基于虚拟制造的液力变矩器设计与开发
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摘要
当今世界，在经济全球化、贸易自由化和社会信息化的新形势下，全球制造企业之间的竞争日趋激烈，制造企业必须以最短的产品开发时间(T-Time)、最优的产品质量(Q-Quality)、最低廉的制造成本和销售价格(C-Cost)、最好的技术支持和全过程服务(S-Service)、最佳的环保效果(E-Environment)以及最快速的市场适应性(F-Flexibility)来生产适销对路的产品(P-Product)，即：“TQCSEFP”，去进入市场，占领市场，进而领导市场。本文以虚拟制造的具体实施文研究课题，重点论述了基于虚拟制造的液力变矩器设计与开发过程。
文章首先介绍了课题的来源及意义，所涉及的产品——液力变矩器的构造和发展历史，国内外液力变矩器的研究和应用现状以及面临的问题；阐述了虚拟制造VM技术内涵及其在液力变矩器设计开发中的应用，三维设计软件CATIA V5的诞生历程和技术特点等。
接着从液力变矩器虚拟设计、虚拟加工和开发过程的产品数据管理三个方面展开。应用并行工程的关键技术之一——面向产品全生命周期的设计DFX中面向功能的设计DFF、面向装配的设计DFA和面向制造的设计DFM的方法，在CATIA V5中完成液力变矩器虚拟设计；在CATIA V5中对液力变矩器进行虚拟加工建模和仿真，包括液力变矩器导轮叶片五轴数控加工刀轨建模与仿真、导轮快速成型RP建模(PVC材料)、液力变矩器虚拟装配和运动仿真等；采用STEP标准实现多CAD系统之间三维数据交换，提出液力变矩器特征模型的分级标准并对三维模型数据进行分级管理，制定相应的权限等级以规范合作厂家的产品数据管理层次。
最后对全文工作进行了总结，并归纳了论文的创新点，对进一步的研究，提出了设想和展望。
Today, the competition between the manufactures in the world becomes severer in the trend of the globalizing economy, the free trade and the informational society. The manufacture must produce the salable Product in the shortest development Time, the classic Quality, the lowest Cost, the comprehensive technical Support and full-life-cycle Service, the best Environment and the fastest Flexibility named TQCSEFP to enter, to occupy and to lead the market. This paper takes the implementing of the technique of virtual manufacture as the subject and expounds the design and development of the torque converter based on the virtual manufacture technique.
Firstly, the resource and the meaning of the subject, the developing history and the structure of the torque converter -the referred product and the last research and the problem of the development of the torque converter are introduced. The technical intension of virtual manufacture and the method of using virtual manufacture technique in the design and development of the torque converter also are introduced. In addition to the naissance and the technical future of the 3-D CAD software-C ATI A V5 are mentioned, too.
Secondly, the paper is expanded from follow three aspects: the virtual design, the virtual process and the product data management (PDM) during the developing the torque converter. Applying the key technique of concurrent engineering-design for function (DFF) , design for assembly (DFA) and design for manufacture (DFM) of the method of design for "X", the virtual design of the torque converter is accomplished in CATIA V5. Then the model constitution and the simulation of virtual process of the torque converter is done in CATIA V5, including the model constitution and the simulation of 5-aixe NC virtual process of the vane, the model constitution (material :PVC) of the idler pulley rapid prototyping (RP) and the virtual assembly and the motion simulation of the torque converter, etc. 3-D data exchange between various CAD systems is realized by using STEP standard. The lever of classing the character model of the torque converter is given. And the access authorization is set up and given to manage the partners' reading/writing the product data.
Finally, the sum-up and the innovation of the paper are pointed out. The prospect of the farther research is given, too.
