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    用于 反向 重新 设计 部件 方法 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN03110601.3

    申请日:

    2003.04.14

    公开号:

    CN1538331A

    公开日:

    2004.10.20

    当前法律状态:

    终止

    有效性:

    无权

    法律详情: 未缴年费专利权终止IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20030414授权公告日:20090311终止日期:20150414|||授权|||实质审查的生效|||公开
    IPC分类号: G06F17/50 主分类号: G06F17/50
    申请人: 通用电气公司;
    发明人: A·B·F·雷贝罗; M·C·奥斯特罗夫斯基; K·K·约科亚马; V·P·库马; D·M·罗宾逊
    地址: 美国纽约州
    优先权:
    专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 代理人: 周备麟;黄力行
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN03110601.3

    授权公告号:

    |||100468413||||||

    法律状态公告日:

    2016.06.01|||2009.03.11|||2006.06.14|||2004.10.20

    法律状态类型:

    专利权的终止|||授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种重新设计部件(10)的方法,包括:由部件的可编辑几何图形(112)来生成部件的参数标准模型(114);以及由设计标准模型(120)来生成制造中间模型(136)。该设计标准模型包括参数标准模型,而该制造中间模型包括多个加工工具特征(132)。该方法还包括由制造中间模型产生加工工具标准模型(134)。该加工工具标准模型包括用于部件的加工工具几何图形(62)。一种用于重新设计部件的系统(100),包括:部件设计标准模型???110),该部件设计标准模型模决设置成由可编辑几何图形来产生参数标准模型;以及加工工具标准模型???130),该加工工具标准模型??樯柚贸山邮詹问曜寄P?,以便由该参数标准模型来产生制造中间模型,并由制造中间模型产生加工工具标准模型。

