摘要

　　作為發(fā)電過(guò)程中能量轉換的重要工藝設備，汽輪機葉片可謂汽輪機的"心臟".但汽輪機葉片的生產(chǎn)制造過(guò)程較為復雜，故葉片夾具的結構也具有一定的復雜性。選擇合適的夾具可以縮短葉片的生產(chǎn)準備周期。同時(shí)，汽輪機葉片種類(lèi)繁多，夾具設計的難度也隨之增加。如何根據現有經(jīng)驗設計新的夾具，縮短設計的時(shí)間，提高夾具設計的規范程度成為企業(yè)研究的重點(diǎn)。

　　針對該現狀，本文展開(kāi)對基于規則的汽輪機葉片工裝夾具設計方法的研究，結合汽輪機葉片制造工藝，針對夾具的設計過(guò)程進(jìn)行重點(diǎn)研究，主要內容有：

　　（1）通過(guò)研究葉片和夾具的特征以及組成，結合基于規則的推理方法，構建汽輪機葉片工裝夾具設計方法研究的總體框架。

　　（2）詳細介紹不同工況下定位模式和夾緊模式的選擇，并應用SQL2014構建相應的規則庫，通過(guò)規則推理，來(lái)實(shí)現裝夾信息的獲取。把夾具零件分為系列化零件和參數化零件，分別采用部件族法和表達式法構建系列化零件庫和參數化零件庫。并且為了提高效率，建立了夾具組件庫，完成了對零件三維模型的儲存，符合夾具設計系統的邏輯，并以具體實(shí)例驗證了零件的調用程序。（3）通過(guò)基于規則的推理方式，獲取零件的裝配信息，來(lái)確定元件的裝配面以及所對應的裝配特征。根據不同的裝配特征，選擇合適的約束關(guān)系進(jìn)行裝配，完成基于特征規則的智能化裝配，并將完成裝配的夾具儲存在夾具實(shí)例庫中。

　　（4）為了對已有實(shí)例進(jìn)行調用，構建基于編碼的夾具實(shí)例系統。從夾具的功能出發(fā)，將功能信息設置為不同權重，使得相似度的計算更加直觀(guān)、科學(xué)。最后通過(guò)最近鄰索引法完成對夾具實(shí)例的檢索，根據具體的設計要求對零件進(jìn)行修改，修改信息自頂向下驅動(dòng)完成各零件的詳細設計，得到所求夾具。

　　（5）研究UG二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，編寫(xiě)相關(guān)程序，與UG平臺集成，以具體實(shí)例驗證了本文提出的設計方法的可行性。

　　本文的研究從實(shí)際出發(fā)，借鑒企業(yè)已有的設計經(jīng)驗，提出了一種基于規則的汽輪機葉片夾具設計方法。能夠很大程度上減少設計人員的重復工作，提高設計效率，使得夾具設計更加規范化，滿(mǎn)足企業(yè)對于夾具設計的需求，增加了企業(yè)的競爭力。

　　關(guān)鍵詞：汽輪機葉片；工裝夾具；智能裝配；規則推理；UG二次開(kāi)發(fā)

　　Abstract

　　As an important process equipment for energy conversion in the process of power generation, steam turbine blade is the "heart" of steam turbine. But the manufacturing process of steam turbine blade is more complex, so the structure of the blade fixture also has some complexity. Selecting a suitable clamp can shorten the production preparation period of the blade. At the same time, there are many kinds of turbine blades, and the difficulty of fixture design also increases. How to design the new fixture according to the existing experience, shorten the design time, improve the standard degree of fixture design has become the focus of enterprise research.

　　In view of the present situation, this paper launches a research on the design method of turbine blade fixture based on rules. Combined with the manufacturing process of turbine blade, it focuses on the design process of fixture. The main contents are as follows:

　　（1） By studying the characteristics and composition of blade and fixture, combined with rule-based reasoning method, the overall framework of the design method of turbine blade fixture is constructed.

　　（2） The selection of positioning mode and clamping mode under different working conditions is introduced in detail, and SQL2014 is used to build the corresponding rule base. Through rule reasoning, the clamping information is obtained. The fixture parts are pided into serialized parts and parameterized parts, and the serialized parts library and parameterized parts library are constructed by part family method and expression method respectively. And in order to improve the efficiency, the jig component library is established, and the 3D model of the parts is stored, which conforms to the logic of the jig design system, and the calling program of the parts is verified by a concrete example.

　　（3） Obtaining assembly information of parts through rule-based reasoning method to determine assembly surface of components and corresponding assembly features. According to different assembly features, appropriate constraint relations are selected to carry out assembly, intelligent assembly based on feature rules is completed, and the assembled fixture is stored in the fixture instance library.

