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1、第40卷第2期上海交通大学学报VOl.40No.22023年2月JoURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYFeb.2023文章编号:10062467(202302019005基于规则推理的汽车冲压件成形工艺性分析陈(上海交通大学纲，陈军,阮雪榆模具CAD国家工程研究中心,上海202330摘要:提出了一种新的汽车冲压件产品模型日勺体现措施,即冲压件特性语义树.该措施从产品模型所包括的海量、离散、底层、冗余的几何、拓扑信息中提取出工艺设计者所关怀的带有特定工程语义的高层几何、拓扑信息,因此,它既可以体现形状特性的高层几何、拓扑信息,又可以体现产品模型所包括的丰富工程信息
2、.同步,提出一种新的基于规则的推理方略,即规则一语义推理方略,在冲压件特性语义树和工艺设计规则之间进行搜索、匹配.并基于冲压件特性语义树和规则一语义推理方略,提出一种新的冲压工艺性分析措施,防止了针对自由曲面模型日勺自动特性识别和针对产品模型的底层数据的推理.关键词:汽车冲压件;成形性分析;基于规则的推理;特性语义树中图分类号:THI22文献标识码:AARUIe-BaSedFeasibilityAnaIySisMethOdfrAutOmOtiVeStampingPartsCHENGnng,CHENJun,RUANX札eytt(NationalDie&MoldCADEng-ResearchCen
3、tenShanghaiJiaotongUniv.,Shanghai202330,ChinaAbstractzAninnovativerepresentationschemeforautomotivestampingpart,sproductmodel,i.e.FeatureSemanticTree,waspresented.High-levelgeometricalandtopologicalinformationwithspecificengineeringsemantics,whichiscontainedinFeatureSemanticTree,wasabstractedfromlow
4、erlevelgeometricalandtopologicalinformationcontainedbytheproductmodel,whichismagnitude,discreteandredundant.Therefore,high-levelgeometricalandIopologicalinformationaswellasabundantengineeringinformationoftheproductmodelcanbesimultaneouslyrepresentedinFeatureSemanticTree.Anewreasoningstrate一gyforrule
5、_basedreasoningsystem,i.e.Rule-SemanticReasoningwaspresented,whichcanefficientlymatchtheformfeaturesinFeatureSemanticTreewithcorrespondingstampingprocessdesignrules.BasedonFeatureSemanticTreeandRule-SemanticReasoning,astampingfeasibilityanalysismethodwasinno-vativelypresented.ltcanavoidautomaticfeat
6、urerecognitionforfreeformsurfacemodelandreasoningonIowerlevelgeometricalandtopologicaldata.KeyWOrds:automotivestampingparts;feasibilityanalysis;rule-basedreasoning;featuresemantictree基于知识的汽车冲压件产品成形工艺性定性分析措施近年来逐渐得到学术界和企业界的重视十21,它将工艺专家的丰富经验转化为软件系统中储存的知识,使之能部分替代工艺专家对冲压件收稿日期:20230131基金项目:上海市“十五”重点科技攻关项目