    权利要求书

    1: 一种重新设计部件(10)的方法,包括如下步骤: 由部件的可编辑几何图形(112)来产生部件(10)的参数标准 模型(114); 由设计标准模型(120)来生成制造中间模型(136),该设计标 准模型(120)包括参数标准模型(114),而该制造中间模型包括多 个加工工具特征(132);以及 由制造中间模型(136)产生加工工具标准模型(134),该加工 工具标准模型包括用于部件(10)的加工工具几何图形(62)。
    2: 根据权利要求1所述的方法,其特征在于还包括如下步骤: 获得表示部件(10)的特征的数据;以及 由该数据产生部件的可编辑几何图形(112)。
    3: 根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述获得步骤包 括测量部件(10)以获得数据。
    4: 根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述测量步骤包 括进行数字射线照相和光学扫描中的至少一个。
    5: 根据权利要求2所述的方法,其特征在于,该数据包括部件 (10)的几何数据。
    6: 根据权利要求5所述的方法,其特征在于,该数据还包括部 件(10)的属性数据。
    7: 根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述生成部件(10) 的可编辑几何图形(112)的步骤包括: 由几何数据生成部件(10)的非参数计算机辅助设计(CAD)模 型(212);以及 重建非参数CAD模型(212),以便获得可编辑几何图形(112), 所述重建步骤包括进行反向CAD建模。
    8: 根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述生成部件(10) 的非参数CAD模型(212)步骤包括: 减少数据以获得数据的子集; 对该子集进行分段,以便获得数据的多个特征子集,各特征子集 对应于部件(10)的特征(11)、(12)、(13); 进行几何特征的抽取,以便从特征子集中获得多个曲线和表面, 该曲线和表面表示部件(10)的特征(11)、(12)、(13);以及 将该曲线和表面输入计算机辅助设计(CAD)几何图形中,以便 获得非参数CAD模型(212)。
    9: 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括:由保留 的设计信息来获得可编辑几何图形(112)。
    10: 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述产生参数标 准模型的步骤包括从可编辑几何图形(112)中识别和抽取多个关键 参数。
    11: 根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述关键参数 的抽取包括如下步骤: 将多个基于知识设计(KBE)的部件设计产生规则应用于可编辑 几何图形(112),以便获得参数标准模型(114);以及 将多个KBE部件设计核对规则用于参数标准模型(114),以保证 该参数标准模型满足多个功能和可制造性要求。
    12: 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括:产生至 少一个设计分析中间模型(150),该设计分析中间模型包括参数标准 模型(114)的相关拷贝(115),该相关拷贝构置成用于进行设计分 析(121)。
    13: 根据权利要求12所述的方法,其特征在于,产生至少两个 设计中间模型(150),每个设计中间模型构置成用于进行不同的设计 分析(121)。
    14: 根据权利要求12所述的方法,其特征在于,还包括制备设 计分析中间模型(150),以便进行分析,所述制备步骤包括: 利用分析编码准则来对设计分析中间模型(150)进行网格划分, 以便获得分网的设计模型(221);以及 利用分析编码准则来将多个边界条件标绘在分网的设计模型 (221)上,以便获得设计分析模型(222), 该方法还包括: 对设计分析模型(222)进行设计分析,以便获得多个设计分析 数据(223),所述进行设计分析的步骤包括利用设计分析模型(222) 以及多个收敛准则来进行设计分析编码;以及 评价设计分析数据(223),当设计分析数据并不令人满意时,所 述方法还包括如下步骤: 利用多个重设计目标来修改参数标准模型(114);以及 在修改参数标准模型(114)之后重复进行所述设计分析。
    15: 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括:利用来 自可制造性数据库240的可制造性数据来处理参数标准模型(114), 以便将几何尺寸和公差(GD&T)添加给参数标准模型(114),其中, 该设计标准模型(120)包括具有几何尺寸和公差的参数标准模型 (114)。
    16: 根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述生成制造 中间模型(136)包括如下步骤: 利用几何尺寸和公差来定向参数标准模型(114),以便获得定向 的GD&T模型(133);以及 将多个制造设计规则(242)用于定向GD&T模型(133),以便获 得制造中间模型(136)。
    17: 根据权利要求16所述的方法,其特征在于,所述生成制造 中间模型(136)还包括如下步骤: 定向制造中间模型(136)以便获得定向GD&T模型(133);以及 将制造设计规则(242)用于定向GD&T模型(133),以便生成制 造中间模型(136),该制造中间模型(138)包含至少一个附加制造 步骤,其中,对于各附加制造步骤,进行所述定向和应用。
    18: 根据权利要求16所述的方法,其特征在于,制造设计规则 包括多个加工工具设计规则,且所述加工工具标准模型(134)的产 生步骤包括将加工工具设计规则应用于制造中间模型(136)中,以 便获得加工工具标准模型(134);其中,加工工具几何图形(62)通 过所述设计规则的应用而来源于加工工具特征(132)。
    19: 根据权利要求16所述的方法,其特征在于,还包括:产生 至少一个加工工具中间模型(141),该加工工具中间模型(141)包 括加工工具标准模型(134)的相关拷贝(142),该相关拷贝构置成 用于进行制造工艺分析(321)。
    20: 根据权利要求19所述的方法,其特征在于,产生至少两个 加工工具中间模型(141),每个加工工具中间模型构置成用于进行不 同的制造工艺分析(321)。
    21: 根据权利要求19所述的方法,其特征在于,还包括制备加 工工具中间模型(141),以便进行制造工艺分析(321),所述制备步 骤包括: 利用分析编码准则来对加工工具中间模型(141)进行网格划分, 以便获得分网的加工工具模型(146);以及 利用分析编码准则来将多个边界条件标绘在分网的加工工具模型 (146)上,以便获得加工工具分析模型(147), 所述方法还包括如下步骤:对加工工具分析模型(147)进行制 造工艺分析(321),以便获得多个加工工具分析数据(323),所述进 行制造工艺分析包括利用加工工具分析模型(147)、多个收敛准则以 及多个工艺参数来进行制造工艺分析编码;以及 评价加工工具分析数据(323),当加工工具分析数据并不令人满 意时,还包括: 利用多个制造目标加工工具设计折衷方案来修改加工工具标准模 型(134);以及 在修改加工工具标准模型(134)之后重复进行所述制造工艺分 析(321)。
    22: 根据权利要求16所述的方法,其特征在于,还包括:将多 个几何尺寸和公差(GD&T)添加给加工工具标准模型(134)。
    23: 根据权利要求22所述的方法,其特征在于,加工工具标准 模型(134)还包括多个工艺参数,该方法还包括如下步骤: 利用具有几何尺寸和公差的加工工具标准模型(134)来生成硬 质加工工具(400); 利用加工工具(400)以及利用工艺参数来制造至少一个测试部 件(410); 检查测试部件(410),以便获得多个测量数据(420);以及 评估测量数据(420),以便确定测试部件(410)是否满足部件 (10)的多个设计标准。
    24: 一种用于重新设计部件(10)的系统(100),其特征在于, 包括如下步骤: 部件设计标准模型???110),该部件设计标准模型??楣怪贸?由部件的可编辑几何图形(112)来产生部件的参数标准模型(114); 以及 加工工具标准模型???130),该加工工具标准模型??楣怪贸?接收参数标准模型(114),以便由该参数标准模型来产生制造中间模 型(136),并由制造中间模型产生加工工具标准模型(134),其中, 制造中间模型包括多个加工工具特征(132),而加工工具标准模型包 括加工工具几何图形(62)。
    25: 根据权利要求24所述的系统,其特征在于,所述部件设计 标准模型???110)包括: 计算机辅助设计(CAD)系统(40),该计算机辅助设计系统(40) 构置成由可编辑几何图形(112)产生参数标准模型(114), 基于知识设计(KBE)的设备(118)构置成将基于知识设计(KBE) 的部件设计生产规则应用于可编辑几何图形(112)中,以便获得参 数标准模型(114),并将KNE部件设计核对规则应用于参数标准模型 (114)中,以便保证使该参数标准模型满足多个功能和可制造性要 求。
    26: 根据权利要求25所述的系统,其特征在于,所述CAD系统 (40)还构置成由表示部件(10)的特征的数据来生成可编辑几何图 形(112)。
    27: 根据权利要求25所述的系统,其特征在于,所述部件设计 标准模型???110)还包括: 连接模型设备(30),该连接模型设备(30)构置成产生至少一 个设计分析中间模型(150),该中间模型包括参数标准模型(114) 的相关拷贝(115),并构置成用于进行设计分析(121);以及 设计分析编码(121),用于进行设计分析,以便产生用于评价参 数标准模型的设计分析数据(223)。
    28: 根据权利要求27所述的系统,其特征在于,所述部件设计 标准模型???110)还包括部件数据管理(PDM)系统(20),该系 统(20)构置成储存用于得出多个边界条件的工作状况数据,其中, 所述连接模型设备(30)构置成使所述PDM系统(20)与由设计分析 中间模型(150)获得的分网设计模型(221)相连,以便将边界条件 标绘在该分网设计模型上。
    29: 根据权利要求25所述的系统,其特征在于,所述CAD系统 (40)还构置成利用可制造性数据来处理参数标准模型(114),以便 将几何尺寸和公差加入参数标准模型。
    30: 根据权利要求24所述的系统,其特征在于,所述加工工具 标准模型???130)包括: 加工工具计算机辅助设计(CAD)系统(42),该加工工具CAD系 统(42)构置成接收参数标准模型,在利用多个几何尺寸和公差处理 后对参数标准模型(114)进行定向,以便获得定向的GD&T模型(133), 并由参数标准模型生成制造中间模型(136);以及 加工工具的基于知识设备(243),它构置成将多个制造设计规则 (242)应用于定向GD&T模型(133),以便获得制造中间模型(136)。
    31: 根据权利要求30所述的系统,其特征在于,所述加工工具CAD 系统(42)还构置成对多个制造步骤产生制造中间模型(136)。
    32: 根据权利要求31所述的系统,其特征在于,制造设计规则 包括多个加工工具设计规则,所述加工工具的基于知识设备(243) 还构置成将加工工具设计规则应用于制造中间模型(136),所述CAD 系统(42)还构置成利用加工工具设计规则(62)而由制造中间模型 得出加工工具几何图形(62),以产生加工工具标准模型(134)。
    33: 根据权利要求32所述的系统,其特征在于,所述加工工具 标准模型???130)还包括: 加工工具连接模型设备(300),该加工工具连接模型设备(300) 构置成产生至少一个加工工具中间模型(141),该加工工具中间模型 包括加工工具标准模型(134)的相关拷贝(115),并构置成用于进 行制造工艺分析(321);以及 制造工艺分析编码(321),用于进行制造工艺分析,以便产生用 于评价加工工具标准模型的加工工具分析数据(323)。
    34: 根据权利要求33所述的系统,其特征在于,所述加工工具 标准模型???130)还包括加工工具部件数据管理(PDM)系统(320), 该系统(320)构置成储存用于得出多个边界条件的多个工作状况数 据以及储存多个工艺参数; 其中,所述加工工具连接模型设备(300)构置成使所述加工工 具PDM系统(320): 与由加工工具中间模型(141)获得的分网加工工具模型(146) 相连,以便将边界条件标绘在分网的加工工具模型上;以及 与制造工艺分析(321)相连,以便提供用于进行制造工艺分析 的工艺参数。
    35: 根据权利要求33所述的系统,其特征在于,所述加工工具CAD 系统(42)还构置成将多个几何尺寸和公差(GD&T)添加给加工工具 标准模型(134)。
    36: 一种制造方法,包括: 由部件的可编辑几何图形(112)来产生部件(10)的参数标准 模型(114); 由参数标准模型(114)来产生制造中间模型(136),该制造中 间模型包括多个加工工具特征(132); 由制造中间模型(136)产生加工工具标准模型(134),该加工 工具标准模型包括部件(10)的加工工具几何图形(62); 利用加工工具标准模型(134)产生硬质加工工具(400);以及 利用该硬质加工工具和多个工艺参数来制造至少一个部件。
    37: 根据权利要求36所述的方法,其特征在于,还包括:由表 示部件(10)的特征的数据来产生可编辑几何图形(112)。
    38: 根据权利要求36所述的方法,其特征在于,所述产生参数 标准模型的步骤包括: 将多个基于知识设计(KBE)的部件设计生产规则应用于可编辑 几何图形(112),以便获得参数标准模型(114);以及 将多个KBE部件设计核对规则应用于参数标准模型(114),以保 证该参数标准模型满足多个功能和可制造性要求; 所述方法还包括:产生至少一个设计分析中间模型(150),用于 评价参数标准模型(114),该设计分析中间模型包括参数标准模型 (114)的相关拷贝(115),该相关拷贝构置成用于进行设计分析 (121)。
    39: 根据权利要求38所述的方法,其特征在于,还包括:利用 来自可制造性数据库(240)的可制造性数据来处理参数标准模型 (114),以便将几何尺寸和公差(GD&T)添加给参数标准模型(114), 其中,所述生成制造中间模型(136)的步骤包括: 利用几何尺寸和公差来定向参数标准模型(114),以便获得定向 的GD&T模型(133);以及 将多个制造设计规则(242)应用于定向GD&T模型(133),以便 获得制造中间模型(136); 其中制造设计规则包括多个加工工具设计规则。
    40: 根据权利要求39所述的方法,其特征在于,为多个制造步 骤产生制造中间模型(136)。
    41: 根据权利要求39所述的方法,其特征在于,所述加工工具 标准模型(134)的产生步骤包括将加工工具设计规则应用于制造中 间模型(136)中,以便获得加工工具标准模型(134);其中,加工 工具几何图形(62)通过所述设计规则的应用由加工工具特征(132) 获得。
    42: 根据权利要求41所述的方法,其特征在于,还包括:产生 至少一个加工工具中间模型(141),该加工工具中间模型(141)包 括加工工具标准模型(134)的相关拷贝(142),该相关拷贝构置成 用于进行制造工艺分析(321)。

    说明书


    用于反向重新设计部件的方法和系统

        发明的背景技术

        本发明涉及用于反向重新设计已有部件例如涡轮叶片的方法和系统,并涉及用于制造部件的方法。尤其是,本发明涉及一种通过发展用于部件设计的参数标准模型以及用于加工工具几何形状的加工工具标准模型而反向重新设计已有部件的方法和系统,并涉及利用参数和加工工具标准模型的制造方法。

        经受恶劣工作状况的机器包括在机器的整个使用寿命中必须进行更换的大量部件。例如,涡轮发动机包括涡轮叶片和静叶片,该涡轮叶片和静叶片由于极热的工作状况而需要定期维修或更换。由于机器的较长工作寿命,且由于存档和储存性较差,目前正在使用的大量部件并没有部件或加工工具设计图。而且,只有新近的部件开发和制造进入了三维(3D)模型和其它电子设计系统时代。因此,对于老的部件,即使仍然保留图纸,也只能获得部件设计的两维(2D)图纸以及有时获得加工工具的两维(2D)图纸。

