(全套帶圖)CA6140車床主軸箱設(shè)計(jì)(含全套CAD圖紙)

附件 1：外文資料翻譯譯文基于 Agent 協(xié)同數(shù)控概念設(shè)計(jì)許志剛香港理工大學(xué)，設(shè)計(jì)學(xué)院，設(shè)計(jì)技術(shù)研究中心， 香港，九龍，江口sdzhgxupolyu.edu.hk黃斜睜，劉尉明計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中心機(jī)械工程學(xué)院， 山東大學(xué)山東省濟(jì)南市，中國山口河k-z-huangyahoo.com, taolwmsdu,edu.cn摘要?jiǎng)?chuàng)新是一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和發(fā)展的核心問題，比如如何用機(jī)床實(shí)施它們（創(chuàng)新） 。本文提出了一種以“代理” （模塊）為基礎(chǔ)的數(shù)控配置模型概念。模型化是數(shù)控分層設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)?；诤献鞔淼脑O(shè)計(jì)，將它的每個(gè)模塊作為一個(gè)自主的實(shí)體參與設(shè)計(jì)活動(dòng)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程被描述為代理的有組織的合作過程。合作多代理數(shù)控（CMNC）配置在提供大量設(shè)計(jì)方案和一個(gè)初步評價(jià)機(jī)構(gòu)時(shí)，能大大曾加設(shè)計(jì)效果和創(chuàng)造力，這個(gè)雛形系統(tǒng)正在進(jìn)一步發(fā)展，并且已經(jīng)在創(chuàng)造力上顯示出巨大的潛力。1導(dǎo)言創(chuàng)造力在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)方面是最有競爭力的一個(gè)方面，這種情況同樣適用于機(jī)床的設(shè)計(jì)與制造過程。迄今為止，在制造技術(shù)方面已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，并且已經(jīng)在世界范圍內(nèi)大量實(shí)施柔性制造系統(tǒng)了。無論如何，產(chǎn)品的快速制造和數(shù)字話等個(gè)性方面的發(fā)展趨勢正在日益增加，這些都吸引了更多的關(guān)注 1 ，數(shù)控系統(tǒng)的快速和創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)有了更大的意義。在深入調(diào)查后，我們可以得到這樣的結(jié)論，概念設(shè)計(jì)雖然只占總成本預(yù)算的10%，但是卻對總成本產(chǎn)生的影響至70%（或更多） 。模塊化是一種數(shù)控系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)與開發(fā)的有效方式，用簡單的方法來表達(dá)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在開發(fā)新的結(jié)構(gòu)時(shí)有足夠的靈活性。將專家系統(tǒng)引入機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可以增加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率。傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)，大多是連續(xù)單一用途的系統(tǒng)，它們必然導(dǎo)致低效率。代理和多媒體技術(shù)使一些設(shè)計(jì)師在做設(shè)計(jì)工作時(shí)使用計(jì)算機(jī)協(xié)同工作變成一種可能 2。本文提出了一種面向代理的創(chuàng)新設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)配置的新方法。本文余下的部分是按以下內(nèi)容組織而成：第二節(jié)，簡單介紹數(shù)控技術(shù)模塊化；第三節(jié)，描述代理結(jié)構(gòu)和功能；第四節(jié)，提出基于代理數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模型；在第五第六部分舉例說明可行性。2數(shù)控化模塊2.1.模塊定義為表示數(shù)控概念結(jié)構(gòu)以下介紹三種典型模塊。它們是：平移模塊，旋轉(zhuǎn)模塊和基礎(chǔ)模塊（圖1a所示） 。它們的定義如下：定義1：基礎(chǔ)模塊，支持轉(zhuǎn)換和旋轉(zhuǎn)模塊中無法移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的模塊，被命名為B，H_B向模塊，V_B指垂直模塊。定義2：平移模塊，由基礎(chǔ)模塊或旋轉(zhuǎn)模塊支持，可以沿著x、y、z其中一個(gè)坐標(biāo)方向上移動(dòng)的模塊，分別被記作：H_X,H_Y,H_V。定義3：旋轉(zhuǎn)模塊，在相應(yīng)方向上的旋轉(zhuǎn)，記作R_X,R_Y,R_Z,其中R_H,R_V分別指模塊繞橫向軸和垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。注：一個(gè)旋轉(zhuǎn)模塊不能與另一個(gè)旋轉(zhuǎn)模塊相連接?