机械毕业设计425柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立2

0引言

一 柴油机设计的现状与发展

目前国内柴油机的设计、制造、工艺、可靠性、性能指标与国外同类产品相比有较大差距，开发设计的能力也较为低下，大都是采用引进国外一些即将淘汰的图纸、生产线进行二次开发，主要的关键零部件、毛坯还依赖进口，真正能完全吸收和消化国外技术达到国外水平的还不多。还有的厂家在引进产品国产化时任意更换质量上并不过关或不匹配的关键部件以降低成本，使柴油机可靠性大为降低。

在传统的柴油机的样机总体设计方案中，总体设计的任务是：根据技术任务书的要求，在充分论证的基础上选择柴油机的型式，确定主要结构参数，选定主要零部件与辅助系统的结构型式，对各主要零部件和辅助系统各机件的外形尺寸进行粗估算，然后进行初步的总体布置，绘制几种不同方案的总体布置图，用以进行方案分析与论证。在几种方案评比的基础上，最后确定一种总体方案图，并完成热力计算，动力计算，主要系统草图及方案设计说明书等有关技术文件。随后，提出对各主要零部件和辅助系统在结构方面的主要设计要求，

以便进行各主要零部件和辅助系统各部件的初步设计和单缸试验机设计，进行先期研究工作，协调和解决各主要零部件和辅助系统各机件在空间位置上的矛盾，使柴油机正常地动作，并充分注意到拆装和维修的可能性和方便性。随后根据各主要零部件和辅助系统各机件初步设计结果，修正初始方案，调整总体布置，绘制较详细的总体布置图。

随着计算机网络的发展，各种设计软件的开发应用，与传统的柴油机设计方法相结合，将大大提高设计效率，减少成本。

二 CAD技术发展现状

CAD技术是先进制造技术的重要组成部分，是计算机技术在工程设计、机械制造等领域中最有影响的一项高新应用技术。CAD系统的发展和应用使传统的产品设计方法与生产模式发生了深刻的变化，已经产生、必然继续产生巨大的社会经济效益。CAD技术是高科技转化为生产力的催化剂，对加速新产品开发、提高设计水平、缩短产品开发周期、提高质量、降低成本，能够起到重要作用，是企业提高自身素质、增强创新能力、增强市场竞争力的一个非常有效的手段。从技术角度讲，CAD技术实际上已经进入了成熟期，价格上已经是达到可以承受的程度。

今天，计算机网络技术、CAD/CAM技术均有质的飞跃，CAD技术应用已奠定了良好基础。在这种形势下，如何正确理解\甩图板\、深化推广应用CAD技术，如何使为数甚多的中小型企业也能应用CAD技术并避免软硬件投资上的失误，如何为推广应用

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柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立

CAD技术提供更好的技术咨询服务，这些问题值得认真探讨和分析。

了解CAD技术的发展趋势对推广应用技术是十分重要的，有利于CAD方案设计、选型适应技术发展的需要。CAD技术正在从原来简单的辅助绘图(Drafting)向成为真正能够辅助设计(Design)的工具发展。l 概念设计：根据市场需求及可利用资源，对新产品作宏观上的轮廓设计，这一过程同时也包括对新产品的一些概念性的创新，输出的结果是新产品的概念性分析模型及草图。l 设计分析：对概念设计输出的结果针对不同的拓扑结构和参数进行仿真模拟，并根据不同的结果修整概念模型。l 详细设计：这是产品的真正结构设计阶段。由概念模型和分析产生的数据对详细设计起着重要的指导作用，同时详细设计的结果也要进行必要的分析，并适时根据需要修改概念模型。目前的CAD系统大都提供详细设计手段，而很少把它和概念设计及分析联系起来。l 文档设计：各设计阶段都根据不同的需求产生相应的文档，以使从产品市场需求到开发、制造及销售能够有机地组织起来。

总的来说，CAD技术的发展趋势有以下几方面：

（1）智能化：从系统的交互式介面来看，应提供符合设计者习惯的，具有导航性质的手段，使设计者能够按着自己的专业习惯开发新产品。另一方面，系统内部要采用人工智能及特征技术，不但能够记录设计过程，还能方便设计者修改产品的模型，而不致于因产品的小小修改而重新开始设计。

（2）集成化：产品设计只是新产品生命周期的一个环节，CAD系统应采用适当的内部数据结构及相应的工程数据库，使得设计、工艺和制造实现一体化。这不但可以减少产品的开发费用，还可以大大加快产品的开发速度，提高可靠性。

（3）标准化：CAD技术发展至今已有近三十年的历史，在这期间，各国都相继开发了许多有代表性的CAD系统。它们在辅助产品设计方面可以说都各有所长。有的擅长曲面设计，有的擅长工程分析，而有的则擅长NC。而要充分利用这些系统的长处，就涉及到CAD数据的相互交换，因此，制定一系列数据交换标准就变得非常重要了。目前，IGES已成为图形数据交换的一种标准。1984年，ISO开始制定一整套的产品数据交换规范STEP。另外，从系统开发的角度，一切从头开始的时代已经成为过去，ISO从1982年开始就制定了GKS，后来发展成为GKS-3D,及后来的PHIGS+、OpenGL等都为图形系统的开发提供有力的支撑。

