201000782基于產(chǎn)品配置模型和實(shí)例推理的脹緊聯(lián)接產(chǎn)品快速變型設(shè)計(jì)

1、基于產(chǎn)品配置模型和實(shí)例推理的脹緊聯(lián)接產(chǎn)品快速變型設(shè)計(jì)摘要：針對(duì)機(jī)械傳動(dòng)件產(chǎn)品個(gè)性化需求的快速響應(yīng)問(wèn)題，結(jié)合脹緊聯(lián)接產(chǎn)品的特點(diǎn)，建立了基于產(chǎn)品配置模型(Product configuration model，PCM)和實(shí)例推理(CBR)的脹緊聯(lián)接產(chǎn)品快速變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)。通過(guò)擴(kuò)展傳統(tǒng)的廣義物料清單(GBOM)提出了脹緊聯(lián)接件的PCM；將PCM實(shí)例化方法與實(shí)例推理算法結(jié)合，使PCM和CBR集成起來(lái)。以上述研究工作為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)了基于PCM-CBR集成的脹緊聯(lián)接件快速變型設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，以脹緊聯(lián)接件新產(chǎn)品設(shè)計(jì)為實(shí)例，驗(yàn)證了PCM-CBR集成對(duì)快速響應(yīng)需求的支持作用。關(guān)鍵詞：脹緊聯(lián)接；產(chǎn)品配置模型；實(shí)例推理；

2、快速變型設(shè)計(jì)中圖分類(lèi)號(hào)：TP302.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ARapid Locking Assemblies Variant Design Based on Product Configuration Model and CBRAbstract：Aiming at rapid response to requirement of mechanical transmission products customization, a system for rapid locking assemblies variant design was constructed by utilizing feature

3、s of locking assemblies. Bases of the system are Product configuration model (PCM) and CBR. In the light of the system, PCM of locking assemblies was built by extending traditional GBOM. In addition, integration of PCM and CBR was completed by combining method of transforming PCM to a case with simi

4、larity assessment algorithm. Moreover, a rapid variant design software system based on PCM-CBR for locking assemblies was developed. Finally, the software system was applied to design new locking assemblies. Results demonstrate that it is effective for PCM-CBR to support rapid response to customizat

5、ion.Key words：Locking assemblies; Product configuration model; CBR; Rapid variant design收稿日期：基金項(xiàng)目：四川省重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目計(jì)劃課題(2009XX037)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助(2009SCU11086)。作者簡(jiǎn)介： * 通信作者E-mail: 。軸轂聯(lián)接是機(jī)械設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，傳統(tǒng)的鍵聯(lián)接由于存在對(duì)中性差、應(yīng)力集中較大以及對(duì)軸強(qiáng)度削弱大等不足，難以滿(mǎn)足現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品高精度、高速度的要求。脹緊聯(lián)接遵循錐面楔緊原理，通過(guò)螺釘提供的預(yù)緊壓力使脹緊套產(chǎn)生徑向位移，利用摩擦力

6、聯(lián)接機(jī)械傳動(dòng)中的傳動(dòng)軸和輪轂。相比于傳統(tǒng)的鍵聯(lián)接，脹緊聯(lián)接具有定心性好、易拆卸、能沿圓周方向及軸向方向調(diào)節(jié)被聯(lián)接件的相對(duì)位置、具有過(guò)載保護(hù)功能等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種輪轂聯(lián)接。目前，在機(jī)械傳動(dòng)件市場(chǎng)，產(chǎn)品用戶(hù)對(duì)脹緊聯(lián)接件的需求量巨大。而且，由于工況和傳動(dòng)方式的多樣性，用戶(hù)對(duì)脹緊聯(lián)接件的需求通常表現(xiàn)為個(gè)性化定制。因此，如何實(shí)現(xiàn)用戶(hù)個(gè)性化需求的快速響應(yīng)，是脹緊聯(lián)接件設(shè)計(jì)面臨的迫切問(wèn)題。變型設(shè)計(jì)是快速響應(yīng)用戶(hù)個(gè)性需求的有效產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。它是指在保持產(chǎn)品基本原理和總體結(jié)構(gòu)基本不變的條件下，為滿(mǎn)足特定的功能要求或用戶(hù)個(gè)性化需求，對(duì)產(chǎn)品的某些局部結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)要素或尺寸進(jìn)行調(diào)整、變更1。變型設(shè)計(jì)能較好地組織

