專利名稱：用于反向重新設(shè)計部件的方法和系統(tǒng)的制作方法
發(fā)明的
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于反向重新設(shè)計已有部件例如渦輪葉片的方法和系統(tǒng)，并涉及用于制造部件的方法。尤其是，本發(fā)明涉及一種通過發(fā)展用于部件設(shè)計的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型以及用于加工工具幾何形狀的加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型而反向重新設(shè)計已有部件的方法和系統(tǒng)，并涉及利用參數(shù)和加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型的制造方法。
經(jīng)受惡劣工作狀況的機(jī)器包括在機(jī)器的整個使用壽命中必須進(jìn)行更換的大量部件。例如，渦輪發(fā)動機(jī)包括渦輪葉片和靜葉片，該渦輪葉片和靜葉片由于極熱的工作狀況而需要定期維修或更換。由于機(jī)器的較長工作壽命，且由于存檔和儲存性較差，目前正在使用的大量部件并沒有部件或加工工具設(shè)計圖。而且，只有新近的部件開發(fā)和制造進(jìn)入了三維(3D)模型和其它電子設(shè)計系統(tǒng)時代。因此，對于老的部件，即使仍然保留圖紙，也只能獲得部件設(shè)計的兩維(2D)圖紙以及有時獲得加工工具的兩維(2D)圖紙。
在這種情況下，磨損部件的更換通常需要根據(jù)可獲得的實體樣品來反向設(shè)計部件，從而視圖制成接近部件的復(fù)制品。不過，在很多情況下，自從部件設(shè)計以來技術(shù)已經(jīng)改進(jìn)。因此，通常優(yōu)選是通過包括新材料和/或改進(jìn)制造方法來重新設(shè)計部件，以便提高部件的性能、使用壽命和/或可靠性。不過，由于沒有老部件的3D部件設(shè)計和加工工具圖紙，這樣的部件必須從可獲得的實體樣品開始重新設(shè)計。
目前的反向重新設(shè)計過程耗費時間和勞動。例如，象飛機(jī)起落架這樣的機(jī)器通常需要18至24個月的周期來生成鍛件，從而使獲得反向重新設(shè)計的、進(jìn)行了機(jī)械加工、噴丸和上油漆的飛機(jī)起落架需要兩到三年的總周期。而且，目前對部件的反向重新設(shè)計過程很復(fù)雜，需要相當(dāng)大量的部件族專業(yè)設(shè)計知識和判斷力。因此，進(jìn)行反向設(shè)計的工程師必須經(jīng)歷過同類部件的反向設(shè)計。該要求增加了周期時間，降低了生產(chǎn)率，因為具有這樣的部件族專業(yè)經(jīng)驗的工程師短缺。
目前的反向重新設(shè)計(本文中簡稱為“重新設(shè)計”)方法還沒有能夠使設(shè)計過程很方便地成為一整體的合適可行方法。市場上可獲得的、作為反向重新設(shè)計工具的工具通常對于某種部件進(jìn)行局部幾何形狀再造。不過，市場上的工具通常只可用于少于百分之五的反向重新設(shè)計周期。因此，對于有經(jīng)驗的工程師，普通的反向重新設(shè)計仍然有很大的勞動強度。而且，對于利用部件設(shè)計和加工工具設(shè)計規(guī)則，僅依靠有經(jīng)驗的工程師將很容易忽視已經(jīng)證明對部件的功能很重要的設(shè)計規(guī)則。
因此，希望發(fā)展一種用于在只有實體部件或不完全設(shè)計信息的情況下獲得功能等效或改進(jìn)的部件(反向或重新設(shè)計的部件)的方法和系統(tǒng)。還希望該方法和系統(tǒng)能夠利用通過部件和加工工具設(shè)計經(jīng)驗獲得的知識，以便減小有經(jīng)驗的工程師進(jìn)行反向重新設(shè)計復(fù)雜部件的工作負(fù)擔(dān)。此外，還希望該方法和系統(tǒng)能夠集成整個設(shè)計系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的信息，以保證采用一致的應(yīng)用模型來開發(fā)和評價部件設(shè)計和加工工具的幾何圖形。
發(fā)明簡介簡單地說，根據(jù)本發(fā)明實施例，部件的重新設(shè)計方法包括由部件的可編輯幾何圖形來產(chǎn)生部件的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型以及由設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型來產(chǎn)生制造中間模型。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型包括參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型，而制造中間模型包括多個加工工具特征。該方法還包括由制造中間模型產(chǎn)生加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型。加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型包括用于部件的加工工具的幾何圖形。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，部件的重新設(shè)計系統(tǒng)包括部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模塊，該部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模塊設(shè)置成由可編輯幾何圖形來產(chǎn)生參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型。該系統(tǒng)還包括加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊，該加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊設(shè)置成接收參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型，以便由該參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型來產(chǎn)生制造中間模型，并由制造中間模型產(chǎn)生加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型。
附圖的簡要說明通過下面的詳細(xì)說明并參考附圖，將更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點，在全部附圖中，相同的參考標(biāo)號表示相同的部件，附圖中

圖1表示了重新設(shè)計部件的方法的示意方框圖(例如流程圖)；圖2表示了通過所獲得的部件測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生可編輯幾何圖形的方框圖；
圖3表示了利用KBE部件設(shè)計產(chǎn)生和核對規(guī)則由可編輯幾何圖形生成參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型的混合系統(tǒng)/方法的方框圖；圖4表示了圖3的方法的特定實例(用于渦輪葉片)的混合系統(tǒng)/方法的方框圖；圖5表示了用于由參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型產(chǎn)生結(jié)構(gòu)分析中間模型的混合系統(tǒng)/方法的方框圖，用于形成用于執(zhí)行設(shè)計分析的結(jié)構(gòu)分析中間模型以及執(zhí)行設(shè)計分析以評價參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型；圖6表示了用于由加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型產(chǎn)生加工工具中間模型的混合系統(tǒng)/方法的方框圖，用于形成用于執(zhí)行制造工藝分析的加工工具中間模型以及用于執(zhí)行制造過程分析以評價加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型；圖7表示了用于由參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型產(chǎn)生加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型的混合系統(tǒng)/方法的方框圖；圖8表示了用于硬質(zhì)加工工具的產(chǎn)生、測試和評估的方法方框圖；圖9表示了渦輪葉片；以及圖10表示了假想部件的制造中間模型的產(chǎn)生，該假想部件的制造包括4個制造步驟。
發(fā)明的詳細(xì)說明下面將參考圖1所示的流程圖總體介紹本發(fā)明的方法實施例。部件10的重新設(shè)計方法包括由部件10的可編輯幾何形狀112產(chǎn)生部件10的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114。其中所用的短語“部件的重新設(shè)計”的意思是通過已有部件10而獲得功能等效部件(通常成為“反向設(shè)計”)或升級部件(通常成為“重新設(shè)計”)。已有部件10的功能等效部件是結(jié)構(gòu)(形狀、材料參數(shù))與已有部件類似，且有類似的性能和壽命特性的部件，而升級部件是性能或壽命特性提高且結(jié)構(gòu)可以不同的部件。而且，短語“已有部件”的意思是實體部件或存在保留的設(shè)計圖的部件，例如有部件設(shè)計的2D圖紙。因此，參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114包括通過重新設(shè)計部件10而獲得部件10的設(shè)計思想，該部件10既可以有類似的性能特性，也可以有改進(jìn)的性能特性。如圖3所示，參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114在計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)系統(tǒng)(或程序)40中由可編輯幾何圖形112而產(chǎn)生?？删庉嫀缀螆D形112的一個實例是利用CAD系統(tǒng)40產(chǎn)生的可編輯非參數(shù)CAD模型(也由參考標(biāo)號112表示)。市場上可購得的CAD軟件包括由Unigraphics Solutions出售的Unigraphics、由Parametric Technologies出售的ProEngineer、由IBM/Dassault Systemes出售的CATIA、由SDRC出售的I-DEAS、以及Autocad。不過，本發(fā)明并不限定為任何特定CAD軟件，而是包括使用任意CAD軟件。
“可編輯”的意思是幾何圖形112可以修改它的本來形狀，例如使用CAD軟件。不過，這里所用的“非參數(shù)”的意思是該幾何圖形112不能對一組參數(shù)按比例縮放，而是必須一個一個地編輯。相反，“參數(shù)”模型例如參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114是例如部件10的、可用于CDA軟件的計算機(jī)模型表示形式，其中，部件的幾何形狀通過特征和與特征相關(guān)的參數(shù)以及這些特征之間的關(guān)系的參數(shù)來表示，該特征例如孔、線、曲線、剪切、混合形狀、半徑、輪廓確定的形狀、用戶定義的形狀、來自形狀庫的形狀等。在任意給定時間，參數(shù)都采用特定數(shù)值或參數(shù)之間的特定關(guān)系。優(yōu)選是，部件10的這樣參數(shù)表示為柔性的，其中，部件10由一組參數(shù)表示，例如長度、寬度和高度，所有這些參數(shù)都可變。因此，參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114可以通過修改一個或多個參數(shù)值而同時修改所有參數(shù)。而且，因為模型參數(shù)化，因此該方法可用于整個部件族。屬于部件族的部件只是表示部件的參數(shù)值不同，或者有很小的拓?fù)渥兓?，例如不同的孔尺寸或位置，對?yīng)于不同的制造步驟。
該方法還包括由設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型120產(chǎn)生制造中間模型136。制造方法通常涉及一個或多個制造步驟。在制造方法中，任意特定步驟的合適最終產(chǎn)品是將制成的部件的“形狀”。制造中間模型136規(guī)定了各制造步驟的結(jié)果產(chǎn)品(或形狀)。換句話說，各制造步驟的目標(biāo)是生成看起來象該制造步驟的制造中間模型136的部件。這里所用的短語“中間模型”的意思是與基本參數(shù)模型有相互關(guān)系的模型，這樣，當(dāng)基本參數(shù)模型中的參數(shù)值修改時，中間模型自動更新，以反映該變化。
制造中間模型136包括多個加工工具特征132。加工工具特征132提供了用于部件特征的加工工具幾何圖形。葉片10的典型加工工具特征包括用于形成翼面11的翼面加工工具幾何圖形(未示出)、用于形成燕尾槽12的空腔加工工具幾何形狀以及用于形成平臺13的平臺加工工具幾何形狀，如圖9所示。該加工工具特征132再可以包括加工工具的子特征(也由參考標(biāo)號132表示，并統(tǒng)稱為“加工工具特征”132)。例如，翼面加工工具特征可以包括用于形成翼面11的壓力面160和吸力面162的壓力面和吸力面加工工具子特征。
如圖1所示，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型120包括參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114。根據(jù)一個實例，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型120還包括一組幾何尺寸和公差(GD&T)、多個部件10的CAD圖122以及一組檢查數(shù)據(jù)。部件10的典型CAD圖包括重新設(shè)計的部件10的CAD圖。典型的檢查數(shù)據(jù)指明在制成的部件中要檢查那些數(shù)據(jù)，以便檢查制成部件的質(zhì)量，因此，該檢查數(shù)據(jù)將輸入檢查系統(tǒng)。