        在这种情况下,磨损部件的更换通常需要根据可获得地实体样品来反向设计部件,从而视图制成接近部件的复制品。不过,在很多情况下,自从部件设计以来技术已经改进。因此,通常优选是通过包括新材料和/或改进制造方法来重新设计部件,以便提高部件的性能、使用寿命和/或可靠性。不过,由于没有老部件的3D部件设计和加工工具图纸,这样的部件必须从可获得的实体样品开始重新设计。

        目前的反向重新设计过程耗费时间和劳动。例如,象飞机起落架这样的机器通常需要18至24个月的周期来生成锻件,从而使获得反向重新设计的、进行了机械加工、喷丸和上油漆的飞机起落架需要两到三年的总周期。而且,目前对部件的反向重新设计过程很复杂,需要相当大量的部件族专业设计知识和判断力。因此,进行反向设计的工程师必须经历过同类部件的反向设计。该要求增加了周期时间,降低了生产率,因为具有这样的部件族专业经验的工程师短缺。

        目前的反向重新设计(本文中简称为“重新设计”)方法还没有能够使设计过程很方便地成为一整体的合适可行方法。市场上可获得的、作为反向重新设计工具的工具通常对于某种部件进行局部几何形状再造。不过,市场上的工具通常只可用于少于百分之五的反向重新设计周期。因此,对于有经验的工程师,普通的反向重新设计仍然有很大的劳动强度。而且,对于利用部件设计和加工工具设计规则,仅依靠有经验的工程师将很容易忽视已经证明对部件的功能很重要的设计规则。

        因此,希望发展一种用于在只有实体部件或不完全设计信息的情况下获得功能等效或改进的部件(反向或重新设计的部件)的方法和系统?;瓜M梅椒ê拖低衬芄焕猛ü考图庸すぞ呱杓凭榛竦玫闹?,以便减小有经验的工程师进行反向重新设计复杂部件的工作负担。此外,还希望该方法和系统能够集成整个设计系统和数据库的信息,以保证采用一致的应用模型来开发和评价部件设计和加工工具的几何图形。

        发明简介

        简单地说,根据本发明实施例,部件的重新设计方法包括由部件的可编辑几何图形来产生部件的参数标准模型以及由设计标准模型来产生制造中间模型。设计标准模型包括参数标准模型,而制造中间模型包括多个加工工具特征。该方法还包括由制造中间模型产生加工工具标准模型。加工工具标准模型包括用于部件的加工工具的几何图形。

        根据本发明的另一实施例,部件的重新设计系统包括部件设计标准模型???,该部件设计标准模型??樯柚贸捎煽杀嗉负瓮夹卫床问曜寄P?。该系统还包括加工工具标准模型???,该加工工具标准模型??樯柚贸山邮詹问曜寄P?,以便由该参数标准模型来产生制造中间模型,并由制造中间模型产生加工工具标准模型。

        附图的简要说明

        通过下面的详细说明并参考附图,将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点,在全部附图中,相同的参考标号表示相同的部件,附图中:

        图1表示了重新设计部件的方法的示意方框图(例如流程图);

        图2表示了通过所获得的部件测量数据产生可编辑几何图形的方框图;

        图3表示了利用KBE部件设计产生和核对规则由可编辑几何图形生成参数标准模型的混合系统/方法的方框图;

        图4表示了图3的方法的特定实例(用于涡轮叶片)的混合系统/方法的方框图;

        图5表示了用于由参数标准模型产生结构分析中间模型的混合系统/方法的方框图,用于形成用于执行设计分析的结构分析中间模型以及执行设计分析以评价参数标准模型;

        图6表示了用于由加工工具标准模型产生加工工具中间模型的混合系统/方法的方框图,用于形成用于执行制造工艺分析的加工工具中间模型以及用于执行制造过程分析以评价加工工具标准模型;

        图7表示了用于由参数标准模型产生加工工具标准模型的混合系统/方法的方框图;

        图8表示了用于硬质加工工具的产生、测试和评估的方法方框图;

        图9表示了涡轮叶片;以及

        图10表示了假想部件的制造中间模型的产生,该假想部件的制造包括4个制造步骤。

        发明的详细说明

        下面将参考图1所示的流程图总体介绍本发明的方法实施例。部件10的重新设计方法包括由部件10的可编辑几何形状112产生部件10的参数标准模型114。其中所用的短语“部件的重新设计”的意思是通过已有部件10而获得功能等效部件(通常成为“反向设计”)或升级部件(通常成为“重新设计”)。已有部件10的功能等效部件是结构(形状、材料参数)与已有部件类似,且有类似的性能和寿命特性的部件,而升级部件是性能或寿命特性提高且结构可以不同的部件。而且,短语“已有部件”的意思是实体部件或存在保留的设计图的部件,例如有部件设计的2D图纸。因此,参数标准模型114包括通过重新设计部件10而获得部件10的设计思想,该部件10既可以有类似的性能特性,也可以有改进的性能特性。如图3所示,参数标准模型114在计算机辅助设计(CAD)系统(或程序)40中由可编辑几何图形112而产生??杀嗉负瓮夹?12的一个实例是利用CAD系统40产生的可编辑非参数CAD模型(也由参考标号112表示)。市场上可购得的CAD软件包括由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。不过,本发明并不限定为任何特定CAD软件,而是包括使用任意CAD软件。

        “可编辑”的意思是几何图形112可以修改它的本来形状,例如使用CAD软件。不过,这里所用的“非参数”的意思是该几何图形112不能对一组参数按比例缩放,而是必须一个一个地编辑。相反,“参数”模型例如参数标准模型114是例如部件10的、可用于CDA软件的计算机模型表示形式,其中,部件的几何形状通过特征和与特征相关的参数以及这些特征之间的关系的参数来表示,该特征例如孔、线、曲线、剪切、混合形状、半径、轮廓确定的形状、用户定义的形状、来自形状库的形状等。在任意给定时间,参数都采用特定数值或参数之间的特定关系。优选是,部件10的这样参数表示为柔性的,其中,部件10由一组参数表示,例如长度、宽度和高度,所有这些参数都可变。因此,参数标准模型114可以通过修改一个或多个参数值而同时修改所有参数。而且,因为模型参数化,因此该方法可用于整个部件族。属于部件族的部件只是表示部件的参数值不同,或者有很小的拓扑变化,例如不同的孔尺寸或位置,对应于不同的制造步骤。

        该方法还包括由设计标准模型120产生制造中间模型136。制造方法通常涉及一个或多个制造步骤。在制造方法中,任意特定步骤的合适最终产品是将制成的部件的“形状”。制造中间模型136规定了各制造步骤的结果产品(或形状)?;痪浠八?,各制造步骤的目标是生成看起来象该制造步骤的制造中间模型136的部件。这里所用的短语“中间模型”的意思是与基本参数模型有相互关系的模型,这样,当基本参数模型中的参数值修改时,中间模型自动更新,以反映该变化。

        制造中间模型136包括多个加工工具特征132。加工工具特征132提供了用于部件特征的加工工具几何图形。叶片10的典型加工工具特征包括用于形成翼面11的翼面加工工具几何图形(未示出)、用于形成燕尾槽12的空腔加工工具几何形状以及用于形成平台13的平台加工工具几何形状,如图9所示。该加工工具特征132再可以包括加工工具的子特征(也由参考标号132表示,并统称为“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的压力面160和吸力面162的压力面和吸力面加工工具子特征。

        如图1所示,设计标准模型120包括参数标准模型114。根据一个实例,设计标准模型120还包括一组几何尺寸和公差(GD&T)、多个部件10的CAD图122以及一组检查数据。部件10的典型CAD图包括重新设计的部件10的CAD图。典型的检查数据指明在制成的部件中要检查那些数据,以便检查制成部件的质量,因此,该检查数据将输入检查系统。

        加工工具标准模型134由制造中间模型136产生。加工工具标准模型包括部件10的加工工具几何图形62以及参数模型。加工工具几何图形62由加工工具特征132获得,例如通过利用要一直遵守的加工工具设计规则或者相邻加工工具特征的其它匹配条件。根据一个特殊实施例,加工工具标准模型134还包括用于各制造步骤和工具路径的处理参数。工具路径包含在制造方法中,该制造方法包括一个或多个机械加工或材料添加步骤。工具路径的实例包括切刀、激光和钻头的路径以及用于固体自由成形制造(例如激光覆层)和快速样机开发(例如立体光刻和激光光学调制器(LOM))的路径。当重新设计时,在加入公差(后面将参考图8更详细的介绍)后,加工工具标准模型134用于生成制造部件10的硬质加工工具。硬质加工工具是用于形成重新设计部件的实体加工工具。硬质加工工具可以由硬质材料(例如金属,如硬质工具钢)、软材料(例如环氧树脂、低熔点合金、蜡、木头和铝)以及它们的组合来制造。