7、和結(jié)合相似產(chǎn)品的通用性和差異性，在重用已有資源的基礎(chǔ)上快速開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足用戶(hù)需要的新產(chǎn)品。目前，針對(duì)變型設(shè)計(jì)主要有產(chǎn)品配置模型(Product configuration model，PCM)和實(shí)例推理(CBR)兩種研究方法。文獻(xiàn)2為滿(mǎn)足產(chǎn)品用戶(hù)個(gè)性化需求，提出了支持變型設(shè)計(jì)的可進(jìn)化PCM框架。文獻(xiàn)3提出了一種復(fù)合的可配置產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型，為實(shí)現(xiàn)快速產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變型和參數(shù)變型設(shè)計(jì)提供模型支持。文獻(xiàn)4基于功能實(shí)例推理，提出了一種可重構(gòu)的敏捷夾具元件庫(kù)和相關(guān)組合元件庫(kù)。文獻(xiàn)5提出了基于實(shí)例的產(chǎn)品設(shè)計(jì)本體檢索模型，并對(duì)于本體模型庫(kù)的集成給出了相應(yīng)的算法。但總的說(shuō)來(lái)，上述研究都傾向于使用PCM或CBR中的某一種特定

8、方法來(lái)實(shí)現(xiàn)變型設(shè)計(jì)，沒(méi)有把產(chǎn)品配置模型和實(shí)例推理兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，在一定程度上存在設(shè)計(jì)效率和方法適用性等方面的不足。針對(duì)脹緊聯(lián)接系列產(chǎn)品的特點(diǎn)，本文提出了基于PCM和CBR的脹緊聯(lián)接產(chǎn)品快速變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)。通過(guò)建立脹緊聯(lián)接件的PCM，詳細(xì)且有層次的表達(dá)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成、語(yǔ)義關(guān)系及其屬性；通過(guò)給出PCM實(shí)例化過(guò)程以及相似性算法，將適應(yīng)性和智能推理特性相結(jié)合，使PCM與CBR集成起來(lái)。此外，通過(guò)開(kāi)發(fā)脹緊聯(lián)接件快速變型設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)個(gè)性需求的快速響應(yīng)。1 脹緊聯(lián)接產(chǎn)品快速變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)建合理的產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工作基礎(chǔ)和技術(shù)保證。本文構(gòu)建了快速響應(yīng)用戶(hù)需求的脹緊聯(lián)接產(chǎn)品快速變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)

9、，如圖1所示。系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下兩個(gè)方面：（1）構(gòu)建脹緊聯(lián)接PCM，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快速、靈活的產(chǎn)品配置過(guò)程。（2）實(shí)現(xiàn)PCM與CBR的集成，使PCM有效地融合到CBR的各個(gè)環(huán)節(jié)中去，高效地支持產(chǎn)品快速變型設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足用戶(hù)個(gè)性需求。在本系統(tǒng)中，實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建、擴(kuò)充、新產(chǎn)品實(shí)例的配置、相似實(shí)例的獲取、重用和變型設(shè)計(jì)等過(guò)程均是在PCM的支持下進(jìn)行的。系統(tǒng)基本工作流程如下：l 設(shè)計(jì)人員通過(guò)Internet獲取用戶(hù)定制信息；l 依據(jù)脹緊聯(lián)接PCM定義產(chǎn)品配置實(shí)例；l 將新定義的產(chǎn)品配置實(shí)例與實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)中的成功實(shí)例進(jìn)行相似性評(píng)估；l 若成功獲取相似實(shí)例，則根據(jù)脹緊聯(lián)接PCM進(jìn)行產(chǎn)品重用和變型設(shè)計(jì)；l