加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134由制造中間模型136產(chǎn)生。加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型包括部件10的加工工具幾何圖形62以及參數(shù)模型。加工工具幾何圖形62由加工工具特征132獲得，例如通過利用要一直遵守的加工工具設(shè)計規(guī)則或者相鄰加工工具特征的其它匹配條件。根據(jù)一個特殊實施例，加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134還包括用于各制造步驟和工具路徑的處理參數(shù)。工具路徑包含在制造方法中，該制造方法包括一個或多個機(jī)械加工或材料添加步驟。工具路徑的實例包括切刀、激光和鉆頭的路徑以及用于固體自由成形制造(例如激光覆層)和快速樣機(jī)開發(fā)(例如立體光刻和激光光學(xué)調(diào)制器(LOM))的路徑。當(dāng)重新設(shè)計時，在加入公差(后面將參考圖8更詳細(xì)的介紹)后，加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134用于生成制造部件10的硬質(zhì)加工工具。硬質(zhì)加工工具是用于形成重新設(shè)計部件的實體加工工具。硬質(zhì)加工工具可以由硬質(zhì)材料(例如金屬，如硬質(zhì)工具鋼)、軟材料(例如環(huán)氧樹脂、低熔點合金、蠟、木頭和鋁)以及它們的組合來制造。
為了重新設(shè)計部件10，根據(jù)第一實施例的方法還包括獲得表示部件10的特性的數(shù)據(jù)以及通過該數(shù)據(jù)產(chǎn)生部件10的可編輯幾何圖形112。對于第二實施例，可編輯幾何圖形112通過保留的設(shè)計信息而獲得。數(shù)據(jù)通過測量部件10或利用表示部件10的特征的已有數(shù)據(jù)組而獲得。也可選擇，保留的CAD輸入可以用于獲得可編輯幾何圖形112。為了產(chǎn)生可編輯幾何圖形112，該數(shù)據(jù)包括部件10的幾何數(shù)據(jù)。通常，標(biāo)記是非幾何圖形特征，例如表面光潔度、材料種類、部件10上的涂層存在以及密度。區(qū)分標(biāo)記和幾何數(shù)據(jù)很有用，它可以在進(jìn)行不同分析的過程中排除幾何數(shù)據(jù)，其中，特定的幾何特征對于該分析并不需要。例如，在應(yīng)力分析過程中通常有螺栓孔，而在計算機(jī)流體動力學(xué)分析中通常省略該螺栓孔。
在測量部件10之前，希望能確定和利用至少一個部件10的固定點(未示出)，如圖1所示。當(dāng)進(jìn)行多次測量時，不同的測量將重復(fù)利用該固定點。
數(shù)字射線照相術(shù)和光學(xué)掃描是用于測量部件10的有用方法。數(shù)字射線照相術(shù)的一個實例是計算機(jī)X射線層析術(shù)(CT)，為此，部件10例如利用工業(yè)CT系統(tǒng)掃描。典型的光學(xué)掃描技術(shù)包括非接觸三維(3D)掃描，例如利用非接觸3D測量系統(tǒng)(未示出)進(jìn)行，例如基于點、線或區(qū)域的掃描，例如組合有旋轉(zhuǎn)定位和固定部件的輕型系統(tǒng)(也未示出)。其它的典型測量方法包括紅外輻射測量術(shù)以及使用坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)。此外，數(shù)據(jù)獲得并不局限于單個測量技術(shù)。相反，在一個實施例中，部件10在固定后利用計算機(jī)X射線層析術(shù)進(jìn)行掃描。在該實施例中，部件10也利用基于點、線或區(qū)域的掃描儀。對于本實施例，由CT掃描和由基于點、線或區(qū)域的掃描所獲得的數(shù)據(jù)都用于產(chǎn)生可編輯幾何圖形112。優(yōu)選是，利用多測量技術(shù)提供了關(guān)于部件10的附加信息。
因為部件10可能損壞或磨損，優(yōu)選是，部件10的CAD模型可編輯，以便能修改特定特征，例如修改邊緣，或者能根據(jù)數(shù)據(jù)擴(kuò)充CAD模型。還希望能夠估計和調(diào)節(jié)表面質(zhì)量，尤其是在兩個相鄰零件之間。表面質(zhì)量包括表面光滑度、在表面連接處的幾何連續(xù)性以及內(nèi)表面結(jié)構(gòu)。與圖1中的方框1相同的處理過程，即由測量數(shù)據(jù)15形成部件10的可編輯幾何圖形112將在圖2中以方框形式表示。根據(jù)一個實施例，部件10的非參數(shù)計算機(jī)輔助設(shè)計CAD模型212由幾何數(shù)據(jù)產(chǎn)生。然后，非參數(shù)CAD模型再進(jìn)行改造，以便獲得可編輯幾何圖形112，改造包括形成反向CAD模型。一個典型的反向CAD建模處理包括從表面18中抽出一組常數(shù){u，v}曲線，然后利用該常數(shù){u，v}曲線對表面18重新放樣，以便獲得部件10的可編輯的、非參數(shù)的CAD模型(如參考標(biāo)號112所示)，例如使用一種上述市場上的CAD系統(tǒng)。
根據(jù)一個更特殊的實施例，非參數(shù)CAD模型212以如下方式產(chǎn)生。首先，減少數(shù)據(jù)以獲得數(shù)據(jù)的子組16，如圖2所示。典型的數(shù)據(jù)減少包括除去多余的數(shù)據(jù)點，以便將數(shù)據(jù)簡化成易處理的子組16。然后，該子組進(jìn)行分段，以便獲得數(shù)據(jù)的多個特征子組17，各特征子組對應(yīng)于部件10的特征。典型的特征包括幾何特征。對于圖9中所示的渦輪葉片10，典型的特征包括翼面11、平臺12和燕尾槽13。然后，進(jìn)行幾何特征的抽出，以便通過特征子組而獲得一組曲線和表面18。該曲線和表面表示了部件10的特征。曲線和表面18引入計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)幾何圖形中，以便獲得非參數(shù)CAD模型212。也可選擇，曲線和表面18可以利用CAD系統(tǒng)來產(chǎn)生。
分段和幾何特征抽出是已知方法，能夠利用市場上的軟件進(jìn)行。例如，市場上的軟件如EDS Corp.的Surfacer可以用于進(jìn)行分段。對于渦輪葉片10，一種典型分段將獲得對應(yīng)于翼面11、平臺12和燕尾槽13的數(shù)據(jù)特征子組。例如，一種典型的幾何特征抽出將基于表示翼面11、平臺12和燕尾槽13的特征的特征子組來抽出曲線和表面。市場上的軟件例如Surfacer可以用于進(jìn)行幾何特征抽出。
根據(jù)還一更特殊的實施例，抽出包括進(jìn)行功能空間分解。即，環(huán)繞數(shù)據(jù)點的3D Euclidean空間進(jìn)行功能細(xì)分，并分配一個位碼，從而便于從相鄰性和連續(xù)性方面進(jìn)行判斷。優(yōu)選是，測量部件10以及由測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生可編輯幾何圖形112可以對已有部件進(jìn)行計算機(jī)建模，該已有部件由于部件的年代而沒有進(jìn)行CAD設(shè)計或存檔效果較差。
盡管可編輯幾何圖形例如可以通過使用CAD軟件而進(jìn)行修改，但是輯編是以一件一件的方式進(jìn)行。為了能夠柔性表示由都可變的一組參數(shù)例如長度、寬度和高度說明的部件10，從可編輯幾何圖形114中產(chǎn)生參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114，如上所述。根據(jù)特定實施例，參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114的產(chǎn)生包括從可編輯幾何圖形112中確定和抽出多個關(guān)鍵參數(shù)113。典型的關(guān)鍵參數(shù)113包括部件10的尺寸和曲率，它們例如由用戶確定。該確定例如在采集測量數(shù)據(jù)15和產(chǎn)生可編輯幾何圖形112之前作為本方法的預(yù)備階段。也可選擇，該確定通過利用CAD系統(tǒng)檢查可編輯幾何圖形112來進(jìn)行。
這里所用的短語“關(guān)鍵參數(shù)的抽出”112的意思是利用可編輯幾何圖形112來確定關(guān)鍵參數(shù)的已有或合適值113。例如，當(dāng)利用本發(fā)明方法來反向設(shè)計部件10時，抽出包括確定這些參數(shù)的已有值。不過，因為部件10可能損壞或磨損，典型的已有值抽出包括從可編輯幾何圖形獲得的外插值。也可選擇，當(dāng)利用本發(fā)明方法來重新設(shè)計部件10時，抽出包括確定關(guān)鍵參數(shù)10的已有值(包括從磨損或損壞部件10的可編輯幾何圖形獲得的外插值)，并利用設(shè)計知識來改善從可編輯幾何圖形112獲得的已有值。
根據(jù)一個更特殊的實施例，抽如圖3所示出關(guān)鍵參數(shù)113。一組基于知識設(shè)計(KBE)的部件設(shè)計生產(chǎn)規(guī)則116用于可編輯幾何圖形112中，以便獲得參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114，該可編輯幾何圖形112儲存在CAD程序40中。KBE部件設(shè)計生產(chǎn)規(guī)則116包括怎樣構(gòu)成部件10的參數(shù)幾何圖形的設(shè)計知識以及用于基于環(huán)境的知識118，例如利用EDS’sKnowledge Fusion，它是用于Unigrapics設(shè)備的基于知識設(shè)計模塊，或者利用Intent Knowledge Station，它由Heidi Corp.提供。盡管圖3中表示了基于環(huán)境118的知識在CAD程序40的外部，但是，基于環(huán)境118的知識也可以在CAD程序的內(nèi)部或外部，本發(fā)明包含內(nèi)部和外部的、基于環(huán)境118的知識。
典型的KBE部件設(shè)計生產(chǎn)規(guī)則116規(guī)定了關(guān)鍵參數(shù)113和可編輯幾何圖形112的其它方面之間的關(guān)系。而且，典型的部件設(shè)計生產(chǎn)規(guī)則116包括幾何和非幾何的設(shè)計規(guī)則。例如，幾何規(guī)則是翼面11的合適長寬比。一種典型的非幾何規(guī)則是基于經(jīng)驗數(shù)據(jù)以及推力、流量和效率要求的、每個葉片排的預(yù)計翼面數(shù)。另外的典型非幾何規(guī)則是考慮材料的熱應(yīng)力極限以及相關(guān)的材料重量和強度。例如可在數(shù)據(jù)表中或利用模擬編碼來進(jìn)行作為KBE部件設(shè)計生產(chǎn)規(guī)則116基礎(chǔ)的編碼。這些值也可以通過搜索數(shù)據(jù)庫而獲得，例如搜索材料數(shù)據(jù)庫。根據(jù)特定實施例，KBE部件設(shè)計生產(chǎn)規(guī)則116可基于實際測量部件10來進(jìn)行。這樣，基于環(huán)境118的知識通過調(diào)入CAD程序40中的函數(shù)而控制部件10在CAD程序40中的參數(shù)幾何圖形的產(chǎn)生。優(yōu)選是，KBE部件設(shè)計生產(chǎn)規(guī)則116吸收了工程師通過相當(dāng)多的部件族設(shè)計經(jīng)驗而獲得的設(shè)計知識，從而減小了這些有經(jīng)驗的工程師的反向重新設(shè)計方法負(fù)擔(dān)。
為了保證參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114滿足多個功能和可制造性要求，一組KBE部件設(shè)計檢察規(guī)則117用于參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114。對于葉片10，典型的功能和可制造性要求包括計算應(yīng)力低于最大應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)以及選定的圓角半徑大于制造所需的最小圓角半徑。不過，功能和可制造性要求根據(jù)重新設(shè)計的部件10而變化。尤其是，KBE部件設(shè)計檢察規(guī)則117用于基于環(huán)境的知識118中，如圖3所示。典型的檢察規(guī)則包括進(jìn)行分析以評價參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114。儲存進(jìn)行分析121所需的操作條件和其它數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫50通過連接模型設(shè)備(LME)30而獲得，如圖3所示。
圖4表示了KBE部件設(shè)計的生產(chǎn)和檢查規(guī)則116、117的一個典型應(yīng)用實例。對于葉片10，一個典型的KBE部件設(shè)計生產(chǎn)規(guī)則116是在翼面11的前緣21和后緣22處的角度產(chǎn)生了各個流線的翼面11剖面。對于葉片10，一個典型的KBE部件設(shè)計檢察規(guī)則117是使部件10的一定區(qū)域例如前緣21在負(fù)載下經(jīng)受一定應(yīng)力。KBE部件設(shè)計檢察規(guī)則117的應(yīng)用通過LME 30引起應(yīng)力分析。進(jìn)行應(yīng)力分析121包括對參數(shù)幾何圖形114劃分網(wǎng)格、采用邊界條件、進(jìn)行應(yīng)力分析編碼以及判斷在前緣21上的峰值應(yīng)力是否滿足KBE部件設(shè)計檢察規(guī)則117。如果不滿足，可以采用一些糾正措施。例如，進(jìn)行設(shè)計變化或修改參數(shù)幾何圖形。根據(jù)一個實施例，修改參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114，并再次或多次重復(fù)應(yīng)力分析121，直到應(yīng)力分析121的結(jié)果滿足條件。也可選擇，修改參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114，重復(fù)應(yīng)力分析121預(yù)定次數(shù)，并選定提供了最令人滿意的應(yīng)力分析結(jié)果的情況。
