面向并行工程的零件可制造性评价研究
|
摘要
制造业的竞争日益激烈，降低产品成本、提高产品质量和缩短产品开发周期已成为企业生存和发展的关键。在这种形势下，并行工程作为一种有效的解决方案正在逐步发展起来。在并行工程环境下，面向制造的设计DFM是一项重要的使能技术，它通过在产品设计阶段充分考虑与制造有关的约束，全面评价产品设计和工艺设计，并提供改进的反馈信息，从而保证产品设计、工艺设计和制造一次成功，并尽可能降低制造成本；而可制造性评价正是实现DFM的重要技术手段。
在对国内外可制造性评价技术研究的基础上，本文的工作主要从四个方面展开。第一，对可制造性评价的信息需求进行建模。以特征技术为基础，面向对象的编程机制为手段，建立了面向制造的三层次(即零件层、特征层、几何层)零件模型；同时进行了面向制造的资源建模。第二，通过细化循环，采用分层递阶的评价策略，分两层(零件层和特征层)四个阶段(零件初评价、特征初评价、特征详细评价和零件总体评价)建立可制造性评价指标；第三，以评价指标为基础，分别提出了基于规则的结构工艺性评价方法、基于规则和模糊综合评判定性和定量相结合的加工可行性评价方法、以及基于实例和特征的加工成本估算方法；最后，以Solidworks为开发平台，VB6为编程工具，初步构建了面向制造的回转类零件可制造性评价系统，它们验证了本文评价指标和评价方法的实用性和可行性。
The intensive competition in manufacturing impels enterprises to reduce the cost, improve the quality and shrink the time of product development. To achieve these goals, the Concurrent Engineering (CE) is being applied in many companies. The Design For Manufacture (DFM) is an important enabling technology in Concurrent Engineering, which assures product design, process design and manufacturing could be succeed at one time by taking the factors associated with manufacturing into consideration in the phase of design; so the manufacturability evaluation is a important technical tool to implement DFM.
The paper will be discussed from four aspects, based on the research about manufacturability evaluation of many researchers in home and aboard. At first, the model about information requirement in manufacturability evaluation is set up. Based on the feature technology and object-oriented mechanism, we found the manufacture-oriented three levels (namely part, feature and geometry) model of mechanical part and the resource model; Secondly, we realize the concurrent design of mechanical part and process through decomposing cycle, and then we constitute the evaluation guidelines on the basis of evaluation strategy of levels, which carry out from two levels (part and feature) and four phases (part rough evaluation, feature rough evaluation, feature detail evaluation and part general evaluation); Thirdly, we put forward some evaluation methods according the evaluation guidelines, which include the rule-based process evaluation method, rule-based and fuzzy evaluation-based method associated with resources, case-bas
ed and feature-based cost estimation method; At last, we give a manufacturing-oriented evaluation system of rotating mechanical part ,which validate the evaluation guidelines and method of the dissertation useful and practical.
在对国内外可制造性评价技术研究的基础上，本文的工作主要从四个方面展开。第一，对可制造性评价的信息需求进行建模。以特征技术为基础，面向对象的编程机制为手段，建立了面向制造的三层次(即零件层、特征层、几何层)零件模型；同时进行了面向制造的资源建模。第二，通过细化循环，采用分层递阶的评价策略，分两层(零件层和特征层)四个阶段(零件初评价、特征初评价、特征详细评价和零件总体评价)建立可制造性评价指标；第三，以评价指标为基础，分别提出了基于规则的结构工艺性评价方法、基于规则和模糊综合评判定性和定量相结合的加工可行性评价方法、以及基于实例和特征的加工成本估算方法；最后，以Solidworks为开发平台，VB6为编程工具，初步构建了面向制造的回转类零件可制造性评价系统，它们验证了本文评价指标和评价方法的实用性和可行性。
The intensive competition in manufacturing impels enterprises to reduce the cost, improve the quality and shrink the time of product development. To achieve these goals, the Concurrent Engineering (CE) is being applied in many companies. The Design For Manufacture (DFM) is an important enabling technology in Concurrent Engineering, which assures product design, process design and manufacturing could be succeed at one time by taking the factors associated with manufacturing into consideration in the phase of design; so the manufacturability evaluation is a important technical tool to implement DFM.