        为了重新设计部件10,根据第一实施例的方法还包括获得表示部件10的特性的数据以及通过该数据产生部件10的可编辑几何图形112。对于第二实施例,可编辑几何图形112通过保留的设计信息而获得。数据通过测量部件10或利用表示部件10的特征的已有数据组而获得。也可选择,保留的CAD输入可以用于获得可编辑几何图形112。为了产生可编辑几何图形112,该数据包括部件10的几何数据。通常,标记是非几何图形特征,例如表面光洁度、材料种类、部件10上的涂层存在以及密度。区分标记和几何数据很有用,它可以在进行不同分析的过程中排除几何数据,其中,特定的几何特征对于该分析并不需要。例如,在应力分析过程中通常有螺栓孔,而在计算机流体动力学分析中通常省略该螺栓孔。

        在测量部件10之前,希望能确定和利用至少一个部件10的固定点(未示出),如图1所示。当进行多次测量时,不同的测量将重复利用该固定点。

        数字射线照相术和光学扫描是用于测量部件10的有用方法。数字射线照相术的一个实例是计算机X射线层析术(CT),为此,部件10例如利用工业CT系统扫描。典型的光学扫描技术包括非接触三维(3D)扫描,例如利用非接触3D测量系统(未示出)进行,例如基于点、线或区域的扫描,例如组合有旋转定位和固定部件的轻型系统(也未示出)。其它的典型测量方法包括红外辐射测量术以及使用坐标测量机(CMM)。此外,数据获得并不局限于单个测量技术。相反,在一个实施例中,部件10在固定后利用计算机X射线层析术进行扫描。在该实施例中,部件10也利用基于点、线或区域的扫描仪。对于本实施例,由CT扫描和由基于点、线或区域的扫描所获得的数据都用于产生可编辑几何图形112。优选是,利用多测量技术提供了关于部件10的附加信息。

        因为部件10可能损坏或磨损,优选是,部件10的CAD模型可编辑,以便能修改特定特征,例如修改边缘,或者能根据数据扩充CAD模型?;瓜M芄还兰坪偷鹘诒砻嬷柿?,尤其是在两个相邻零件之间。表面质量包括表面光滑度、在表面连接处的几何连续性以及内表面结构。与图1中的方框1相同的处理过程,即由测量数据15形成部件10的可编辑几何图形112将在图2中以方框形式表示。根据一个实施例,部件10的非参数计算机辅助设计CAD模型212由几何数据产生。然后,非参数CAD模型再进行改造,以便获得可编辑几何图形112,改造包括形成反向CAD模型。一个典型的反向CAD建模处理包括从表面18中抽出一组常数{u,v}曲线,然后利用该常数{u,v}曲线对表面18重新放样,以便获得部件10的可编辑的、非参数的CAD模型(如参考标号112所示),例如使用一种上述市场上的CAD系统。

        根据一个更特殊的实施例,非参数CAD模型212以如下方式产生。首先,减少数据以获得数据的子组16,如图2所示。典型的数据减少包括除去多余的数据点,以便将数据简化成易处理的子组16。然后,该子组进行分段,以便获得数据的多个特征子组17,各特征子组对应于部件10的特征。典型的特征包括几何特征。对于图9中所示的涡轮叶片10,典型的特征包括翼面11、平台12和燕尾槽13。然后,进行几何特征的抽出,以便通过特征子组而获得一组曲线和表面18。该曲线和表面表示了部件10的特征。曲线和表面18引入计算机辅助设计(CAD)几何图形中,以便获得非参数CAD模型212。也可选择,曲线和表面18可以利用CAD系统来产生。

        分段和几何特征抽出是已知方法,能够利用市场上的软件进行。例如,市场上的软件如EDS?Corp.的Surfacer可以用于进行分段。对于涡轮叶片10,一种典型分段将获得对应于翼面11、平台12和燕尾槽13的数据特征子组。例如,一种典型的几何特征抽出将基于表示翼面11、平台12和燕尾槽13的特征的特征子组来抽出曲线和表面。市场上的软件例如Surfacer可以用于进行几何特征抽出。

        根据还一更特殊的实施例,抽出包括进行功能空间分解。即,环绕数据点的3D?Euclidean空间进行功能细分,并分配一个位码,从而便于从相邻性和连续性方面进行判断。优选是,测量部件10以及由测量数据产生可编辑几何图形112可以对已有部件进行计算机建模,该已有部件由于部件的年代而没有进行CAD设计或存档效果较差。

        尽管可编辑几何图形例如可以通过使用CAD软件而进行修改,但是辑编是以一件一件的方式进行。为了能够柔性表示由都可变的一组参数例如长度、宽度和高度说明的部件10,从可编辑几何图形114中产生参数标准模型114,如上所述。根据特定实施例,参数标准模型114的产生包括从可编辑几何图形112中确定和抽出多个关键参数113。典型的关键参数113包括部件10的尺寸和曲率,它们例如由用户确定。该确定例如在采集测量数据15和产生可编辑几何图形112之前作为本方法的预备阶段。也可选择,该确定通过利用CAD系统检查可编辑几何图形112来进行。

        这里所用的短语“关键参数的抽出”112的意思是利用可编辑几何图形112来确定关键参数的已有或合适值113。例如,当利用本发明方法来反向设计部件10时,抽出包括确定这些参数的已有值。不过,因为部件10可能损坏或磨损,典型的已有值抽出包括从可编辑几何图形获得的外插值。也可选择,当利用本发明方法来重新设计部件10时,抽出包括确定关键参数10的已有值(包括从磨损或损坏部件10的可编辑几何图形获得的外插值),并利用设计知识来改善从可编辑几何图形112获得的已有值。

        根据一个更特殊的实施例,抽如图3所示出关键参数113。一组基于知识设计(KBE)的部件设计生产规则116用于可编辑几何图形112中,以便获得参数标准模型114,该可编辑几何图形112储存在CAD程序40中。KBE部件设计生产规则116包括怎样构成部件10的参数几何图形的设计知识以及用于基于环境的知识118,例如利用EDS’sKnowledge?Fusion,它是用于Unigrapics设备的基于知识设计???,或者利用Intent?Knowledge?Station,它由Heidi?Corp.提供。尽管图3中表示了基于环境118的知识在CAD程序40的外部,但是,基于环境118的知识也可以在CAD程序的内部或外部,本发明包含内部和外部的、基于环境118的知识。

        典型的KBE部件设计生产规则116规定了关键参数113和可编辑几何图形112的其它方面之间的关系。而且,典型的部件设计生产规则116包括几何和非几何的设计规则。例如,几何规则是翼面11的合适长宽比。一种典型的非几何规则是基于经验数据以及推力、流量和效率要求的、每个叶片排的预计翼面数。另外的典型非几何规则是考虑材料的热应力极限以及相关的材料重量和强度。例如可在数据表中或利用模拟编码来进行作为KBE部件设计生产规则116基础的编码。这些值也可以通过搜索数据库而获得,例如搜索材料数据库。根据特定实施例,KBE部件设计生产规则116可基于实际测量部件10来进行。这样,基于环境118的知识通过调入CAD程序40中的函数而控制部件10在CAD程序40中的参数几何图形的产生。优选是,KBE部件设计生产规则116吸收了工程师通过相当多的部件族设计经验而获得的设计知识,从而减小了这些有经验的工程师的反向重新设计方法负担。

        为了保证参数标准模型114满足多个功能和可制造性要求,一组KBE部件设计检察规则117用于参数标准模型114。对于叶片10,典型的功能和可制造性要求包括计算应力低于最大应力标准以及选定的圆角半径大于制造所需的最小圆角半径。不过,功能和可制造性要求根据重新设计的部件10而变化。尤其是,KBE部件设计检察规则117用于基于环境的知识118中,如图3所示。典型的检察规则包括进行分析以评价参数标准模型114。储存进行分析121所需的操作条件和其它数据的数据库50通过连接模型设备(LME)30而获得,如图3所示。