10、如未獲取相似實(shí)例，需創(chuàng)建新實(shí)例；l 對(duì)相應(yīng)產(chǎn)品進(jìn)行仿真分析，并將合格產(chǎn)品作為設(shè)計(jì)結(jié)果保存到實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，將產(chǎn)品信息傳遞至制造、裝配、服務(wù)等相關(guān)部門(mén)。圖1 脹緊聯(lián)接產(chǎn)品快速變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)Fig. 1 Rapid locking assemblies variant design system2 脹緊聯(lián)接PCM的構(gòu)建2.1 脹緊聯(lián)接產(chǎn)品的特征及模塊劃分脹緊聯(lián)接件通常是由彈性環(huán)、壓緊套以及組合螺釘三個(gè)功能模塊外加墊環(huán)構(gòu)成，主要用以聯(lián)接軸和輪轂并傳遞扭矩。l 彈性環(huán)包括內(nèi)彈性環(huán)與外彈性環(huán)，利用錐面契合原理在壓緊套軸向力的作用下可分別產(chǎn)生向內(nèi)和向外的徑向變形從而脹緊傳動(dòng)軸和輪轂。l

11、壓緊套包括前壓緊套與后壓緊套，通常呈對(duì)稱(chēng)布置，主要提供彈性環(huán)需要的軸向壓力。具有大彈性變形的壓緊套還可部分替代彈性環(huán)的功能，以減少零件的數(shù)量，降低裝配難度，節(jié)約成本。l 安裝螺釘和拆卸螺釘構(gòu)成的組合螺釘主要用以提供軸向預(yù)緊力和拆卸力。此外，在一些特殊條件下，脹緊聯(lián)接件需配合使用墊環(huán)來(lái)滿(mǎn)足定位或防止零件滑動(dòng)的要求。圖2所示為一典型脹緊聯(lián)接件。安裝時(shí)，通過(guò)一組螺釘為前、后壓緊套提供軸向壓緊力，再利用錐面契合原理使內(nèi)、外彈性環(huán)產(chǎn)生徑向彈性變形，脹緊傳動(dòng)軸和輪轂，并通過(guò)接觸面間的摩擦力提供所需扭矩；拆卸時(shí)，通過(guò)擰入拆卸螺釘便可提供與預(yù)緊力方向相反的向外作用力輕松分開(kāi)與內(nèi)、外彈性環(huán)配合的前、后壓緊套。圖

12、2 一種典型脹緊聯(lián)接件裝配示意圖Fig. 2 Assembly schematic diagram of a typical locking assembly2.2 脹緊聯(lián)接PCM根據(jù)以上所述，實(shí)現(xiàn)脹緊聯(lián)接產(chǎn)品快速變型設(shè)計(jì)，需構(gòu)建一個(gè)廣義、通用的脹緊聯(lián)接PCM，以快速進(jìn)行新產(chǎn)品配置。廣義物料清單(GBOM)常用來(lái)解決產(chǎn)品配置問(wèn)題，它利用零部件的選裝結(jié)構(gòu)把一族變型產(chǎn)品統(tǒng)一表示出來(lái)，形成一種松散的、可定制的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)6。文獻(xiàn)7根據(jù)可配置產(chǎn)品的特點(diǎn)，以GBOM作為產(chǎn)品族的知識(shí)表示方法，提出了基于GBOM的PCM，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的多樣性。文獻(xiàn)8基于GBOM 構(gòu)建了面向配置的廣義產(chǎn)品知識(shí)模型，給出了一種PCM

13、與PDM系統(tǒng)集成的方案。本文在GBOM基礎(chǔ)上經(jīng)語(yǔ)義擴(kuò)展提出了脹緊聯(lián)接PCM，如圖3所示。此模型的結(jié)構(gòu)主體由逐層分解的零部件構(gòu)成，通過(guò)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系可表達(dá)各層之間的聯(lián)系、組合及配置關(guān)系。模型各層中的裝配語(yǔ)義關(guān)系由裝配有向圖來(lái)表達(dá)。此外，參數(shù)化的屬性節(jié)點(diǎn)集為模型中的各個(gè)特征提供了參數(shù)變型的能力。脹緊聯(lián)接件PCM可定義為一個(gè)三元組PCM（Node, Relationship, Type）。（1）Node表示模型中的節(jié)點(diǎn)集；脹緊聯(lián)接PCM的節(jié)點(diǎn)集Node由一個(gè)產(chǎn)品根節(jié)點(diǎn)（R），多個(gè)零部件節(jié)點(diǎn)（A/P）及屬性節(jié)點(diǎn)（F）組成，即。X表示節(jié)點(diǎn)所在的層次，y代表此節(jié)點(diǎn)的編號(hào)。如令為的父部件節(jié)點(diǎn)，則；其中N表示