與設(shè)計新部件一樣，優(yōu)選是進(jìn)行一種或多種設(shè)計分析(也由參考標(biāo)號121表示)以便重新設(shè)計部件10。設(shè)計分析的實例包括應(yīng)力、傳熱、流體動力以及燃燒分析。根據(jù)一個特殊實施例，該方法還包括產(chǎn)生至少一個用于進(jìn)行設(shè)計分析121的設(shè)計分析中間模型150。如圖5所示，設(shè)計分析中間模型150產(chǎn)生于連接模型設(shè)備30中。優(yōu)選是，因為設(shè)計分析中間模型產(chǎn)生于LME 30，當(dāng)修改參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114時它自動更新。作為背景知識，連接模型設(shè)備(LME)是一種方法，它以包含使用商業(yè)編碼或私人編碼，從而緊密聯(lián)系最終用戶。尤其是，典型的LME使儲存在CAD程序中的幾何形狀與外部分析編碼相連。典型LME的一個實例是C程序，該程序采用Unigraphics中間模型，用于有限元分析；通過ICEM運行中間模型，以便產(chǎn)生網(wǎng)格ANSYS輸入文件；然后運行ANSYS，以便得出結(jié)果。典型的LME包括界面、指令表(script)、程序以及程序集合。
如圖5所示，設(shè)計分析中間模型150包括由參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114產(chǎn)生的相關(guān)拷貝115。相關(guān)拷貝115設(shè)置成用于進(jìn)行設(shè)計分析121。這里所用的“相關(guān)”的意思是在參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114和相關(guān)拷貝115之間存在主-從關(guān)系。換句話說，參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114對進(jìn)行設(shè)計分析所需的一定詳細(xì)情況進(jìn)行抽取(所需詳細(xì)情況可以只包括部件10的一個特定部分)。例如，當(dāng)葉片10建模時，如果需要對葉片10的特定部分(例如翼面11或前緣)進(jìn)行設(shè)計分析，它從參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114中抽取并放入相關(guān)拷貝115中。因為主-從關(guān)系，相關(guān)拷貝115與參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114同步。例如，修改參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114將反映到相關(guān)拷貝115中。根據(jù)更特殊的實施例，中間模型150通過文件組合而與參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114相連。
為了進(jìn)行設(shè)計分析，中間模型150必須與設(shè)計分析程序121兼容。例如，典型的設(shè)計分析程序提供了機(jī)械應(yīng)力、傳熱、模型分析、彎曲以及計算流體動力問題的計算方法，例如包括但并局限于ANSYS、ABAQUS和Star-CDTM。為了使中間模型150與設(shè)計分析程序121兼容，根據(jù)更特殊的實施例，中間模型150如圖5所示產(chǎn)生。如圖5所示，相關(guān)拷貝115利用多個分析編碼準(zhǔn)則進(jìn)行定向和變形，以便獲得變形設(shè)計模型216。例如，設(shè)計分析121可能需要使相關(guān)拷貝115旋轉(zhuǎn)90度，如圖5所示。進(jìn)行變形以便獲得運行設(shè)計分析121所需的相關(guān)拷貝115的子組，同時除去相關(guān)拷貝115中進(jìn)行設(shè)計分析121所不需要的部分。
為了簡化設(shè)計分析121的網(wǎng)格劃分，變形設(shè)計模型216利用分析編碼準(zhǔn)則進(jìn)行分塊，從而獲得分塊設(shè)計模型217。這里所用的“網(wǎng)格劃分”的意思是將參數(shù)形狀細(xì)分成足夠小的塊，以便使得所關(guān)心的場量例如可以利用多項式來近似。這里所用的術(shù)語網(wǎng)格劃分包括用于有限元分析(FEA)程序的“建網(wǎng)”以及用于計算機(jī)流體動力(CFD)程序的“分網(wǎng)”。本領(lǐng)域中用于網(wǎng)格劃分的另一術(shù)語是“離散化”。
這里所用的“分塊”的意思是將變形設(shè)計模型216細(xì)分成簡單形狀(例如六面體)的簡化，其中，這些簡單形狀的布爾運算和組成原始形狀，各形狀包含原始幾何形狀的完全詳細(xì)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114的幾何形狀和分塊設(shè)計模型217的簡單形狀之間的空間關(guān)系通過采用組合功能性方法來保存。這里所用的組合功能性的意思是CAD系統(tǒng)處理部件之間的空間關(guān)系的能力。提供這樣的功能性的系統(tǒng)例如由Unigraphics Solutions出售的UnigraphicsTM。
為了獲得用于進(jìn)行設(shè)計分析121的設(shè)計分析幾何圖形218，利用分析編碼準(zhǔn)則對分塊設(shè)計模型217進(jìn)行表面和邊界抽出。設(shè)計分析幾何圖形218進(jìn)行標(biāo)記，以便獲得設(shè)計分析中間模型150。標(biāo)記是為了適應(yīng)典型的設(shè)計分析程序，該典型設(shè)計分析程序需要唯一的拓?fù)鋵嶓w(例如實心體、面、邊緣等)標(biāo)志(“標(biāo)記”)。通常，標(biāo)記是名稱或名稱-數(shù)值對，其中，設(shè)計分析程序的名稱和數(shù)值可以有某種意思。例如，名稱“翼面_UIP”可以用于標(biāo)記翼面實體的、設(shè)計分析編碼需要采用不同網(wǎng)格種(mesh seed)的分塊部分。名稱-數(shù)值對，例如可以是“溫度＝1000”，它用在設(shè)計分析編碼需要使溫度邊界條件為值1000的區(qū)域中。
特別是，定向、變形、分塊、表面和邊界抽出以及標(biāo)記都在LME 30中進(jìn)行，如圖5所示。
根據(jù)特殊實施例的本發(fā)明方法還包括制成用于進(jìn)行設(shè)計分析的設(shè)計分析中間模型150，如下所示。設(shè)計分析中間模型150是利用分析編碼準(zhǔn)則進(jìn)行網(wǎng)格劃分而獲得的分網(wǎng)設(shè)計模型221，如圖5所示。典型的分析編碼準(zhǔn)則可以通過考慮如孔、圓角這樣的特征以及其它可能引起分網(wǎng)問題的特征，并根據(jù)模型分解而向用戶推薦網(wǎng)格種。典型的分析編碼準(zhǔn)則也向用戶建議根據(jù)以前的分析而修改以前的分塊和變形。尤其是，設(shè)計分析程序例如ANSYS、ABAQUS和STAR-CDTM的解釋指令表進(jìn)行分網(wǎng)，它們將說明設(shè)計分析程序怎樣對模型進(jìn)行分網(wǎng)，以及怎樣使用邊界條件和負(fù)載。
作為
背景技術(shù)：
，指令表是ASCII(或文本)文件中的指令集合，它通過操作系統(tǒng)(例如HP-UX或Windows 2000)或通過特殊程序(Unigraphics、ANSYS等)來解釋，以便自動進(jìn)行將重復(fù)進(jìn)行的一系列事件。例如，典型的ANSYS指令表將從ICEM中打開分網(wǎng)模型(指令表的每個運行可以設(shè)置成由用戶提供的名稱)；將邊界條件用于分網(wǎng)模型中的特別標(biāo)記區(qū)域(在由KBE規(guī)則產(chǎn)生的ASCII文件中提供)；進(jìn)行分析以及將預(yù)定組的結(jié)果以特殊形式返回到輸出文件中。
如圖5所示，多個邊界條件利用分析編碼準(zhǔn)則標(biāo)繪在分網(wǎng)的設(shè)計模型221上，從而獲得設(shè)計分析模型222。例如，翻譯指令表進(jìn)行標(biāo)繪。典型的邊界條件由工作狀況獲得，例如葉片10的壓力、溫度和負(fù)載。尤其是，工作狀況例如壓力和溫度可能需要根據(jù)多個明顯點和真實工作數(shù)據(jù)而進(jìn)行平均、內(nèi)插或外推，以便獲得邊界條件其它的典型邊界條件由材料類型和部件10的微結(jié)構(gòu)而獲得。其它的典型邊界條件包括分析結(jié)果，例如由以前進(jìn)行的設(shè)計分析得出的結(jié)果。邊界條件例如部件10的材料例如儲存在產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)20中，例如Unigraphics和eMatrix的iMAN。根據(jù)一個實施例，通過由連接模型設(shè)備與PDM系統(tǒng)20連接，例如通過Unigraphicx Wave可獲得的LME方法，可以標(biāo)繪邊界條件。而且，準(zhǔn)備工作還包括標(biāo)準(zhǔn)形狀和負(fù)載的識別(例如利用翻譯指令表)，對此，已知閉合形式的設(shè)計解。
根據(jù)更特殊所實施例的本發(fā)明方法，還包括對設(shè)計分析模型222進(jìn)行設(shè)計分析，以便獲得設(shè)計分析數(shù)據(jù)223。尤其是，設(shè)計分析編碼利用設(shè)計分析模型222和多個收斂準(zhǔn)則來執(zhí)行。收斂準(zhǔn)則判斷對于用戶規(guī)定的所有約束，方程解算器是否將朝一個解收斂。典型的設(shè)計分析包括熱和應(yīng)力分析，并例如通過利用有限元或有限差分方法來進(jìn)行，從而產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件。典型的數(shù)據(jù)文件內(nèi)容包括應(yīng)力值、位移、壓力、溫度或速度。例如，設(shè)計分析編碼儲存在模擬發(fā)動機(jī)上，該模擬發(fā)動機(jī)是通過通用界面進(jìn)行設(shè)計分析的服務(wù)器，該通用界面通過包裹(wrapping)設(shè)計分析編碼而確定。
設(shè)計分析數(shù)據(jù)223可理想地用于按參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114反向設(shè)計，以便改進(jìn)它的性能。例如，對設(shè)計分析數(shù)據(jù)進(jìn)行評價，當(dāng)認(rèn)為部件10的設(shè)計不滿意，從而對參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114不滿意時，可以利用一組重新設(shè)計目標(biāo)來進(jìn)行修改，如圖5所示。該重新設(shè)計的目標(biāo)根據(jù)執(zhí)行情況而變化。不過，典型的葉片10的重新設(shè)計目標(biāo)包括高效冷卻、減小重量以及降低峰值應(yīng)力。相反，當(dāng)對評價結(jié)果很滿意時，將不修改參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114，如圖5所示。設(shè)計分析數(shù)據(jù)223的評價通過自動計算機(jī)程序(例如Engineous Software的iSIGHTTM或PhoenixIntegration的ModelCenterTM)執(zhí)行或者也可選擇通過操作人員來執(zhí)行。當(dāng)認(rèn)為性能并不令人滿意時，自動計算機(jī)程序或操作人員通過修改表示部件10的特征的幾何參數(shù)來修改部件10的設(shè)計。這又更新了參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114。而且，因為設(shè)計分析中間模型150包括參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114的相關(guān)拷貝115，因此也更新了設(shè)計分析中間模型150。因此，對于第二和所有隨后的迭代，并不需要重復(fù)進(jìn)行定向、分塊、執(zhí)行表面和邊界抽出以及標(biāo)記，如圖5所示，只要對設(shè)計的任何修改都在較小的參數(shù)比例內(nèi)。不過，對于設(shè)計的拓?fù)渥兓蛘咴谳^大參數(shù)比例上進(jìn)行設(shè)計變化時，通過標(biāo)記進(jìn)行同樣的分塊將產(chǎn)生很差的效果，優(yōu)選是重新訪問指令表，以便考慮修改網(wǎng)格劃分策略。本方法包括兩種可能性。
在更新參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114(同時更新設(shè)計分析中間模型150)之后，優(yōu)選是重復(fù)設(shè)計分析121，以便確定性能是否改進(jìn)。設(shè)計分析121的重復(fù)例如涉及網(wǎng)格劃分和標(biāo)繪邊界條件，以便獲得設(shè)計分析模型222，如上面參考設(shè)計分析121的初始性能所述。然后，再進(jìn)行設(shè)計分析編碼，以便獲得一組新的設(shè)計分析數(shù)據(jù)，如上所述。應(yīng)當(dāng)知道，對于在較小參數(shù)比例上的設(shè)計變化，“重復(fù)”設(shè)計分析121涉及執(zhí)行在上述分網(wǎng)、標(biāo)繪和執(zhí)行步驟中生成的已有指令表。在隨后的迭代中并不需要重新產(chǎn)生這些指令表，因為它們?nèi)Q于在產(chǎn)生設(shè)計分析中間模型150時首先發(fā)展的標(biāo)記幾何圖形。也可選擇，對于拓?fù)浜洼^大參數(shù)比例的設(shè)計變化，設(shè)計分析121的“重復(fù)”包括重新訪問指令表，以便考慮修改網(wǎng)格劃分策略。
