基于特征驱动的可重构柔性工装智能交互设计系统研究

摘要

汽车“多品种、小批量”生产模式对开发周期与生产成本提出了更严格的要求。焊接工装夹具是保证车身焊接质量与精度的重要工艺装备，其设计制造效率对焊接工艺周期有着重要的影响。目前计算机辅助夹具设计能在一定程度上提高设计效率，但其智能化、柔性化程度仍严重制约汽车焊接工装夹具的开发效率，因此如何利用工装夹具结构设计知识实现车身焊接夹具智能化设计，缩短设计周期成为了新的研究热点。　　本文以车身焊接工装夹具设计过程为研究对象，针对车身零件复杂结构特征导致夹具设计任务重、设计周期长等问题，研究可重构柔性车身焊接夹具智能交互设计系统关键技术，从理论和方法上深入研究计算机辅助夹具智能设计技术，开发工装夹具设计原型系统，验证了理论与方法的可行性。研究工作主要体现在：　　(1)研究NX二次开发方法理论方法，对比分析了NX/Open、UG/Open开发方法原理、架构，并对其他开发工具Journaling、BlockUI、MenuScript进行阐述。基于以上基础，提出一种适合企业快速二次开发的方法流程，为后续开发提供技术支持。　　(2)分析车身结构特征，提出一种“标准件+非标准件”模块化柔性组合车身焊接夹具方案，得到多种常见典型夹具类型结构，利用不同种类、不同规格的标准件与非标准件的排列组合，实现对车身可重构柔性夹紧定位。　　(3)在NX软件平台创建了夹具标准件三维模型模板，并以此构建了夹具标准件库，实现对夹具标准件的管理。基于参数化建模理论和同步建模技术，提出一种驱动参数模板的非标准件自适应变型建模方法，能够针对复杂的车身结构特征，实现自适应快速建模装配。　　(4)研究柔性车身焊接夹具设计装配过程，构建智能数字体模型。提出一种基于规则推理与实例推理的混合推理夹具类型选择算法，通过UI交互输入，得到具体夹具类型。以实际设计经验为基础，根据定位夹紧关键尺寸进行夹具规格推理，实现标准件规格的快速选择。其次，基于物体空间坐标转换理论提出一种语义快速搜索装配特征算法，构建装配约束，实现夹具自动装配。最后，基于特征完成非标准件的自适应建模设计，从而完成整个焊接夹具智能设计过程。　　(5)基于以上理论与方法，针对车身焊接夹具设计需求，通过NX二次开发完成柔性化车身焊接夹具智能交互设计原型系统。以某车型前地板总成焊接夹具设计为例，进一步验证该系统的可行性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 柔性焊接夹具研究现状

1.2.2 CAFD智能化研究现状

1.3 存在问题

1.4 本文的主要技术路线与研究内容

1.4.1 本文主要技术路线

1.4.2 本文主要研究内容及章节安排

第2章 系统设计基本方法与理论

2.1 引言

2.2 NX二次开发方法

2.2.1 NX二次开发工具

2.2.2 NX二次快速开发方法与流程

2.3 车身柔性焊接夹具设计方法及理论

2.3.1 车身焊接夹具设计理论

2.3.2 柔性车身焊接夹具设计与评价标准

2.4 本章小结

第3章 可重构柔性焊接工装夹具设计方案

3.1 引言

3.2 基于总成几何特征的可重构柔性工装夹具结构设计

3.3 标准件库设计

3.3.1 标准件库设计原则

3.3.2 标准件库设计实现

3.4 基于特征的非标准件自适应变型建模设计方法

3.4.1 非标准件自适应变型建模理论

3.4.2 基于特征的非标准件自适应变型建模设计实现

3.5 本章小结

第4章 车身焊接工装夹具智能设计关键技术

4.1 引言

4.2 夹具结构数字化设计过程

4.2.1 柔性焊接夹具结构设计过程

4.2.2 柔性焊接夹具数字化模型构建

4.3 夹具类型混合推理算法

4.3.1 推理方法概述

4.3.2 典型夹紧定位夹具类型混合推理算法

4.3.3 夹紧定位类型推理设计实现

4.4 夹具元件规格推理算法

4.5 夹具智能装配策略设计

4.5.1 装配的基本概念与原理

4.5.2 典型夹具结构装配路径策略

4.5.3 夹具快速自动装配算法实现

4.6 非标准件自适应特征驱动变型设计

4.7 本章小结

第5章 车身焊接夹具智能交互设计系统实现及其运用

5.1 引言

5.2 原型系统概述

5.2.1 原型系统开发平台

5.2.2 原型系统结构框架

5.2.3 原型系统交互界面

5.2.4 系统功能模块

5.3 原型系统工作流程与运行实例

5.3.1 系统工作流程

5.3.2 系统工作运行实例

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间获得的科研成果

附录B 文中涉及代码说明

致谢