（4）网络化：计算机的网络化是计算机技术发展的一个大趋势，Internet和Intranet已经把全世界各个角落连成一体。通过网络，可以实现产品的国际化开发和生产，其前景是无法估量的。

三 开发柴油机数字化快速设计系统的必要性

制造科学正迈向全面数字化21世纪将是数字化和信息化的时代。信息化的基础是数字化,数字化已成为推动各门科学飞速发展的最重要因素之一。1999年初,美国

副总统戈尔提出了“数字地球”的概念;基于“数字地球”,地球空间信息将在各个领域得到广泛和史无前例的应用;依据特定的工具,人们可在全球范围内作无远弗届的自由遨游,不受时间和空间的限制。近几年来,数字通讯、数字电视、数字图书馆等的蓬勃发展,都直接依赖于数字化技术的强有力支持。数字化技术在机械设计领域的应用,形成了已被广泛使用的计算机辅助设计技术,如CAD、CAE、CG、VirtualDesign等;数字化技术在制造领域的应用,形成了先进的制造技术——计算机辅助制造技术,如FMS、IMS、CAPP、CAM、CAT、数字化仿形测量与加工技术、快速原型制造技术(RPM)。

但是由于常见的CAD平台是通用平台，不是针对具体产品的。所以在设计过程中比较费时，为了提高柴油机的设计效率，我们可以研制数字化的设计系统，建立实例库。该系统的技术路线采用CBR（Case BasedReasoning）技术。

四 本课题的提出

数字化快速设计系统中的重要组成之一是：柴油机系统中活塞连杆总成，汽缸盖总成的实例库的建立。该课题是以CBR技术为基础的设计系统的一部分。

实例建立的步骤为：

(1)对柴油机系统的关键零件机体，室盖分类， (2)建立其能反映全部零件特征的少量的复合模型， (3)抽取复合模型中的特征参数保存到数据库中。

实例的表达由于实例结构的复杂性,一般需采用多视图方式表达实例。若采用二维视图表达方式,则只能包括实例图形等少数信息,导致实例修改繁琐,不能实时更新。尤其对于较复杂的实例,视图数量较多,进行实例评价后需对每一个视图进行修改,工作量较大,设计效率低,且容易出现人为错误。基于这一考虑,本次毕业设计在Unigraphics支撑软件环境下, 非常适合实例库的特点，运用UG的参数化功能模块及二次开发工具GRIP语言，完成柴油机系统中活塞连杆总成，汽缸盖总成的实例库的建立，以三维特征模型的方式表达柴油机零件实例。这种实例表达方式简明直观,可利用支撑软件的造型功能方便地进行实例的修改和实时更新,非常适合与参数化设计的特点，避免了在设计上重复的麻烦，将大大提高设计人员的设计效率和准确性，缩短设计周期，这无疑会给企业带来巨大的社会效益和经济效益。

论文结构：

柴油机设计现状与发展：主要内容是目前国内柴油机设计水平，及结合CAD技术的新设计方法

CAD技术发展现状：CAD技术发展现状与趋势。

开发柴油机数字化快速设计系统的必要性：提出建立快速设计系统

CBR的概念：介绍CBR基于实例推理技术(Case BasedReasoning,CBR)是人工智

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柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立

能领域近年来广泛应用的一项新技术。

CBR的设计原理：基于实例的推理 CBR 是一种类比推理方法,它利用人们以往求解类似问题的经验知识进行推理,从而获得当前问题的求解结果.基于实例的推理系统对知识、经验及信息的完备程度的要求远低于专家系统,且推理效率较高,为产品概念设计问题提供了一种可行的解决方法

柴油机的零部件的分类和特点: 零件成组分类成的方法有，①代码分组法②生产流程分析法(PFA-production flow analysis)

实例库建立的原则与标准: （1）当只需改变零件的几何尺寸，不改变零件拓扑结构时，用PART文件来建模。（2）当零件结构复杂，用GRIP程序来做，只要改变不同的工艺参数，调用不同的模块，生成不同的零件。

实体建模技巧: UG软件具有强大的建模功能，（1）UG特征建模模块，（2）UG实体建模提供了草图设计?，（3）UG具有丰富的曲面建模工具。

参数化设计: 参数化设计（也叫尺寸驱动Dimension-Driven）是CAD技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。

柴油机实体模型的建立过程: ＵＧ软件可以通过多种途径建模,如可建方块、拔凸台、使用拉伸实体,甚至还可采用切的办法等。

实例库建模基础: UG所提供的二次开发语言模块UG/Open GRIP, UG/Open API和辅助开发模块UG/OpenMenuScript与UG/OpenUistyler及其良好的高级语言接口,使UG形功能和计算功能有机的结合起来,便于用户开发专用的CAD系统。

柴油机实例库零件程序举例:用程序建模。

工程图绘制的方法: UG工程绘图模块提供了自动视图布置、剖视图、各向视图、局部放大图、局部剖视图、自动、手工尺寸标注、形位公差、粗糙度符合标注、支持GB、标准汉字输入、视图手工编辑、装配图剖视、爆炸图、明细表自动生成等工具。