        图4表示了KBE部件设计的生产和检查规则116、117的一个典型应用实例。对于叶片10,一个典型的KBE部件设计生产规则116是在翼面11的前缘21和后缘22处的角度产生了各个流线的翼面11剖面。对于叶片10,一个典型的KBE部件设计检察规则117是使部件10的一定区域例如前缘21在负载下经受一定应力。KBE部件设计检察规则117的应用通过LME?30引起应力分析。进行应力分析121包括对参数几何图形114划分网格、采用边界条件、进行应力分析编码以及判断在前缘21上的峰值应力是否满足KBE部件设计检察规则117。如果不满足,可以采用一些纠正措施。例如,进行设计变化或修改参数几何图形。根据一个实施例,修改参数标准模型114,并再次或多次重复应力分析121,直到应力分析121的结果满足条件。也可选择,修改参数标准模型114,重复应力分析121预定次数,并选定提供了最令人满意的应力分析结果的情况。

        与设计新部件一样,优选是进行一种或多种设计分析(也由参考标号121表示)以便重新设计部件10。设计分析的实例包括应力、传热、流体动力以及燃烧分析。根据一个特殊实施例,该方法还包括产生至少一个用于进行设计分析121的设计分析中间模型150。如图5所示,设计分析中间模型150产生于连接模型设备30中。优选是,因为设计分析中间模型产生于LME?30,当修改参数标准模型114时它自动更新。作为背景知识,连接模型设备(LME)是一种方法,它以包含使用商业编码或私人编码,从而紧密联系最终用户。尤其是,典型的LME使储存在CAD程序中的几何形状与外部分析编码相连。典型LME的一个实例是C程序,该程序采用Unigraphics中间模型,用于有限元分析;通过ICEM运行中间模型,以便产生网格ANSYS输入文件;然后运行ANSYS,以便得出结果。典型的LME包括界面、指令表(script)、程序以及程序集合。

        如图5所示,设计分析中间模型150包括由参数标准模型114产生的相关拷贝115。相关拷贝115设置成用于进行设计分析121。这里所用的“相关”的意思是在参数标准模型114和相关拷贝115之间存在主-从关系?;痪浠八?,参数标准模型114对进行设计分析所需的一定详细情况进行抽取(所需详细情况可以只包括部件10的一个特定部分)。例如,当叶片10建模时,如果需要对叶片10的特定部分(例如翼面11或前缘)进行设计分析,它从参数标准模型114中抽取并放入相关拷贝115中。因为主-从关系,相关拷贝115与参数标准模型114同步。例如,修改参数标准模型114将反映到相关拷贝115中。根据更特殊的实施例,中间模型150通过文件组合而与参数标准模型114相连。

        为了进行设计分析,中间模型150必须与设计分析程序121兼容。例如,典型的设计分析程序提供了机械应力、传热、模型分析、弯曲以及计算流体动力问题的计算方法,例如包括但并局限于:ANSYS、ABAQUS和Star-CDTM。为了使中间模型150与设计分析程序121兼容,根据更特殊的实施例,中间模型150如图5所示产生。如图5所示,相关拷贝115利用多个分析编码准则进行定向和变形,以便获得变形设计模型216。例如,设计分析121可能需要使相关拷贝115旋转90度,如图5所示。进行变形以便获得运行设计分析121所需的相关拷贝115的子组,同时除去相关拷贝115中进行设计分析121所不需要的部分。

        为了简化设计分析121的网格划分,变形设计模型216利用分析编码准则进行分块,从而获得分块设计模型217。这里所用的“网格划分”的意思是将参数形状细分成足够小的块,以便使得所关心的场量例如可以利用多项式来近似。这里所用的术语网格划分包括用于有限元分析(FEA)程序的“建网”以及用于计算机流体动力(CFD)程序的“分网”。本领域中用于网格划分的另一术语是“离散化”。

        这里所用的“分块”的意思是将变形设计模型216细分成简单形状(例如六面体)的简化,其中,这些简单形状的布尔运算和组成原始形状,各形状包含原始几何形状的完全详细。本领域普通技术人员应当知道,参数标准模型114的几何形状和分块设计模型217的简单形状之间的空间关系通过采用组合功能性方法来保存。这里所用的组合功能性的意思是CAD系统处理部件之间的空间关系的能力。提供这样的功能性的系统例如由Unigraphics?Solutions出售的UnigraphicsTM。

        为了获得用于进行设计分析121的设计分析几何图形218,利用分析编码准则对分块设计模型217进行表面和边界抽出。设计分析几何图形218进行标记,以便获得设计分析中间模型150。标记是为了适应典型的设计分析程序,该典型设计分析程序需要唯一的拓扑实体(例如实心体、面、边缘等)标志(“标记”)。通常,标记是名称或名称-数值对,其中,设计分析程序的名称和数值可以有某种意思。例如,名称“翼面_UIP”可以用于标记翼面实体的、设计分析编码需要采用不同网格种(mesh?seed)的分块部分。名称-数值对,例如可以是“温度=1000”,它用在设计分析编码需要使温度边界条件为值1000的区域中。

        特别是,定向、变形、分块、表面和边界抽出以及标记都在LME?30中进行,如图5所示。

        根据特殊实施例的本发明方法还包括制成用于进行设计分析的设计分析中间模型150,如下所示。设计分析中间模型150是利用分析编码准则进行网格划分而获得的分网设计模型221,如图5所示。典型的分析编码准则可以通过考虑如孔、圆角这样的特征以及其它可能引起分网问题的特征,并根据模型分解而向用户推荐网格种。典型的分析编码准则也向用户建议根据以前的分析而修改以前的分块和变形。尤其是,设计分析程序例如ANSYS、ABAQUS和STAR-CDTM的解释指令表进行分网,它们将说明设计分析程序怎样对模型进行分网,以及怎样使用边界条件和负载。

        作为背景技术,指令表是ASCII(或文本)文件中的指令集合,它通过操作系统(例如HP-UX或Windows?2000)或通过特殊程序(Unigraphics、ANSYS等)来解释,以便自动进行将重复进行的一系列事件。例如,典型的ANSYS指令表将从ICEM中打开分网模型(指令表的每个运行可以设置成由用户提供的名称);将边界条件用于分网模型中的特别标记区域(在由KBE规则产生的ASCII文件中提供);进行分析以及将预定组的结果以特殊形式返回到输出文件中。

        如图5所示,多个边界条件利用分析编码准则标绘在分网的设计模型221上,从而获得设计分析模型222。例如,翻译指令表进行标绘。典型的边界条件由工作状况获得,例如叶片10的压力、温度和负载。尤其是,工作状况例如压力和温度可能需要根据多个明显点和真实工作数据而进行平均、内插或外推,以便获得边界条件其它的典型边界条件由材料类型和部件10的微结构而获得。其它的典型边界条件包括分析结果,例如由以前进行的设计分析得出的结果。边界条件例如部件10的材料例如储存在产品数据管理(PDM)系统20中,例如Unigraphics和eMatrix的iMAN。根据一个实施例,通过由连接模型设备与PDM系统20连接,例如通过Unigraphicx?Wave可获得的LME方法,可以标绘边界条件。而且,准备工作还包括标准形状和负载的识别(例如利用翻译指令表),对此,已知闭合形式的设计解。

        根据更特殊所实施例的本发明方法,还包括对设计分析模型222进行设计分析,以便获得设计分析数据223。尤其是,设计分析编码利用设计分析模型222和多个收敛准则来执行。收敛准则判断对于用户规定的所有约束,方程解算器是否将朝一个解收敛。典型的设计分析包括热和应力分析,并例如通过利用有限元或有限差分方法来进行,从而产生数据文件。典型的数据文件内容包括应力值、位移、压力、温度或速度。例如,设计分析编码储存在模拟发动机上,该模拟发动机是通过通用界面进行设计分析的服务器,该通用界面通过包裹(wrapping)设计分析编码而确定。

        设计分析数据223可理想地用于按参数标准模型114反向设计,以便改进它的性能。例如,对设计分析数据进行评价,当认为部件10的设计不满意,从而对参数标准模型114不满意时,可以利用一组重新设计目标来进行修改,如图5所示。该重新设计的目标根据执行情况而变化。不过,典型的叶片10的重新设计目标包括高效冷却、减小重量以及降低峰值应力。相反,当对评价结果很满意时,将不修改参数标准模型114,如图5所示。设计分析数据223的评价通过自动计算机程序(例如Engineous?Software的iSIGHTTM或PhoenixIntegration的ModelCenterTM)执行或者也可选择通过操作人员来执行。当认为性能并不令人满意时,自动计算机程序或操作人员通过修改表示部件10的特征的几何参数来修改部件10的设计。这又更新了参数标准模型114。而且,因为设计分析中间模型150包括参数标准模型114的相关拷贝115,因此也更新了设计分析中间模型150。因此,对于第二和所有随后的迭代,并不需要重复进行定向、分块、执行表面和边界抽出以及标记,如图5所示,只要对设计的任何修改都在较小的参数比例内。不过,对于设计的拓扑变化或者在较大参数比例上进行设计变化时,通过标记进行同样的分块将产生很差的效果,优选是重新访问指令表,以便考虑修改网格划分策略。本方法包括两种可能性。