在一個實施例中，修改參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114，并重復(fù)設(shè)計分析121，直到獲得滿意的結(jié)果。在可選實施例中，修改參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114，并重復(fù)設(shè)計分析121給定次數(shù)，例如五(5)次，以便適應(yīng)時間或計算限制。對于該實施例，例如通過自動計算機(jī)程序或通過操作人員而從迭代中選定對于給定的一組標(biāo)準(zhǔn)最優(yōu)的結(jié)果。通常，根據(jù)執(zhí)行過程，預(yù)定數(shù)目的迭代可以為一次或多次。
根據(jù)更特殊的實施例，產(chǎn)生至少一個附加的中間模型(未示出)，并進(jìn)行附加的設(shè)計分析，以便進(jìn)一步評價設(shè)計的性能。例如，在滿意地完成熱分析之后進(jìn)行應(yīng)力分析。并以如上面參考中間模型150所述且在圖5中所示的方式來產(chǎn)生附加的中間模型和執(zhí)行附加的設(shè)計分析。對于本實施例，修改參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114，并重復(fù)進(jìn)行附加的設(shè)計分析，如上面參考設(shè)計分析121所述，以便獲得滿意的設(shè)計(和相應(yīng)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114)。例如，令人滿意的葉片10設(shè)計滿足所有的沖擊熱、應(yīng)力和位移限制。在可選實施例中，修改參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114，并重復(fù)附加設(shè)計分析給定次數(shù)，并從迭代結(jié)果中選定部件10的最佳設(shè)計。
如上所述，優(yōu)選是參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114提供了部件10的整個部件族的部件設(shè)計。因此，通過修改參數(shù)值，將在不需要重復(fù)進(jìn)行重新設(shè)計處理的情況下提供部件族不同成員的設(shè)計。
在最終確定參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114之后，優(yōu)選是將幾何尺寸和公差(GD&T或“幾何公差”)添加到參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114中，以便準(zhǔn)備制造。GD&T規(guī)定了離開由基于參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114的部件設(shè)計而確定的標(biāo)稱尺寸和形狀的最大允許偏差。在一個實施例中，本發(fā)明方法還包括以可制造性數(shù)據(jù)庫240中的可制造性數(shù)據(jù)來對參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114進(jìn)行處理，以便將GD&T添加到參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114中，入土7所示。例如，參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114通過包裹物241與可制造性數(shù)據(jù)庫240相連。該包是包繞分析程序的應(yīng)用界面編碼，一個實例是Federated IntelligentProduct Environment(FIPER)包。典型的可制造性數(shù)據(jù)包括例如鑄造操作的表面光滑度的處理能力限制。對于本實施例，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型120包括具有幾何尺寸和公差的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114。
在生成設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型120之后，產(chǎn)生制造中間模型136。如上所述，制造中間模型136規(guī)定了對于各個制造步驟的部件最終結(jié)果(或“形狀”)，并包括加工工具特征132。制造步驟包括全部類型的制造方法，例如成形步驟、材料添加步驟(例如沉積)、材料去除步驟(例如機(jī)械加工、EDM和ECM)、快速原型設(shè)計步驟(例如立體光刻術(shù))以及精加工步驟(例如噴丸或激光噴丸)。典型的機(jī)械加工步驟包括工具路徑的產(chǎn)生。加工工具特征是部件特征的參數(shù)幾何圖形。典型的葉片10的加工工具特征包括用于形成翼面的翼面加工工具幾何圖形(未示出)、用于形成燕尾槽12的凹腔加工工具幾何圖形以及用于形成平臺13的平臺加工工具幾何圖形。典型的翼面加工工具幾何圖形包括用于形成翼面11的壓力面160和吸力面161的壓力面和吸力面加工工具子特征(未示出)。尤其是，根據(jù)特殊實施例，制造中間模型136如圖7所示產(chǎn)生。如圖7所示，具有幾何尺寸和公差的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114定向成獲得定向GD&T模型133。這里所用的術(shù)語“定向”是指空間定向。對于圖7中所示的實施例，在CAD程序42中進(jìn)行定向。CAD程序40、42通過不同的參考標(biāo)號來識別，以便表示它們分別用于參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114的產(chǎn)生以及加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134的產(chǎn)生。不過，相同的CAD程序可以用于產(chǎn)生參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114和加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134。因此，采用兩個參考標(biāo)號并不能理解成需要兩個CAD程序，而是表示其中進(jìn)行不同的處理。
多個制造設(shè)計規(guī)則用于定向GD&T模型133，以便獲得制造中間模型136。制造設(shè)計規(guī)則242包括用于成形步驟的加工工具設(shè)計規(guī)則以及用于機(jī)械加工步驟的工具路徑產(chǎn)生規(guī)則，表示了部件10的加工工具設(shè)計者的經(jīng)驗，更通常是部件族的加工工具設(shè)計者的經(jīng)驗。典型的加工工具設(shè)計規(guī)則242包括參數(shù)值之間的公式和其它關(guān)系。更復(fù)雜的加工工具設(shè)計規(guī)則242涉及執(zhí)行加工工具幾何圖形編碼60。如圖7所示，執(zhí)行加工工具幾何圖形編碼60通過連接模型設(shè)備(LME)244來進(jìn)行。尤其是，制造設(shè)計規(guī)則242應(yīng)用于基于環(huán)境243的加工工具知識中，優(yōu)選是，制造設(shè)計規(guī)則242吸收了有經(jīng)驗的工程師的加工工具設(shè)計知識，從而減小了對這樣的工程師的加工工具設(shè)計處理要求。對于圖7所示的實施例，制造中間模型136在CAD程序42中產(chǎn)生。盡管基于環(huán)境243的加工工具知識243在圖7中與CAD程序42分開表示，但是基于環(huán)境的知識既可以在CAD程序的內(nèi)部，也可以在CAD程序的外部，本發(fā)明覆蓋在CAD程序42內(nèi)部或外部的、基于環(huán)境243的工具知識。例如，知識站是外部的、基于環(huán)境的知識，而KnowledgeFusion是Unigraphics CAD程序內(nèi)部的、基于環(huán)境的知識模型。
當(dāng)只采用一個制造步驟時，例如對于簡單的部件(例如注射模制塑料螺釘)，制造中間模型136這樣產(chǎn)生。不過，對于更復(fù)雜的部件例如葉片10，可以執(zhí)行幾個制造步驟，例如形成翼面11、平臺12和燕尾槽13以及機(jī)械加工成孔，例如在翼面11中的徑向冷卻孔(未示出)。只是為了說明目的，圖10表示了用于假想部件10的制造中間模型136，該假想部件10的制造設(shè)計兩個成形步驟和兩個機(jī)械加工步驟。當(dāng)采用多個制造步驟時，制造中間模型136的產(chǎn)生還包括對制造中間模型進(jìn)行定向以獲得定向GD&T模型133，如圖7和圖10所示。附加制造步驟的制造設(shè)計規(guī)則242用于定向GD&T模型133，以便產(chǎn)生包含附加制造步驟的制造中間模型136，如圖10所示。對于各個附加制造步驟重復(fù)該處理，以便生成包含附加制造步驟的制造中間模型136。如圖10所示，制造中間模型136規(guī)定了要制造的部件的形狀，并確定了在制造過程中進(jìn)行的各個制造步驟的加工工具特征132。
除了除了成形步驟例如鍛造，部件10的制造可以包括一個或多個機(jī)械加工步驟，例如在部件10中由激光產(chǎn)生多個孔。因此，對于本發(fā)明方法的另一實施例，制造中間模型134的產(chǎn)生還包括對制造中間模型進(jìn)行定向以獲得定向GD&T模型，并采用用于機(jī)械加工步驟的工具路徑產(chǎn)生規(guī)則242，以便產(chǎn)生包含機(jī)械加工步驟的制造中間模型136，如圖10所示。對于各個機(jī)械加工步驟重復(fù)該處理，以便生成包含機(jī)械加工步驟的制造中間模型136。本實施例的加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134還包括執(zhí)行機(jī)械加工步驟的工具路徑和處理參數(shù)，該工具路徑來源于制造中間模型136。
如上所述，制造中間模型136包括加工工具特征132，該加工工具特征提供了部件特征的加工工具幾何圖形。不過，為了生成加工工具(例如模具)，需要加工工具幾何圖形62。加工工具幾何圖形62是用于一個或多個制造步驟的加工工具模型。例如，對于兩個成形步驟制造處理，加工工具幾何圖形62包括用于第一和第二加工工具的模型，同時各模型來源于各成形步驟的加工工具特征132。尤其是，包括加工工具幾何圖形62的加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134通過將加工工具設(shè)計規(guī)則242用于制造中間模型136而產(chǎn)生，從而使加工工具幾何圖形62來源于加工工具特征132。對于圖7所示的典型實施例，加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134通過利用加工工具設(shè)計規(guī)則242而在CAD程序42中產(chǎn)生，該加工工具設(shè)計規(guī)則242采用了基于環(huán)境的加工工具知識243。典型的加工工具設(shè)計規(guī)則242利用了連續(xù)性或其它匹配條件，以便使加工工具特征132接近于形成部件10的加工工具幾何圖形62。
除了加工工具幾何圖形62，根據(jù)特殊實施例的加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134還包括用于各制造步驟的處理參數(shù)以及工具路徑。尤其是，對于一個實施例，處理參數(shù)作為屬性包含于加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134中，對于另一實施例，處理參數(shù)儲存在加工工具PDM系統(tǒng)320中的相連屬性文件中。如上所述，包括一個或多個機(jī)械加工步驟的制造方法包括工具路徑。例如，當(dāng)制造步驟是鍛造時，典型的加工工具幾何圖形62包括模具幾何圖形(來源于制造中間模型136)，而典型的加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134還包括處理參數(shù)，例如壓機(jī)速度、溫度和負(fù)載。當(dāng)制造步驟是機(jī)械加工操作時，加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134包括工具路徑(幾何圖形)和處理參數(shù)，例如切刀速度、切刀類型以及進(jìn)刀速度。
為了評價加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134，有利的是進(jìn)行一種或多種制造工藝分析，例如用于鍛造部件的鍛造方法模擬，該鍛造部件例如發(fā)動機(jī)盤或壓縮機(jī)葉片。制造工藝分析用于評價加工工具幾何圖形62，以便證明該制造步驟能夠產(chǎn)生預(yù)期的產(chǎn)品。根據(jù)特定實施例，該方法還包括產(chǎn)生至少一個加工工具中間模型141。加工工具中間模型141包括加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134的相關(guān)拷貝142。該相關(guān)拷貝142設(shè)置成用于進(jìn)行制造工藝分析321。如上所述，“相關(guān)”的意思是在加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134和它的相關(guān)拷貝142之間存在主-從關(guān)系，這樣，加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134的修改將反映在相關(guān)拷貝142中。