14、節(jié)點(diǎn)總個(gè)數(shù)且不能重復(fù)。任一節(jié)點(diǎn)需遵循如下規(guī)則： 相連節(jié)點(diǎn)不能形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)； 模型中所有節(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)； 當(dāng)節(jié)點(diǎn)為部件節(jié)點(diǎn)時(shí)，其子節(jié)點(diǎn)只能是部件、零件或?qū)傩怨?jié)點(diǎn)； 當(dāng)節(jié)點(diǎn)為屬性節(jié)點(diǎn)時(shí)，其子節(jié)點(diǎn)為空。（2）Relationship表示節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系；Relationship表示脹緊聯(lián)接PCM各層節(jié)點(diǎn)間的內(nèi)在關(guān)系，包括Has-part、Is-a、Is-instance-of及Fit-to。 Has-part表示了模型中節(jié)點(diǎn)的組合層次關(guān)系，在脹緊聯(lián)接件中，Has-part（壓緊套，前壓緊套）表示前壓緊套是壓緊套的一個(gè)組件； Is-a是一種分類(lèi)表示方法，較低一級(jí)的類(lèi)別被定義為子類(lèi)，而較高一級(jí)的類(lèi)別

15、被定義為父類(lèi)，子類(lèi)對(duì)父類(lèi)有繼承關(guān)系。在脹緊聯(lián)接件中，Is-a（普通，前壓緊環(huán)）表示普通前壓緊環(huán)是前壓緊環(huán)的一個(gè)子類(lèi)，并繼承了前壓緊環(huán)的所有特性； Is-instance-of表達(dá)了類(lèi)與對(duì)象的關(guān)系，即對(duì)象就是類(lèi)的配置實(shí)例。就脹緊聯(lián)接件而言，在此PCM基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)配置形成的一種脹緊聯(lián)接件就代表這個(gè)類(lèi)，而具體某一型脹緊聯(lián)接件就是這個(gè)類(lèi)的一個(gè)實(shí)例； Fit-to代表模型各層中節(jié)點(diǎn)間的裝配方向，如Fit-to（彈性環(huán)，壓緊套）表示在裝配脹緊聯(lián)接件時(shí)應(yīng)把彈性環(huán)裝配在壓緊套上。（3）Type表示節(jié)點(diǎn)模塊類(lèi)型。Type定義了模型的節(jié)點(diǎn)模塊類(lèi)型，包括必選模塊、可選模塊以及可替換模塊。 必選模塊是模型的基本模塊，如

16、壓緊套和螺釘。與父節(jié)點(diǎn)構(gòu)成Has-part關(guān)系，與子節(jié)點(diǎn)可構(gòu)成Has-part或Is-a關(guān)系； 可選模塊的作用是為必選模塊提供輔助功能，如彈性環(huán)和墊環(huán)。可根據(jù)產(chǎn)品用戶(hù)需要進(jìn)行選擇配置。它與父節(jié)點(diǎn)只能是Has-part關(guān)系，與子節(jié)點(diǎn)可以是Has-part或Is-a關(guān)系； 可替換模塊是一組具有異或關(guān)系的節(jié)點(diǎn)，如普通和彈性。與父節(jié)點(diǎn)構(gòu)成Is-a關(guān)系，亦可根據(jù)產(chǎn)品用戶(hù)需要進(jìn)行配置。圖3 脹緊聯(lián)接PCMFig. 3 Locking assemblies PCM3 PCM與CBR的集成3.1 PCM實(shí)例化PCM實(shí)例化過(guò)程是實(shí)現(xiàn)PCM和CBR集成的關(guān)鍵步驟，無(wú)論是從PCM到實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)還是從產(chǎn)品的配置到產(chǎn)品零