The paper will be discussed from four aspects, based on the research about manufacturability evaluation of many researchers in home and aboard. At first, the model about information requirement in manufacturability evaluation is set up. Based on the feature technology and object-oriented mechanism, we found the manufacture-oriented three levels (namely part, feature and geometry) model of mechanical part and the resource model; Secondly, we realize the concurrent design of mechanical part and process through decomposing cycle, and then we constitute the evaluation guidelines on the basis of evaluation strategy of levels, which carry out from two levels (part and feature) and four phases (part rough evaluation, feature rough evaluation, feature detail evaluation and part general evaluation); Thirdly, we put forward some evaluation methods according the evaluation guidelines, which include the rule-based process evaluation method, rule-based and fuzzy evaluation-based method associated with resources, case-bas
ed and feature-based cost estimation method; At last, we give a manufacturing-oriented evaluation system of rotating mechanical part ,which validate the evaluation guidelines and method of the dissertation useful and practical.
引文
1．周济，张新访等，并行工程，机械工程科学技术前沿，机械工业出版社，1996
2．李伯虎，蒋新松，并行工程，航空制造工程，1993年第5期，3～8
3．何爱新，徐弘山，面向并行工程的CAD／DFM／CAPP集成系统，北京理工大学学报，2000年第2期，94～97
4．顾新建，祈国宁，谭建荣，陈芨熙著，机械制造系统工程学，浙江大学出版社，1996年9月
5．孟明辰，韩向利编著，并行设计，机械工业出版社，1999
6．黄利平，彭继忠，许隆文，并行设计及其支持环境，计算机集成制造系统CIMS，2001年11期，39～44
7．谢列卫，浙江大学博士学位论文，2000
8．曾庆良，熊光楞等，并行工程环境的面向成本设计，机械工程学报，2001年第7期，1～4
9．王先逵，蒲建等，面向制造的零件设计：理论与实现，计算机集成制造系统CIMS，1996年第2期，21～25
10．G．布斯劳，P．德赫斯特，W．耐特著，王知衍译，面向制造与装配的产品设计，机械工业出版社，1999年4月
11．马世强，石玉祥，王轩，关于DFM技术理论与实现策略，松辽学刊(自然版)，1999年第3期，79～83
12．苏强，林志航，产品设计中的DFM技术，组合机床与自动化加工技术，1997年第2期，3～6
13．顾嘉胤，谭建荣，高瞻，李涛，基于并行工程的DFX，机电工程，2000年第7期，14～16
14．喻世良，胡列兵，詹友刚，企业实施DFMA的条件和策略，CAD／CAU与制造业信息化，2002年8月，5～7
15．蒋祖华，赵良才，严忠胜，DFM技术研究及在摆线针轮减速器设计上的应用开发，华东船舶工业学报，1998年6月，29～34
16．吴玉光，面向并行工程的零件可制造性评价方法研究，浙江大学博士学位论文，2001年7月
17．唐文献，蒋祖华，赵良才，并行工程下的零件可制造性研究，机械科学与技术，2000年第19卷，158～160
18．宋玉银，DFM技术综述，计算机辅助设计与制造，1996年9月，7～9
19．吴玉光，高曙明，陈子辰，基于特征的产品可制造性评价方法综述，中国机械工程，2001年7月，756～759
