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基于多级建模策略的汽车覆盖件拉深模自动设计鲁棒方法
杨威1 和王振 1 和张志兵1 和刘玉琪1
收稿日期：2016年9月28日/已接受：2017年1月16日/在线发布：2017年2月1日
摘要自动化和鲁棒性一直是冲压模设计系统的重点。本文通过分析和消除导致设计失败的因素，提出了一种基于多级建模策略的鲁棒自动设计方法。几何的固有属性被归咎于失败，其被定义为“由取向属性引起的模糊建模失效（AMF）。”该方法旨在保证改造鲁棒性并提高模具设计的自动化水平，这在下面讨论。三个方面：结构建模，模具检查和参数管理。（1）多级建模策略旨在通过重新定义建模过程和构建两个控制单元，通过预先，集中和分层处理AMF来保证结构建模的鲁棒性。（2）模具结构的自动检查有望大大提高设计效率，与手工作业相比，可以保证检查的正确性，降低检查成本。（3）良好的管理参数有利于用户调用参数，使模具更改更方便，更快捷。最后，在CATIA V5 的基础上开发了汽车面板拉丝模自动化设计系统，验证了该方法，可以实现主要结构，标准件的布局，自动检查模具结构。实验结果和设计反馈。
关键词拉丝模 .自动设计 .鲁棒性 .多级建模策略 .模具检查
1.引言
冲压模具广泛应用于汽车、航空和3C产品（计算机、通信和消费电子产品）。由于手工设计冲压模具耗时、繁琐、错误易于操作的自动设计仍然是冲压工业。世界各国学者对涉及各种冲压模具的自动设计系统都给予了广泛的关注。Lee et al。[1]开发了一个具有参数化模具元件的冷锻计算机辅助设计原型系统。基于自动LISP的模具设计过程等。[2]提出了一种三维轮胎参数化设计系统。模具制作，设计简单，可制作凹槽减少用户交集。基姆等人〔3〕实现了自动剪切模和弯曲模系统标准库，由模具组件组成。戴维等。[4]描述了开发一个可以（重新）对切割部件建模的参数系统。
复合垫圈的自动模具。侯赛因[5]构建了基于知识的板材专家系统。基于Catia v5的落料模可用的模具设计数据。Naranje和Kumar[6]提议基于知识的轴对称零件拉深模系统，采用人工智能，能够完成所有主要活动。Kumar和Singh[7，8]开发了基于AutoCAD的智能系统自动提示模具零件级进模的自动建模基于知识体系的模具装配，4年后，他们实施了一个自动化的渐进式设计系统基于生产规则的模具，可实现所有主要产品的自动化在AutoCAD软件上进行模具设计活动。贾等。〔9〕针对级进模的结构形式和零件与孔的关系，开发了一套自动的板孔设计系统。贾等。[10]介绍了连续冲头和模具的自动化结构设计，包括三个方面：几何信息，装配约束和板上的孔相关信息。
林等人。[11]报告实施渐进式模具系统计算机辅助结构设计与绘图，冲压，在Catia V5上进行弯曲操作。上述自动系统可以完成模具设计的主要任务，主要包括锻模、轮胎等。模具、剪切模、毛坯模、级进模，其结构与汽车覆盖件模具相比，具有相对惰性和简单性。然而，汽车冲压模具小组不仅是最复杂，更重要的是变化无常。在所有类型的模具中。因此，巨大的变化必须采取建设系统的方法对参数化模型、知识提出了更高的要求重用和设计过程。林等人。[12]在Pro/E CAD软件的基础上，提出了一种基于知识的拉延模具参数化设计系统，构建了参数化骨架模型主要部件和标准部件。依赖于系统，插入模面后，将开口线冲入结构树并导入空白大小、绘图笔画和将数据压入用户界面，系统可以完成其余的工作设计。
Lin和Hsu[13]开发了一个自动化系统在Catiav5的顶部拉延模，并制作了样品模基于标准化设计过程、指南和规范。替换图层树中的图形信息样品模具和输入字母数字信息可以使系统自动生成设计。林等人。14]开发了三维拉延模的计算机辅助系统。基于Pro/Engineer CAD系统的功能特点。核心是根据模具设计过程包括功能特点。这个系统用输入信息完成设计。伊林王和胡向刚[15]介绍了一种基于NX开发的拉延模参数化设计系统，该系统采用了基于模板的参数化设计方法。能完成拉丝模的主要部件。系统采用波技术和参数化设计方法实现。由于汽车覆盖件拉延模结构复杂，直接编程制作零件在技术上是不可能的。因此，四个小组上面已经建立了参数化模型来重新拉延模具结构，称为参数化骨架模型、样模、平面骨架和模具模板，可以增强设计效率显著。然而，当使用参数化模型将旧特征替换为新特征时，这是不可避免的。特征定位问题会给重建过程带来不确定性，最终导致更新失败。不幸的是，重建的问题稳健性很少刺激研究人员的考虑。因此，本文提出了一种多级策略。建模，旨在解决被忽视的问题。同时，提出了一种自动控制系统的设计方法。介绍了基于多级建模策略的拉延模，提高了拉延模的自动化水平。