17、部件設(shè)計(jì)，都需要將配置后的產(chǎn)品實(shí)例化（如圖1所示）。以KLAA-20型脹緊套為例說(shuō)明實(shí)例化過(guò)程。KLAA-20型脹緊套是由普通前壓緊套、彈性后壓緊套以及一組螺釘組成，其產(chǎn)品實(shí)例如圖4所示。根據(jù)第二節(jié)所述的脹緊聯(lián)接件PCM可配置出圖中樹(shù)形結(jié)構(gòu)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的右標(biāo)是根據(jù)配置模型中節(jié)點(diǎn)集的定義而分配的。由于節(jié)點(diǎn)的層次越高，節(jié)點(diǎn)與產(chǎn)品越相關(guān)9。因此父節(jié)點(diǎn)的重要性高于子節(jié)點(diǎn)。此外，一個(gè)父節(jié)點(diǎn)總是由多個(gè)子節(jié)點(diǎn)組成，所以包含這個(gè)父節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的子節(jié)點(diǎn)總個(gè)數(shù)代表此節(jié)點(diǎn)的權(quán)重，在圖4中以左標(biāo)表示。圖4中的KLAA-20型脹緊聯(lián)接產(chǎn)品總共包含46個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以產(chǎn)品節(jié)點(diǎn)的權(quán)重為46；扭矩屬性節(jié)點(diǎn)（300）不含子節(jié)點(diǎn)，所以權(quán)重

18、為1；同理可計(jì)算出其他節(jié)點(diǎn)的權(quán)重。依據(jù)上述過(guò)程就完成了PCM的實(shí)例化。圖4 KLAA-20型脹緊聯(lián)接產(chǎn)品實(shí)例Fig. 4 KLAA-20 locking assembly case3.2 相似性評(píng)估CBR的核心問(wèn)題是實(shí)例間的相似性評(píng)估。為了量化相似性，必須計(jì)算相似度。由于PCM實(shí)例化后形成的產(chǎn)品實(shí)例采用結(jié)構(gòu)化的描述方式，所以采用基于結(jié)構(gòu)相似性的評(píng)估方式可以獲得更多的相關(guān)實(shí)例10。為此，提出了針對(duì)實(shí)例層次結(jié)構(gòu)且與領(lǐng)域知識(shí)相關(guān)的相似性評(píng)估方法。由脹緊聯(lián)接PCM可知，節(jié)點(diǎn)集Node由一個(gè)產(chǎn)品根節(jié)點(diǎn)（R），多個(gè)零部件節(jié)點(diǎn)（A/P）及屬性節(jié)點(diǎn)（F）組成。針對(duì)這三層結(jié)構(gòu)的相似度算法如下：l 為獲取相似實(shí)例

19、，首先計(jì)算屬性相似度，表示輸入實(shí)例的第個(gè)屬性值，而表示實(shí)例庫(kù)中實(shí)例的第屬性值。表示這兩個(gè)屬性的相似度，且。屬性相似度計(jì)算偽代碼表示如下：IF 屬性值包含有漢字、字母或空字符 THENIF THEN ELSE END IFELSEIF THENELSEEND IFEND IFl 得到屬性相似度后，計(jì)算零、部件相似度。表示輸入實(shí)例第個(gè)零、部件節(jié)點(diǎn)與實(shí)例庫(kù)中實(shí)例的第個(gè)零、部件節(jié)點(diǎn)的相似度。表示包括第個(gè)零、部件節(jié)點(diǎn)在內(nèi)與其子節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)總數(shù)。零、部件相似度由個(gè)屬性相似度得出，計(jì)算方法見(jiàn)式（1）。 （1）l 最后，實(shí)例的相似度需綜合n個(gè)節(jié)點(diǎn)的相似度由式（2）計(jì)算得出。n表示節(jié)點(diǎn)總個(gè)數(shù)，表示n個(gè)節(jié)點(diǎn)權(quán)重之和