加工工具中間模型141的典型產(chǎn)生方法如圖6所示，它與上述設(shè)計分析中間模型150的產(chǎn)生方法類似。如圖5所示，加工工具中間模型141產(chǎn)生于加工工具連接模型設(shè)備(加工工具LME)300中。優(yōu)選是，因為加工工具中間模型141利用LME方法產(chǎn)生，當(dāng)修改加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134時它自動更新。相關(guān)拷貝142利用一組分析編碼準(zhǔn)則定向和變形，以便獲得變形的加工工具模型143。為了簡化用于進(jìn)行制造工藝分析321的網(wǎng)格劃分，變形的加工工具模型143利用分析編碼準(zhǔn)則進(jìn)行分塊，以便獲得分塊的加工工具模型144。為了獲得用于進(jìn)行制造工藝分析321的加工工具分析幾何圖形145，利用分析編碼準(zhǔn)則對分塊的加工工具模型144進(jìn)行表面和邊界抽出。加工工具分析幾何圖形145進(jìn)行標(biāo)記，以便適應(yīng)典型的設(shè)計分析程序，這些設(shè)計分析程序需要唯一的拓?fù)鋵嶓w(例如實心體、表面、邊緣等)標(biāo)志(“標(biāo)記”)，從而生成加工工具中間模型141。
根據(jù)特殊實施例，該方法還包括如下形成用于進(jìn)行制造工藝分析的加工工具中間模型141。加工工具中間模型141采用分析編碼準(zhǔn)則進(jìn)行網(wǎng)格劃分，以便獲得分網(wǎng)的加工工具模型146。如圖6所示，多個邊界條件利用分析編碼準(zhǔn)則標(biāo)繪在分網(wǎng)的加工工具模型146上，以便獲得加工工具分析模型147，該邊界條件例如用于鍛造的模具部件之間的接觸條件。邊界條件例如儲存在加工工具產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)320中，如圖6所示。加工工具PDM系統(tǒng)320可以是PDM系統(tǒng)20，或者可以是獨立的PDM系統(tǒng)。根據(jù)一個實施例，邊界條件通過連接加工工具PDM系統(tǒng)320和加工工具LME 300而進(jìn)行標(biāo)繪。
在獲得加工工具分析模型147之后，對其進(jìn)行制造工藝分析321，以便獲得加工工具分析數(shù)據(jù)323，如圖6所示。尤其是，利用加工工具分析模型147和多個收斂準(zhǔn)則和處理參數(shù)來執(zhí)行制造工藝分析編碼。典型的處理參數(shù)包括夾持力、壓機(jī)速度以及溫度，它們例如儲存在加工工具PDM系統(tǒng)320中。典型的制造工藝分析321利用有限元方法進(jìn)行，并包括制造方法模擬，以便產(chǎn)生制造部件以及加工工具的應(yīng)力、扭曲、溫度和應(yīng)變率的數(shù)據(jù)，該加工工具例如模具。
根據(jù)一個特殊實施例，加工工具分析數(shù)據(jù)323再用于評價加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134的加工工具幾何圖形62。尤其是，例如通過自動計算機(jī)程序或操作人員來評價加工工具分析數(shù)據(jù)323。當(dāng)認(rèn)為加工工具分析數(shù)據(jù)323并不令人滿意時，利用一組制造目標(biāo)并考慮加工工具設(shè)計折衷方案而修改加工工具幾何圖形62，從而修改加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134，如圖6所示。制造目標(biāo)和加工工具設(shè)計折衷方案將根據(jù)應(yīng)用而變化。葉片10的典型機(jī)械加工目標(biāo)包括加工工具使用壽命以及加工工具所用材料，典型的加工工具設(shè)計折衷方案包括制造加工工具的成本、時間以及生產(chǎn)的準(zhǔn)備時間。相反，當(dāng)評價結(jié)果令人滿意時，加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型不變，如圖6所示。
特別是，當(dāng)認(rèn)為加工工具分析數(shù)據(jù)323不能令人滿意時，自動計算機(jī)程序或操作人員通過修改表示構(gòu)成加工工具特征的幾何參數(shù)而修改加工工具幾何圖形62。這又更新加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134，因為加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134和加工工具中間模型141之間的相關(guān)關(guān)系，該加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134自動更新加工工具中間模型141。因此，對于較小的加工工具參數(shù)比例變化，并不需要重復(fù)通過標(biāo)記進(jìn)行定向的步驟，如圖6所示。
在更新加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134(同時還有加工工具中間模型141)之后，優(yōu)選是重復(fù)制造工藝分析321，以便確定性能是否提高。制造工藝分析321的重復(fù)如圖6所示，并以與上述設(shè)計分析121的重復(fù)相同的方式進(jìn)行。
在一個實施例中，修改加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134并重復(fù)制造工藝分析321，直到獲得滿意的加工工具幾何圖形62(和相應(yīng)的加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134)。也可選擇，修改加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134和隨后的重復(fù)制造工藝分析321都進(jìn)行預(yù)定次數(shù)(一次或多次，例如5次)。對于后一實施例，例如通過自動計算機(jī)程序或通過操作人員根據(jù)制造目標(biāo)和加工工具設(shè)計折衷方案來從中選定部件10的最佳加工工具幾何圖形。當(dāng)不用進(jìn)行附加制造工藝分析時，加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134對應(yīng)于最佳加工工具幾何圖形。
根據(jù)更特殊的實施例，生成至少一個附加加工工具中間模型(未示出)，并進(jìn)行附加的制造工藝分析，以便進(jìn)一步評價加工工具幾何圖形62的性能。以上述相對于加工工具中間模型141所述并在圖6中表示的方式來生成至少一個附加加工工具中間模型以及進(jìn)行附加的制造工藝分析。對于該實施例，修改加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134并重復(fù)附加制造工藝分析321，以便獲得令人滿意的加工工具幾何圖形62(以及相應(yīng)的加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134)。在可選實施例中，修改加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134并重復(fù)附加制造工藝分析，這樣重復(fù)給定次數(shù)，并從中選定最佳加工工具幾何圖形62。
因為加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134為參數(shù)模型，它提供了用于整個部件族的加工工具幾何圖形。因此，通過修改參數(shù)值，自動提供部件族不同成員的加工工具幾何圖形。
在生成加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134之后，希望在制備硬質(zhì)加工工具(即在重新設(shè)計時生成用于制造部件10的硬模、模具等)時將幾何尺寸和公差(GD&T或“幾何公差”)添加到加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134中。在一個實施例中，GD&T利用CAD系統(tǒng)42添加到加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134中，如圖8所示，對于該實施例，加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134還包括硬質(zhì)加工工具400的多個CAD圖和一組檢查數(shù)據(jù)。典型的檢查數(shù)據(jù)包括用于硬質(zhì)加工工具400的幾何圖形檢查數(shù)據(jù)，以便證明所生成的硬質(zhì)加工工具是所設(shè)計的加工工具。通過根據(jù)用途采用普通硬質(zhì)加工工具制造技術(shù)，加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134再用于生成硬質(zhì)加工工具400。
為了評價硬質(zhì)加工工具，優(yōu)選是利用硬質(zhì)加工工具400制造一個或多個測試部件410，并進(jìn)行檢查，如圖8所示。在制造測試部件410之前，進(jìn)行固定和組裝(或預(yù)處理工作)，如圖8所示。根據(jù)圖8所示實施例，本發(fā)明方法還包括利用硬質(zhì)加工工具400并利用處理參數(shù)而制造至少一個測試部件410。處理參數(shù)是當(dāng)制造部件時設(shè)定的工作狀況，例如機(jī)器參數(shù)如切刀速度、進(jìn)刀速度、壓機(jī)負(fù)載，或者通用參數(shù)例如溫度。測試部件410例如采用一種或多種如下檢查方法進(jìn)行檢查數(shù)字射線照相術(shù)(例如計算機(jī)X射線層析術(shù))、光學(xué)掃描(例如利用非接觸3D測量系統(tǒng)進(jìn)行的非接觸光學(xué)三維掃描，例如利用基于點、線或區(qū)域的掃描儀)、紅外輻射測量術(shù)、以及使用坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)。通過檢查獲得的測量數(shù)據(jù)420由工程師或自動計算機(jī)程序根據(jù)部件10的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行評估，以便判斷加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134是否生成合格的測試部件。當(dāng)測試部件410合格時，加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134和硬質(zhì)加工工具400用于制造部件10。不過，當(dāng)測試部件410不滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時，一次或多次修改加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134并重新評價，直到測試部件410滿足部件10的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
理想的是，根據(jù)重新設(shè)計方法的目的，加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134用于制造與原始部件10相比具有相同功能或功能改進(jìn)的部件。為此，公開了一種制造方法實施例。該制造方法包括由可編輯幾何圖形112生成參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114；由參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114生成制造中間模型136；以及由制造中間模型136產(chǎn)生加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134，如上面參考圖1所述，尤其是參考圖3-7所述。制造方法還包括利用加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134生成硬質(zhì)加工工具400，如圖8所示，還包括利用硬質(zhì)加工工具400和處理參數(shù)來制造至少一個部件。如上所述，典型的處理參數(shù)包括夾持力、壓機(jī)速度和溫度。
在一個實施例中，可編輯幾何圖形112由表示部件10的特性的數(shù)據(jù)來生成，例如由測量數(shù)據(jù)。在另一實施例中，可編輯幾何圖形112由保留的部件設(shè)計圖來產(chǎn)生。
在一個特殊實施例中，參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114利用KBE部件設(shè)計的生產(chǎn)和檢查規(guī)則116、117產(chǎn)生，如上面參考圖3和4所述。對于該實施例，例如在LME 30中產(chǎn)生至少一個設(shè)計分析中間模型150，以便評價參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114。
為了加入幾何尺寸和公差GD&T，參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114通過來自可制造性數(shù)據(jù)庫的可制造性數(shù)據(jù)來進(jìn)行處理，如上面參考圖7所述。GD&T的添加既可以在CAD系統(tǒng)40中進(jìn)行，也可以在加工工具CAD系統(tǒng)42中進(jìn)行，這些CAD系統(tǒng)可以是相同或不同的CAD系統(tǒng)。對于該實施例，制造中間模型136如上面參考圖7所述產(chǎn)生。尤其是，對于多個制造步驟，產(chǎn)生制造中間模型136。
根據(jù)更特殊的實施例，加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134再通過將加工工具設(shè)計規(guī)則242加入到制造中間模型136中而產(chǎn)生。特別是，還為了評價加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134，該方法還包括產(chǎn)生至少一個加工工具中間模型141。
