(shí)質(zhì)上是特征數(shù)據(jù)的繼承關(guān)系，尤其是幾何對(duì)象之間的繼承關(guān)系。根據(jù)數(shù)據(jù)繼承關(guān)系的特點(diǎn)，構(gòu)件特征的幾何對(duì)象可分為參考對(duì)象（當(dāng)前設(shè)計(jì)過程的幾何參考）、填充對(duì)象（通過曲面填充等方式生成的新對(duì)象）、分割對(duì)象（通過曲面分割等操作得來的幾何對(duì)象）、隱藏對(duì)象（根據(jù)設(shè)計(jì)意圖需要被隱藏的幾何對(duì)象）以及無關(guān)對(duì)象（與當(dāng)前特征設(shè)計(jì)意圖無關(guān)的幾何對(duì)象），如圖3（b）所示。結(jié)合上述標(biāo)識(shí)符管理機(jī)制，特征數(shù)據(jù)的繼承關(guān)系可以表達(dá)構(gòu)件特征的繼承關(guān)系。

3 關(guān)聯(lián)模型的更新機(jī)制

3.1 更新檢測(cè)

構(gòu)件特征的設(shè)計(jì)內(nèi)容體現(xiàn)為幾何數(shù)據(jù)的變化，其中最具代表性的是產(chǎn)品面的變化方式。根據(jù)產(chǎn)品面的變化情況，構(gòu)件特征分為填充型、分割型以及復(fù)合型，如圖3（a）所示。填充型特征使產(chǎn)品面增加，分割型特征使產(chǎn)品面減少或被修改，復(fù)合型特征兼具前2種特征的特點(diǎn)。

3.2 更新處理

磷復(fù)肥會(huì)議前市場(chǎng)暫無變化意向，但因出口貨源較多，內(nèi)銷市場(chǎng)貨源相對(duì)吃緊。市場(chǎng)暫無明確指引性信號(hào)，會(huì)后依照往年慣例，價(jià)格將會(huì)延遲一周至兩周公布。

總而言之，在企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理工作開展進(jìn)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(zhì)、內(nèi)部控制機(jī)制等因素，確保能有效提升企業(yè)的市場(chǎng)價(jià)值，維護(hù)企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理的動(dòng)力，并且有效建構(gòu)完整的發(fā)展規(guī)劃，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為企業(yè)可持續(xù)進(jìn)步奠定基礎(chǔ)。

更新處理是指根據(jù)更新檢測(cè)結(jié)果采取對(duì)應(yīng)的更新方法，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)更新的過程。一般更新處理方法分為3 種：關(guān)聯(lián)性更新、建模更新、手動(dòng)更新。關(guān)聯(lián)性更新指不涉及建模操作的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)替換過程，這種情況的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系雖然被上游設(shè)計(jì)變更破壞，但可以通過模型繼承機(jī)制進(jìn)行重建。建模更新指節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系僅依靠模型機(jī)制無法重建，必須依賴建模操作進(jìn)行設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)更新的情形。手動(dòng)更新指設(shè)計(jì)變更破壞了當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，并且前2種方法無法解決關(guān)聯(lián)更新的情形，此時(shí)模型建議用戶手動(dòng)編輯設(shè)計(jì)內(nèi)容或重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。

模面層包含覆蓋件模面設(shè)計(jì)所有工序內(nèi)容的最終設(shè)計(jì)結(jié)果，而每個(gè)工序模塊管理工序內(nèi)的不同功能模塊，如拉深工序模塊管理產(chǎn)品經(jīng)過壓料面、分模線、工藝補(bǔ)充面等拉深工序的功能。構(gòu)件層主要管理各種局部細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)功能，在某些工序的前處理、后處理中會(huì)頻繁使用這些功能，如孔洞填充、邊界曲面填充、加強(qiáng)筋等。

3.3 典型特征更新處理

構(gòu)件特征的更新處理是模面設(shè)計(jì)更新的難點(diǎn)，其更新方法需要根據(jù)特征類型與特點(diǎn)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(guó)Fisher Scientific公司）；3-18K型冷凍離心機(jī)（美國(guó)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(cè)儀（美國(guó)BioTek公司）；Navios流式細(xì)胞儀（美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特公司）；2C型精密電子天平（常州市幸運(yùn)電子設(shè)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(duì)象有參考孔線與參考面。根據(jù)參考對(duì)象的變化情況，Hole Fill 的設(shè)計(jì)變更情形主要有參考孔消失、參考孔填充與參考孔修改，對(duì)應(yīng)的更新處理方法如圖6所示。

