【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 分粒度度量值λ∈[01]，Rλ=[γ(λ)ij]為模糊矩陣R的λ截矩陣，其中，對(duì)λ取不同的數(shù)值，得到相似度矩陣R的λ截矩陣Rλ，在Rλ的主對(duì)角線上填入單元，在主對(duì)角線下方，以“*”代替1，以空格代替0。再由“*”所在位置向上引縱線，向右引橫線，凡能相互聯(lián)系的點(diǎn)均屬于同一類，可劃分在同一個(gè)概念模塊內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了不同λ值下的動(dòng)態(tài)模塊聚類。(3)模塊劃分的定量分析1)基于遺傳算法的模塊聚類遺傳算法(Genetic Algorithm, GA)是模擬自然界生物進(jìn)化機(jī)制的一種算法，近年來(lái)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。應(yīng)用遺傳算法進(jìn)行模塊聚類的步驟如下：；給出一個(gè)有N個(gè)染色體的初始群體pop(1)， t：=1；(t)中的每一個(gè)染色體popi(t)計(jì)算它的適應(yīng)函數(shù)fi=fitness(popi(t))；，則算法停止；否則，計(jì)算概率并以概率分布pi從pop(t)中隨機(jī)選一些染色體構(gòu)成一個(gè)種群New pop(t+1)={popj(t)|j=1，2，…，N}；，交配概率為pc，得到一個(gè)有N個(gè)染色體的crosspop(t+1)；，使得一個(gè)染色體的一個(gè)基因發(fā)生變異，形成mutpop(t+1)； t=t+1，一個(gè)新的群體pop(t)=mutpop(t)；返回Step2。遺傳算法同其他聚類方法有較好的兼容性，如可以用其他聚類方法求得初始解。遺傳算法同其他聚類方法有較好的兼容性，如可以用其他聚類方法求得初始解。2)基于模擬退火算法的模塊聚類模擬退火算法是上個(gè)世紀(jì)80年代提出的一種適合于解決大規(guī)模組合優(yōu)化問(wèn)題的方法。在固體退火過(guò)程中，Metropolis于1953年提出了下列準(zhǔn)則來(lái)模擬固體在恒定溫度上的熱平衡。給定固體的初始狀態(tài)i，其狀態(tài)的能量為Ei；然后用攝動(dòng)裝置使粒子的位移隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)微小變化，并得到新?tīng)顟B(tài)j，對(duì)應(yīng)的能量為Ej，固體是否接受新?tīng)顟B(tài)需要根據(jù)該準(zhǔn)則： 一些學(xué)者將該準(zhǔn)則應(yīng)用于模塊劃分過(guò)程中，將模塊劃分的最優(yōu)解類比于固體退火的能量最低的狀態(tài)，給定模塊的初始劃分，應(yīng)用Metropolis算法進(jìn)行模塊劃分過(guò)程的迭代，最后得到最優(yōu)的模塊劃分方案。模塊劃分方法包括定性和定量這兩種劃分方法，目前大多采用定性劃分方法。定性法相比定量法復(fù)雜度低，比較直觀、簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)，但是劃分結(jié)果表現(xiàn)不穩(wěn)定，結(jié)果的好壞依賴于實(shí)際問(wèn)題、經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)師的技術(shù)，設(shè)計(jì)師的主觀性對(duì)劃分結(jié)果影響很大；定量法以某種算法來(lái)尋找最優(yōu)模塊劃分方案，以遺傳算法與模擬退火算法為典型代表，這兩種方法為模塊劃分的優(yōu)化問(wèn)題提供了一條高效的數(shù)學(xué)計(jì)算途徑，但是算法的復(fù)雜程度隨著產(chǎn)品復(fù)雜度的增加而呈指數(shù)增長(zhǎng)，因此研究復(fù)雜產(chǎn)品的模塊劃分方法至關(guān)重要。 本文對(duì)數(shù)控機(jī)床采取的劃分方法本文從面向設(shè)計(jì)的角度來(lái)進(jìn)行數(shù)控機(jī)床模塊的劃分。首先對(duì)數(shù)控機(jī)床的功能進(jìn)行分解，將數(shù)控機(jī)床的總的功能分解為不同的功能元，根據(jù)不同功能元之間的相關(guān)性定性的進(jìn)行模塊聚類，其次按照結(jié)構(gòu)將已經(jīng)聚類的功能模塊對(duì)應(yīng)的零部件分解出來(lái)，再根據(jù)各個(gè)零部件之間在制造和裝配上的相關(guān)性進(jìn)行分析，最終將兩次分析的結(jié)果綜合起來(lái)，得到更為細(xì)小的具有不同用途或性能的模塊。