文章首先介绍了课题的来源及意义，所涉及的产品——液力变矩器的构造和发展历史，国内外液力变矩器的研究和应用现状以及面临的问题；阐述了虚拟制造VM技术内涵及其在液力变矩器设计开发中的应用，三维设计软件CATIA V5的诞生历程和技术特点等。
接着从液力变矩器虚拟设计、虚拟加工和开发过程的产品数据管理三个方面展开。应用并行工程的关键技术之一——面向产品全生命周期的设计DFX中面向功能的设计DFF、面向装配的设计DFA和面向制造的设计DFM的方法，在CATIA V5中完成液力变矩器虚拟设计；在CATIA V5中对液力变矩器进行虚拟加工建模和仿真，包括液力变矩器导轮叶片五轴数控加工刀轨建模与仿真、导轮快速成型RP建模(PVC材料)、液力变矩器虚拟装配和运动仿真等；采用STEP标准实现多CAD系统之间三维数据交换，提出液力变矩器特征模型的分级标准并对三维模型数据进行分级管理，制定相应的权限等级以规范合作厂家的产品数据管理层次。
最后对全文工作进行了总结，并归纳了论文的创新点，对进一步的研究，提出了设想和展望。
Today, the competition between the manufactures in the world becomes severer in the trend of the globalizing economy, the free trade and the informational society. The manufacture must produce the salable Product in the shortest development Time, the classic Quality, the lowest Cost, the comprehensive technical Support and full-life-cycle Service, the best Environment and the fastest Flexibility named TQCSEFP to enter, to occupy and to lead the market. This paper takes the implementing of the technique of virtual manufacture as the subject and expounds the design and development of the torque converter based on the virtual manufacture technique.
Firstly, the resource and the meaning of the subject, the developing history and the structure of the torque converter -the referred product and the last research and the problem of the development of the torque converter are introduced. The technical intension of virtual manufacture and the method of using virtual manufacture technique in the design and development of the torque converter also are introduced. In addition to the naissance and the technical future of the 3-D CAD software-C ATI A V5 are mentioned, too.
Secondly, the paper is expanded from follow three aspects: the virtual design, the virtual process and the product data management (PDM) during the developing the torque converter. Applying the key technique of concurrent engineering-design for function (DFF) , design for assembly (DFA) and design for manufacture (DFM) of the method of design for "X", the virtual design of the torque converter is accomplished in CATIA V5. Then the model constitution and the simulation of virtual process of the torque converter is done in CATIA V5, including the model constitution and the simulation of 5-aixe NC virtual process of the vane, the model constitution (material :PVC) of the idler pulley rapid prototyping (RP) and the virtual assembly and the motion simulation of the torque converter, etc. 3-D data exchange between various CAD systems is realized by using STEP standard. The lever of classing the character model of the torque converter is given. And the access authorization is set up and given to manage the partners' reading/writing the product data.