　　（4） In order to call the existing instance, build the fixture instance system based on code.Starting from the function of the fixture, the function information is set to different weights, and the different weights are pided into different levels through the analytic hierarchy process, which makes the calculation of similarity more intuitive and scientific. Finally, through the nearest neighbor index method to complete the retrieval of the fixture instance, according to the specific design requirements of the parts are modified, modified information top-down drive to complete the detailed design of each part, get the desired fixture.

　　（5） Study the secondary development technology of UG, write relevant programs, and integrate with UG platform, and verify the feasibility of the design method proposed in this paper with concrete examples.

　　In this paper, a rule-based design method of steam turbine blade fixture is put forward based on the practice and the design experience of enterprises. It can greatly reduce the repetitive work of designers, improve design efficiency, make fixture design more standardized, meet the needs of enterprises for fixture design, and increase the competitiveness of enterprises.

　　Keywords: Turbine blade; Jig and fixture; Intelligent assembly; Rule-based reasoning;UG secondary development

　　目 錄

　　第一章 緒論

　　1.1 引言

　　制造業(yè)作為國民經(jīng)濟中的主體，一直被視為我國的立國之本和興國之器。從改革開(kāi)放一直到現在，尤其是中國加入 WTO 組織之后，我國制造業(yè)得到了長(cháng)足的發(fā)展，慢慢的成為世界上唯一一個(gè)擁有所有制造業(yè)門(mén)類(lèi)的"世界工廠(chǎng)".但是我國制造業(yè)大而不強的現狀也一直被國內外所共識[1].黨的十九屆五中全會(huì )提出，到 2035 年基本實(shí)現社會(huì )主義現代化，主要在工業(yè)領(lǐng)域、農業(yè)領(lǐng)域、信息領(lǐng)域等實(shí)現現代化，來(lái)促進(jìn)現代經(jīng)濟的發(fā)展，對制造業(yè)的要求變得更高。而創(chuàng )新是制造業(yè)發(fā)展的核心動(dòng)力，需要增強我國制造業(yè)的創(chuàng )新能力，堅持以市場(chǎng)需求作為企業(yè)發(fā)展導向，強化企業(yè)在創(chuàng )新中的主體地位。當下最要緊的就是大力發(fā)展我國先進(jìn)制造業(yè)，以此來(lái)補充基礎產(chǎn)業(yè)能力的短板，在國際市場(chǎng)中占據制高點(diǎn)[2].

　　數字化轉型是促進(jìn)我國制造業(yè)發(fā)展的重要途徑。隨著(zhù)我國制造業(yè)生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢不斷降低，各企業(yè)需要不斷的提高企業(yè)的生產(chǎn)能力和效率。促進(jìn)數字化信息技術(shù)與現有制造技術(shù)的融合，增強企業(yè)的競爭力，企業(yè)才可以更好的發(fā)展，在未來(lái)的市場(chǎng)中占據一席之地[3].

　　1.2 課題背景與研究意義

　　汽輪機是通過(guò)蒸汽來(lái)提供動(dòng)力的，是火力發(fā)電最常見(jiàn)的設備，如圖 1-1 所示是正在安裝葉片的汽輪機。葉片是汽輪機重要組成部分，通過(guò)葉片能夠實(shí)現從熱能到機械能的轉換。葉片的質(zhì)量和精度決定著(zhù)汽輪機的工作效率，從而決定著(zhù)整臺汽輪機的性能[4-5].

　　汽輪機一般處于極端環(huán)境中工作，所以對于葉片的尺寸、精度的質(zhì)量要求都很高[6].

　　在葉片制造過(guò)程中，設計夾具是其中很重要的一個(gè)環(huán)節，其質(zhì)量和效率直接影響到產(chǎn)品的研發(fā)周期[7].夾具決定著(zhù)葉片、刀具和機床之間的位置關(guān)系，對葉片的加工精度有著(zhù)至關(guān)重要的影響。夾具設計速度的快慢以及質(zhì)量的優(yōu)劣會(huì )很大程度上影響葉片的制造過(guò)程。

　　本課題來(lái)源于無(wú)錫某葉片廠(chǎng)，憑借最近幾年的迅速發(fā)展，該公司通過(guò)國內外領(lǐng)先的裝備制造工藝和技術(shù)，在國際上獲得越來(lái)越多的認可，成為出色的大規模葉片制造廠(chǎng)商之一。該企業(yè)是一家專(zhuān)業(yè)化、現代化制造葉片的企業(yè)，主要產(chǎn)品為各種汽輪機所需要的葉片，公司目前已經(jīng)具備年產(chǎn) 5 萬(wàn)片大葉片的生產(chǎn)能力。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，大多數葉片夾具的結構已經(jīng)穩定，企業(yè)也積累了豐富的設計經(jīng)驗。但隨著(zhù)現代化經(jīng)濟對制造業(yè)的要求越來(lái)越高，工裝夾具的設計還有很多不足之處，如果不解決這些問(wèn)題就很有可能會(huì )被市場(chǎng)淘汰。