7、（015111004作者简介:陈纲（1974,男,四川南充人,博士生,重要研究方向为汽车冲压件与模具设计、有限元数值模拟和智能推理等陈军（联络人,男,专家,博士生导师，（Tel.:02卜62813424;E-maik.首选渠道:租车企业杭州租车企业在婚车租赁这首先实力比较雄厚,从最一般的中高级级车到最顶级日勺豪华车均有,可以提供的选择较多。不过由于自有车辆需要有养护、停车、专业司机等方面的支出,因此它的价格相对于消费而言,没有太大日勺商议余地。常见渠道:婚庆企业婚庆企业一般会向新人提供“套餐服务”,包括了主持筹划、摄像、DVD、鲜花和整个车队并且价格看上去会很诱人。大部分的婚庆企业日勺婚辆都是
8、从外面租赁而来,只不过它们得到日勺是“批发价”。有个别婚庆企业不求服务质量,甚至向某些私人车主来借车来业务,在服务质量和车型上都得不到保障。新兴渠道:网络租车杭州租车网伴随网络技术和电子商务的不停发达,在婚嫁类专业网站和某些电子商务网站上租借婚车,也成了婚车租赁的重要渠道之一。这些网站都提供了一种信息平台,使婚车的价格愈加透明和公开。新人朋友在这些网站上可以进行综合比较,来确定一种合理的价格。颜色选择白色婚车白色彰显纯洁、洁净高贵,与新娘白色日勺婚纱寓意着同样的浪漫色彩,白色婚车市场前景不错,目前诸多大都市整个车队都是白色B勺,这也是由于路面上大多数车身还是以深颜色居多,洁净的）白色显眼醒目,
9、别有一番味道。黑色婚车黑色是人们选择率最高颜色,是一种经典色,庄严、大气、沉稳,并且和新娘婚纱的颜色相配,显得非常有档次。黑色的婚车更能凸显其气派,同步带有神圣庄严日勺气氛,是诸多人选择黑色作为婚车颜色的重要原因。红色婚车红色的描述是气质、活力、时尚、动感的组合,红色婚车会把婚礼上喜庆夺目的气氛非常契合日勺体现出来。红色婚车比较适合追赶时尚时尚B勺80后,让婚礼的每一处细节可以自由地展示新人的独特个性。婚车租赁价格婚庆租车的价格会因地区的!不一样而略有差异,不过从大众的消费角度来看,45.5%的人接受的婚车价格在2023元如下;26%的人接受的婚车价格在20235000元;9%的人接受婚车价格
10、在50018000元;大众的婚车消费重要集中在2023元如下,尽管人们都喜欢气派的轿车,不过近年来人们消费趋向于理性化第2期陈纲,等:基于规则推理的汽车冲压件成形工艺性分析CAD模型的成形工艺性进行迅速定性分析,并提供修改提议.在基于规则推理日勺成形性定性分析措施中,目前直接针对底层的形状特性几何、拓扑信息进行推理还难以实现,重要原由于:针对自由曲面模型的自动特性识别难以实现3;形状特性的几何、拓扑信息多采用Brep体现,针对该类型数据构造的自动推理难以实现7,8.因此,本文提出一种新的推理措施:提取形状特性的几何属性后将其赋予高层的特性语义;采用特性语义树来体现冲压件几何模型,位于根部结点的
11、1是语义表达的主特性及其属性,位于叶节点的是辅助特性及属性;采用一种特殊的规则一语义推理方略,在冲压件特性语义树和工艺设计规则之间进行搜索、匹配,找出与工艺设计规则有关的形状特性及其属性,进行迅速成形性定性分cl一矩形轮廓,Sl一直壁,S2斜面侧壁,Bl一平面底部,RibI-Rib5一压筋,Bul、Bu2一凸起图1卡车顶盖外板的形状特性FigJTheformfeaturesofatruckroofouterpanel2冲压件特性语义树的建立2.1 特性语义树的构造冲压件特性语义树日勺逻辑构造分为4层,从根部到枝叶依次为成形工艺层、零件层、特性层和特性属性层,如图3所示.各层日勺功能为:成形工艺
12、层描述零件所属的!重要成形工艺特性类别,是建立冲压件特性语义树的基础;零件层描述零件的基本信息、管理信息和材料信息;特性层描述零件的形状特性,包括主特性和辅助特性;特性属性层运用语义描述形状特性的宏观几何属性、各形状特性之间的邻接关系以及主辅特性之间的依存关系等几何信息.2.2 特性语义树日勺体现采用面向对象措施来体现冲压件特性语义树.成形工艺层与零件层分别对应成形工艺类和零件类.在构建冲压件特性语义树日勺模型时,成形工艺类析.系统的工艺设计规则库包括通用规则子库和特殊规则子库,对每个待分析日勺冲压件,通用规则子库中日勺每条规则都被遍历,当待分析日勺冲压件满足规则索引匹配时,才激活特殊规则子库