Finally, the sum-up and the innovation of the paper are pointed out. The prospect of the farther research is given, too.
引文
[1]肖田元等 虚拟制造体系结构研究 计算机集成制造系统——CIMS 1999．1．
[2]李海龙等 基于约束的装配体技术计算机辅助设计与图形学学报1997．5．
[3]张林鍹、童秉枢 并行工程中的装配仿真系统及其关键技术研究计算机辅助设计与图形学学报1999．9．
[4]杨文涛等基于STL格式的CAD实体模型的分割与拼接锻压机械 2000．3．
[5]赵继云等 支持概念及装配建模的智能变型设计系统框架计算机辅助设计与图形学学报1999．9．
[6]隋爱娜等 虚拟装配与虚拟原型机的理论与技术分析系统仿真学报 2000．7．
[7]熊光楞等虚拟样机技术系统仿真学报2001．1．
[8]肖田元等 虚拟制造内涵及其应用研究系统仿真学报 2001．1．
[9]李思昆等 协作虚拟样机与协同设计方法 系统仿真学报 2001．1．
[10]赵雯等 协同虚拟样机技术研究 系统仿真学报2001．1．
[11]陶品等 虚拟装配仿真平台的研究与实现 系统仿真学报 2001．6．
[12]赵雯等 虚拟样机一体化建模方法研究 系统仿真学报 2002．1．
[13]李伯虎等 复杂产品虚拟样机工程的研究与初步实践系统仿真学报 2002．3．
[14]肖田元 虚拟制造及其在轿车数字化工程中的应用 系统仿真学报 2002．3．
[15]苟凌怡等 支持虚拟样机的协同仿真平台关键技术研究 系统仿真学报 2002．3．
[16]曾理等 一个虚拟装配支持系统的实现系统仿真学报 2002．9．
[17]程凯基于CATIA系统的虚拟装配技术应用研究CAD／CAM《计算机辅助设计与制造》2002．4．
[18]原亮明等 虚拟样机制造技术在高速铁路转向架设计中的应用CAD／CAM与制造业信息化2002．9．
[19]王凤英等 虚拟产品开发与并行工程CAD／CAM与制造业信息化2002．9．
[20]谢增团、王耕耘并行工程及其关键技术CAD／CAM与制造业信息化 2002．12．
[21]肖田元等 虚拟制造的定义与关键技术清华大学学报(自然科学版)1998．10．
[22]王飞等 虚拟现实仿真技术及在飞机装配中的应用北京航空航天大学学报2001．3．
[23]曹哲等 飞机结构件装配顺序规划研究与实现西北工业大学学报 2001．4．
[24]肖田元等 虚拟制造技术 中国系统仿真学会学术年会论文集(上) 1997
[25]程凯 虚拟装配技术在飞机研制中的应用研究第一届国际机械工程学术会议ICME2000论文集2000
[26]李伯虎、吴澄现代集成制造系统——理念、技术、实施与发展全国计算机应用学术会议论文集1999
[27]周守仁 《自动变速箱》 北京：中国铁道出版社1984
[28]高维山 《变速器》 北京：人民交通出版社1990
[29]黄林彬 《自动变速箱系统》 福州：福建科学技术出版社2001
[30]朱经昌 《液力变矩器的设计与计算》北京：国防工业出版社1991
[31]陈家瑞 《汽车构造》(上、下) 北京：人民交通出版社1999
[32]吉林工业大学汽车教研室 《汽车设计》 北京：机械工业出版社1981
[33]孟少农 《汽车设计方法论》 北京：机械工业出版社1992
[34]中国汽车技术研究中心汽车标准研究所 《汽车设计标准资料手册：标准件篇》 长春：吉林科学技术出版社2000
[35]刘惟信 《汽车设计》北京：清华大学出版社2001
[36]张月相等《自动变速系统的原理与检修：现代汽车最新装置检修指南》哈尔滨：黑龙江科学技术出版社1996
[37]栾琪文 《自动变速器实用维修图集》 沈阳：辽宁科学技术出版社2002
[38]李伯虎等 《并行工程与拟实制造》 北京：中国经济出版社1997
[39]熊光楞等 《并行工程的理论与实践》 北京：清华大学出版社2001
[40]孙家广、徐隆文 《计算机图形学》 北京：清华大学出版社1986
[41][美]安德鲁·格拉斯诺 《最新三维计算机图形学》 北京：中国电影出版社1994
[42]宁汝新、徐弘山《机械制造中的CAD／CAM技术》 北京：北京理工大学出版社1991
[43]任仲贵 《CAD／CAM原理》 北京：清华大学出版社1991
[44][德]ULRICH REM BOLD et al．《计算机集成制造技术和系统》 北京：兵器工业出版社1991
[45]陈禹六等 《计算机集成制造(CIM)系统设计和实施方法论》 北京：清华大学出版社1996
[46]熊光楞等 《并行工程理论与实践》 北京：清华大学出版社2001
[47]胡庆夕等 《并行工程原理与应用》上海：上海大学出版社2001
[48]《实用数控加工技术》编委会《实用数控加工技术》北京：兵器工业出版社1995
[49]王玉新《现代数控机床编程与操作》天津：天津科技翻译出版公司1996
[50]刘雄伟等 《数控加工理论与编程技术》 北京：机械工业出版社2000
[51]童秉枢李建明《产品数据管理(PDM)技术》北京：清华大学出版社2000
[52]庞士宗等 《产品数据管理(PDM)》 北京：机械工业出版社2000
[53]Michael Weyrich, Paul Drews An interactive environment for virtual manufacturing: the virtual workbench Computers in Industry 1999, 38:5-15
[54]Par Klingstam, Per Gullander Overview of simulation tools for computer-aided production engineering Computers in Industry 1999, 38:173-186
[55]Lee K, Gossard D C A hierarchical data structure for representing assemblies: Part 1 Computer-Aided Design 1985, 17(1): 15-19
[56]Srikanth S. Turner J U Toward a unified representation of mechanical assemblies Engineering with Computers 1990, 6 (2):103-112.