幾何形狀特征之間的依賴關(guān)系可以簡(jiǎn)化為曲線、曲面等幾何數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，而關(guān)聯(lián)模型需要在數(shù)據(jù)繼承過程中維護(hù)上述關(guān)系。根據(jù)對(duì)象的生成方式，幾何對(duì)象分為基礎(chǔ)對(duì)象（產(chǎn)品模型或模面設(shè)計(jì)中新建的幾何對(duì)象）與派生對(duì)象（由基礎(chǔ)對(duì)象進(jìn)行分割等操作派生）。為了描述數(shù)據(jù)的唯一性與繼承關(guān)系，所有幾何對(duì)象按照所屬基礎(chǔ)對(duì)象劃分為不同的集合，每個(gè)集合包含了一個(gè)基礎(chǔ)對(duì)象及其關(guān)聯(lián)的所有派生對(duì)象，這些對(duì)象共享相同的基礎(chǔ)標(biāo)識(shí)符（base identifier，BID），不同集合的對(duì)象BID各不相同。為了確定對(duì)象的派生次序，每個(gè)幾何對(duì)象具有一個(gè)派生標(biāo)識(shí)符（derived identifier，DID），DID 越小表示派生對(duì)象出現(xiàn)越早。BID 與DID 可以組合成幾何對(duì)象的全局唯一標(biāo)識(shí)符（GUID），如GUID 為2-1 代表BID 為2 且DID 為1。為保證同一集合內(nèi)新的派生對(duì)象分配的DID 唯一，每個(gè)集合記錄集合元素的總數(shù)，即最大派生標(biāo)識(shí)符（max derived identifier，MDID）。在新的對(duì)象派生過程中，派生對(duì)象的BID與基礎(chǔ)對(duì)象所屬集合的BID相同，DID基于當(dāng)前的MDID 進(jìn)行分配，并且隨著集合內(nèi)派生對(duì)象的增加MDID 的值也會(huì)不斷更新。以曲面分割過程為例，應(yīng)用標(biāo)識(shí)符管理機(jī)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(biāo)識(shí)符建立關(guān)聯(lián)關(guān)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(duì)象的處理方式，Trim 的參考對(duì)象分為參考分割對(duì)象（被分割的參考面、線）與參考隱藏對(duì)象（被隱藏的參考面、線）。Trim 的設(shè)計(jì)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(fù)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(jié)合，不再贅述。

4 應(yīng)用實(shí)例

提出的基于自定義關(guān)聯(lián)模型的覆蓋件模面設(shè)計(jì)更新方法，結(jié)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(yīng)用，開發(fā)了汽車覆蓋件模面設(shè)計(jì)變更管理系統(tǒng)，并且選取44 個(gè)典型覆蓋件產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，其中以翼子板和輪罩為代表。

工藝補(bǔ)充面的造型過程復(fù)雜，設(shè)計(jì)變更困難，是覆蓋件模面拉深工序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)

，在一定程度上可以體現(xiàn)模面設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)更新的效果。以翼子板的拉深工序模面設(shè)計(jì)為例，圖8 所示為基于IDFE 系統(tǒng)的翼子板工藝模面設(shè)計(jì)的初步結(jié)果，圖9 所示展示了工藝補(bǔ)充面在設(shè)計(jì)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(zhuǎn)3°，作為設(shè)計(jì)變更內(nèi)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(bǔ)充等對(duì)設(shè)計(jì)的影響數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)繼承、更新檢測(cè)、更新處理等步驟，最終實(shí)現(xiàn)更新，更新結(jié)果如圖9放大圖所示。更新后的工藝補(bǔ)充面保持良好的曲面連續(xù)性，曲面過渡光順，設(shè)計(jì)質(zhì)量較好。

使用IDFE 解決設(shè)計(jì)變更的方法有2 種：一是設(shè)計(jì)人員利用IDFE手動(dòng)變更受影響的設(shè)計(jì)內(nèi)容；二是基于IDFE 集成的特征管理模型更新方法直接更新設(shè)計(jì)內(nèi)容。為了對(duì)比上述兩者的設(shè)計(jì)效率，選取輪罩、翼子板2種產(chǎn)品，針對(duì)模面設(shè)計(jì)的拉深工序設(shè)計(jì)過程，以沖壓坐標(biāo)系小幅度調(diào)整作為設(shè)計(jì)變更內(nèi)容，分別統(tǒng)計(jì)IDFE手動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)間與基于特征管理模型更新方法的更新時(shí)間，如表2所示。結(jié)果顯示，基于特征管理模型的更新方法在設(shè)計(jì)效率上高于IDFE手動(dòng)設(shè)計(jì)方法，提高了汽車產(chǎn)品模面設(shè)計(jì)的更新效率。

5 結(jié)束語

針對(duì)汽車覆蓋件產(chǎn)品與工藝設(shè)計(jì)過程的特點(diǎn)，提出了覆蓋件模面設(shè)計(jì)自定義關(guān)聯(lián)模型，設(shè)計(jì)了模型的層次化關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，建立了模型的數(shù)據(jù)繼承機(jī)制與數(shù)據(jù)更新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)多因素設(shè)計(jì)變更的覆蓋件模面設(shè)計(jì)更新方法。自定義關(guān)聯(lián)模型集成于NX 平臺(tái)上的汽車覆蓋件模面智能化系統(tǒng)IDFE，提高了模面設(shè)計(jì)變更處理效率，對(duì)汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)的快速迭代具有現(xiàn)實(shí)意義。

[1]李巧敏,柳玉起,張秋翀.基于金屬塑性成形理論的汽車覆蓋件成形工藝智能優(yōu)化方法[J].塑性工程學(xué)報(bào),2018,25(5):60-65.

[2]邱立業(yè).基于NX 的級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)變更管理[D].武漢:華中科技大學(xué),2011:6-8.

[3]徐武彬,陳 晨,李 冰,等.基于TopSolid 的汽車覆蓋件拉深模快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究[J].模具工業(yè),2008,34(1):15-19.

[4]杜 亭,戴隆明,章志兵,等.汽車覆蓋件設(shè)計(jì)全流程CAD/CAE 系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[J].材料科學(xué)與工藝,2010,18(4):494-498.

[5]孫 玉,王義林.汽車覆蓋件模具型面設(shè)計(jì)方法的研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù),2007(1):83-86.

[6]汪雙柱.面向?qū)嵱没母采w件模具型面設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢:華中科技大學(xué),2011:15-17.