　　本課題基于規則的推理方法，將企業(yè)多年累積的設計經(jīng)驗利用起來(lái)。通過(guò)參數化設計、UG 二次開(kāi)發(fā)以及基于規則的推理技術(shù)，對汽輪機葉片工裝夾具的設計方法展開(kāi)深入研究，高效準確地設計出所需夾具，同時(shí)也對其他產(chǎn)品設計具有一定的指導意義。

　　1.3 國內外研究現狀

　　1.3.1 計算機輔助夾具設計研究現狀

　　在工件制造的過(guò)程中，往往需要一個(gè)不但可以將工件精準定位，而且還可以將工件固定夾緊在某一位置的設備，這個(gè)設備被稱(chēng)為夾具。夾具在產(chǎn)品制造的全過(guò)程中都是極其重要的，可以保證工件的精度、加快生產(chǎn)速率，對夾具設計的研究一直沒(méi)有斷過(guò)。

　　計算機輔助夾具設計（CAFD）主要是通過(guò)計算機來(lái)實(shí)現人機交互，來(lái)完成夾具的高效并準確的設計。W.Grahl 和 G.Imholf 等人從工件的外貌特征、幾何參數等方面入手，高效地將夾具設計出來(lái)，并將此作為論文發(fā)表出來(lái)。自此國外的學(xué)者相繼開(kāi)始了對CAFD的研究。Hadi Parvaz、Mohammad Javad Nategh[8]針對復雜形狀的元件，根據元件需要限制的自由度、形狀以及承載能力，基于 Python-OCC 設計了一個(gè)定位系統。MohammadJavad Nategh、Hadi Parvaz[9]根據最小范數和螺旋理論，基于 Python-OCC,在計算機輔助夾具設計平臺中設計了可以自動(dòng)設計夾具的裝夾系統。E. Raj Kumar[10]根據裝配元件的幾何形狀和裝配要求，將虛擬現實(shí)技術(shù)應用在夾具裝配中，使設計出的夾具更加符合實(shí)際要求，并通過(guò) VIZARD 軟件仿真得到了最佳裝配序列。P. Ji et al[11]提出了一種制造過(guò)程中夾具配置設計生成的新方法。首先介紹了多色集的概念，在此基礎上，提出了用多色集方法生成夾具配置設計的方法。該方法首先識別夾具元素之間的關(guān)系，然后推導出輪廓矩陣及其對應的布爾矩陣。接著(zhù)，利用多色集理論，找到了夾具配置設計的可行路徑和最終方案，通過(guò)一個(gè)夾具配置設計實(shí)例來(lái)說(shuō)明該方法的可行性。

　　計算機輔助夾具設計在國內也一直是熱點(diǎn)問(wèn)題。錢(qián)學(xué)軍[12]主要研究計算機輔助采礦焊接夾具的設計系統，發(fā)現將夾具系統分成不同的小模塊，可以增加系統的柔性，降低成本，所以在中小批量的生產(chǎn)中得到了廣泛的使用。而采礦裝備屬于大型裝備，對效率和精度的要求更高，進(jìn)一步促進(jìn)了計算機在焊接夾具設計中的應用。張田會(huì )[13]為了實(shí)現快速應用的目的，在 CATIA V5R19 的平臺上，通過(guò)組件應用架構工具，開(kāi)發(fā)以知識組件為基礎的夾具設計系統，并通過(guò)具體實(shí)例驗證了其方法的可行性。韓震宇、計正寅[14]

　　詳細說(shuō)明了計算機輔助夾具設計的發(fā)展過(guò)程以及優(yōu)勢，并對比了不同的設計方法，論述了如何進(jìn)行夾具的快速裝配。楊陽(yáng)[15]為了得到夾具的最佳定位點(diǎn)和夾緊點(diǎn)，從而減少工件在加工過(guò)程中的變形，基于有限元計算最優(yōu)值，通過(guò)遺傳算法來(lái)優(yōu)化夾具布局。陳晶晶[16]論述現如今夾具設計中主要存在的不足，從知識重用、表達和共享三個(gè)方面入手，來(lái)表達知識并建立了基于本體論的夾具知識庫。