[57]Fowler J E Variant design for mechanical artifacts: a state-of-the -art survey Engineer with Computers 1996, 12:1-55
[58]Peak R S et al. Integrating Engineering Design and Analysis Using A Multi Representation Approach Engineering with computers 1998, 14:93-114
[59]Homen De Mello, Sanderson A C A correct and complete algorithm for the generation of mechanical assembly sequences IEEE Transactions on Robotics and Automation 1991, 7(2): 228-240
[60]Thomas J Pet al. Boundary models for assembly knowledge representation IEEE Transactions on Robotics and Automation 1996, 12 (2): 302-312.
[61]Riyaz Sikora et al. Coordination Mechanisms for Multi-agent Manufacture
Systems. Application to Integrated Manufacturing Scheduling IEEE Transactions on Engineering Management 1997, 44(2):175-187
[62] Zeigler B P et al. An Architecture for Collaborative Modeling and Simulation The 11th European Simulation Multiconference 1997
[63] New and developing areas in modeling and simulation from a European perspective System Simulation and Scientific Computing Richard Zobel 1999
[64] Pahl G, Beitz W Engineering Design New York: Springer Verlag 1984
[65] Homen de Mello, Lee S Computer-Aided mechanical assembly planning Norwell, MA: Kluwer 1991
[2]李海龙等 基于约束的装配体技术计算机辅助设计与图形学学报1997．5．
[3]张林鍹、童秉枢 并行工程中的装配仿真系统及其关键技术研究计算机辅助设计与图形学学报1999．9．
[4]杨文涛等基于STL格式的CAD实体模型的分割与拼接锻压机械 2000．3．
[5]赵继云等 支持概念及装配建模的智能变型设计系统框架计算机辅助设计与图形学学报1999．9．
[6]隋爱娜等 虚拟装配与虚拟原型机的理论与技术分析系统仿真学报 2000．7．
[7]熊光楞等虚拟样机技术系统仿真学报2001．1．
[8]肖田元等 虚拟制造内涵及其应用研究系统仿真学报 2001．1．
[9]李思昆等 协作虚拟样机与协同设计方法 系统仿真学报 2001．1．
[10]赵雯等 协同虚拟样机技术研究 系统仿真学报2001．1．
[11]陶品等 虚拟装配仿真平台的研究与实现 系统仿真学报 2001．6．
[12]赵雯等 虚拟样机一体化建模方法研究 系统仿真学报 2002．1．
[13]李伯虎等 复杂产品虚拟样机工程的研究与初步实践系统仿真学报 2002．3．
[14]肖田元 虚拟制造及其在轿车数字化工程中的应用 系统仿真学报 2002．3．
[15]苟凌怡等 支持虚拟样机的协同仿真平台关键技术研究 系统仿真学报 2002．3．
[16]曾理等 一个虚拟装配支持系统的实现系统仿真学报 2002．9．
[17]程凯基于CATIA系统的虚拟装配技术应用研究CAD／CAM《计算机辅助设计与制造》2002．4．
[18]原亮明等 虚拟样机制造技术在高速铁路转向架设计中的应用CAD／CAM与制造业信息化2002．9．
[19]王凤英等 虚拟产品开发与并行工程CAD／CAM与制造业信息化2002．9．
[20]谢增团、王耕耘并行工程及其关键技术CAD／CAM与制造业信息化 2002．12．
[21]肖田元等 虚拟制造的定义与关键技术清华大学学报(自然科学版)1998．10．
[22]王飞等 虚拟现实仿真技术及在飞机装配中的应用北京航空航天大学学报2001．3．
[23]曹哲等 飞机结构件装配顺序规划研究与实现西北工业大学学报 2001．4．
[24]肖田元等 虚拟制造技术 中国系统仿真学会学术年会论文集(上) 1997
[25]程凯 虚拟装配技术在飞机研制中的应用研究第一届国际机械工程学术会议ICME2000论文集2000
[26]李伯虎、吴澄现代集成制造系统——理念、技术、实施与发展全国计算机应用学术会议论文集1999
[27]周守仁 《自动变速箱》 北京：中国铁道出版社1984
[28]高维山 《变速器》 北京：人民交通出版社1990
[29]黄林彬 《自动变速箱系统》 福州：福建科学技术出版社2001
[30]朱经昌 《液力变矩器的设计与计算》北京：国防工业出版社1991
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[32]吉林工业大学汽车教研室 《汽车设计》 北京：机械工业出版社1981