13、中的有关规则.1形状特性的体现通过自动识别与交互定义提取形状特性的几何属性之后,采用构造化的语义来体现冲压件的形状特性.特性语义的构造类似于槽,槽名是预先定义好的原则化特性名称,每个槽包括若干个子槽名和对应的子槽值,子槽名是形状特性的几何属性名称,子槽值是属性值.以某型卡车顶盖外板为例,其形状特性和特性语义体现分别如图1、2所示.卡车顶盖外板卜一叫材料属性特性名称SIr侧壁深度272mmLo凸模圆90mm角半径距y晓平300mml面的距离主特性卜辅助特性主特性f11堕,化匕鱼签竖L倒匪：;竺1长度1.21mI凸模圆8mm1角半径1距y晓平600mm1面日勺距离图2汽车冲压件形状特性的体现措施F
14、ig.2Theformfeaturerepresentationofautomotivestampingparts辅助特性，,一1,2,成形工艺层零件层特性层特性属性层图3汽车冲压件特性语义树日勺逻辑构造Fig.3Thelogicalarchitectureofthefeaturesemantictreeofautomotivestampingparts再派生出形状特性类.基本信息类、材料信息类和管理信息类作为辅助类,它们的对象被零件类对象引用.特性属性类单独生成,它包括槽构造B勺特性语义体现.以卡车顶盖外板为例,采用面向对象措施构建B勺冲压件特性语义树模型如图4所示,该零件属于上海交通大学学
15、报第49卷形状特性类实例化得到相对应的形状特性对象.各所示.形状特性对象引用特性属性类对象,而主特性类对象引用辅助特性类对象。基本信息类材料信息类管理信息类浅拉深类1顶盖类卜一净卡车顶盖外板主特性类卜-叫辅助特性类黝88暖征划峙征影峙征制k笫裂飞下特性属性类形状特性语义体现特性名称:值几何参数I：值几何参数2：值几何参数”:值拓扑参数1：值拓扑参数2:值i拓扑参数H:值派生关系,十引用关系,串实例化图4汽车冲压件特性语义树模型的面向对象体现Fig.4Theobject-otentedrepresentationofthefeaturesemantictreemodelofautomotives
16、tampingparts3基于规则推理0成形工艺性分析3.1 成形工艺知识的获取汽车冲压件的工艺设计知识包括通用性知识和针对不一样零件的特殊知识.从文献9中可以总结出设计时应遵照的通用工艺设计规则,例如:零件底部或法兰上的孔,其边缘与零件直壁之间的距离不能不不小于如图5所示的距离,假如距离过小,孔边缘轻易进入工件底部日勺圆角部分,冲孑L时凸模将受到水平推力.通过问询经验丰富的工艺设计师、有限元数值模拟和实冲成果分析可以得到针对不一样零件的特殊工艺设计规则.如图6(a所示,针对该卡车顶盖外板有2条特殊工艺设计规则：(lAsB两处凸起的最小曲率半径必须不小于25mm,以防止起皱；(2侧壁1、3处的
17、外轮廓线应为略向外凸的大曲率半径圆弧.在衡量轮廓线的弯曲程度时,将轮廓线在Z回平面上正投影,做连接圆弧首尾两点的直线,也将其正投影在z回平面,沿y轴方向取投影轮廓线的最高点G.对于侧壁LG点与投影直线间的距离d尺l+0.5f(a弯曲件R,+0.5fRI饿冒尺1+0.5,(b拉深件图5孔边距的最小值Fig.5Theminimumdistancesfromthehleedgetothepartedge(a卡车顶盖外板的2条特殊工艺设计规则圆弧最高点G(b第2条特殊工艺设计规则的定义图6卡车顶盖外板日勺成形缺陷分析Fig.6Theformingdefectsandformabilityanalysi
18、softhetruckroofouterpanel3.2 面向对象的规则体现与规则库的构建采用面向对象措施来体现工艺设计规则.首先定义通用日勺规则模板,规则类由规则模板产生,每一种规则类体现一条工艺设计规则.规则类实例化得到规则对象,它把有关规则的数据与操作封装在一种实体内,成为可以独立运行B勺知识单元.规则对象的属性包括与规则有关日勺形状特性名称及其几何参数、推理解释以及规则匹配后的状态标志.规则对象的措施包括公式模板、完毕数据计算的公式类、完毕形状特性属性提取和消息调用的过程规则以及进行条件判断0措施.第2期陈纲,等:基于规则推理的汽车冲压件成形工艺性分析的规则模板,然后运用它建立规则类.