　　國內對計算機輔助夾具設計的研究從無(wú)到有取得了很大的突破，但在夾具智能化設計方面仍有許多尚待改進(jìn)，對 CAFD 的研究仍然很有必要。

　　1.3.2 UG 二次開(kāi)發(fā)研究現狀

　　Unigraphics（簡(jiǎn)稱(chēng) UG）是美國西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)三維軟件，它系統地集成了CAD/CAM/CAE 于一體。內容十分全面，包括從產(chǎn)品的建模，到仿真、加工和校核的一整個(gè)過(guò)程[17].在三維建模方面，UG 可以很好的實(shí)現物理建模、虛擬裝配、曲面建模和生成圖紙[18].在航空航天、機械電子、醫療器械等領(lǐng)域使用的十分普遍。UG 的功能全面豐富，并且可以在 UG 中直接調用所需的系列化零件，但是因為各行各業(yè)都會(huì )應用到UG,而每個(gè)行業(yè)的需求都不同，導致在使用 UG 時(shí)的側重點(diǎn)各不相同。因此在使用 UG進(jìn)行產(chǎn)品建模時(shí)，會(huì )出現 UG 中自帶的系列化零件庫沒(méi)有所需系列化零件的情況，而缺少的這些零件恰好使用頻率很高，并且和現有零件只有一些參數是不一樣的。如果每次都需要對這些零件重新繪制建模，就會(huì )有很多重復性的工作，通過(guò) UG 的二次開(kāi)發(fā)可以很大程度的緩解這種情況。所以，根據不同的需求對 UG 進(jìn)行不同的二次開(kāi)發(fā)是十分有必要的。

　　近年來(lái)國外學(xué)者對 UG 二次開(kāi)發(fā)進(jìn)行了諸多探索。Xinhua L、Qi L、Youhui L[19]針對高空作業(yè)車(chē)車(chē)架的設計效率過(guò)低的問(wèn)題，基于 UG 二次開(kāi)發(fā)，通過(guò)對車(chē)架進(jìn)行特征分析，將車(chē)架零件參數化，實(shí)現車(chē)架的快速設計。最后通過(guò)一個(gè)具體例子證明了設計方法的高效性和實(shí)用性。標準化設計方法是適航認證的重要內容，Yanjie L、Gang Z[20]從航空發(fā)動(dòng)機外管系統的原理和特點(diǎn)出發(fā)，對管道布置的自動(dòng)化原理進(jìn)行了研究。提出了管道布置自動(dòng)化和混合生成過(guò)程、管道布置系統的設計和管道布置任意性的解決方法。為了加快整個(gè)工作系統的運行效率，通過(guò) UG 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，構建了零件庫，可以直接調用所需的參數化零件。可以自動(dòng)地布置管道，也可根據具體情況，對管道進(jìn)行修改。根據預定義的規則，可以對系統進(jìn)行約束測試和結果輸出。Yang L、Feng J[21]研究了基于UG 的大型混流式水輪機葉片多軸數控一體化加工方法。探討了提高加工質(zhì)量和提高加工效率的途徑，介紹了水輪機大曲面五軸數控編程的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現高精度、低成本的刀具軌跡生成和切削仿真。

　　國內對 UG 二次開(kāi)發(fā)的研究進(jìn)程相比國外雖然較慢，但近些年的研究成果也確實(shí)十分可觀(guān)。張小鵬、王洪申[22]為了解決平面銑的數控加工中操作復雜上手難的問(wèn)題，通過(guò)UG 的二次開(kāi)發(fā)，將創(chuàng )建刀具的操作參數化集成到一個(gè)對話(huà)框中，通過(guò)程序自動(dòng)生成 NC代碼。童輝[23]為了減少鈑金零件展開(kāi)圖的數量，提高制作零件圖的效率，通過(guò) UG 二次開(kāi)發(fā)，優(yōu)化精簡(jiǎn)中間不必要的流程，從而達到一鍵生成的目的，并通過(guò)有限元軟件得到最佳的坡口處板厚。于嘉鵬、路永輝等[24]為了提升航空發(fā)動(dòng)機離心葉輪在加工時(shí)數控編程的效率，制定一個(gè)通用的標準規范，提出快速編程的想法，涵蓋整個(gè)加工流程。從特征識別、獲取尺寸、創(chuàng )建毛坯、確定加工路徑、確定切削參數到最后生成刀軌文件，從 而開(kāi)發(fā)出基于 UG 的自動(dòng)編程系統。通過(guò)仿真用具體實(shí)例驗證了方法的可行性，并且提高了效率。黃陽(yáng)、仲梁維等[25]在 UG 平臺上，把減速器作為研究對象，基于自底向上的思路，創(chuàng )建元件模板。將主要零件參數化，通過(guò)對話(huà)框獲取參數，實(shí)現方便快捷的設計出減速器的目標。該系統很大程度的提高了設計減速器的效率，將設計規范化，滿(mǎn)足了工作的要求。李麗芳、王燕等[26]為了解決汽車(chē)覆蓋件弧長(cháng)不夠大和夾角過(guò)大的問(wèn)題，并提高制造過(guò)程中的美觀(guān)性，使得設計人員可以較為容易的識別出棱線(xiàn)，使用 VisualStudio,基于 UG 二次開(kāi)發(fā)，在 UG 中實(shí)現了自動(dòng)快速測量和生成報告，提高了圓角的識別效率的正確率。雖然國內很多學(xué)者都對 UG 的二次開(kāi)發(fā)進(jìn)行了較為細致的研究，但開(kāi)發(fā)出的程序適用性不夠強，應用不夠普遍，因此對 UG 二次開(kāi)發(fā)的研究仍然十分關(guān)鍵。