系統(tǒng)100的實施例參考圖1、3、4和7所述。如圖1所示，用于設(shè)計部件10的系統(tǒng)100包括部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模塊110，該部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模塊110設(shè)置成由可編輯幾何圖形112生成參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型。系統(tǒng)100還包括加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊130，該加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊130設(shè)置成接收參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114，由參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型生成制造中間模型136，并由制造中間模型136產(chǎn)生加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134。這里所用的術(shù)語“設(shè)置成”的意思是部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模塊110和加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊130都裝備有硬件和軟件的組合，以便執(zhí)行本發(fā)明的任務(wù)，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。例如，部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模塊110和加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊130包括裝備有用于執(zhí)行它們的相應(yīng)任務(wù)的軟件的計算機(jī)。本發(fā)明并不局限于任何用于執(zhí)行本發(fā)明的處理任務(wù)的特定計算機(jī)。而是，術(shù)語“計算機(jī)”是指能夠執(zhí)行計算的任何機(jī)器，該計算是執(zhí)行本發(fā)明的任務(wù)所必須的，例如，通過接收結(jié)構(gòu)化輸入并根據(jù)規(guī)定規(guī)則來處理該輸入，以便產(chǎn)生輸出。
如圖4所示，根據(jù)一個特殊實施例，部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模塊110包括CAD系統(tǒng)40，該CAD系統(tǒng)40設(shè)置成由可編輯幾何圖形112產(chǎn)生參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114，且基于環(huán)境118的知識設(shè)置成將KBE部件設(shè)計生產(chǎn)規(guī)則用于可編輯幾何圖形112中，以便獲得參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114?；诃h(huán)境的知識118還設(shè)置成將KNE部件設(shè)計檢查規(guī)則用于參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114中，以便保證使它滿足功能和可制造性要求。如上所述，基于環(huán)境的知識118既可以在CAD系統(tǒng)40內(nèi)部，也可以在CAD系統(tǒng)40外部。尤其是，CAD系統(tǒng)40還設(shè)置成由表示部件10的特征的數(shù)據(jù)來生成可編輯幾何圖形112，例如由上述測量數(shù)據(jù)。
根據(jù)更詳細(xì)的實施例，部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模塊110還包括連接的模型設(shè)備LME 30，該連接的模型設(shè)備LME 30設(shè)置成產(chǎn)生至少一個設(shè)計分析中間模型150；以及設(shè)計分析編碼121，用于進(jìn)行設(shè)計分析。例如如圖5所示，設(shè)計分析121與LME 30相連。尤其是，部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模塊110還包括部件數(shù)據(jù)管理PDM系統(tǒng)20，該系統(tǒng)20設(shè)置成儲存工作狀況數(shù)據(jù)，得出邊界條件。尤其是，PDM20還設(shè)置成儲存所有其它關(guān)于產(chǎn)品的數(shù)據(jù)和修改歷史。LME 30設(shè)置成使PDM系統(tǒng)20與分網(wǎng)的設(shè)計模型221相連，以便將邊界條件標(biāo)繪在分網(wǎng)的設(shè)計模型221上，如圖5所示。為了將幾何公差添加到參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114中，CAD系統(tǒng)40還設(shè)置成利用可制造性數(shù)據(jù)來處理參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114。盡管圖7表示了后一處理步驟在加工工具CAD系統(tǒng)42中進(jìn)行，但是幾何尺寸和公差可以既可以利用CAD系統(tǒng)40添加，也可以利用加工工具CAD系統(tǒng)42添加。而且，如上所述，CAD系統(tǒng)40和加工工具CAD系統(tǒng)42可以是相同或不同的CAD系統(tǒng)。
如圖7所示，根據(jù)一個特殊實施例，加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊130包括加工工具CAD系統(tǒng)42，該加工工具CAD系統(tǒng)42設(shè)置成接收參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114，在利用幾何尺寸和公差處理后對參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型114進(jìn)行定向，以便獲得定向的GD&T模型133，并由參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型生成制造中間模型136。加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊130還包括加工工具的基于知識設(shè)備243，它設(shè)置成將制造設(shè)計規(guī)則242用于定向GD&T模型133，以便獲得制造中間模型136。如上所述，制造規(guī)則包括加工工具設(shè)計規(guī)則和路徑產(chǎn)生規(guī)則。
復(fù)雜的制造方法可以采用多個成形步驟，并可以包括一個或多個機(jī)械加工步驟。因此，優(yōu)選是加工工具CAD系統(tǒng)42設(shè)置成對多個制造步驟生成制造中間模型。對于該特殊實施例，CAD系統(tǒng)42還設(shè)置成定向制造中間模型136，以便獲得定向GD&T模型133，而加工工具的基于知識設(shè)備243還設(shè)置成將制造設(shè)計規(guī)則242用于定向GD&T模型133，以便生成制造中間模型136，如圖7所示。
為了由制造中間模型136生成加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134，加工工具的基于知識設(shè)備243還設(shè)置成將加工工具設(shè)計規(guī)則用于制造中間模型136。對于該實施例，加工工具CAD系統(tǒng)42還設(shè)置成利用加工工具設(shè)計規(guī)則而由制造中間模型136得出加工工具幾何圖形62。
為了評價加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134，根據(jù)圖6所示的實施例，加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊130還包括加工工具連接模型設(shè)備(加工工具LME)300，該加工工具連接模型設(shè)備300設(shè)置成產(chǎn)生至少一個加工工具中間模型141；以及制造工藝分析編碼，用于進(jìn)行制造工藝分析。如圖6所示，制造工藝分析321與加工工具LME 300相連。尤其是，加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊130還包括加工工具部件數(shù)據(jù)管理PDM系統(tǒng)320，該系統(tǒng)320設(shè)置成儲存用于得出邊界條件的工作狀況數(shù)據(jù)以及儲存處理參數(shù)。尤其是，加工工具PDM 320還設(shè)置成儲存所有其它關(guān)于產(chǎn)品的數(shù)據(jù)以及修改歷史。如圖6所示，加工工具LME 300設(shè)置成使加工工具PDM系統(tǒng)320與分網(wǎng)的加工工具模型146相連，并將邊界條件標(biāo)繪在分網(wǎng)的加工工具模型146上。加工工具LME 300還設(shè)置成使加工工具PDM系統(tǒng)320與制造工藝分析321相連，以便提供用于執(zhí)行制造工藝分析的處理參數(shù)。
為了產(chǎn)生硬質(zhì)加工工具400，優(yōu)選是加工工具CAD系統(tǒng)42還設(shè)置成將幾何尺寸和公差添加給加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型134，例如如圖8所示。
而且，為了重新設(shè)計系統(tǒng)或子系統(tǒng)，而不是部件，系統(tǒng)100還包括產(chǎn)品控制結(jié)構(gòu)(未示出)，以便表示整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的布局，并控制組織形式的變化。
盡管只表示和說明了本發(fā)明的某些特征，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道可以進(jìn)行變化和修改。因此，應(yīng)當(dāng)知道，附屬的權(quán)利要求將覆蓋落入本發(fā)明的實際精神內(nèi)的所有這些變化和修改。
部件表10 部件11 翼面12 平臺14 燕尾槽15 測量數(shù)據(jù)16 測量數(shù)據(jù)子集17 特征子集18 曲線和表面20 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)21 翼面的前緣22 翼面的后緣30 連接的模型設(shè)備(LME)40 計算機(jī)輔助設(shè)計程序42 計算機(jī)輔助設(shè)計程序60 加工工具幾何圖形編碼62 加工工具幾何圖形110部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模塊112可編輯幾何圖形113關(guān)鍵參數(shù)114參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型115相關(guān)拷貝116KBE部件設(shè)計產(chǎn)生規(guī)則117KBE部件設(shè)計核對規(guī)則118基于知識設(shè)備120設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型121設(shè)計分析130加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊132加工工具特征133定向GD&T模型134加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型