；A(chǔ)模塊 平移模塊 方向旋轉(zhuǎn)模塊 五軸數(shù)控設(shè)計(jì)排列 A向旋轉(zhuǎn) B向旋轉(zhuǎn) “C”形環(huán)形列表圖1a 模塊的定義和五軸數(shù)控概念結(jié)構(gòu)2.2.模塊約束根據(jù)以上定義，可以推導(dǎo)出下列模型約束為：根據(jù)機(jī)床的設(shè)計(jì)規(guī)格可以得到以下的設(shè)計(jì)約束：1） 如果工件質(zhì)量較大，則工件不能垂直的移動(dòng)；2） 如果工件精度較高，則工件必須被固定或只有一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)；3） 如果工件質(zhì)量較大且精度較高，則工件夾具必須與與基底毗鄰。2.3.顯示模塊數(shù)控概念結(jié)構(gòu)模型可以將不同的模塊按一個(gè)明確的方式排列來精確表達(dá)。圖1.b是一個(gè)有x,y,z直線坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向和A、B兩個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的五軸數(shù)控結(jié)構(gòu)模型。圖1c是一個(gè)“C”形狀模塊，這是一個(gè)從刀具到工件元件的封閉環(huán)。3.代理的功能與結(jié)構(gòu)每個(gè)代理包含五個(gè)模塊（圖2）。模塊功能及性能如下：熟人模塊分別代表其他代理和本地同水平代理。合作模塊負(fù)責(zé)管理代理的社會活動(dòng)，具體需要是由情況評定模塊檢測?？刂颇K是系統(tǒng)領(lǐng)域的接口程序。情況評估模塊決定哪些活動(dòng)應(yīng)本地進(jìn)行和哪些應(yīng)該分配給其他代理，那些接收任務(wù)的代理應(yīng)該給予尊重，如它的請求應(yīng)該給予實(shí)現(xiàn)，它的行動(dòng)應(yīng)該認(rèn)為是接收到新信息后采取的行動(dòng)，等等。它還用來接受問題的指示，并接受其他模塊反饋，其余部分則用作支持功能。該模塊自身是一個(gè)數(shù)據(jù)儲存器，存放由系統(tǒng)領(lǐng)域產(chǎn)生或通過接口接受到其他系統(tǒng)傳來的數(shù)據(jù)。通信管理者發(fā)送或接受社團(tuán)其它代理的信息。圖2 代理架構(gòu)圖定義4：代理具有六個(gè)部分：(援助，通訊，熟人，合作，評估， 控制):= :=: := () :=l lll: := : := (): := lll := ll:=lllIl:=4.基于代理的設(shè)計(jì)過程的管理工程設(shè)計(jì)，它被看作是由一個(gè)由各種自主實(shí)體組成，通過合作完成特殊任務(wù)的分布式系統(tǒng) 3。系統(tǒng)中兩種基本要素：實(shí)體和活動(dòng)。該實(shí)體包括CAD系統(tǒng)（主要處理圖形問題），用戶和各種代理（信息處理）?；顒?dòng)是一個(gè)實(shí)體進(jìn)行設(shè)計(jì)的活動(dòng)。在設(shè)計(jì)過程也有兩類信息：前臺和后臺 4，表一表征信息活動(dòng)及相應(yīng)參與者的清單。定義5：面向合作設(shè)計(jì)系統(tǒng)的代理由五部分組成（A、Tr、Er、Dr），其中A是代理集合，TR是設(shè)計(jì)事物，E是一系列的事件，OR是一個(gè)組織（包括CAD系統(tǒng)，及各類等）。事件是用戶、CAD系統(tǒng)和代理所觸發(fā)的系統(tǒng)的正式變換過程。其中代理參與了設(shè)計(jì)過程以及代理和外部世界的社團(tuán)之間的通信。在此概念模式中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程是一個(gè)由一組代理原動(dòng)件構(gòu)成的一個(gè)活動(dòng)集和一些與用戶交互的代理的活動(dòng)的集合。5.設(shè)計(jì)過程舉例定義6：事件可以由六部分來描述：（ETD、 ESTATE、 EPRE、 EAG、 EAC、 EPOST），其中EID是事件名稱，ESTATE是當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)，EPRE是觸發(fā)事件的前提條件。EAG是活動(dòng)代理的集合，EAC是代理進(jìn)行的活動(dòng)，EPOST是事件導(dǎo)致的狀態(tài)。圖3給出了事件描述。表1信息 活動(dòng) 參與者設(shè)計(jì)要求 用戶輸入，文件輸入 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，用戶設(shè)計(jì)意圖 推斷，輸入 用戶，代理，CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 研究，詢問 用戶，代理，CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 輸入，顯示 用戶，代理，CAD系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)件 數(shù)據(jù)基本要求 用戶，代理，CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)歷史 記錄，對比，修改 代理，CAD系統(tǒng)工程分析記錄 計(jì)算，狀態(tài)改變 代理，CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)修改記錄 記錄，對比，修改，決定 代理，CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程控制 開始，結(jié)束，中斷 用戶，CAD系統(tǒng)消息 接收，發(fā)送，接受，拒絕 代理，用戶，CAD系統(tǒng)參與者狀態(tài) 啟動(dòng)，制動(dòng) 同上Epre-條件 Epost 條件EAC 圖3.