19、规则类在继承规则模板的基本属性与措施的同步,增添了通用的对象判断词、操作措施和对应的解释.对应于每条详细的工艺规则,将规则类实例化得到规则对象,把在规则类中不能确定的内容详细化,例如规则波及的详细形状特性名称、从该特性中获取用于条件判断的特性属性、判断措施和阈值等,最终完毕面向对象的规则表达.以上述通用工艺设计规则为例阐明规则日勺建立过程,如图7所示.冲压件CAD模型为曲面模型,为工件上表面.若满足d,-r,R+o.5或仁-ro-fRo+0.5,则满足该工艺规则.图7通用工艺设计规则的简要阐明FigJSpecificationofthegeneralprocessdesignrule工艺设计规
20、则库中包括通用规则子库和特殊规则子库,其构造如图8所示.在前一种子库中各条通用规则平行存储.本文将针对不一样零件的特殊工艺规则进行编码,以之作为规则索引存储在后一种子库中.规则索引包括车型、零件名称、材料牌号和毛坯厚度等信息.工艺设计规则库特殊工艺规则子库规则索引一规则1规则索引一规则2i规贝U索弓L规贝。肝.图8工艺设计规则库的构造Fig.8Structureoftheprocessdesignrulebase3.3 推理方略推理控制模块中包括推理方略,它是联络冲压件特性语义树和工艺设计规则库的)纽带,负责在这两者之间进行规则匹配,从而进行成形工艺性分析.本文采用一种特殊的规则一语义推理方略
21、：(1对于每个待分析的冲压件,通用规则子库些规则.(2对于特殊规则子库中的规则,首先从冲压件特性语义树的零件层提取出车辆类型、零件名称、毛坯材料牌号和厚度等信息,然后与规则索引进行匹配,若匹配成功则激活对应规则进行分析,否则不激活规则.(3对于每条激活的规则,直接从冲压件特性语义树的特性层从左至右搜索,碰到规则条件中定义的特性名称时,则进入特性属性层获取推理所需的形状特性参数.通过这种搜索方略找出与工艺设计规则有关的形状特性及其属性,进行迅速成形性定性分析.推理控制模块发出的指令控制规则类的活动状态、冲压件特性类和特性属性类的活动状态、规则的匹配等活动.规则类有静止和活动两个状态,缺省状态为静
22、止.当规则类收到消息后转换为活动状态.活动状态中每个规则类与冲压件特性语义树传递消息,进行成形性分析,然后将规则执行成果反馈给系统顾客,并提供对应B判断解释.所有推理过程如图9所示.簧提取规则类中定义的零件形状特性项及其参数二二3二规则类发送消息给零件特性语义树,激活特性类和特性属性类从特性语义树的特性层开始从左至右搜索，碰到规则条件中定义日勺特性名称时,则进入特性属性层获取推理所需的形状特性参数二二二成形工艺性判断入1设置规则蒲足成疟、型,I对象属性乓艺规定三/1Status=FALsE力提供判断解释J：o厂设置规则对象属性IStatus=TRuE提供判断解释别裂三罗匿N嘲I一条工艺规则1结
23、束推理从零件特性语义树提取所需信息,与特殊工艺规则子库中日勺规则索引进行匹配日贝。索弓r刈配成功?/夕图9推理过程示意图Fig.9Schemeofthereasoningprocedure上海交通大学学报第49卷首先应用通用规则库中的规则对零件进行分析，然后从冲压件特性语义树的零件层提取出有关信息，与特殊规则子库中的规则索引进行匹配，若匹配成功则激活对应规则进行分析，否则不激活规则.在图中日勺D点流程图分为和二个分支，在应用完所有通用规则后控制流程进入分支，在应用完特殊规则后控制流程进入分支，所有流程结束.图】。描述该卡车顶盖外板的成形性分析推理模型，它在推理方略的控制下将顶盖特性语义树和有关
24、工艺设计规则有机联络起来，以简要的方式建立规则对象属性和顶盖形状特性语义之间的联络.实现，系统构造简朴且推理效率高.上述原型系统正在UG平台上运用其OPENAPI和VC+进行开发，目前正进行系统调试和完善.参照文献：1LeeRS,ChuangLC1YuTanT111Z.DevelopmetofassessmentSystemforsheetmetalformingA.thePmceedin擎OfItemat-i4alCferenceonPrecisi帆Engi耻er1ngc.Singapore:s.,1995.515518.2LeakeDBlBirnbaumL,HammandK.Aintegr