本文將數(shù)控機(jī)床分為10個(gè)模塊，具體劃分如下：傳動(dòng)模塊：絲杠，聯(lián)軸器，伺服電機(jī)，電機(jī)架，軸承端蓋，軸承架支撐連接模塊：導(dǎo)軌，滑塊工作臺(tái)模塊：工作臺(tái)底盤，工作臺(tái)托盤主軸箱模塊：主軸箱體，主軸刀庫(kù)模塊：刀庫(kù)，抓刀機(jī)械手防護(hù)模塊：絲杠防護(hù)罩，整機(jī)防護(hù)罩輔助模塊：氣動(dòng)液壓裝置，排屑裝置，冷卻裝置，潤(rùn)滑裝置，電氣控制裝置床身模塊：床身立柱模塊：立柱滑板模塊：滑板第三章 數(shù)控機(jī)床模塊幾何建模技術(shù)研究 數(shù)控機(jī)床元件幾何建模常用方法對(duì)于幾何特征的自動(dòng)建模，三維CAD軟件一般都為用戶提供了下述三種開(kāi)發(fā)方法：系列零件設(shè)計(jì)表技術(shù) 系列零件設(shè)計(jì)表，在一些系統(tǒng)中又被稱為簇表。它為一個(gè)系列的零件提供關(guān)鍵的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)。這種技術(shù)一般是由三維CAD軟件本身提供的。對(duì)于一個(gè)模板文件，如果要生成系列零件設(shè)計(jì)表，則必須在模板中定義想要生成配置的名稱，指定要控制的參數(shù)，并為每個(gè)參數(shù)分配數(shù)值。以下是生成系列零件設(shè)計(jì)表的兩種方法：1）作為一個(gè)獨(dú)立的操作，在 Excel 中生成系列零件設(shè)計(jì)表工作表。保存此工作表，然后將其插入模型文件以生成配置；2）在模型中插入一個(gè)新的、空白的系列零件設(shè)計(jì)表，然后直接在工作表中輸入系列零件設(shè)計(jì)表資料。當(dāng)完成輸入系列零件設(shè)計(jì)表資料后，模型中會(huì)自動(dòng)生成新的配置。在SolidWorks 。宏技術(shù) 所謂宏技術(shù)建模就是從內(nèi)部編程角度操作三維軟件提供的API對(duì)象，然后利用語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模。比如六角頭螺栓的模型，首先，建立一個(gè)六角頭螺栓的CAD模型，錄制其繪制過(guò)程，建立一宏文件（即內(nèi)部編程）。然后用變量代替宏文件中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如螺紋規(guī)格、螺紋長(zhǎng)度、六角頭厚度、圓角半徑等等，而這些變量的數(shù)據(jù)來(lái)源即為螺栓數(shù)據(jù)庫(kù)中的某種螺栓類型數(shù)據(jù)表。這樣就可以利用語(yǔ)言編程方便地來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化造型。這種方法的缺點(diǎn)是使零件模型與語(yǔ)言程序混在一起，不能實(shí)現(xiàn)用戶自己添加元件，建庫(kù)柔性差，元件庫(kù)的維護(hù)人員要求較高。 SolidWorks中系列零件設(shè)計(jì)表尺寸驅(qū)動(dòng)原理 尺寸驅(qū)動(dòng)原理從外部編程角度操作三維CAD軟件提供的API對(duì)象，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模。尺寸驅(qū)動(dòng)原理最初是由美國(guó)麻省理工大學(xué)D .C. Gossand教授在20世紀(jì)70年代末提出的，已經(jīng)成為一項(xiàng)熱門的研究課題。所謂尺寸驅(qū)動(dòng)思想通俗的講指所繪制的圖，經(jīng)過(guò)標(biāo)注尺寸后，允許任意修改尺寸值，繪圖系統(tǒng)自動(dòng)保持圖形與最新尺寸保持一致的圖形編輯方法。其中，操作對(duì)象是尺寸值，而操作結(jié)果是圖形的變換，這種方法顯然是與傳統(tǒng)的繪圖過(guò)程截然不同的全新思路。而尺寸驅(qū)動(dòng)的過(guò)程是在零件幾何特征不變的約束下，把零件的尺寸參數(shù)作為變量，給定尺寸驅(qū)動(dòng)的值，即可生成相應(yīng)參數(shù)的零件的過(guò)程。目前SolidWorks支持尺寸驅(qū)動(dòng)的思想，在繪制圖形的時(shí)候只要修改相應(yīng)的繪圖尺寸，就可以修改圖形。這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了零件模型與語(yǔ)言程序的有效分離，使它們之間的耦合性變小。 數(shù)控機(jī)床模塊幾何建模的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)控機(jī)床模塊的物理組成可以是單一零件也可以是多個(gè)零件的組合。不同的模塊結(jié)構(gòu)，建模方式是不一樣的。下面將分別介紹數(shù)控機(jī)床中零件模塊（即單一零件構(gòu)成模塊）和組件模塊（由多個(gè)零件組合而成模塊）的幾何建模技術(shù)。 