20、。 （2）計(jì)算流程如圖5所示。通過(guò)實(shí)例相似度計(jì)算，設(shè)計(jì)人員能從實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇與當(dāng)前設(shè)計(jì)需求最相符的產(chǎn)品實(shí)例作為產(chǎn)品重用和變型設(shè)計(jì)的原型。圖5 相似度計(jì)算流程Fig. 5 Algorithms for case similarity assessment4 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用實(shí)例依托四川省重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目高精度易裝卸軸套數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，以四川德恩機(jī)械有限責(zé)任公司的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品脹緊聯(lián)接件為對(duì)象，采用C/S與B/S相結(jié)合的混合式網(wǎng)絡(luò)體系，利用SQL Server2000建立脹緊聯(lián)接產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)和產(chǎn)品實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)，并以VB 6.0 作為Solidworks的二次開(kāi)發(fā)工具，在PCM-CBR集成的

21、基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了脹緊聯(lián)接件快速變型設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，如圖6所示。設(shè)計(jì)人員利用此軟件系統(tǒng)中脹緊聯(lián)接件數(shù)字化共享服務(wù)平臺(tái)所提供的知識(shí)管理和知識(shí)服務(wù)功能可方便檢索各種脹緊聯(lián)接件的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及設(shè)計(jì)案例，減少了查找圖紙和文件的時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)效率。此外，產(chǎn)品用戶(hù)也能在此共享服務(wù)平臺(tái)上查找需要的相關(guān)企業(yè)產(chǎn)品信息以及提出個(gè)性化需求。設(shè)計(jì)人員依據(jù)產(chǎn)品用戶(hù)的需求可在產(chǎn)品配置信息輸入界面進(jìn)行產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)以及輸入包括傳遞扭矩、軸徑、輪轂孔徑等初始信息。系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)計(jì)人員選擇的模塊與輸入的初始信息生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)，并與實(shí)例庫(kù)中的實(shí)例進(jìn)行相似度評(píng)估。獲取相似實(shí)例后可對(duì)實(shí)例進(jìn)行符合當(dāng)前設(shè)計(jì)需要的重用和變型更改。經(jīng)仿真分析后，合

22、格的新實(shí)例可保存到實(shí)例庫(kù)中。圖6 脹緊聯(lián)接件快速變型設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)Fig.6 Rapid locking assemblies variant design software system以脹緊聯(lián)接件快速變型設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)為平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了一種新型脹緊聯(lián)接套，實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)個(gè)性需求的快速響應(yīng)。其基本開(kāi)發(fā)流程如下：（1）首先，設(shè)計(jì)人員需要在數(shù)字化共享服務(wù)平臺(tái)上獲取產(chǎn)品用戶(hù)定制信息：某用戶(hù)提出減少零部件數(shù)量、降低裝配難度以及提高扭矩傳遞效率等總體要求。其他定制信息主要包括：需傳遞的扭矩為250Nm、軸徑20mm和輪轂孔50mm等。（2）設(shè)計(jì)人員對(duì)用戶(hù)定制信息經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，在產(chǎn)品配置信息輸入界面完成產(chǎn)品配置，如圖7

23、所示。圖7 產(chǎn)品配置信息輸入界面Fig. 7 Configuration information input interface（3）系統(tǒng)根據(jù)輸入的產(chǎn)品信息會(huì)自動(dòng)生成產(chǎn)品特征結(jié)構(gòu)樹(shù)，經(jīng)設(shè)計(jì)人員檢查確認(rèn)無(wú)誤后開(kāi)始實(shí)例檢索過(guò)程。為避免計(jì)算過(guò)程繁冗，只取實(shí)例的前三層節(jié)點(diǎn)作為評(píng)估對(duì)象，簡(jiǎn)要表示相似度計(jì)算過(guò)程。 令，； 權(quán)重，且； 新配置脹緊聯(lián)接件集=KL型，250，彈性環(huán)，內(nèi)彈性環(huán)， ，壓緊套，前壓緊套，后壓緊套，螺釘，安裝螺釘，拆卸螺釘， ， ， ， ， ； 實(shí)例庫(kù)中KLPP型脹緊聯(lián)接件集=KL型，210，彈性環(huán)，內(nèi)彈性環(huán)， ，壓緊套，前壓緊套，后壓緊套，螺釘，安裝螺釘，拆卸螺釘， ， ， ， ，