        在更新参数标准模型114(同时更新设计分析中间模型150)之后,优选是重复设计分析121,以便确定性能是否改进。设计分析121的重复例如涉及网格划分和标绘边界条件,以便获得设计分析模型222,如上面参考设计分析121的初始性能所述。然后,再进行设计分析编码,以便获得一组新的设计分析数据,如上所述。应当知道,对于在较小参数比例上的设计变化,“重复”设计分析121涉及执行在上述分网、标绘和执行步骤中生成的已有指令表。在随后的迭代中并不需要重新产生这些指令表,因为它们取决于在产生设计分析中间模型150时首先发展的标记几何图形。也可选择,对于拓扑和较大参数比例的设计变化,设计分析121的“重复”包括重新访问指令表,以便考虑修改网格划分策略。

        在一个实施例中,修改参数标准模型114,并重复设计分析121,直到获得满意的结果。在可选实施例中,修改参数标准模型114,并重复设计分析121给定次数,例如五(5)次,以便适应时间或计算限制。对于该实施例,例如通过自动计算机程序或通过操作人员而从迭代中选定对于给定的一组标准最优的结果。通常,根据执行过程,预定数目的迭代可以为一次或多次。

        根据更特殊的实施例,产生至少一个附加的中间模型(未示出),并进行附加的设计分析,以便进一步评价设计的性能。例如,在满意地完成热分析之后进行应力分析。并以如上面参考中间模型150所述且在图5中所示的方式来产生附加的中间模型和执行附加的设计分析。对于本实施例,修改参数标准模型114,并重复进行附加的设计分析,如上面参考设计分析121所述,以便获得满意的设计(和相应的参数标准模型114)。例如,令人满意的叶片10设计满足所有的冲击热、应力和位移限制。在可选实施例中,修改参数标准模型114,并重复附加设计分析给定次数,并从迭代结果中选定部件10的最佳设计。

        如上所述,优选是参数标准模型114提供了部件10的整个部件族的部件设计。因此,通过修改参数值,将在不需要重复进行重新设计处理的情况下提供部件族不同成员的设计。

        在最终确定参数标准模型114之后,优选是将几何尺寸和公差(GD&T或“几何公差”)添加到参数标准模型114中,以便准备制造。GD&T规定了离开由基于参数标准模型114的部件设计而确定的标称尺寸和形状的最大允许偏差。在一个实施例中,本发明方法还包括以可制造性数据库240中的可制造性数据来对参数标准模型114进行处理,以便将GD&T添加到参数标准模型114中,入土7所示。例如,参数标准模型114通过包裹物241与可制造性数据库240相连。该包是包绕分析程序的应用界面编码,一个实例是Federated?IntelligentProduct?Environment(FIPER)包。典型的可制造性数据包括例如铸造操作的表面光滑度的处理能力限制。对于本实施例,设计标准模型120包括具有几何尺寸和公差的参数标准模型114。

        在生成设计标准模型120之后,产生制造中间模型136。如上所述,制造中间模型136规定了对于各个制造步骤的部件最终结果(或“形状”),并包括加工工具特征132。制造步骤包括全部类型的制造方法,例如成形步骤、材料添加步骤(例如沉积)、材料去除步骤(例如机械加工、EDM和ECM)、快速原型设计步骤(例如立体光刻术)以及精加工步骤(例如喷丸或激光喷丸)。典型的机械加工步骤包括工具路径的产生。加工工具特征是部件特征的参数几何图形。典型的叶片10的加工工具特征包括:用于形成翼面的翼面加工工具几何图形(未示出)、用于形成燕尾槽12的凹腔加工工具几何图形以及用于形成平台13的平台加工工具几何图形。典型的翼面加工工具几何图形包括用于形成翼面11的压力面160和吸力面161的压力面和吸力面加工工具子特征(未示出)。尤其是,根据特殊实施例,制造中间模型136如图7所示产生。如图7所示,具有几何尺寸和公差的参数标准模型114定向成获得定向GD&T模型133。这里所用的术语“定向”是指空间定向。对于图7中所示的实施例,在CAD程序42中进行定向。CAD程序40、42通过不同的参考标号来识别,以便表示它们分别用于参数标准模型114的产生以及加工工具标准模型134的产生。不过,相同的CAD程序可以用于产生参数标准模型114和加工工具标准模型134。因此,采用两个参考标号并不能理解成需要两个CAD程序,而是表示其中进行不同的处理。

        多个制造设计规则用于定向GD&T模型133,以便获得制造中间模型136。制造设计规则242包括用于成形步骤的加工工具设计规则以及用于机械加工步骤的工具路径产生规则,表示了部件10的加工工具设计者的经验,更通常是部件族的加工工具设计者的经验。典型的加工工具设计规则242包括参数值之间的公式和其它关系。更复杂的加工工具设计规则242涉及执行加工工具几何图形编码60。如图7所示,执行加工工具几何图形编码60通过连接模型设备(LME)244来进行。尤其是,制造设计规则242应用于基于环境243的加工工具知识中,优选是,制造设计规则242吸收了有经验的工程师的加工工具设计知识,从而减小了对这样的工程师的加工工具设计处理要求。对于图7所示的实施例,制造中间模型136在CAD程序42中产生。尽管基于环境243的加工工具知识243在图7中与CAD程序42分开表示,但是基于环境的知识既可以在CAD程序的内部,也可以在CAD程序的外部,本发明覆盖在CAD程序42内部或外部的、基于环境243的工具知识。例如,知识站是外部的、基于环境的知识,而KnowledgeFusion是Unigraphics?CAD程序内部的、基于环境的知识模型。

        当只采用一个制造步骤时,例如对于简单的部件(例如注射模制塑料螺钉),制造中间模型136这样产生。不过,对于更复杂的部件例如叶片10,可以执行几个制造步骤,例如形成翼面11、平台12和燕尾槽13以及机械加工成孔,例如在翼面11中的径向冷却孔(未示出)。只是为了说明目的,图10表示了用于假想部件10的制造中间模型136,该假想部件10的制造设计两个成形步骤和两个机械加工步骤。当采用多个制造步骤时,制造中间模型136的产生还包括对制造中间模型进行定向以获得定向GD&T模型133,如图7和图10所示。附加制造步骤的制造设计规则242用于定向GD&T模型133,以便产生包含附加制造步骤的制造中间模型136,如图10所示。对于各个附加制造步骤重复该处理,以便生成包含附加制造步骤的制造中间模型136。如图10所示,制造中间模型136规定了要制造的部件的形状,并确定了在制造过程中进行的各个制造步骤的加工工具特征132。

        除了除了成形步骤例如锻造,部件10的制造可以包括一个或多个机械加工步骤,例如在部件10中由激光产生多个孔。因此,对于本发明方法的另一实施例,制造中间模型134的产生还包括对制造中间模型进行定向以获得定向GD&T模型,并采用用于机械加工步骤的工具路径产生规则242,以便产生包含机械加工步骤的制造中间模型136,如图10所示。对于各个机械加工步骤重复该处理,以便生成包含机械加工步骤的制造中间模型136。本实施例的加工工具标准模型134还包括执行机械加工步骤的工具路径和处理参数,该工具路径来源于制造中间模型136。

        如上所述,制造中间模型136包括加工工具特征132,该加工工具特征提供了部件特征的加工工具几何图形。不过,为了生成加工工具(例如模具),需要加工工具几何图形62。加工工具几何图形62是用于一个或多个制造步骤的加工工具模型。例如,对于两个成形步骤制造处理,加工工具几何图形62包括用于第一和第二加工工具的模型,同时各模型来源于各成形步骤的加工工具特征132。尤其是,包括加工工具几何图形62的加工工具标准模型134通过将加工工具设计规则242用于制造中间模型136而产生,从而使加工工具几何图形62来源于加工工具特征132。对于图7所示的典型实施例,加工工具标准模型134通过利用加工工具设计规则242而在CAD程序42中产生,该加工工具设计规则242采用了基于环境的加工工具知识243。典型的加工工具设计规则242利用了连续性或其它匹配条件,以便使加工工具特征132接近于形成部件10的加工工具几何图形62。

