基于形体特征层次分析的概念设计原型评价与演化方法

为对概念设计原型进行定量评价,实现具有形位公差需求的机械零件成形时间与制造质量之间的均衡,提出一种基于形体特征层次分析(Shape Feature Hierarchical Analysis,SFHA)的概念设计原型评价与演化方法。针对概念设计形体的孔和轴的形态特性,采用最大内切圆柱和最小外接圆柱构建特征模型,计算由分层策略所导致偏移的实际轴线位置,推算圆柱度误差大小。进行基于形位公差的自适应分层,在保证圆柱度等公差满足设计需求的情况下尽可能减少所需层数。通过改进粒子群算法进行非凸优化求解,遴选出最优的分层序列。计算特征层次化模型向正平面V(XOZ)和侧平面W(YOZ)的平行正投影面积及绝对梯度变化,实现基于SFHA的概念设计原型特征定量化描述与动态演化。以典型支座零件为例进行验证,采用熔融沉积成形设备进行物理试验,基于高精度结构光三维扫描仪获取原型零件的圆柱度误差,相较于均匀分层方法,所提出的SFHA方法制造时间可减少26.97%。