面向工件主动寻位安装方法的信息处理系统的研发及其工程应用
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摘要
进入21世纪后，制造业发生的巨大变化加速了产品市场从单一化、大批量向多元化及单件定制的个性化方向发展，许多新颖的制造技术层出不穷，传统的适合于大批量生产模式的夹具已经不能适应这些新的制造模式，更柔性、高效和通用化的夹具也就成为目前国内外研究人员关注的热点之一。针对以上问题，李蓓智教授等提出了一种非传统的工件安装技术和能够主动寻位与状态记忆的通用夹具系统(Initiative Location and State Memory—IL&SM)。本文的研究对象为IL&SM夹具系统的核心部分——信息处理系统(Information Processing System—IPS)，它通过获取零件的相关信息，进行毛坯与填料厚度的设计，设计或配置出合理的寻位箱，智能布置寻位元件，完成基准转换，并负责与状态成型系统、工件安装系统、NC编程系统等模块的通讯。
本文首先进行了信息处理系统的总体设计，分析了IPS的核心地位、工作流程和主要功能，确定了IPS的软件开发平台及其数据结构。其次，对寻位箱的结构进行了优化设计，确定了母体基础板内嵌的箱体结构。然后，对主动寻位安装方法的关键技术进行了研究，主要包括人工智能技术在信息处理系统中的应用和基准转换几何计算模型的实现。接着，对信息处理子系统进行了详细设计，包括数据库的设计、寻位箱参数化设计及其配置、毛坯设计及其在寻位箱中的定位安装、填料设计与管理及其关键填料参数设定、寻位元件的智能布置、系统间通讯和系统管理。最后，给出了IPS的工程应用案例。
Since the 21st century, great changes in manufacturing industry accelerated the development of product market from unitary and mass production to plural and individualized production in which each item is made to order. Many original manufacturing technologies are emerging one after another. Those traditional fixtures suitable for mass production cannot adapt to the new manufacturing modes. Domestic and foreign researchers paid their focus on those more flexible, effective and general fixtures. In according with the above-mentioned problems, Professor Li Beizhi put forward an untraditional technology of workpiece installation and a general fixture system with Initiative Location and State Memory (IL&SM). This paper focuses on the core part of the IL&SM Fixture System -Information Process System (IPS).
After relevant information is obtained from the current part, IPS designs the roughcast and the parameters of stuffing, matches or designs rational locating box, positions all the locating bolt, finishes the procedure of datum conversion and ensures the communications between State Shaping System, Part Fixing System and NC Programming System.
This paper first introduces the system design procedure of IPS, which analyzed its core importance, working flow and major functions, and then determines its software developing platform and data structure. Secondly, through optimization, the structure of locating box is determined to keep the matrix basic board inside. Thirdly, some key technologies in IPS are discussed, including artificial intelligence and the algorithm of datum conversion. Lastly, the detailed design procedure is brought forward, which consists of the design of database, the parameterized design and matching of locating box, design of roughcast and its fixing in the locating box, design and management of stuffing, communications between all subsystems, intelligent positioning of locating bolts and management of IPS. In addition a use case is provided to demonstrate the application of IPS.
本文首先进行了信息处理系统的总体设计，分析了IPS的核心地位、工作流程和主要功能，确定了IPS的软件开发平台及其数据结构。其次，对寻位箱的结构进行了优化设计，确定了母体基础板内嵌的箱体结构。然后，对主动寻位安装方法的关键技术进行了研究，主要包括人工智能技术在信息处理系统中的应用和基准转换几何计算模型的实现。接着，对信息处理子系统进行了详细设计，包括数据库的设计、寻位箱参数化设计及其配置、毛坯设计及其在寻位箱中的定位安装、填料设计与管理及其关键填料参数设定、寻位元件的智能布置、系统间通讯和系统管理。最后，给出了IPS的工程应用案例。
Since the 21st century, great changes in manufacturing industry accelerated the development of product market from unitary and mass production to plural and individualized production in which each item is made to order. Many original manufacturing technologies are emerging one after another. Those traditional fixtures suitable for mass production cannot adapt to the new manufacturing modes. Domestic and foreign researchers paid their focus on those more flexible, effective and general fixtures. In according with the above-mentioned problems, Professor Li Beizhi put forward an untraditional technology of workpiece installation and a general fixture system with Initiative Location and State Memory (IL&SM). This paper focuses on the core part of the IL&SM Fixture System -Information Process System (IPS).