時(shí)間描述參加者狀態(tài)CAD 系統(tǒng)？用戶？代理？如果想要設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)控銑床，該銑床可以用來處理渦輪葉片。刀具能夠同時(shí)在5個(gè)軸方向上運(yùn)動(dòng)，即x、y、z、A、B，即刀具有5個(gè)自由度。以上是設(shè)計(jì)的先決條件。如果零件比較輕，從設(shè)計(jì)約束第2.2章中來看，該零件的運(yùn)動(dòng)沒有任何限制。即EPRO有兩種觀點(diǎn)：1.刀具有x、y、z、A、B五個(gè)自由度；2.該零件性質(zhì)比較輕。定義7：事件序列的處理，如該處理能夠滿足模塊的約束和設(shè)計(jì)約束，則此次處理是一個(gè)可接受方法。T:EID: : : 1 :interactable; 0: uninteractable.數(shù)控銑床有一個(gè)“C”字狀的結(jié)構(gòu)，將工件作為起始點(diǎn)，刀具作為終點(diǎn) 5，或者相反。因此，設(shè)計(jì)過程中帶有工件，首先應(yīng)處理持有工件的模塊。事件1：EID1 EPRE：刀具有x,y,z,A,B五個(gè)方向的自由度且零件較輕 代理狀態(tài)：EAG:H_B H_V H_X H_Y H_Z R_V R_X R_Y1 1 1 1 1 1 1 1 用戶：0等待 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)：0等待在這時(shí)，所有模塊都可以被觸發(fā)，如果R_Y方向被觸發(fā)了即可實(shí)現(xiàn)y軸上的移動(dòng)。于是條件將會改變。 EPOST：刀具失去一個(gè)自由度。第二個(gè)事件：EID2EPRE：x、z、A、B四個(gè)方向運(yùn)動(dòng)且零件較輕由于模塊約束，R_Y不能與H_B、H_V、R_V、R_Z相連接，EAG變成這樣：H_B H_V H_X H_Y H_Z R_V R_X0 0 1 1 1 0 0用戶：0等待計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)：0等待在這時(shí)，如果H_Z觸發(fā)，則：EPOST：刀具失去一個(gè)自由度六個(gè)事件結(jié)束后，刀具的自由度變?yōu)?，一次設(shè)計(jì)處理過程便結(jié)束了。這樣的處理結(jié)果認(rèn)為是可以接受的。各種可能的解決方法都要被記錄下來作對比。在每次處理中，用戶要和計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)行交流，和其他設(shè)計(jì)人員進(jìn)行并存元集的對比和討論。圖1.b是一次被命名為五軸數(shù)控結(jié)構(gòu)的處理，盡管這也許不是最佳的解決方案。6.舉例圖4給出了基于代理的的數(shù)狀結(jié)構(gòu)多方案的范例。在圖4中，“Base-H”是輸入端和開端。從這點(diǎn)課件，整個(gè)系統(tǒng)將在模塊化約束的限制工作。在設(shè)計(jì)過程中，層次低的模塊從它上層模塊中分離出來，但它又是不同于上層模塊的。更多的往往不是這樣，其結(jié)果可能超過最保守的、傳統(tǒng)監(jiān)督下的工作值，甚至有些可能看起來是可笑的，但這意味著創(chuàng)造力。通過采用設(shè)計(jì)約束，解決方案有很大集中性。隨著越來越多的約束被采用，其結(jié)果可能是越來越實(shí)際。例如，圖4中加粗的曲線，按R-Y-T-Y-T-X-H-Base-T-ZR-X設(shè)計(jì)的,是圖1c中一個(gè)可行的數(shù)控概念結(jié)構(gòu)。圖4 多解的數(shù)控結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7.結(jié)論和致謝本文所描述的基于代理的數(shù)控結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)模型目前正快速發(fā)展。將來的工作將重點(diǎn)放在方案的認(rèn)證機(jī)制上，現(xiàn)在它主要取決于設(shè)計(jì)師比較各種概念結(jié)構(gòu)。只有在電腦告訴你哪個(gè)是可行的，哪個(gè)是最好的，這樣才能真正產(chǎn)生創(chuàng)造力。這個(gè)項(xiàng)目得到了山東省委優(yōu)秀青年科學(xué)家獎(jiǎng)。8.參考文獻(xiàn)1胡偉剛.機(jī)床模塊化的實(shí)踐與發(fā)展和智能支持系統(tǒng)M.武漢：華中工學(xué)院，1994年6月.2許志剛，黃正興.機(jī)械多原動(dòng)件系統(tǒng)合作問題的解決方案.北京：國際CSCW車間，1996年6月.郵編：251258.3曾廣舟,孫波奇.系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)上的一種軟件要求工程及其支持環(huán)境J.中國計(jì)算機(jī)雜志，1997.3.4鈴木，為產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)背景所做的信息建模J.CIRP年報(bào),1996/1/45 5Yotaro Hatamura,智能機(jī)器中心的實(shí)際概念過程J.CIRP年報(bào),1995/1/44. 附件 2：外文原文（復(fù)印件）