25、atedinterfaceforproactive,experiece-baseddesignspportA.PrC)Ceedin擎of蝴Intemg蜘tU靶rtheInternatioa1conferenceInterfa啷c.satawFe,NMiAcMPress,2001.101108.3VandenBergE,BronsvoortF,VergeestandJsM.Freeformfeatureimodetng:ConceptsprospectsJ.c啪PUterSlndUStry,2002,49(2):217233.Parametricandfeature一baSed掣髦黑磐翌生鼠卧望
26、翌罗零粤1通用规则1I特殊规则14shahJJ,MantylaM.cAD/cAMM.NewYork:JOhnwileysons,Incl1995.5HanJ.surveyoffeatureresearchR.USA:InstituteSystems,USC11996.AapproachmodelsforRoboticsandIntelligent,、降毫三三三三三司L工艺设计规则剧、一-_图IoFig.106DlStefanoP1BianConiF,AngeloLD.forfeaturesemanticsrecogitionigeomet4cJ.computer_AidedDesign,200
27、4,36(10),993卡车顶盖外板成形性分析推理模型formabilityanalysis1009.TheInferecemodelfor7wuMC,LiucR.Analysisonomachiedfeaturerec一ogitiotechiquesbaseddedErepJ.C帅PUter_Ai-repreDesign,1996,28(8):603616.AIntermediatelevel4结语8BIacoiF,DiStefanoP,为防止波及底层的形状特性几何、拓扑信息，本文提出一种新的汽车冲压件成形性定性分析措施，运用冲压件特性语义树来体现冲压件几何模型，采用特殊日勺规则一语义推理方
28、略，将冲压件特性语义树和工艺设计规则有机联络起来，实现基于工艺规则的成形性定性分析.对特性语义树进行推理易于Sentationschemeforsecodaryfeaturescogitioand&repmodelSimPIificationA.ProceedingsoftheIn-teratioaIC4fereceSeoul,oShapeModeligadApp1ica-computerSocietytiosC.Korea:IEEEPresso2003.99108.9冲模设计手册编写组.冲模设计手册M.北京机械工业出版社，1988.一霉i誉谢簿磁琴锋舞漱就誉j萼tj如，一iI；f+。：、i1
29、。p二盘，？u%ot一暑，?,jtO,jXOPjO1+a=t1+j1;,j0焉。一毛ijjoj.N+*一种基于变换域误差漂移赔偿B勺MPEG2到H.264转码器钱团结，孙军，李典，杨小康，毛军发，李杰，宋文涛，陆际联，吕恬生，朱新坚，李建华，陈畅源，王嘉布局中的布线拥挤度估计及其优化程锋，空间衰落有关对酉空时码的影响一种合用于迅速双选衰落信道日勺时频双差分空时编码正交频分复用技术姜海宁，罗汉文，李晓春杨宇航徐友云杨华田继锋，杨汝清，移动机器人自主越障反应控制行为组合措施徐正飞，基于案例学习日勺排球机器人运动规划及其支持向量回归实现张培艳，一种新型日勺自重构模块机器人夏平，基于认证测试的通用安全
30、协议设计措施李谢华，银基合金激光迅速成形裂纹控制技术宋建丽，邓琦林，葛志军，一种低解码复杂度的全分集全码率空时编码朱凌燕，集成服务模型在宽带接入网中B设计与实现邹君妮，宋立博费燕琼杨树堂胡德金张红伟余松煜，熊红凯，林如俭万方数据基于规则推理日勺汽车冲压件成形工艺性分析作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期：被引用次数：陈纲，陈军，阮雪榆，CHENGang,CHENJun,RUANXue-yu上海交通大学,模具CAD国家工程研究中心,上海,202330上海交通大学学报JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY2023,40(22次参照文献(9条l.LeeRS.Chuan