數(shù)控機(jī)床零件模塊的自動(dòng)幾何建模原理數(shù)控機(jī)床零件模塊自動(dòng)幾何建模主要基于三維造型中的尺寸驅(qū)動(dòng)原理。每一類零件模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)模塊模板，在模板中定義尺寸變量和變量之間的尺寸約束關(guān)系。需要修改時(shí)只要改變相應(yīng)的尺寸變量就可以修改圖形形狀。目前SolidWorks支持尺寸驅(qū)動(dòng)的思想，在繪制圖形的時(shí)候只要修改相應(yīng)的繪圖尺寸，就可以修改圖形。規(guī)格L@草圖W@草圖H@基本拉伸…提取參數(shù)名稱X1101020…X2203050…X3304050…....…參數(shù)驅(qū)動(dòng)視圖尺寸驅(qū)動(dòng) 參數(shù)化零件零件模板 尺寸驅(qū)動(dòng)原理圖所謂模板是具有屬性的，參數(shù)化的，大小可變的三維幾何實(shí)體。這種幾何實(shí)體在有些相關(guān)研究中被稱之為“啞圖”或者“母板” 。數(shù)控機(jī)床模板即為帶有屬性的，參數(shù)化的數(shù)控機(jī)床圖形。它可以根據(jù)設(shè)定的參數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)的自動(dòng)幾何建模。模板的參數(shù)分為主參數(shù)和輔助參數(shù)。主參數(shù)是指決定組件幾何形狀的關(guān)鍵幾何參數(shù)；輔助參數(shù)是指由主參數(shù)通過(guò)一定的方程式?jīng)Q定的其他幾何參數(shù)。輔助參數(shù)的值可由主參數(shù)的值決定。一般三維CAD軟件都提供了對(duì)輔助參數(shù)設(shè)定方程式的功能，在建立數(shù)控機(jī)床模板時(shí)，可以充分利用這一功能，這樣可以使得建立的模板參數(shù)數(shù)據(jù)冗余最少，可大大減少系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)負(fù)擔(dān)，同時(shí)也可提高圖形文件尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)的速度。零件模塊模板參數(shù)化建模的關(guān)鍵技術(shù)是尺寸變量名的提取和尺寸變量的導(dǎo)入建模。下面分別介紹兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。如何從數(shù)控機(jī)床模板中提取尺寸參數(shù)名稱是數(shù)控機(jī)床模塊參數(shù)化建模的關(guān)鍵技術(shù)之一。只有在獲取有意義的參數(shù)名稱的基礎(chǔ)上，才能基于尺寸驅(qū)動(dòng)原理自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)化建模。下面是作者在SolidWorks平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的數(shù)控機(jī)床模塊尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)名稱提取的核心代碼：Dim message As String Dim swDim As Object Dim swPart As Object Dim swFeat As Object Dim swDispDim As Object Dim FeatStatus As Boolean Dim Number As Integer Set swApp = CreateObject() Set swPart = If swPart Is Nothing Then MsgBox 未打開(kāi)任何零件文檔！ Exit Sub End If Set swFeat = FeatStatus = False Number = 0 While Not swFeat Is Nothing message = If message 原點(diǎn) Then If FeatStatus = True Then If Left(message, 2) 草圖 Then Set swDispDim = While (Not swDispDim Is Nothing) Set swDim = If = swDimensionParamTypeDoubleLinear Then Str(Number) + ** + + = + Str() + mm Str(Number) + ** + + = + Str() + deg End If Number = Number + 1 Set swDispDim = (swDispDim) Wend Else FeatStatus = True End If Set swFeat = WendEnd Sub一般尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)全名如“H@草圖1”所示。