After relevant information is obtained from the current part, IPS designs the roughcast and the parameters of stuffing, matches or designs rational locating box, positions all the locating bolt, finishes the procedure of datum conversion and ensures the communications between State Shaping System, Part Fixing System and NC Programming System.
This paper first introduces the system design procedure of IPS, which analyzed its core importance, working flow and major functions, and then determines its software developing platform and data structure. Secondly, through optimization, the structure of locating box is determined to keep the matrix basic board inside. Thirdly, some key technologies in IPS are discussed, including artificial intelligence and the algorithm of datum conversion. Lastly, the detailed design procedure is brought forward, which consists of the design of database, the parameterized design and matching of locating box, design of roughcast and its fixing in the locating box, design and management of stuffing, communications between all subsystems, intelligent positioning of locating bolts and management of IPS. In addition a use case is provided to demonstrate the application of IPS.
引文
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3 陈冰冰．CIMS环境下柔性夹具集成系统的研究[J]．东华大学学报(自然科学版)，2001，27(1)：37-40
4 刘璇，王小北．基于相变材料的柔性夹具[J]．机械设计与制造工程，2000，29(5)：53-56
5 钟康民，郭培全等．液体相变固紧夹具(上)[M]．山东农机，2000(6)：7-8
6 钟康民，郭培全等．液体相变固紧夹具(下)[M]．山东农机，2000(7)：7-8
7 Stangrom J E. Electrorheological Fluids[J]. Physical Technology, 1983, 14: 290-296
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9 张建华等．电控流变智能材料的研究进展及其设计[J]．机械工程材料，25(3)：7-9
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13 Sanjay E.Sarma, Paul K.Wright. Reference Free Part Encapsulation: A New Universal Fixturing Concept[J]. Journal of Manufacturing System, 1997,16(1): 35-47
14 李蓓智，杨建国．快速寻位与状态记忆的工件安装技术与新型夹具系统[J]．中国机械工程，2000，11(10)：1154-1157
15 杨建国，项前等．无基准工件封装夹具的概念、发展及其应用[J]．计算机集成制造系统-CIMS，2002，8(3)：243-247
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17 杨建国，李蓓智．非传统工件安装技术与通用夹具系统的研究，制造业自动化，24-26
18 李蓓智，吴良，周天经．无基准零件封装夹具中填充材料的研究与应用．机械工程材料，2001，25(4)：19-21，32
19 Sung H.Ahn, Paul K.Wright. Reference Free Part Encapsulation(RFPE): An Investigation of Material Properties and the Role of RFPE in a Taxonomy of Fixturing Systems[J]. Journal of Manufacturing systems, 2002, 21(2): 101-110
20 王正志，薄涛．进化计算[M]．国防科技大学出版社．长沙．国防科技大学出版社，2000：454-459
21 丁涌．IL&SM通用夹具中的填料配方及其状态成型系统研制[D]．东华大学图书馆．2003
22 董正卫，田立中，付宜利．UG／OPEN API编程基础[M]．北京．清华大学出版社，2002
23 王庆林．UG／OPEN GRIP编程基础[M]．北京．清华大学出版社，2002
24 孙家广，杨长贵．计算机图形学[M]．北京．清华大学出版社，1995：344-348
25 王永庆．人工智能原理与方法[M]．西安．西安交通大学出版社，1997：31-51
26 刘云生，卢正鼎，卢炎生．数据库系统概论[M]．武汉．华中理工大学出版社．1992
27 Richard C．Leinecker，Tom Archer．张艳，王文学，张谦等译．Visual C++6宝典[M]．北京．电子工业出版社．1999
28 王先逵．机械制造工艺学[M]．北京．机械工业出版社．1995
29 蔡毓英．HH902常温发黑系列在铸铁件上应用[OD／OE]．http://www.hhblacken.com/csjgmyyyj01.htm, 2004-2-16
30 张继春．Pro／Engineer二次开发教程[J]．CAD／CAM与制造业信息化．2002，(11～12)
31 张继春．Pro／Engineer二次开发教程[J]．CAD／CAM与制造业信息化．2003，(1～3)
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