136制造中間模型141加工工具中間模型142加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型的相關(guān)拷貝143變形的加工工具模型144分塊的加工工具模型145加工工具分析幾何圖形146分網(wǎng)的加工工具模型147加工工具分析模型150設(shè)計分析中間模型160壓力面161吸力面212非參數(shù)CAD模型216變形的設(shè)計模型217分塊的設(shè)計模型218設(shè)計分析幾何圖形221分網(wǎng)的設(shè)計模型222設(shè)計分析模型223設(shè)計分析數(shù)據(jù)240可制造性數(shù)據(jù)庫241包242制造(加工工具和機(jī)械加工)設(shè)計規(guī)則243加工工具的基于知識設(shè)備300加工工具的連接的模型設(shè)備(LME)320加工工具制造數(shù)據(jù)管理(PLDM)系統(tǒng)321制造工藝分析323加工工具分析數(shù)據(jù)400硬質(zhì)加工工具410測試部件420測量數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種重新設(shè)計部件(10)的方法，包括如下步驟由部件的可編輯幾何圖形(112)來產(chǎn)生部件(10)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)；由設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型(120)來生成制造中間模型(136)，該設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型(120)包括參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)，而該制造中間模型包括多個加工工具特征(132)；以及由制造中間模型(136)產(chǎn)生加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)，該加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型包括用于部件(10)的加工工具幾何圖形(62)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括如下步驟獲得表示部件(10)的特征的數(shù)據(jù)；以及由該數(shù)據(jù)產(chǎn)生部件的可編輯幾何圖形(112)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述獲得步驟包括測量部件(10)以獲得數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述測量步驟包括進(jìn)行數(shù)字射線照相和光學(xué)掃描中的至少一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該數(shù)據(jù)包括部件(10)的幾何數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該數(shù)據(jù)還包括部件(10)的屬性數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述生成部件(10)的可編輯幾何圖形(112)的步驟包括由幾何數(shù)據(jù)生成部件(10)的非參數(shù)計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)模型(212)；以及重建非參數(shù)CAD模型(212)，以便獲得可編輯幾何圖形(112)，所述重建步驟包括進(jìn)行反向CAD建模。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述生成部件(10)的非參數(shù)CAD模型(212)步驟包括減少數(shù)據(jù)以獲得數(shù)據(jù)的子集；對該子集進(jìn)行分段，以便獲得數(shù)據(jù)的多個特征子集，各特征子集對應(yīng)于部件(10)的特征(11)、(12)、(13)；進(jìn)行幾何特征的抽取，以便從特征子集中獲得多個曲線和表面，該曲線和表面表示部件(10)的特征(11)、(12)、(13)；以及將該曲線和表面輸入計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)幾何圖形中，以便獲得非參數(shù)CAD模型(212)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括由保留的設(shè)計信息來獲得可編輯幾何圖形(112)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型的步驟包括從可編輯幾何圖形(112)中識別和抽取多個關(guān)鍵參數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述關(guān)鍵參數(shù)的抽取包括如下步驟將多個基于知識設(shè)計(KBE)的部件設(shè)計產(chǎn)生規(guī)則應(yīng)用于可編輯幾何圖形(112)，以便獲得參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)；以及將多個KBE部件設(shè)計核對規(guī)則用于參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)，以保證該參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型滿足多個功能和可制造性要求。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括產(chǎn)生至少一個設(shè)計分析中間模型(150)，該設(shè)計分析中間模型包括參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)的相關(guān)拷貝(115)，該相關(guān)拷貝構(gòu)置成用于進(jìn)行設(shè)計分析(121)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生至少兩個設(shè)計中間模型(150)，每個設(shè)計中間模型構(gòu)置成用于進(jìn)行不同的設(shè)計分析(121)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括制備設(shè)計分析中間模型(150)，以便進(jìn)行分析，所述制備步驟包括利用分析編碼準(zhǔn)則來對設(shè)計分析中間模型(150)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，以便獲得分網(wǎng)的設(shè)計模型(221)；以及利用分析編碼準(zhǔn)則來將多個邊界條件標(biāo)繪在分網(wǎng)的設(shè)計模型(221)上，以便獲得設(shè)計分析模型(222)，該方法還包括對設(shè)計分析模型(222)進(jìn)行設(shè)計分析，以便獲得多個設(shè)計分析數(shù)據(jù)(223)，所述進(jìn)行設(shè)計分析的步驟包括利用設(shè)計分析模型(222)以及多個收斂準(zhǔn)則來進(jìn)行設(shè)計分析編碼；以及評價設(shè)計分析數(shù)據(jù)(223)，當(dāng)設(shè)計分析數(shù)據(jù)并不令人滿意時，所述方法還包括如下步驟利用多個重設(shè)計目標(biāo)來修改參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)；以及在修改參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)之后重復(fù)進(jìn)行所述設(shè)計分析。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括利用來自可制造性數(shù)據(jù)庫240的可制造性數(shù)據(jù)來處理參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)，以便將幾何尺寸和公差(GD&T)添加給參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)，其中，該設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型(120)包括具有幾何尺寸和公差的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述生成制造中間模型(136)包括如下步驟利用幾何尺寸和公差來定向參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)，以便獲得定向的GD&T模型(133)；以及將多個制造設(shè)計規(guī)則(242)用于定向GD&T模型(133)，以便獲得制造中間模型(136)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述生成制造中間模型(136)還包括如下步驟定向制造中間模型(136)以便獲得定向GD&T模型(133)；以及將制造設(shè)計規(guī)則(242)用于定向GD&T模型(133)，以便生成制造中間模型(136)，該制造中間模型(138)包含至少一個附加制造步驟，其中，對于各附加制造步驟，進(jìn)行所述定向和應(yīng)用。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，制造設(shè)計規(guī)則包括多個加工工具設(shè)計規(guī)則，且所述加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)的產(chǎn)生步驟包括將加工工具設(shè)計規(guī)則應(yīng)用于制造中間模型(136)中，以便獲得加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)；其中，加工工具幾何圖形(62)通過所述設(shè)計規(guī)則的應(yīng)用而來源于加工工具特征(132)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括產(chǎn)生至少一個加工工具中間模型(141)，該加工工具中間模型(141)包括加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)的相關(guān)拷貝(142)，該相關(guān)拷貝構(gòu)置成用于進(jìn)行制造工藝分析(321)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生至少兩個加工工具中間模型(141)，每個加工工具中間模型構(gòu)置成用于進(jìn)行不同的制造工藝分析(321)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括制備加工工具中間模型(141)，以便進(jìn)行制造工藝分析(321)，所述制備步驟包括利用分析編碼準(zhǔn)則來對加工工具中間模型(141)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，以便獲得分網(wǎng)的加工工具模型(146)；以及利用分析編碼準(zhǔn)則來將多個邊界條件標(biāo)繪在分網(wǎng)的加工工具模型(146)上，以便獲得加工工具分析模型(147)，所述方法還包括如下步驟對加工工具分析模型(147)進(jìn)行制造工藝分析(321)，以便獲得多個加工工具分析數(shù)據(jù)(323)，所述進(jìn)行制造工藝分析包括利用加工工具分析模型(147)、多個收斂準(zhǔn)則以及多個工藝參數(shù)來進(jìn)行制造工藝分析編碼；以及評價加工工具分析數(shù)據(jù)(323)，當(dāng)加工工具分析數(shù)據(jù)并不令人滿意時，還包括利用多個制造目標(biāo)加工工具設(shè)計折衷方案來修改加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)；以及在修改加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)之后重復(fù)進(jìn)行所述制造工藝分析(321)。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括將多個幾何尺寸和公差(GD&T)添加給加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)還包括多個工藝參數(shù)，該方法還包括如下步驟利用具有幾何尺寸和公差的加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)來生成硬質(zhì)加工工具(400)；利用加工工具(400)以及利用工藝參數(shù)來制造至少一個測試部件(410)；檢查測試部件(410)，以便獲得多個測量數(shù)據(jù)(420)；以及評估測量數(shù)據(jù)(420)，以便確定測試部件(410)是否滿足部件(10)的多個設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
24.一種用于重新設(shè)計部件(10)的系統(tǒng)(100)，其特征在于，包括如下步驟部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模塊(110)，該部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模塊構(gòu)置成由部件的可編輯幾何圖形(112)來產(chǎn)生部件的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)；以及加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊(130)，該加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊構(gòu)置成接收參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)，以便由該參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型來產(chǎn)生制造中間模型(136)，并由制造中間模型產(chǎn)生加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)，其中，制造中間模型包括多個加工工具特征(132)，而加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型包括加工工具幾何圖形(62)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模塊(110)包括計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)系統(tǒng)(40)，該計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)(40)構(gòu)置成由可編輯幾何圖形(112)產(chǎn)生參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)，基于知識設(shè)計(KBE)的設(shè)備(118)構(gòu)置成將基于知識設(shè)計(KBE)的部件設(shè)計生產(chǎn)規(guī)則應(yīng)用于可編輯幾何圖形(112)中，以便獲得參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)，并將KNE部件設(shè)計核對規(guī)則應(yīng)用于參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)中，以便保證使該參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型滿足多個功能和可制造性要求。