冷冲模CAD系统中约束的研究与可视化
摘要
提高产品质量、降低生产成本、缩短开发周期是制造业在全球激烈竞争的市场上取得成功和发展的关键因素和永恒追求的目标，基于约束的CAD设计的产品开发哲理、设计与制造集成的开发方式是近年来人们的研究热点。
冷冲模设计同其它工程设计一样，本质上是一个约束满足问题，其实质就是多个约束条件裁减设计空间。设计过程即是给定功能，结构等多方面的约束描述，求得满足设计要求的设计对象，这是一个不断试探、选择、完善、渐进的循环反复过程。
本文从约束设计的角度出发，首先根据约束特点分类冷冲模设计约束，在分类的基础上和不失一般工程意义的前提下，给出以模板为载体，谓词、公式、产生式等多种知识表述方法相结合的冷冲模约束信息表示模型。基于这种表示模型，论文首先就约束设计过程中的约束解释设计、约束编辑、约束控制等问题做了探讨，然后，依据工程约束层次性的特点，提出了一种冷冲模约束信息层次可视化模型。并在以上研究的基础上，给出冷冲模约束可视化设计原型系统CVDS的实现。
For manufacturing businesses,to improve product quality,reduce production costs,and shorten development cycle are the keys to survival and success,and the goals of eternal pursuit. Under the circumstances,the product development philosophy and the development model integrating design as well as manufacturing of constraint-based CAD design have emerged as research hotspots in recent years.
As with other engineering design,die design is,by its nature,a constraint satisfaction problem,how to tailor design space in accordance with constraints. Design process is to pursue the final design object,given specified functions,structures and other constraints. It's a process interweaving trials,selections,repetitions,improvements and perfections.
On the standpoint of constraint design,this thesis first classifies die design constraints according to their features. Based on the classification,and without losing general engineering sense,the thesis then proposes a die constraint information representation model,which uses templates as media and combines multiple knowledge representation methods,e.g. predicates,formulas,productions. On the basis of this model,the thesis. further treats topics in constraint design process,such as constraint interpretation design,constraint modification,constraint control,etc. Allowing for the hierarchical nature of design constraints,we bring forth a hierarchy visualization model of die constraint information. And as the outcome of research efforts,a prototype system of constraint visualization design,CVDS,is implemented.
冷冲模设计同其它工程设计一样，本质上是一个约束满足问题，其实质就是多个约束条件裁减设计空间。设计过程即是给定功能，结构等多方面的约束描述，求得满足设计要求的设计对象，这是一个不断试探、选择、完善、渐进的循环反复过程。
本文从约束设计的角度出发，首先根据约束特点分类冷冲模设计约束，在分类的基础上和不失一般工程意义的前提下，给出以模板为载体，谓词、公式、产生式等多种知识表述方法相结合的冷冲模约束信息表示模型。基于这种表示模型，论文首先就约束设计过程中的约束解释设计、约束编辑、约束控制等问题做了探讨，然后，依据工程约束层次性的特点，提出了一种冷冲模约束信息层次可视化模型。并在以上研究的基础上，给出冷冲模约束可视化设计原型系统CVDS的实现。
For manufacturing businesses,to improve product quality,reduce production costs,and shorten development cycle are the keys to survival and success,and the goals of eternal pursuit. Under the circumstances,the product development philosophy and the development model integrating design as well as manufacturing of constraint-based CAD design have emerged as research hotspots in recent years.
As with other engineering design,die design is,by its nature,a constraint satisfaction problem,how to tailor design space in accordance with constraints. Design process is to pursue the final design object,given specified functions,structures and other constraints. It's a process interweaving trials,selections,repetitions,improvements and perfections.
On the standpoint of constraint design,this thesis first classifies die design constraints according to their features. Based on the classification,and without losing general engineering sense,the thesis then proposes a die constraint information representation model,which uses templates as media and combines multiple knowledge representation methods,e.g. predicates,formulas,productions. On the basis of this model,the thesis. further treats topics in constraint design process,such as constraint interpretation design,constraint modification,constraint control,etc. Allowing for the hierarchical nature of design constraints,we bring forth a hierarchy visualization model of die constraint information. And as the outcome of research efforts,a prototype system of constraint visualization design,CVDS,is implemented.
引文
[1] 王孝培．冲压手册．机械工业出版社，1990
[2] 马颖．模具CAD/CAM技术的发展概况．甘肃工业大学学报，1999，25(2)：28～32
[3] 肖祥芷．冲压工艺与模具计算机辅助设计[M]．国防工业出版社，1996．7～9．
[4] 王孝培，何大钧．模具CAD在板料冲压中的应用和发展[J]．锻压机械，1995，(6)：45～47．
[5] 肖景容．模具计算机辅助设计[M]．华中理工大学出版社，1990．1～2．
[6] 应道宁，吴中奇．冷冲模CAD/CAM讲座[J]．模具工业，1986，(9)：49～55．
[7] 李海龙，宋鹏，董金祥．基于模板的自顶而下并行装配设计[J]．计算机辅助设计与图形学学报，1999，11(5)：441～445．
[8] 周雄辉，聂明，阮雪榆．模具计算机集成制造技术的研究[J]．锻压技术，1996，(1)：43～46．
[9] 胡小平，宋小文，应道宁等．基于产品信息的智能型级进模CAD/CAM系统[J]．中国机械工程，1996，(5)：11～13．
[10] 应道宁，王捷．冲裁模CPDMS设计系统模具零件的几何造型与图形输出[J]．计算机绘图与辅助设计，1986，(4)：28～38．
[11] 张子火，顾为兵．冲裁弯曲成形级进模CA的研究[J]．模具工业，1988，(4)：20～24．
[12] De Fazio TL，Whitney D E.Simplified generation of all mechanical assembly sequences.IEEE Journal of Robotics and Automation, 1987,RA-3(6):640～658.