        除了加工工具几何图形62,根据特殊实施例的加工工具标准模型134还包括用于各制造步骤的处理参数以及工具路径。尤其是,对于一个实施例,处理参数作为属性包含于加工工具标准模型134中,对于另一实施例,处理参数储存在加工工具PDM系统320中的相连属性文件中。如上所述,包括一个或多个机械加工步骤的制造方法包括工具路径。例如,当制造步骤是锻造时,典型的加工工具几何图形62包括模具几何图形(来源于制造中间模型136),而典型的加工工具标准模型134还包括处理参数,例如压机速度、温度和负载。当制造步骤是机械加工操作时,加工工具标准模型134包括工具路径(几何图形)和处理参数,例如切刀速度、切刀类型以及进刀速度。

        为了评价加工工具标准模型134,有利的是进行一种或多种制造工艺分析,例如用于锻造部件的锻造方法模拟,该锻造部件例如发动机盘或压缩机叶片。制造工艺分析用于评价加工工具几何图形62,以便证明该制造步骤能够产生预期的产品。根据特定实施例,该方法还包括产生至少一个加工工具中间模型141。加工工具中间模型141包括加工工具标准模型134的相关拷贝142。该相关拷贝142设置成用于进行制造工艺分析321。如上所述,“相关”的意思是在加工工具标准模型134和它的相关拷贝142之间存在主-从关系,这样,加工工具标准模型134的修改将反映在相关拷贝142中。

        加工工具中间模型141的典型产生方法如图6所示,它与上述设计分析中间模型150的产生方法类似。如图5所示,加工工具中间模型141产生于加工工具连接模型设备(加工工具LME)300中。优选是,因为加工工具中间模型141利用LME方法产生,当修改加工工具标准模型134时它自动更新。相关拷贝142利用一组分析编码准则定向和变形,以便获得变形的加工工具模型143。为了简化用于进行制造工艺分析321的网格划分,变形的加工工具模型143利用分析编码准则进行分块,以便获得分块的加工工具模型144。为了获得用于进行制造工艺分析321的加工工具分析几何图形145,利用分析编码准则对分块的加工工具模型144进行表面和边界抽出。加工工具分析几何图形145进行标记,以便适应典型的设计分析程序,这些设计分析程序需要唯一的拓扑实体(例如实心体、表面、边缘等)标志(“标记”),从而生成加工工具中间模型141。

        根据特殊实施例,该方法还包括如下形成用于进行制造工艺分析的加工工具中间模型141。加工工具中间模型141采用分析编码准则进行网格划分,以便获得分网的加工工具模型146。如图6所示,多个边界条件利用分析编码准则标绘在分网的加工工具模型146上,以便获得加工工具分析模型147,该边界条件例如用于锻造的模具部件之间的接触条件。边界条件例如储存在加工工具产品数据管理(PDM)系统320中,如图6所示。加工工具PDM系统320可以是PDM系统20,或者可以是独立的PDM系统。根据一个实施例,边界条件通过连接加工工具PDM系统320和加工工具LME?300而进行标绘。

        在获得加工工具分析模型147之后,对其进行制造工艺分析321,以便获得加工工具分析数据323,如图6所示。尤其是,利用加工工具分析模型147和多个收敛准则和处理参数来执行制造工艺分析编码。典型的处理参数包括夹持力、压机速度以及温度,它们例如储存在加工工具PDM系统320中。典型的制造工艺分析321利用有限元方法进行,并包括制造方法模拟,以便产生制造部件以及加工工具的应力、扭曲、温度和应变率的数据,该加工工具例如模具。

        根据一个特殊实施例,加工工具分析数据323再用于评价加工工具标准模型134的加工工具几何图形62。尤其是,例如通过自动计算机程序或操作人员来评价加工工具分析数据323。当认为加工工具分析数据323并不令人满意时,利用一组制造目标并考虑加工工具设计折衷方案而修改加工工具几何图形62,从而修改加工工具标准模型134,如图6所示。制造目标和加工工具设计折衷方案将根据应用而变化。叶片10的典型机械加工目标包括加工工具使用寿命以及加工工具所用材料,典型的加工工具设计折衷方案包括制造加工工具的成本、时间以及生产的准备时间。相反,当评价结果令人满意时,加工工具标准模型不变,如图6所示。

        特别是,当认为加工工具分析数据323不能令人满意时,自动计算机程序或操作人员通过修改表示构成加工工具特征的几何参数而修改加工工具几何图形62。这又更新加工工具标准模型134,因为加工工具标准模型134和加工工具中间模型141之间的相关关系,该加工工具标准模型134自动更新加工工具中间模型141。因此,对于较小的加工工具参数比例变化,并不需要重复通过标记进行定向的步骤,如图6所示。

        在更新加工工具标准模型134(同时还有加工工具中间模型141)之后,优选是重复制造工艺分析321,以便确定性能是否提高。制造工艺分析321的重复如图6所示,并以与上述设计分析121的重复相同的方式进行。

        在一个实施例中,修改加工工具标准模型134并重复制造工艺分析321,直到获得满意的加工工具几何图形62(和相应的加工工具标准模型134)。也可选择,修改加工工具标准模型134和随后的重复制造工艺分析321都进行预定次数(一次或多次,例如5次)。对于后一实施例,例如通过自动计算机程序或通过操作人员根据制造目标和加工工具设计折衷方案来从中选定部件10的最佳加工工具几何图形。当不用进行附加制造工艺分析时,加工工具标准模型134对应于最佳加工工具几何图形。

        根据更特殊的实施例,生成至少一个附加加工工具中间模型(未示出),并进行附加的制造工艺分析,以便进一步评价加工工具几何图形62的性能。以上述相对于加工工具中间模型141所述并在图6中表示的方式来生成至少一个附加加工工具中间模型以及进行附加的制造工艺分析。对于该实施例,修改加工工具标准模型134并重复附加制造工艺分析321,以便获得令人满意的加工工具几何图形62(以及相应的加工工具标准模型134)。在可选实施例中,修改加工工具标准模型134并重复附加制造工艺分析,这样重复给定次数,并从中选定最佳加工工具几何图形62。

        因为加工工具标准模型134为参数模型,它提供了用于整个部件族的加工工具几何图形。因此,通过修改参数值,自动提供部件族不同成员的加工工具几何图形。

        在生成加工工具标准模型134之后,希望在制备硬质加工工具(即在重新设计时生成用于制造部件10的硬模、模具等)时将几何尺寸和公差(GD&T或“几何公差”)添加到加工工具标准模型134中。在一个实施例中,GD&T利用CAD系统42添加到加工工具标准模型134中,如图8所示,对于该实施例,加工工具标准模型134还包括硬质加工工具400的多个CAD图和一组检查数据。典型的检查数据包括用于硬质加工工具400的几何图形检查数据,以便证明所生成的硬质加工工具是所设计的加工工具。通过根据用途采用普通硬质加工工具制造技术,加工工具标准模型134再用于生成硬质加工工具400。

        为了评价硬质加工工具,优选是利用硬质加工工具400制造一个或多个测试部件410,并进行检查,如图8所示。在制造测试部件410之前,进行固定和组装(或预处理工作),如图8所示。根据图8所示实施例,本发明方法还包括利用硬质加工工具400并利用处理参数而制造至少一个测试部件410。处理参数是当制造部件时设定的工作状况,例如机器参数如切刀速度、进刀速度、压机负载,或者通用参数例如温度。测试部件410例如采用一种或多种如下检查方法进行检查:数字射线照相术(例如计算机X射线层析术)、光学扫描(例如利用非接触3D测量系统进行的非接触光学三维扫描,例如利用基于点、线或区域的扫描仪)、红外辐射测量术、以及使用坐标测量机(CMM)。通过检查获得的测量数据420由工程师或自动计算机程序根据部件10的设计标准来进行评估,以便判断加工工具标准模型134是否生成合格的测试部件。当测试部件410合格时,加工工具标准模型134和硬质加工工具400用于制造部件10。不过,当测试部件410不满足设计标准时,一次或多次修改加工工具标准模型134并重新评价,直到测试部件410满足部件10的设计标准。

        理想的是,根据重新设计方法的目的,加工工具标准模型134用于制造与原始部件10相比具有相同功能或功能改进的部件。为此,公开了一种制造方法实施例。该制造方法包括:由可编辑几何图形112生成参数标准模型114;由参数标准模型114生成制造中间模型136;以及由制造中间模型136产生加工工具标准模型134,如上面参考图1所述,尤其是参考图3-7所述。制造方法还包括利用加工工具标准模型134生成硬质加工工具400,如图8所示,还包括利用硬质加工工具400和处理参数来制造至少一个部件。如上所述,典型的处理参数包括夹持力、压机速度和温度。