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述CAD系統(tǒng)(40)還構(gòu)置成由表示部件(10)的特征的數(shù)據(jù)來生成可編輯幾何圖形(112)。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模塊(110)還包括連接模型設(shè)備(30)，該連接模型設(shè)備(30)構(gòu)置成產(chǎn)生至少一個設(shè)計分析中間模型(150)，該中間模型包括參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)的相關(guān)拷貝(115)，并構(gòu)置成用于進(jìn)行設(shè)計分析(121)；以及設(shè)計分析編碼(121)，用于進(jìn)行設(shè)計分析，以便產(chǎn)生用于評價參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型的設(shè)計分析數(shù)據(jù)(223)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模塊(110)還包括部件數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)(20)，該系統(tǒng)(20)構(gòu)置成儲存用于得出多個邊界條件的工作狀況數(shù)據(jù)，其中，所述連接模型設(shè)備(30)構(gòu)置成使所述PDM系統(tǒng)(20)與由設(shè)計分析中間模型(150)獲得的分網(wǎng)設(shè)計模型(221)相連，以便將邊界條件標(biāo)繪在該分網(wǎng)設(shè)計模型上。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述CAD系統(tǒng)(40)還構(gòu)置成利用可制造性數(shù)據(jù)來處理參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)，以便將幾何尺寸和公差加入?yún)?shù)標(biāo)準(zhǔn)模型。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊(130)包括加工工具計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)系統(tǒng)(42)，該加工工具CAD系統(tǒng)(42)構(gòu)置成接收參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型，在利用多個幾何尺寸和公差處理后對參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)進(jìn)行定向，以便獲得定向的GD&T模型(133)，并由參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型生成制造中間模型(136)；以及加工工具的基于知識設(shè)備(243)，它構(gòu)置成將多個制造設(shè)計規(guī)則(242)應(yīng)用于定向GD&T模型(133)，以便獲得制造中間模型(136)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加工工具CAD系統(tǒng)(42)還構(gòu)置成對多個制造步驟產(chǎn)生制造中間模型(136)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于，制造設(shè)計規(guī)則包括多個加工工具設(shè)計規(guī)則，所述加工工具的基于知識設(shè)備(243)還構(gòu)置成將加工工具設(shè)計規(guī)則應(yīng)用于制造中間模型(136)，所述CAD系統(tǒng)(42)還構(gòu)置成利用加工工具設(shè)計規(guī)則(62)而由制造中間模型得出加工工具幾何圖形(62)，以產(chǎn)生加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊(130)還包括加工工具連接模型設(shè)備(300)，該加工工具連接模型設(shè)備(300)構(gòu)置成產(chǎn)生至少一個加工工具中間模型(141)，該加工工具中間模型包括加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)的相關(guān)拷貝(115)，并構(gòu)置成用于進(jìn)行制造工藝分析(321)；以及制造工藝分析編碼(321)，用于進(jìn)行制造工藝分析，以便產(chǎn)生用于評價加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型的加工工具分析數(shù)據(jù)(323)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊(130)還包括加工工具部件數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)(320)，該系統(tǒng)(320)構(gòu)置成儲存用于得出多個邊界條件的多個工作狀況數(shù)據(jù)以及儲存多個工藝參數(shù)；其中，所述加工工具連接模型設(shè)備(300)構(gòu)置成使所述加工工具PDM系統(tǒng)(320)與由加工工具中間模型(141)獲得的分網(wǎng)加工工具模型(146)相連，以便將邊界條件標(biāo)繪在分網(wǎng)的加工工具模型上；以及與制造工藝分析(321)相連，以便提供用于進(jìn)行制造工藝分析的工藝參數(shù)。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加工工具CAD系統(tǒng)(42)還構(gòu)置成將多個幾何尺寸和公差(GD&T)添加給加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)。
36.一種制造方法，包括由部件的可編輯幾何圖形(112)來產(chǎn)生部件(10)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)；由參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)來產(chǎn)生制造中間模型(136)，該制造中間模型包括多個加工工具特征(132)；由制造中間模型(136)產(chǎn)生加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)，該加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型包括部件(10)的加工工具幾何圖形(62)；利用加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)產(chǎn)生硬質(zhì)加工工具(400)；以及利用該硬質(zhì)加工工具和多個工藝參數(shù)來制造至少一個部件。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，還包括由表示部件(10)的特征的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生可編輯幾何圖形(112)。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型的步驟包括將多個基于知識設(shè)計(KBE)的部件設(shè)計生產(chǎn)規(guī)則應(yīng)用于可編輯幾何圖形(112)，以便獲得參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)；以及將多個KBE部件設(shè)計核對規(guī)則應(yīng)用于參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)，以保證該參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型滿足多個功能和可制造性要求；所述方法還包括產(chǎn)生至少一個設(shè)計分析中間模型(150)，用于評價參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)，該設(shè)計分析中間模型包括參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)的相關(guān)拷貝(115)，該相關(guān)拷貝構(gòu)置成用于進(jìn)行設(shè)計分析(121)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，還包括利用來自可制造性數(shù)據(jù)庫(240)的可制造性數(shù)據(jù)來處理參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)，以便將幾何尺寸和公差(GD&T)添加給參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)，其中，所述生成制造中間模型(136)的步驟包括利用幾何尺寸和公差來定向參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)，以便獲得定向的GD&T模型(133)；以及將多個制造設(shè)計規(guī)則(242)應(yīng)用于定向GD&T模型(133)，以便獲得制造中間模型(136)；其中制造設(shè)計規(guī)則包括多個加工工具設(shè)計規(guī)則。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，為多個制造步驟產(chǎn)生制造中間模型(136)。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，所述加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)的產(chǎn)生步驟包括將加工工具設(shè)計規(guī)則應(yīng)用于制造中間模型(136)中，以便獲得加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)；其中，加工工具幾何圖形(62)通過所述設(shè)計規(guī)則的應(yīng)用由加工工具特征(132)獲得。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，還包括產(chǎn)生至少一個加工工具中間模型(141)，該加工工具中間模型(141)包括加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)的相關(guān)拷貝(142)，該相關(guān)拷貝構(gòu)置成用于進(jìn)行制造工藝分析(321)。
全文摘要
一種重新設(shè)計部件(10)的方法，包括由部件的可編輯幾何圖形(112)來生成部件的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型(114)；以及由設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型(120)來生成制造中間模型(136)。該設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型包括參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型，而該制造中間模型包括多個加工工具特征(132)。該方法還包括由制造中間模型產(chǎn)生加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型(134)。該加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型包括用于部件的加工工具幾何圖形(62)。一種用于重新設(shè)計部件的系統(tǒng)(100)，包括部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模塊(110)，該部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模型模決設(shè)置成由可編輯幾何圖形來產(chǎn)生參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型；以及加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊(130)，該加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型模塊設(shè)置成接收參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型，以便由該參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型來產(chǎn)生制造中間模型，并由制造中間模型產(chǎn)生加工工具標(biāo)準(zhǔn)模型。
文檔編號G06F17/50GK1538331SQ0311060
公開日2004年10月20日 申請日期2003年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月14日
發(fā)明者A·B·F·雷貝羅, M·C·奧斯特羅夫斯基, K·K·約科亞馬, V·P·庫馬, D·M·羅賓遜, A B F 雷貝羅, 奧斯特羅夫斯基, 庫馬, 約科亞馬, 羅賓遜 申請人:通用電氣公司