[13] 孙延明，陈振威，骆雯，张世俊，阮锋．冲裁工艺性的计算机辅助判别算法．模具工业，1998，10：3～6
[14] 蒋志方，杨静，谷元．冲裁件压力中心的确定及图形处理．计算机应用，1998，18(10)：44～46
[15] 张忠，温建勇，李建军，肖祥芷．冲压产品中拉深件三维特征建模技术的研究．机械与电子，1998(4)：33～35
[16] 庄晓，周雄辉，阮雪榆．基于特征的级进模并行设计．机械科学与技术，1998，17(3)：492～494
[17] 束庆斌，刘晓平，王浩．基于模板的冷冲模CAD系统．合肥工业大学学报，2000，6
[18] 刘晓平等，工程约束表示模型与求解算法研究，计算机学报，1999，11(22)：1153～1157。
[19] 杨智慧，乔晓霞．一个多功能参数化模板的设计与实现．计算机辅助设计与制造．1998，16(2)：54～56
[20] 童秉枢．现代CAD技术．清华大学出版社，2000
[21] 李海龙，董金祥，葛建新，等．基于约束的装配体技术[J]．计算机辅助设计与图形学学报，1997，9(3)：249～255．
[22] 黄培，基于约束的CAD技术——机械CAD发展的潮流．计算机辅助与制造．1997．12
[23] 合肥工业大学计算机学院CAD/CG研究室．基于变异模板的三维冷冲模CAD系统研制技术报告，2001，3
[24] 蔡自兴等，人工智能及其应用，第二版．北京：清华大学出版社，2000。
[25] 刘晓平等，工程CAD中的模板运算与性质研究，系统仿真学报，2000，12(6)：592～594．
[26] 刘晓平等，基于模板的工程CAD设计方法研究，计算机辅助设计与图形学学报，1999，11(4)：296～299．
[27] 王贤坤．基于重用技术的冲模CAD软件开发环境的研究．计算机辅助设计与图形学学报，1999，11(6)：551～554
[28] 高庆狮．智能技术与系统基础．北京大学出版社，1990，2
[29] 虎嵩林、顾益军等，面向定制的工程CAD系统模板技术，计算机辅助设计与图形学学报，2002，14(4)：369～374．
[30] 李文辉、王钲旋、庞云阶，CBGAS—一个基于约束的图形应用支持系统，计算机研究与发展，1997，10(34)：747～752
[31] Jenkins W M. Improving structural design by genetic search. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 1998, 13:5-1.
[32] 陈立平、向文、张新访等，基于实例图形的几何约束满足策略，计算机辅助设计与图形学学报，1996，8(5)：381～388．
[33] Thomas F Stahovich,Anand Raghavan. Computing design rationales by interpreting simulations[J]. Journal of Mechanical Design,2000, 122(1):77～82.
[34] 李捷、唐泽圣、郭红晖，基于分形维数的层次多分辨率模型，计算机学报，1998，21(9)：780～786．
[35] 王浩，面向对象程序设计，安徽大学出版社，1998．
[36] 黄柏素、梅宏译，软件工程实践者的研究方法，机械工业出版社，1998．
[37] 谢玲、陈剑、曹文纲，基于面向对象思想开发的主轴箱CAD系统，组合机床与自动化加工技术，2000，(2)：11-13．
[38] 金文谦、李美申，用面向对象方法对吸收式制冷机建模的研究，计算机应用，1999，(12)：13-15．
[39] 严蔚敏，吴伟民．数据结构．北京：清华大学出版社，1994
[40] 俞士光、刘晓平，冷冲模CAD系统中约束问题的研究与实现，全国第14届计算机科学及其在仪器仪表中的应用学术交流会论文集，中国科技大学出版社，2001-12。402～405．
[41] 张薇等，JAPS可视化环境的设计与实现，计算机应用研究，2000，10：33～36
[42] 吴六永、薛晓滨 工程设计可视化技术研究及其应用，计算机辅助设计与制造，1998-1．21～24
[1] 俞士光、刘晓平冷冲模CAD系统中约束问题的研究与实现．全国第十四届计算机科学极其在仪器仪表中的应用学术交流会论文集，中国科技大学出版社。2001-12．
[2] 俞士光、刘晓平 约束信息的模板表示模型及其应用．系统仿真学报．(已投稿)
[3] 俞士光、刘晓平 模板表示的约束信息可视化．第十三届全国CAD/CG学术大会．(已投稿)
[2] 马颖．模具CAD/CAM技术的发展概况．甘肃工业大学学报，1999，25(2)：28～32
[3] 肖祥芷．冲压工艺与模具计算机辅助设计[M]．国防工业出版社，1996．7～9．
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[1] 俞士光、刘晓平冷冲模CAD系统中约束问题的研究与实现．全国第十四届计算机科学极其在仪器仪表中的应用学术交流会论文集，中国科技大学出版社。2001-12．
[2] 俞士光、刘晓平 约束信息的模板表示模型及其应用．系统仿真学报．(已投稿)
[3] 俞士光、刘晓平 模板表示的约束信息可视化．第十三届全国CAD/CG学术大会．(已投稿)