        在一个实施例中,可编辑几何图形112由表示部件10的特性的数据来生成,例如由测量数据。在另一实施例中,可编辑几何图形112由保留的部件设计图来产生。

        在一个特殊实施例中,参数标准模型114利用KBE部件设计的生产和检查规则116、117产生,如上面参考图3和4所述。对于该实施例,例如在LME?30中产生至少一个设计分析中间模型150,以便评价参数标准模型114。

        为了加入几何尺寸和公差GD&T,参数标准模型114通过来自可制造性数据库的可制造性数据来进行处理,如上面参考图7所述。GD&T的添加既可以在CAD系统40中进行,也可以在加工工具CAD系统42中进行,这些CAD系统可以是相同或不同的CAD系统。对于该实施例,制造中间模型136如上面参考图7所述产生。尤其是,对于多个制造步骤,产生制造中间模型136。

        根据更特殊的实施例,加工工具标准模型134再通过将加工工具设计规则242加入到制造中间模型136中而产生。特别是,还为了评价加工工具标准模型134,该方法还包括产生至少一个加工工具中间模型141。

        系统100的实施例参考图1、3、4和7所述。如图1所示,用于设计部件10的系统100包括部件设计标准模型???10,该部件设计标准模型???10设置成由可编辑几何图形112生成参数标准模型。系统100还包括加工工具标准模型???30,该加工工具标准模型???30设置成接收参数标准模型114,由参数标准模型生成制造中间模型136,并由制造中间模型136产生加工工具标准模型134。这里所用的术语“设置成”的意思是部件设计标准模型???10和加工工具标准模型???30都装备有硬件和软件的组合,以便执行本发明的任务,如本领域技术人员所知。例如,部件设计标准模型???10和加工工具标准模型???30包括装备有用于执行它们的相应任务的软件的计算机。本发明并不局限于任何用于执行本发明的处理任务的特定计算机。而是,术语“计算机”是指能够执行计算的任何机器,该计算是执行本发明的任务所必须的,例如,通过接收结构化输入并根据规定规则来处理该输入,以便产生输出。

        如图4所示,根据一个特殊实施例,部件设计标准模型???10包括CAD系统40,该CAD系统40设置成由可编辑几何图形112产生参数标准模型114,且基于环境118的知识设置成将KBE部件设计生产规则用于可编辑几何图形112中,以便获得参数标准模型114?;诨肪车闹?18还设置成将KNE部件设计检查规则用于参数标准模型114中,以便保证使它满足功能和可制造性要求。如上所述,基于环境的知识118既可以在CAD系统40内部,也可以在CAD系统40外部。尤其是,CAD系统40还设置成由表示部件10的特征的数据来生成可编辑几何图形112,例如由上述测量数据。

        根据更详细的实施例,部件设计标准模型???10还包括:连接的模型设备LME?30,该连接的模型设备LME?30设置成产生至少一个设计分析中间模型150;以及设计分析编码121,用于进行设计分析。例如如图5所示,设计分析121与LME?30相连。尤其是,部件设计标准模型???10还包括部件数据管理PDM系统20,该系统20设置成储存工作状况数据,得出边界条件。尤其是,PDM20还设置成储存所有其它关于产品的数据和修改历史。LME?30设置成使PDM系统20与分网的设计模型221相连,以便将边界条件标绘在分网的设计模型221上,如图5所示。为了将几何公差添加到参数标准模型114中,CAD系统40还设置成利用可制造性数据来处理参数标准模型114。尽管图7表示了后一处理步骤在加工工具CAD系统42中进行,但是几何尺寸和公差可以既可以利用CAD系统40添加,也可以利用加工工具CAD系统42添加。而且,如上所述,CAD系统40和加工工具CAD系统42可以是相同或不同的CAD系统。

        如图7所示,根据一个特殊实施例,加工工具标准模型???30包括加工工具CAD系统42,该加工工具CAD系统42设置成接收参数标准模型114,在利用几何尺寸和公差处理后对参数标准模型114进行定向,以便获得定向的GD&T模型133,并由参数标准模型生成制造中间模型136。加工工具标准模型???30还包括加工工具的基于知识设备243,它设置成将制造设计规则242用于定向GD&T模型133,以便获得制造中间模型136。如上所述,制造规则包括加工工具设计规则和路径产生规则。

        复杂的制造方法可以采用多个成形步骤,并可以包括一个或多个机械加工步骤。因此,优选是加工工具CAD系统42设置成对多个制造步骤生成制造中间模型。对于该特殊实施例,CAD系统42还设置成定向制造中间模型136,以便获得定向GD&T模型133,而加工工具的基于知识设备243还设置成将制造设计规则242用于定向GD&T模型133,以便生成制造中间模型136,如图7所示。

        为了由制造中间模型136生成加工工具标准模型134,加工工具的基于知识设备243还设置成将加工工具设计规则用于制造中间模型136。对于该实施例,加工工具CAD系统42还设置成利用加工工具设计规则而由制造中间模型136得出加工工具几何图形62。

        为了评价加工工具标准模型134,根据图6所示的实施例,加工工具标准模型???30还包括:加工工具连接模型设备(加工工具LME)300,该加工工具连接模型设备300设置成产生至少一个加工工具中间模型141;以及制造工艺分析编码,用于进行制造工艺分析。如图6所示,制造工艺分析321与加工工具LME?300相连。尤其是,加工工具标准模型???30还包括加工工具部件数据管理PDM系统320,该系统320设置成储存用于得出边界条件的工作状况数据以及储存处理参数。尤其是,加工工具PDM?320还设置成储存所有其它关于产品的数据以及修改历史。如图6所示,加工工具LME?300设置成使加工工具PDM系统320与分网的加工工具模型146相连,并将边界条件标绘在分网的加工工具模型146上。加工工具LME?300还设置成使加工工具PDM系统320与制造工艺分析321相连,以便提供用于执行制造工艺分析的处理参数。

        为了产生硬质加工工具400,优选是加工工具CAD系统42还设置成将几何尺寸和公差添加给加工工具标准模型134,例如如图8所示。

        而且,为了重新设计系统或子系统,而不是部件,系统100还包括产品控制结构(未示出),以便表示整个系统结构的布局,并控制组织形式的变化。

        尽管只表示和说明了本发明的某些特征,但是本领域技术人员应当知道可以进行变化和修改。因此,应当知道,附属的权利要求将覆盖落入本发明的实际精神内的所有这些变化和修改。

        部件表

        10?????部件

        11?????翼面

        12?????平台

        14?????燕尾槽

        15?????测量数据

        16?????测量数据子集

        17?????特征子集

        18?????曲线和表面

        20?????产品数据管理(PDM)系统

        21?????翼面的前缘

        22?????翼面的后缘

        30?????连接的模型设备(LME)

        40?????计算机辅助设计程序

        42?????计算机辅助设计程序

        60?????加工工具几何图形编码

        62?????加工工具几何图形

        110????部件设计标准模型???br>
        112????可编辑几何图形

        113????关键参数

        114????参数标准模型

        115????相关拷贝

        116????KBE部件设计产生规则

        117????KBE部件设计核对规则

        118????基于知识设备

        120????设计标准模型

        121????设计分析

        130????加工工具标准模型???br>
        132????加工工具特征

        133????定向GD&T模型

        134????加工工具标准模型

        136????制造中间模型

        141????加工工具中间模型

        142????加工工具标准模型的相关拷贝

        143????变形的加工工具模型

        144????分块的加工工具模型

        145????加工工具分析几何图形

        146????分网的加工工具模型

        147????加工工具分析模型

        150????设计分析中间模型

        160????压力面

        161????吸力面

        212????非参数CAD模型

        216????变形的设计模型

        217????分块的设计模型

        218????设计分析几何图形

        221????分网的设计模型

        222????设计分析模型

        223????设计分析数据

        240????可制造性数据库

        241????包

        242????制造(加工工具和机械加工)设计规则

        243????加工工具的基于知识设备

        300????加工工具的连接的模型设备(LME)

        320????加工工具制造数据管理(PLDM)系统

        321????制造工艺分析

        323????加工工具分析数据

        400????硬质加工工具

        410????测试部件

        420????测量数据

    关于本文
    本文标题:用于反向重新设计部件的方法和系统.pdf
    链接地址://www.4mum.com.cn/p-6198162.html
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