面向產品功能的三維公差設計與最佳化方法研究

《面向產品功能的三維公差設計與最佳化方法研究》是依託清華大學，由楊建新擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：面向產品功能的三維公差設計與最佳化方法研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：楊建新
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

本項目從複雜產品的功能設計出發，以新一代產品幾何技術規範標準為基礎，利用共形幾何代數和非線性最最佳化理論等現代數學工具，開展三維功能公差設計與最佳化方法研究。在分析產品裝配結構和零件裝配連線的基礎上，歸納和總結保證產品正常工作的各種幾何條件，自動生成相應的幾何功能要求；建立公差規範知識庫系統，研究將複雜幾何功能要求轉化為所有影響零件三維公差鏈的規範與驗證算法；綜合考慮零件的幾何偏差、裝配間隙和定位特徵優先順序的影響，研究裝配連線的三維幾何偏差傳遞和累積關係，確定三維公差鏈中各公差的影響係數和百分比貢獻；提出零件幾何模型的參數化方法，探討多目標公差最佳化模型的有效數值解法；設計、開發出完整的計算機輔助公差設計系統。以上研究將建立一整套三維公差設計理論和方法，在產品設計階段實現對最終產品幾何行為的預測，保證產品數位化設計過程的連續性，有助於提高我國機械工業的核心競爭力，具有重要的理論意義和實用價值。

結題摘要

產品幾何質量的控制對於機械領域的企業一直是個非常重要的挑戰，貫穿了產品生命周期的全過程。本項目從複雜產品的功能設計出發，以新一代產品幾何技術規範標準為基礎，利用共形幾何代數等現代數學工具，開展三維功能公差設計方法研究，有助於提高我國機械工業的核心競爭力。 根據產品的三維裝配模型、裝配工藝和裝配順序，定義產品在不同工作位形下各零件之間的裝配連線。歸納和總結了保證產品的工作精度、可製造性、可裝配性與可維護性的各種幾何條件，採用ISO 公差語言對幾何功能要求進行表達和量化。基於ISO 公差標準，提出了裝配定位特徵公差規範模式的知識定義與表示方法，建立了功能公差規範知識庫。將不同幾何功能要求轉化為各影響零件的公差規範，保證功能要求與公差規範之間的可追溯性。考慮零件的尺寸公差、幾何公差和裝配間隙的影響，推導各類裝配連線的三維幾何偏差傳遞和累積關係；建立了極值情況下幾何功能要求的解析計算模型，確定不同公差的影響係數和百分比貢獻。建立三維公差鏈的統計分析模型，確定幾何功能要求的均值和標準差，探討了不同的統計假設對分析結果的影響。基於組件技術設計計算機輔助公差設計系統的基本架構，定義系統與CAD 軟體的集成方案、人機互動方式和預期性能指標，開發並測試了功能要求分析、公差規範、公差分析、公差標註等可重用組件，針對並在線上器人開展了公差設計方法研究。 本課題按計畫全面完成了預期研究內容，現已建立起一套複雜產品的功能公差設計理論和方法；在國內外期刊和會議上發表學術論文14篇，其中：SCI收錄1篇，EI收錄9篇；開發出完整的計算機輔助公差設計系統，取得計算機軟體著作權2項；通過本項目，培養了博士後1名，博士生2名，碩士3名。