20. Boothroyd G, Dewhurst P, Design for Assembly-A Designer's Handbook, Technical Report, Department of Mechanical Engineering, University of Massachusetts, 1983
21. SHARNKERSR, JANSSON D G, A generalized methodology for evaluating manufacturability [A], Concurrent Engineering: Contemporary Issues and Modern Design Tools[C], London, Chapman & Hall, 1993,248～263
22. Venkatachalam A R. Automating Manufacturability Evaluation in CAD Systems Through Expert Systems Approaches. Expert systems with Applications, 1994,7(2), 495～506
23. Therese Lawlor-Wright, Roger G. Hannam. A feature-based design for manufacture: CAD/CAM Package. CAE Journal, 1989,(1),215～220
24. Cutkosky M R, Tenenbaum J M, Toward a Framework for concurrent design. International J. of systems Automation: Research and Application, 1992,1(3), 239～261
25. Cherng J G, Shao X Y, Chen Y, Feature-based Part Modeling and Process Planning for Rapid Response Manufacturing, Computers in Industrial Engineer, 1998,34(2), 525～530
26. Gupta S K, Nau D S, A Systematic Approach for Analyzing the Manufacturability of Machined Parts, Computer Aided Design, 1995, 27(5), 323～342
27. Yannoulakis N J, Wysk R A, Quantitative Measures of Manufacturability for Rotational Parts. Trans, of ASME, J, of Engineering for industry, 1994,116(2), 189～198
28. Yannou Lakis N. J, Joshi S. B, Wysk R. A., Quantitative measure of manufacturability for rotational parts. Journal of Engineering for Industry, 1994, (11): 189～198
29. Zhang G, Lu Stephen C. Y, Artificial Intelligent Applications in Manufacturing. An
Expert System Approach for Economic Evaluation of Machine Operation Planning, AAAI, The MIT Press, 1992,133～156
30. Das D, Gupta S K, Nau D S, Generating Redesign Suggestions to Reduce Setup Cost: A Step Toward Automated Redesign, Computer Aided Design, 1996, 28(10), 763～782
31. Hayes C, Plan-Based Manufacturability Analysis and Generation of Shape-Changing Redesign Suggestions. J. Of Intelligent Manufacturing, 1996,7,121～132
32．高峰，胡庆夕，李培根，段正澄，基于制造约束的零件可制造性评价，华中理工大学学报，1997年3月，21～23
33．胡庆夕，高峰，李培根，段正澄，制造约束规则的表达方法研究，华中理工大学学报，1997年3月，18～20
34．胡庆夕，面向制造的设计系统中的可制造性评价方法与应用，高技术通讯，1998年9月，30～35
35．胡庆夕，高峰，李培根，段正澄，用于DFM的零件建模与工艺评价方法的研究，1996年11期，4～8