　　1.3.3 數據庫管理研究現狀

　　數據庫是現代計算機技術(shù)的重要組成部分，能夠實(shí)現對數據的高效處理，包括檢索和引用。數據庫是儲存在計算機中的一種可以被共享的，按照一定存儲規則，可以被統一管理的信息集合，數據庫管理是通過(guò)數據庫相關(guān)技術(shù)構建而成的。隨著(zhù)當前社會(huì )的信息化程度不斷加深，數據庫管理系統將作為信息社會(huì )的至關(guān)重要的一部分，應用會(huì )越來(lái)越廣泛。數據的規模會(huì )越來(lái)越大，數據庫所包含的信息量不斷增加，模式和類(lèi)型也越來(lái)越復雜[27].對數據庫管理的研究也成為熱點(diǎn)問(wèn)題，對這項技術(shù)的要求也隨之提高，當前已經(jīng)進(jìn)入了泛數據研究的時(shí)代[28].數據庫管理技術(shù)的更新還在繼續，對數據庫管理的研究仍然十分必要。

　　國外很多學(xué)者對數據庫進(jìn)行了細致的研究。Alam Md Imran 等[29]使用驗證條件（verification conditions,VCs）對數據庫應用程序進(jìn)行演繹驗證。VCs 方法包括符號執行、條件范式和最弱的先決條件。使用原型工具 DBverify 在提出的技術(shù)下對 PL/SQL 代碼進(jìn)行驗證。并對 PL/SQL 代碼的一組基準測試技術(shù)進(jìn)行詳細的性能分析。Putra D S[30]設計了一個(gè)使用二維碼掃描器的客戶(hù)資料管理系統。該系統中使用了用例圖和瀑布模型，數據庫設計使用了實(shí)體關(guān)系圖（ERD）模型。系統實(shí)現采用 PHP 作為系統接口，MySQL 作為系統數據庫，通過(guò)掃描客戶(hù)計價(jià)器上的二維碼，工作人員可以了解到客戶(hù)的身份號碼和數據。系統測試結果表明，現場(chǎng)人員可以實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)客戶(hù)數據，獲取的信息更快、更準確。與更現代的 JSON 格式存儲和查詢(xún)文檔技術(shù)在性能上相比，目前的研究缺乏對以XML 存儲和查詢(xún)文檔的數據庫技術(shù)的應用。Truic C O 等[31]對選定的面向文檔的數據庫系統進(jìn)行了比較，這些系統使用 XML格式對文檔進(jìn)行編碼，如 BaseX、exists-db 和 Sedna,或使用 JSON 格式，如 MongoDB、CouchDB 和 Couchbase.為了強調性能差異，提出了一個(gè)在大型 DBLP 語(yǔ)料庫上使用異構復雜模式的基準測試。

　　國內很多學(xué)者也對數據庫管理進(jìn)行了研句轉換為數據庫查詢(xún)語(yǔ)句。同時(shí)通過(guò)數據挖掘，根據用戶(hù)需求進(jìn)行定位，獲取數據并反饋給用戶(hù)。張素燕等[33]為了解決傳統刀具管理沒(méi)有考慮工藝設計、刀具準備等環(huán)節，針對數字化生產(chǎn)線(xiàn)的刀具管理需求，制定了一套切實(shí)高效的刀具編碼規則，開(kāi)發(fā)了一套有效合理的刀具管理系統，構建了完善的刀具數據庫。該刀具管理系統可以在各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節中準確識別刀具。徐瑤[34]針對數據庫的應用技術(shù)，以大數據的視域為研究背景，對目前數據庫的特征和數據庫的具體應用開(kāi)展了研究。通過(guò)提高數據庫技術(shù)的安全性和完整性，來(lái)促進(jìn)數據庫技術(shù)在大數據視域下的具體有效應用。面對在航空緊固件的參數信息管理環(huán)境當中出現的問(wèn)題，吳偉等[35]以 Visual Basic 6.0 作為管理系統的前臺界面設計軟件，通過(guò) Access 來(lái)編寫(xiě)數據庫的后臺儲存程序。工作人員可以通過(guò)該程序實(shí)現對緊固件的高效調用及修改，在減少人力資源的同時(shí)，大大提高了對緊固件設計的效率，并增強了緊固件參數的準確性，滿(mǎn)足了相關(guān)航空緊固件企業(yè)對緊固件信息管理的需要。