24、； 由式（1），； 由式（2），；由于只取實(shí)例的前三層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，因此所得實(shí)例相似度不是真實(shí)值。而系統(tǒng)計(jì)算所得新配置的設(shè)計(jì)實(shí)例與數(shù)據(jù)庫(kù)中KLPP、KLGG、KLAA、KLHH和KLNN型脹緊聯(lián)接實(shí)例的真實(shí)相似度分別為87.7%、73.2%、68.8%、67.5%、37.8%，如圖8所示。由此計(jì)算結(jié)果，可得新配置設(shè)計(jì)實(shí)例與KLPP型脹緊聯(lián)接套相似度最高。因此，可以KLPP型脹緊聯(lián)接套作為重用和變型設(shè)計(jì)原型。圖8 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及相似度計(jì)算結(jié)果Fig. 8 Product structure and result of similarity assessment（4）設(shè)計(jì)人員對(duì)KLPP型脹緊聯(lián)接實(shí)例進(jìn)

25、行結(jié)構(gòu)、參數(shù)變型以及仿真分析后得到如圖9 c所示新型脹緊聯(lián)接套。圖9 產(chǎn)品快速變型及仿真結(jié)果Fig. 9 Rapid product variant and result of simulation（5）針對(duì)新型脹緊聯(lián)接套的用戶(hù)定制需求評(píng)價(jià)。 新型脹緊聯(lián)接套采用KLPP型總體結(jié)構(gòu)，在使用中只通過(guò)內(nèi)環(huán)聯(lián)接輪轂和軸（如圖9a所示），所以省去了外彈性環(huán)，減少了零件數(shù)量，降低了裝配難度。 由于KLPP型只有內(nèi)彈性環(huán)提供摩擦力，故存在傳遞扭矩的效率不高的缺點(diǎn)。新型脹緊聯(lián)接套通過(guò)把前、后壓緊套變型為可部分代替外彈性環(huán)功能的部件（如圖9b所示），使前、后壓緊套也在輪轂和軸間也產(chǎn)生摩擦力。這樣，既繼承了KLP

26、P型脹緊聯(lián)接套零件數(shù)量少、裝配難度低的優(yōu)點(diǎn)也提升了扭矩傳遞效率。 仿真分析結(jié)果（如圖9d所示）表明，此新型脹緊聯(lián)接套各部位均符合強(qiáng)度要求，傳遞的最大扭矩為242 Nm，高于KLPP型的210 Nm。綜上所述，此新型脹緊聯(lián)接套符合用戶(hù)定制需求。5 結(jié)論給出了一種基于PCM-CBR集成的脹緊聯(lián)接產(chǎn)品快速變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以快速響應(yīng)機(jī)械傳動(dòng)件市場(chǎng)用戶(hù)的個(gè)性需求。提出了脹緊聯(lián)接件PCM構(gòu)建方法、相似度算法以及PCM-CBR集成方法。通過(guò)軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及在脹緊聯(lián)接新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中應(yīng)用，得到如下結(jié)論。（1）構(gòu)建脹緊聯(lián)接件PCM，使設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化，減少了設(shè)計(jì)人員進(jìn)行產(chǎn)品配置所需時(shí)間。（2）PCM和CB

27、R的集成，讓設(shè)計(jì)人員共享大量的設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，更重要的是能有效避免設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的丟失以及設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的再次發(fā)生。（3）通過(guò)節(jié)點(diǎn)和實(shí)例相似度計(jì)算，初步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品及其零部件相似性的定量化分析，有助于提高快速響應(yīng)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。但在相似度計(jì)算的時(shí)效性、適應(yīng)性等方面，還需進(jìn)行更加深入的研究，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)定制信息快速、準(zhǔn)確的響應(yīng)能力。參考文獻(xiàn)：1 QI Congqian, JIA Weixin. Research on assembly modeling for product variant designJ.Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2004

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