36．宋玉银，肖亦辉，成晔，蔡复之，产品可制造性评价方法的研究，清华大学学报自然版，1998年7月，111～114
37．宋玉银，褚秀萍，蔡复之，基于特征的零件可制造性评价方法，河北理工学院学报，1999年5月，27～33
38．宋玉银，成晔，蔡复之，肖亦辉，唐东，基于知识的机械零件DFM方法研究，清华大学学报自然版，1999年8月
39．吴瑞荣，张玉云，王先逵，段广洪，面向对象的可制造性评价系统，清华大学学报自然版，1998年2月
40．何煜琛，张和明，刘成颖，苏海洋，DFM的关键技术与实现模式研究，计算机集成制造系统—CIMS，2001年11月，45～49
41．吴玉光，高曙明，陈子辰，产品可制造性逐步评价方法，中国机械工程，2001年2月，208～212
42．黄荣瑛，王治森，并行可制造性综合评价，制造业自动化，2001年7月
43．黄荣瑛，王治森，杜晓荣，产品可制造性评价方法，机械工业自动化，1998年
1月，10～14
44．仲智刚，潘晓弘，程耀东，钱碧，刘敏，并行工程下产品可制造性研究，机械，www．Eworks．net．cn
45．张帆，张友良，汪惠芬，基于特征的零件信息模型，电气技术与自动化，2002年第3期，28～30
46．李金良，孙宝兰，王光斗，基于特征的零件信息扩展实体联系模型，组合机床与自动化加工技术，2002年第3期，26～28
47．李峰，周雄辉，阮雪榆，基于特征的CAD系统研究，组合机床与自动化加工技术，1999年第6期
48．蔡长韬，殷国富，胡晓兵，面向CAD／CAPP集成的特征造型技术研究，机械，1999年2月
49．张华书，并行环境下基于特征的零件定义模型，机械科学与技术，1999年第1期，141～144
50．胡庆夕，秦鹏飞，面向制造基于特征的零件定义模型的研究及其应用，小型微型计算机系统，1999年第4期
51．严忠胜，赵良才，蒋祖华，面向制造设计(DFM)的特征造型系统的研究，华东船舶工业学院学报，1998年9月，25～30
52．高峰霞，廖彬山编著，Visual Basic 6.0中文版提高与应用，电子工业出版社，1999年11月
53．石旭东，李峰，李军，陆书成，面向可制造性评价的虚拟制造资源建模，中国机械工程，2002年第17期
54．胡庆夕，并行环境下基于层次与特征技术的设备资源模型研究，中国机械工程，1999年第11期
55．戴国洪，倪前富，严隽琪，基于资源模型和特征模型的创成式CAPP系统的研究，机械设计与制造，1999年第5期
56．段福斌，零件可制造性分析系统的研究，浙江大学硕士学位论文，2002年2月
57．丁毓峰，杨明忠，李向阳，一种基于约束设计的面向对象描述方法，机械研究与应用，1999年第12期
58．唐亭生，胡庆夕，用于DFM的工艺咨询与评价方法的研究，1999年第1期
59．黄新刚，王先逵，刘成颖，何煜琛，面向并行工程的结构工艺性评价系统，机
电一体化技术推广应用，1999年4月，3～5
60．郑修本主编，机械制造工艺学(第二版)，机械工业出版社，2001年7月
61．张进军，郭顺生，杨明忠，面向制造的成本计算系统开发，中国机械工程，1999年第5期
62．曾庆良，熊光楞，范文慧，周玮，何山，岳玉华，张春横，包建文，铁路货车产品快速报价系统的设计研究，计算机 集成制造系统CIMS，2001年6月，54～55
63．樊洪波，欧长劲，谢列卫，郭大运，基于实例的并行设计成本计算，机床与液压，2003年第1期，237～239
64．伍涛，谢庆生，用Delphi对Solid works进行二次开发，贵州工业大学学报(自然版)，1999年12月，34～38
65．倪中华，易红，程洁，基于Web的零件工艺信息提取技术的研究，中国机械工程，2001年12月，1387～1389
66．徐武彬，基于成组技术原理的机械零件三维CAD设计模式，组合机床与自动化加工技术，2002年第6期，21～23
67．魏康民主编，机械制造技术，2002年3月，机械工业出版社
68．傅水根主编，机械制造工艺基础，1998年12月，清华大学出版社
69．吴昭同，杨将新编著，计算机辅助公差设计，1999年10月，浙江大学出版社
2．李伯虎，蒋新松，并行工程，航空制造工程，1993年第5期，3～8
3．何爱新，徐弘山，面向并行工程的CAD／DFM／CAPP集成系统，北京理工大学学报，2000年第2期，94～97
4．顾新建，祈国宁，谭建荣，陈芨熙著，机械制造系统工程学，浙江大学出版社，1996年9月
5．孟明辰，韩向利编著，并行设计，机械工业出版社，1999
6．黄利平，彭继忠，许隆文，并行设计及其支持环境，计算机集成制造系统CIMS，2001年11期，39～44
7．谢列卫，浙江大学博士学位论文，2000
8．曾庆良，熊光楞等，并行工程环境的面向成本设计，机械工程学报，2001年第7期，1～4
9．王先逵，蒲建等，面向制造的零件设计：理论与实现，计算机集成制造系统CIMS，1996年第2期，21～25
10．G．布斯劳，P．德赫斯特，W．耐特著，王知衍译，面向制造与装配的产品设计，机械工业出版社，1999年4月
11．马世强，石玉祥，王轩，关于DFM技术理论与实现策略，松辽学刊(自然版)，1999年第3期，79～83