　　對數據庫的應用已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但是想要真正完全地實(shí)現準確高效的檢索還有很長(cháng)的路要走，對數據庫的研究仍然十分必要。

　　1.4 課題研究的主要內容

　　基于 CAFD 的研究現狀，為了提高汽輪機葉片工裝夾具的設計速率和質(zhì)量，本課題基于規則的推理方式，利用 UG 二次開(kāi)發(fā)，充分利用企業(yè)現有的夾具設計知識，對汽輪機葉片工裝夾具的設計方法展開(kāi)深入研究。基于規則的推理主要體現在定位和夾緊模式的推理。智能化主要體現在夾具元件的調用以及裝配、夾具實(shí)例的檢索。論文結構框架如圖 1-2 所示，主要研究?jì)热萦校?/p>

　　（1） 介紹本課題的研究背景和意義，論述了計算機輔助夾具設計、UG 二次開(kāi)發(fā)和數據庫管理的研究現狀，最后對本文的章節安排和研究?jì)热葸M(jìn)行說(shuō)明。

　　（2） 根據企業(yè)的實(shí)際情況，對葉片的特征分類(lèi)和加工過(guò)程進(jìn)行了詳細的介紹。并對葉片制造過(guò)程中的所用到的夾具進(jìn)行了論述，介紹了夾具的分類(lèi)、組成和功能。接著(zhù)根據企業(yè)實(shí)際需求和擬定的功能目標，構建基于規則汽輪機葉片夾具設計方法研究的總體框架，最后介紹本文用到的部分關(guān)鍵技術(shù)。

　　（3） 將夾具元件分為系列化零件和參數化零件，分別構建元件庫，實(shí)現參數化調用，舉例完成了對參數化零件和系列化零件的調用。并且為了提高設計效率，減少繁瑣的操作，建立了夾具組件庫，實(shí)現了對夾具組件的調用。本章節還介紹了基于規則的推理模式，論述了定位模式、定位元件、夾緊模式和夾緊結構的推理模式，并構建相應的規則庫。

　　（4） 基于特征規則對夾具元件進(jìn)行智能化裝配，論述了裝配的相關(guān)知識。介紹了如何根據夾具元件的裝配屬性獲取其裝配方式，并據此完成夾具的智能化裝配，將裝配完成的整套夾具進(jìn)行儲存。從夾具的功能要求出發(fā)，通過(guò)基于編碼技術(shù)的方法來(lái)表示夾具實(shí)例，并研究夾具實(shí)例庫的檢索機制，基于最近鄰索引法，完成夾具實(shí)例的檢索與重用。
　　（5） 詳細說(shuō)明了 UG 二次開(kāi)發(fā)前的技術(shù)準備工作，并基于 UG 二次開(kāi)發(fā)，以具體實(shí)例來(lái)驗證本文提出的設計方法。首先獲取夾具的裝夾信息，并通過(guò)第三章的零件調用程究。侯陽(yáng)青[32]為了解決當前數據庫查詢(xún)準確率低的問(wèn)題，采用基于數據挖掘的語(yǔ)言，將查詢(xún)語(yǔ)句中的分詞數組作為基礎，通過(guò)識別篩選查詢(xún)條件來(lái)分析用戶(hù)的查詢(xún)目標，劃分成不同的模塊。并通過(guò)轉換算法，將自然語(yǔ)序得到所需零件，然后基于特征規則，將零件裝配成完整的夾具。最終，將裝配完成的夾具導入實(shí)例庫，并根據相關(guān)加工信息完成夾具的檢索和重用。

　　（6） 對全文的研究工作、創(chuàng )新點(diǎn)及不足之處進(jìn)行總結，并對后續的研究進(jìn)程做了展望。

　　第二章 汽輪機葉片概述及夾具設計總體框架研究

　　2.1 汽輪機葉片概述

　　2.1.1 汽輪機葉片的主要特點(diǎn)