31、gLC.YuTTDevelopmentofanassessmentsystemforsheetmetalforming19952.LeakeDB.BirnbaumL.HammandKAnintegratedinterfaceforproactive,experience-baseddesignsupport20233.VandenBergE.BronsvoortWF.VergeestJSMFreeformfeaturemodeling:Conceptsandprospects2023(024.ShahJJ.MantylaMParametricandfeature-basedCAD/CAM199
32、55.HanJSurveyoffeatureresearch19966.DiStefanoP.BianconiF.AngeloLDAnapproachforfeaturesemanticsrecognitioningeometricmodels2023(107.WuMC.LiuCRAnalysisonmachinedfeaturerecognitiontechniquesbasedonB-rep1996(088.BianconiF.DiStefanoPAnintermediatelevelrepresentationschemeforsecondaryfeaturescognitionandB
33、-repmodelsimplification20239.冲模设计手册编写组冲模设计手册1988相似文献(2条1.期刊论文吴剑平.吴俊超基于UG的CAE技术在汽车冲压件生产工艺中的优化与应用-广西轻工业2023,26(1UG6.0的造型功能可以高效率地设计汽车冲压件，假如能深入地采用UG6.0的新功能:一步可成形性分析,对设计的汽车冲压件进行深入的分析,便可以设计出合理的工艺方案,到达节省材料、减少生产成本的目的,还可以对冲压成型质量进行预测,减少由于设计错误而导致日勺返修.2.学位论文代洪庆基于成组技术的汽车覆盖件冲压工艺设计及数值模拟2023由于汽车冲压件外形和构造日勺复杂性，冲压工艺设计
34、仍然是以设计人员的经验和知识为主，通过类比进行设计。以往的汽车覆盖件成形工艺设计，一般需参照类似零件日勺既有工艺资料，并根据对成形零件的）工艺性和成形性分析，制定出初步工艺方案，然后再通过试冲来不停修改、完善，以形成最终合理的工艺方案。这种措施需要花费大量人力物力并且大大延长新车型和配套模具的开发周期。近年来，伴随数据库技术和有限元技术的发展，计算机辅助设计（CAPP和计算机数值模拟（CAE己逐渐成为工艺设计及工艺分析的有效工具。本文根据成组技术的原理，对零件进行分类编码，并借助ViSUalFoXPro6.0可视化软件，建立了以零件查询系统、工艺查询系统、经验查询系统和资源查询系统等为主日勺数
35、据库系统。并应用ViSUalBaSiC6.0环境开发基于知识日勺工艺设计系统基本框架，重要设计拉深工艺、翻边工艺、冲裁工艺、局部成形等工艺系统，采用人机交互方式，实现汽车冲压件计算机辅助工艺设计。本文较系统的论述和讨论了冲压成形动态仿真非线性分析的有限元理论，包括材料模型、单元算法及接触处理算法等。并通过采用大型非线性动力显式分析软件ETADynaform5.2模拟，讨论了汽车门外板压料面，工艺补充面的生成措施。结合汽车门外板冲压仿真模拟预测出也许出现的起皱、破裂等缺陷，通过调整压边力、拉深筋、动工艺切口等工艺参数，从理论成形极限图上讨论了也许的工艺改善方案，为板材成形工艺设计和生产实践提供了有效的理论指导，同步也缩短了冲压覆盖件的模具开发周期，大大减少了产品日勺开发成本，缩短了产品日勺市场化周期。引证文献（1条1.张丰基于知识的冲压工艺设计系统研究与开发学位论文硕2023本文链接：吕先竟（WfXhdX,授权号:77dlbede-199d-49db-a5fc9e78014125al下载时间:2023年1月27日