2 建模失效分析
CAD功能命令（例如修剪体，偏移曲线和拉伸）经常根 据标准设计流程应用于实体建模。这些命令在放置在 包括表面和曲线的目标对象上的操作中执行方向估计。例如，修剪体根据工具表面的方向保留替代方案。并 且偏移曲线通过目标曲线和平面法线的方向确定其偏 移方向。
曲线方向是沿曲线的一致方向，由曲线切向量的方向趋势确定，而曲面方向是区分表面边缘的识别，由表面法向量确定。通常， CAD 系统中的曲线和曲面由NURBS标准（非均匀有理基准样条）生成和表示。根据NURBS曲线或曲面的构造理论，尽管几何形状完全相同， 但曲线切向量或曲面法向量可以相反。因此，如图1所 示。1a，“曲线方向（ ）”是当拟合点序列为“V1- V2-V3”时曲线切向量（点上的箭头）的趋势。如果序 列反转为“V3-V2-V1” ，方向将转向“曲线方向（ -）。”同样，图。1b表明构成两个表面的边界边缘序列是不利的，这导致“表面取向（ ）”和“表面取（ - ）”相反。但要与每个表面法线向量（表面上的短箭头）对齐。 从以上分析中获得, 表面或曲线的取向可以根据不同的生成方法而不同。
在3D CAD系统中，功能命令的执行方向由几何方向确定。虽然通过用新的PE替换旧的工艺元件（PE）来重塑模具结构，但是由于新旧PE 的替代方向（模面，坯料线，打孔线和冲压），很难实现所需的建模结果。在上面分析的方向上，我们将这种现象称为“由方向属性引起的模糊建模失效”。模糊建模失效（AMF）现象肯定会给模型过程增加不稳定的风险。表1 显示由orientation属性引起的AMF现象的情况，红色箭头表示曲线和曲面的方向。一旦可能的结果失败，整个结构肯定会崩溃。为了区分AMF，它们分为表面AMF（SAMF）和曲线AMF（CAMF）。
根据上述故障分析，提出了一种基于多级建模策略的绘图模具自动设计方法，并设计了在设计阶段对AMF 进行提前，集中和分层处理的策略。数字2 说明了预览多级建模策略的层次关系，涉及多原型模具多种重出版。有关自动设计方法的详细说明将在下一章中介绍。
3 拉丝模自动设计方法
在3D CAD平台上执行的模具设计是通过一系列建模， 修改和重塑的重复操作来创建具有外部和内部数据的结构特征的活动。满足规格和客户要求的模具设计性能在很大程度上取决于个人经验。需要考虑模具设计的三个部分：模具结构建模，模具结构检查和参数管理。
保持再生稳健性的模具结构建模部分采用称为多级建模的新策略，旨在通过“多原型模具”和“多原型模具” 以预先，密集和分层的方式消除（识别和修改）AMF。多种出版物。“此外，结构检查在设计拉丝模具时对前者同样重要。预计模具结构的自动检查将大大提高整体设计效率，从而确保检查与手工相比，正确性和降低检查成本。最后但并非最不重要的是，用户可以明显调用管理良好的参数，这将进一步提高工作效率。以下小节将详细描述设计自动化的方法。
3.1 多级建模策略
3.1.1 建模策略的背景
为了实现强大且可重复使用的CAD模型，学者们进行了大 量的尝试。在建模技术方面，基于参数和约束的CAD建模 的基础仍然实用且不变，由Roller建立[16]，沙阿[17]，Solano和Brunet [18]。同时，Shah发起了基于特征的建模技术，描述了如何通过不同的设计阶段提供设计 语义。但是，对技术的唯一考虑不足以确保CAD模型重 用的稳健性;因此，考虑操作顺序的建模策略由工程师 和学者进行。它是导致再生问题的特征之间的父子关系，而具有良好组织的父/子关系的健壮模型很难定义， 即使是微小的改变也会导致再生失败。主要关注父节 点和子节点相互依赖性的三种主要建模策略已经发布， 具有正式性和代表性：水平建模[19]显示式参考建模[20]和弹性建模[21]。
水平建模策略水平建模由德尔福工程师提出并获得专利[19]，消除了功能之间的父/子关系。这可确保在不影响其他特征的情况下隔离和更改几何特征。在此策略中，所有要素都是依赖于基准平面而不是其他要素创建的，这导致所有要素都在要素树的同一图层上设置。然而，证明了孩子和父母之间缺乏依赖关系可以自动地不可能地传播价值变化。水平建模策略是一个极端应用，很难应用于汽车覆盖件拉丝模具现场。