　　2.1.2 汽輪機葉片的組成結構

　　2.1.3 汽輪機葉片的分類(lèi)

　　2.2 汽輪機葉片的加工過(guò)程

　　2.3 夾具概述

　　2.3.1 夾具的種類(lèi)

　　2.3.2 夾具功能

　　2.3.3 夾具組成

　　2.3.4 夾具設計要求

　　2.4 基于規則的汽輪機葉片工裝夾具設計方法研究總體框架

　　2.4.1 問(wèn)題分析

　　2.4.2 功能目標

　　2.4.3 總體框架

　　2.5 汽輪機葉片工裝夾具設計中的關(guān)鍵技術(shù)

　　2.5.1 UG 二次開(kāi)發(fā)技術(shù)

　　2.5.2 基于規則的推理技術(shù)

　　2.5.3 參數化設計技術(shù)

　　2.5.4 數據庫及其訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)

　　2.6 本章小結

　　第三章 基于規則的裝夾信息推理及多層夾具零件庫構建

　　3.1 基于規則的推理方法

　　3.1.1 規則推理概述

　　3.1.2 規則的表示和組成

　　3.1.3 規則庫的構建

　　3.2 基于規則的定位信息推理

　　3.2.1 定位模式的推理

　　3.2.2 定位元件的推理

　　3.3 基于規則的夾緊信息推理

　　3.4 多層夾具零件庫的構建

　　3.4.1 零件庫構建概述

　　3.4.2 系列化元件庫的構建

　　3.4.3 參數化元件庫的構建

　　3.4.4 夾具組件庫的構建

　　3.5 本章小結

　　第四章 基于規則的智能化裝配及夾具實(shí)例重用

　　4.1 基于特征規則的智能化裝配

　　4.1.1 夾具元件的裝配特征

　　4.1.2 基于規則的特征信息推理

　　4.1.3 夾具元件的裝配屬性

　　4.1.4 基于特征規則的裝配過(guò)程

　　4.2 夾具實(shí)例保存

　　4.2.1 夾具實(shí)例庫的構建

　　4.2.2 夾具實(shí)例的表示方法

　　4.3 夾具實(shí)例的檢索重用

　　4.3.1 夾具實(shí)例檢索方法研究

　　4.3.2 實(shí)例相似度計算

　　4.3.3 夾具生成與各零件詳細設計

　　4.4 本章小結

　　第五章 基于規則的汽輪機葉片工裝夾具設計技術(shù)應用

　　5.1 技術(shù)準備

　　5.1.1 用戶(hù)開(kāi)發(fā)環(huán)境配置

　　5.1.2 功能菜單設計

　　5.1.3 用戶(hù)界面設計

　　5.2 汽輪機葉片智能化設計技術(shù)的應用

　　5.2.1 裝夾信息獲取及信息錄入

　　5.2.2 基于特征規則的智能化裝配

　　5.2.3 夾具實(shí)例的檢索

　　5.2.4 夾具實(shí)例的修改

　　5.3 本章小結

　　第六章 總結與展望

　　6.1 課題工作總結

　　本文基于規則的推理方法，根據葉片的制造過(guò)程和對于夾具的實(shí)際需求，對汽輪機葉片工裝夾具設計方法進(jìn)行了研究，主要完成工作如下：

　　（1） 分別采用部件族法和表達式法構建了系列化零件庫、參數化零件庫和夾具組件庫，完成了對零件三維模型的儲存，符合夾具設計系統的邏輯需要。

　　（2） 詳細介紹了不同工況下定位模式和夾緊模式等裝夾信息的選擇，通過(guò) SQL2014構建相應的規則庫，并以 ADO 技術(shù)完成調用。通過(guò)規則推理即可獲取相應的裝夾信息。

　　（3） 通過(guò)獲取夾具零件庫中零件的裝配信息，來(lái)確定元件的裝配面以及所對應的裝配特征，根據不同的裝配特征，選擇合適的約束關(guān)系進(jìn)行裝配，完成基于特征規則的智能化裝配。并將完成裝配的夾具儲存在夾具實(shí)例庫中。

　　（4） 構建了基于編碼的夾具實(shí)例系統，從夾具的功能出發(fā)，將功能信息設置為不同權重，使得相似度的計算更加直觀(guān)、科學(xué)。最后通過(guò)最近鄰索引法完成對夾具實(shí)例的檢索，根據具體的設計要求需要對夾具中的零件進(jìn)行修改，最后得到所需夾具。

　　（5） 研究UG二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，編寫(xiě)相關(guān)程序，與UG平臺集成，以具體實(shí)例驗證了本文提出的設計方法。通過(guò)輸入相關(guān)加工信息，以規則推理的方式獲取了夾具的裝夾信息。