“H”代表參數(shù)名稱，“草圖1”代表參數(shù)名稱所屬的幾何特征名稱。其中參數(shù)名稱是由數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)人員根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中的相應(yīng)參數(shù)名稱設(shè)定的。如果模板制作人員在模板中不設(shè)定尺寸參數(shù)名稱，三維CAD系統(tǒng)則會(huì)為標(biāo)注的模塊參數(shù)尺寸自動(dòng)提供一個(gè)名稱，而通過(guò)這個(gè)名稱，使用者根本不能讀出任何含義。因此為了方便輸入數(shù)據(jù)并使數(shù)據(jù)的含義與數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中的一致，模板制作時(shí)應(yīng)該設(shè)定尺寸參數(shù)名稱。幾何特征名稱則是由系統(tǒng)生成的，不可以由用戶任意修改。 尺寸的參數(shù)驅(qū)動(dòng)就是指零件模塊模板中的主參數(shù)按照用戶自己輸入的值或者根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的值生成新的圖形文件的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程可通過(guò)應(yīng)用程序調(diào)用SolidWorks API來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以充分利用SoliWorks原有的參數(shù)化建模功能，具體實(shí)現(xiàn)的核心代碼如下。Private Sub Command3_Click(Index As Integer)Dim swApp As ObjectDim swPart As ObjectSet swApp = CreateObject()Set swPart = If Then(D1@草圖3).SystemValue = CDbl() / 1000End IfIf Then(D1@草圖2).SystemValue = CDbl() / 1000End IfIf Then(D1@草圖4).SystemValue = CDbl() / 1000End IfIf Then(D1@拉伸3).SystemValue = CDbl() / 1000End IfIf Then(D1@拉伸2).SystemValue = CDbl() / 1000End IfIf Then(D1@拉伸4).SystemValue = CDbl() / 1000End IfEnd Sub 數(shù)控機(jī)床組件模塊的自動(dòng)幾何建模原理數(shù)控機(jī)床組件模塊是由一定尺寸約束關(guān)系的多個(gè)零件組裝而成的，具有一定功能的模塊。組件模塊幾何建模建立在零件建?；A(chǔ)上的，主要利用零件的自動(dòng)建模原理和零件之間的相互尺寸參數(shù)約束方程，來(lái)完成組件模塊的自動(dòng)幾何建模。當(dāng)給定一個(gè)組件模塊幾何模型時(shí)，必須定義它的約束方程。否則，就會(huì)造成組件模塊中零件之間驅(qū)動(dòng)的尺寸參數(shù)沒(méi)有規(guī)則約束，組件模塊內(nèi)零件的類型參數(shù)匹配就會(huì)變得龐大，而且很多參數(shù)類型根本不能生成合理的圖形。相反，約束方程定義越準(zhǔn)確越完備，組件模塊中參數(shù)匹配結(jié)果也就越準(zhǔn)確。然后，通過(guò)提取定義的完備約束方程式和分析方程式，從零件尺寸數(shù)據(jù)庫(kù)中就可以自動(dòng)查找符合約束方程的尺寸參數(shù)規(guī)格形成組件模塊驅(qū)動(dòng)參數(shù)視圖。用VB調(diào)用SolidWorks API來(lái)讀取各個(gè)零件和它們對(duì)應(yīng)的尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)，并利用上節(jié)講到的零件模塊參數(shù)化的方法，實(shí)現(xiàn)了組件模塊的自動(dòng)幾何建模。由上述分析可以看出，實(shí)現(xiàn)組件模塊參數(shù)化的關(guān)鍵有兩個(gè)：一個(gè)是組件模塊模板的建立，二是組件模塊中各個(gè)零件之間的約束方程式的定義。零件模塊模板是組件模塊模板建立的基礎(chǔ)。最簡(jiǎn)單的組件模塊模板建立方式就是充分利用零件模塊模板。組件中各個(gè)零件之間要設(shè)定尺寸約束方程式。這些尺寸約束方程式表達(dá)了各零件之間的相互約束關(guān)系，是組件參數(shù)化的基礎(chǔ)。各零件之間的尺寸約束方程式可利用SolidWorks中工具菜單下的方程式子菜單設(shè)置完成。 數(shù)控機(jī)床組件模塊模板圖第四章