12．苏强，林志航，产品设计中的DFM技术，组合机床与自动化加工技术，1997年第2期，3～6
13．顾嘉胤，谭建荣，高瞻，李涛，基于并行工程的DFX，机电工程，2000年第7期，14～16
14．喻世良，胡列兵，詹友刚，企业实施DFMA的条件和策略，CAD／CAU与制造业信息化，2002年8月，5～7
15．蒋祖华，赵良才，严忠胜，DFM技术研究及在摆线针轮减速器设计上的应用开发，华东船舶工业学报，1998年6月，29～34
16．吴玉光，面向并行工程的零件可制造性评价方法研究，浙江大学博士学位论文，2001年7月
17．唐文献，蒋祖华，赵良才，并行工程下的零件可制造性研究，机械科学与技术，2000年第19卷，158～160
18．宋玉银，DFM技术综述，计算机辅助设计与制造，1996年9月，7～9
19．吴玉光，高曙明，陈子辰，基于特征的产品可制造性评价方法综述，中国机械工程，2001年7月，756～759
20. Boothroyd G, Dewhurst P, Design for Assembly-A Designer's Handbook, Technical Report, Department of Mechanical Engineering, University of Massachusetts, 1983
21. SHARNKERSR, JANSSON D G, A generalized methodology for evaluating manufacturability [A], Concurrent Engineering: Contemporary Issues and Modern Design Tools[C], London, Chapman & Hall, 1993,248～263
22. Venkatachalam A R. Automating Manufacturability Evaluation in CAD Systems Through Expert Systems Approaches. Expert systems with Applications, 1994,7(2), 495～506
23. Therese Lawlor-Wright, Roger G. Hannam. A feature-based design for manufacture: CAD/CAM Package. CAE Journal, 1989,(1),215～220
24. Cutkosky M R, Tenenbaum J M, Toward a Framework for concurrent design. International J. of systems Automation: Research and Application, 1992,1(3), 239～261
25. Cherng J G, Shao X Y, Chen Y, Feature-based Part Modeling and Process Planning for Rapid Response Manufacturing, Computers in Industrial Engineer, 1998,34(2), 525～530
26. Gupta S K, Nau D S, A Systematic Approach for Analyzing the Manufacturability of Machined Parts, Computer Aided Design, 1995, 27(5), 323～342
27. Yannoulakis N J, Wysk R A, Quantitative Measures of Manufacturability for Rotational Parts. Trans, of ASME, J, of Engineering for industry, 1994,116(2), 189～198
28. Yannou Lakis N. J, Joshi S. B, Wysk R. A., Quantitative measure of manufacturability for rotational parts. Journal of Engineering for Industry, 1994, (11): 189～198
29. Zhang G, Lu Stephen C. Y, Artificial Intelligent Applications in Manufacturing. An
Expert System Approach for Economic Evaluation of Machine Operation Planning, AAAI, The MIT Press, 1992,133～156
30. Das D, Gupta S K, Nau D S, Generating Redesign Suggestions to Reduce Setup Cost: A Step Toward Automated Redesign, Computer Aided Design, 1996, 28(10), 763～782