　　并憑借前文的系列化零件、參數化零件和夾具組件調用程序，得到了所需的夾具零件。

　　將得到的夾具元件，通過(guò)基于特征規則的智能裝配，完成裝配，得到完整的夾具實(shí)例，并將夾具實(shí)例儲存在知識庫中。通過(guò)輸入相應的葉片信息、加工信息和裝夾信息，在知識庫中匹配相應夾具，根據需求修改夾具某零件的參數，得到符合要求的夾具，完成夾具的重用。

　　本文通過(guò)基于規則的推理方法，對夾具設計的方法進(jìn)行了研究，實(shí)現了從加工需求出發(fā)，到夾具的過(guò)程，并完成了夾具實(shí)例的重用。顯著(zhù)地提高了設計效率，簡(jiǎn)化了工作復雜程度，使得夾具的設計更加規范。同時(shí)本文對于夾具設計的研究也對其他產(chǎn)品夾具的設計也具有一定的參考指導意義。

　　6.2 主要創(chuàng )新點(diǎn)

　　（1） 通過(guò)對裝配過(guò)程的分析，提出基于特征規則的智能化裝配方法，完成夾具的智能化裝配，實(shí)現了從元件到夾具整體的轉變。減輕了工作人員繁瑣的操作過(guò)程，提高了設計的效率。

　　（2） 構建了夾具的組件庫，可以直接對常用夾具組件進(jìn)行調用，分別對參數化和系列化零件進(jìn)行更新，以此來(lái)實(shí)現對整個(gè)夾具組件的更新，減少了零件的調用次數，提高了夾具的裝配效率。

　　（3） 從夾具的功能要求出發(fā)，通過(guò)基于編碼技術(shù)的方法來(lái)表示夾具實(shí)例，并研究夾具實(shí)例庫的檢索機制，基于最近鄰索引法，提高了夾具實(shí)例的檢索與重用的效率以及準確性。

　　6.3 不足與展望

　　本文雖基于規則的推理方法，對汽輪機葉片工裝夾具的設計方法進(jìn)行了細致的研究，但是由于作者理論基礎不夠扎實(shí)，時(shí)間有限而且無(wú)法接觸到企業(yè)的核心設計數據，缺少完整的汽輪機葉片及其工裝夾具的相關(guān)知識信息，與預期的功能目標還有一定的距離，存在的不足之處待后期進(jìn)一步完善：

　　（1） 基于規則的汽輪機葉片工裝夾具設計技術(shù)目前仍然只能在本地進(jìn)行應用，有待實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化，將汽輪機葉片工裝夾具設計的知識庫存放到服務(wù)器上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )共享，使得夾具的設計更加方便。 （2） 數據庫的信息不夠完整，不能設計出所有類(lèi)型的夾具，還需再豐富數據庫。

　　致 謝

　　浮光似箭，日月如梭，三年轉瞬即逝，承蒙師友親人不棄，論文初成，感慨萬(wàn)分。

　　首先感謝我的導師呂彥明教授，在撰寫(xiě)論文的過(guò)程中給予了我很大的幫助。在這三年的學(xué)習生涯中，呂老師在方方面面都給予我無(wú)微不至的照顧，使我倍受感動(dòng)。呂老師為人師表，以身作則，對我的諄諄教誨使我受用終生。值此論文完成之際，特向我的導師呂彥明教授表示最崇高的敬意和最衷心的感謝！

　　課題得到了無(wú)錫透平葉片有限公司的大力支持，特別要感謝匡逸強等工程師的熱情幫助，使課題得以順利進(jìn)行。

　　課題研究期間袁飛、王康、劉東帥、楊華、趙鵬、侯曉澄、顧晨龍、王溢鴻、方文湛、白少昀、成同慶、潘宇、鄧世祥、郭開(kāi)心、趙耀、張銀、錢(qián)云杰、劉昊程和黃強等同門(mén)師兄弟給予了熱情幫助，在此表示由衷地感謝！同時(shí)，感謝室友對我三年研究生生涯方方面面的照顧。

　　感謝我已經(jīng)脫單和致力于脫單的摯友，增加了我的學(xué)習時(shí)間。也感謝知網(wǎng)，精準的查重使我逐字修改文章，才能提高文章的質(zhì)量。

　　最后，更要感謝父母對我的辛勤養育和默默支持，才使得我的研究生生涯得以順利完成。現將我在研究生以來(lái)取得的所有成績(jì)獻給所有曾經(jīng)、現在和將來(lái)給我幫助和關(guān)心的親人和朋友們。

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