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[36]张月相等《自动变速系统的原理与检修：现代汽车最新装置检修指南》哈尔滨：黑龙江科学技术出版社1996
[37]栾琪文 《自动变速器实用维修图集》 沈阳：辽宁科学技术出版社2002
[38]李伯虎等 《并行工程与拟实制造》 北京：中国经济出版社1997
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[41][美]安德鲁·格拉斯诺 《最新三维计算机图形学》 北京：中国电影出版社1994
[42]宁汝新、徐弘山《机械制造中的CAD／CAM技术》 北京：北京理工大学出版社1991
[43]任仲贵 《CAD／CAM原理》 北京：清华大学出版社1991
[44][德]ULRICH REM BOLD et al．《计算机集成制造技术和系统》 北京：兵器工业出版社1991
[45]陈禹六等 《计算机集成制造(CIM)系统设计和实施方法论》 北京：清华大学出版社1996
[46]熊光楞等 《并行工程理论与实践》 北京：清华大学出版社2001
[47]胡庆夕等 《并行工程原理与应用》上海：上海大学出版社2001
[48]《实用数控加工技术》编委会《实用数控加工技术》北京：兵器工业出版社1995
[49]王玉新《现代数控机床编程与操作》天津：天津科技翻译出版公司1996
[50]刘雄伟等 《数控加工理论与编程技术》 北京：机械工业出版社2000
[51]童秉枢李建明《产品数据管理(PDM)技术》北京：清华大学出版社2000
[52]庞士宗等 《产品数据管理(PDM)》 北京：机械工业出版社2000
[53]Michael Weyrich, Paul Drews An interactive environment for virtual manufacturing: the virtual workbench Computers in Industry 1999, 38:5-15
[54]Par Klingstam, Per Gullander Overview of simulation tools for computer-aided production engineering Computers in Industry 1999, 38:173-186
[55]Lee K, Gossard D C A hierarchical data structure for representing assemblies: Part 1 Computer-Aided Design 1985, 17(1): 15-19
[56]Srikanth S. Turner J U Toward a unified representation of mechanical assemblies Engineering with Computers 1990, 6 (2):103-112.
[57]Fowler J E Variant design for mechanical artifacts: a state-of-the -art survey Engineer with Computers 1996, 12:1-55
[58]Peak R S et al. Integrating Engineering Design and Analysis Using A Multi Representation Approach Engineering with computers 1998, 14:93-114
[59]Homen De Mello, Sanderson A C A correct and complete algorithm for the generation of mechanical assembly sequences IEEE Transactions on Robotics and Automation 1991, 7(2): 228-240
[60]Thomas J Pet al. Boundary models for assembly knowledge representation IEEE Transactions on Robotics and Automation 1996, 12 (2): 302-312.
[61]Riyaz Sikora et al. Coordination Mechanisms for Multi-agent Manufacture
Systems. Application to Integrated Manufacturing Scheduling IEEE Transactions on Engineering Management 1997, 44(2):175-187
[62] Zeigler B P et al. An Architecture for Collaborative Modeling and Simulation The 11th European Simulation Multiconference 1997
[63] New and developing areas in modeling and simulation from a European perspective System Simulation and Scientific Computing Richard Zobel 1999
[64] Pahl G, Beitz W Engineering Design New York: Springer Verlag 1984
[65] Homen de Mello, Lee S Computer-Aided mechanical assembly planning Norwell, MA: Kluwer 1991