显式参考建模策略关注参考几何的显示参考建模通过 在构建参数化CAD模型时推荐三种方法，减少了与现有 几何相关的约束数量[20]。首先，作为功能参考的大 多数现有几何体可以被其他数据替换，例如草图，点， 线或平面。此外，设计人员更好地理解，子特征应尽 可能靠近父母，这使得模型符合逻辑顺序。最后，建 议将可以更改和删除的功能以及拥有重要子功能的功 能放在树中的最底层。但是，父/子/孙子的连续关系不能被忽略和替换，这使得这种策略不适合当前的应用。
弹性建模策略通过关注设计树的逻辑顺序和简单直观的结构，弹性建模根据其重要性，功能和可变性分为六组：参考组，构造组，核心组，细节组，修改组， 和检疫组[21]。参考要素位于要素树的顶部，使其可见或可供所有实体使用。应用构造实体以便稍后建立复杂的实体特征。核心组定义模型的基本形状，范围和方向。编辑链接到ref和core组的详细信息组，以对
CAD模型进行少量更改。修改组包括更改已转换或复制 模型的功能。隔离组包括最低树的隔离功能，如倒角， 混合和圆形。因此，六层弹性建是使模型更加健壮， 明显且可重复使用。这是一种经验有效的方法，有助 于在所有行业中设计井结构。
然而，对于AMF，上面提到的一般建模策略只能容易地 识别有问题的区域而不是自动修改AMF。因此，本文提出 了可以自动识别和修改AMF的多级建模策略，该策略基于 参数化，基于约束的技术和“装配语义建模”理论[22]。多级建模策略的证明是一种多原型模具，用于稳定地 再生模具结构。
3.1.2 多原型模具
作为多级建模策略的证明，集成了专家经验和工程师设计规则的原型模具是一种基于参数和装配的模型， 它总结并应用了共性和差异。
各种模具结构和建模程序。多原型模具有利于增强再生稳健性并减少设计时间。一方面，AMF发生的阶段可以通过多原型模具与整个阶段隔离，这使得故障分层发生。另一方面，当使用整体原型模具重新构建时， 一旦AMF爆发，由于持续的父/子依赖性，更新不会停止直到类似于末端的“多米诺骨牌效应”。因此，这种整体原型芯片是耗时的，而多原型芯片可以由编程单元分层控制地更新，编程单元可以中断，检查和链接值传播流，这将避免无效更新。如图所示。3原型模具由上模座（ UDB），压边框（BH）和下模座（LDB）组成。根据功能和结构特点， 原型模具的每个部件分为三个模块：由特征替换驱动的工作部件，由参数改变驱动的一般骨架部件，以及具有约束的标准部件，它们共同构成多原型模具。由于建模过程，工作部件与PE具有因果关联，例如“冲头由来自冲头开口线挤出的挤出特征的模面修整”， 并且一般骨架部件与工作部件几何相关。因此，工作部分是AMF的高发生区域，但一般骨架部分不是。标准件在骨架零件和工作零件上组装，具有装配约束。工作部件通过一系列组织良好的CAD功能命令与PE建 模，其结构非常复杂，难以构建参数化部件。因此， 我们利用CATIA中的“PUBLICATION”将旧的PE替换为新 的PE来构建工作部分,实现了设计过程和组件的重用。在构建原型模具的工作部分时，我们采用板材建模的 方法代替实体建模方法。该方法是片体取向的，其首 先设计片体，然后固化已经形成封闭区域的片体到固 体。与实体建模方法相比，（1）板材建模由于较少考虑操作顺序，使模型过程更简洁;（2）它避免了对一个主要实体的连续操作，这将产生连续和繁琐的父/子依赖性，使得3D模型变脆，而不是对多个板体进行不连续的操作，这使得模型稳健;（3）众所周知，不规则实体之间的“联合”和“减去”容易引起“交叉问题”，而板材建模趋向于用板体“修整” 实体。因此，我们使用表格建模而不是实体建模。由特征替换驱动的工作部件也称为主要建模。
一般骨架部分具有规则的形状以及子特征，这使得基于特征建模和基于约束的建模技术可以容易地建立参数化部分[17]。参数化部分中的要素几何由非几何特征命名参数驱动，并且要素之间的子父依赖关系可以通过维度，几何和代数约束生成。参数化部分将通过将更改从父节点传播到其子节点来对值的变化作出反应，这支持重建一般骨架部分。一般骨架部分通过PE与工作部分相关联。数字 全文共12467字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
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