31. Hayes C, Plan-Based Manufacturability Analysis and Generation of Shape-Changing Redesign Suggestions. J. Of Intelligent Manufacturing, 1996,7,121～132
32．高峰，胡庆夕，李培根，段正澄，基于制造约束的零件可制造性评价，华中理工大学学报，1997年3月，21～23
33．胡庆夕，高峰，李培根，段正澄，制造约束规则的表达方法研究，华中理工大学学报，1997年3月，18～20
34．胡庆夕，面向制造的设计系统中的可制造性评价方法与应用，高技术通讯，1998年9月，30～35
35．胡庆夕，高峰，李培根，段正澄，用于DFM的零件建模与工艺评价方法的研究，1996年11期，4～8
36．宋玉银，肖亦辉，成晔，蔡复之，产品可制造性评价方法的研究，清华大学学报自然版，1998年7月，111～114
37．宋玉银，褚秀萍，蔡复之，基于特征的零件可制造性评价方法，河北理工学院学报，1999年5月，27～33
38．宋玉银，成晔，蔡复之，肖亦辉，唐东，基于知识的机械零件DFM方法研究，清华大学学报自然版，1999年8月
39．吴瑞荣，张玉云，王先逵，段广洪，面向对象的可制造性评价系统，清华大学学报自然版，1998年2月
40．何煜琛，张和明，刘成颖，苏海洋，DFM的关键技术与实现模式研究，计算机集成制造系统—CIMS，2001年11月，45～49
41．吴玉光，高曙明，陈子辰，产品可制造性逐步评价方法，中国机械工程，2001年2月，208～212
42．黄荣瑛，王治森，并行可制造性综合评价，制造业自动化，2001年7月
43．黄荣瑛，王治森，杜晓荣，产品可制造性评价方法，机械工业自动化，1998年
1月，10～14
44．仲智刚，潘晓弘，程耀东，钱碧，刘敏，并行工程下产品可制造性研究，机械，www．Eworks．net．cn
45．张帆，张友良，汪惠芬，基于特征的零件信息模型，电气技术与自动化，2002年第3期，28～30
46．李金良，孙宝兰，王光斗，基于特征的零件信息扩展实体联系模型，组合机床与自动化加工技术，2002年第3期，26～28
47．李峰，周雄辉，阮雪榆，基于特征的CAD系统研究，组合机床与自动化加工技术，1999年第6期
48．蔡长韬，殷国富，胡晓兵，面向CAD／CAPP集成的特征造型技术研究，机械，1999年2月
49．张华书，并行环境下基于特征的零件定义模型，机械科学与技术，1999年第1期，141～144
50．胡庆夕，秦鹏飞，面向制造基于特征的零件定义模型的研究及其应用，小型微型计算机系统，1999年第4期
51．严忠胜，赵良才，蒋祖华，面向制造设计(DFM)的特征造型系统的研究，华东船舶工业学院学报，1998年9月，25～30
52．高峰霞，廖彬山编著，Visual Basic 6.0中文版提高与应用，电子工业出版社，1999年11月
53．石旭东，李峰，李军，陆书成，面向可制造性评价的虚拟制造资源建模，中国机械工程，2002年第17期
54．胡庆夕，并行环境下基于层次与特征技术的设备资源模型研究，中国机械工程，1999年第11期
55．戴国洪，倪前富，严隽琪，基于资源模型和特征模型的创成式CAPP系统的研究，机械设计与制造，1999年第5期
56．段福斌，零件可制造性分析系统的研究，浙江大学硕士学位论文，2002年2月
57．丁毓峰，杨明忠，李向阳，一种基于约束设计的面向对象描述方法，机械研究与应用，1999年第12期
58．唐亭生，胡庆夕，用于DFM的工艺咨询与评价方法的研究，1999年第1期
59．黄新刚，王先逵，刘成颖，何煜琛，面向并行工程的结构工艺性评价系统，机
电一体化技术推广应用，1999年4月，3～5
60．郑修本主编，机械制造工艺学(第二版)，机械工业出版社，2001年7月
61．张进军，郭顺生，杨明忠，面向制造的成本计算系统开发，中国机械工程，1999年第5期
62．曾庆良，熊光楞，范文慧，周玮，何山，岳玉华，张春横，包建文，铁路货车产品快速报价系统的设计研究，计算机 集成制造系统CIMS，2001年6月，54～55
63．樊洪波，欧长劲，谢列卫，郭大运，基于实例的并行设计成本计算，机床与液压，2003年第1期，237～239
64．伍涛，谢庆生，用Delphi对Solid works进行二次开发，贵州工业大学学报(自然版)，1999年12月，34～38
65．倪中华，易红，程洁，基于Web的零件工艺信息提取技术的研究，中国机械工程，2001年12月，1387～1389
66．徐武彬，基于成组技术原理的机械零件三维CAD设计模式，组合机床与自动化加工技术，2002年第6期，21～23
67．魏康民主编，机械制造技术，2002年3月，机械工业出版社
68．傅水根主编，机械制造工艺基础，1998年12月，清华大学出版社
69．吴昭同，杨将新编著，计算机辅助公差设计，1999年10月，浙江大学出版社