[科普中国]-多态模型

简介

多态模型是基于钣金零件的制造特点而提出的适应数字化发展趋势的理论体系，旨在解决钣金数字化制造过程中零件制造模型的组织与表达难题，进而从根本上实现模拟量传递向数字量传递的转变。多态模型的基本理念是将零件的制造过程离散为面向不同应用领域的多个必要的、可以精确定义的“状态”，在状态下组织数据和定义几何模型，用于支持和管理饭金零件的制造过程及数据。

设计态是在零件设计信息的基础上补充定义形成的零件状态。一般通过读取零件设计信息和交互输入的方式定义，除CAD模型外状态信息采用自定义的表示方法。制造态是工艺过程各加工工序形成的工序件的信息。对不同类型的飞机饭金零件，根据零件的结构特点及成形工艺方法可以划分不同的制造状态。

多态模型为钣金零件制造过程提供统一、完备、准确的零件信息，直接传递到成形性评估、工艺指令设计、工装设计、工艺参数设计等各个制造环节，在问题求解中可以引用模型中的状态信息直接通过几何运算以及知识重用进行决策，实现钣金制造的数字化和智能化。多态模型研究在不断完善制造模型结构与内容的同时，正逐步向制造模型管理的方向发展。1

多态模型理论体系构成当前，多态模型理论体系主要包括多态模型内容构成和应用模式两方面。

内容构成如图所示，多态模型内容构成采用基于状态、特征、要素和数据四个层次简称为层次的框架表达。多态模型从上到下共划分为四个层次状态层、特征层、要素层和数据层。从不同的层次上看，多态模型是不同组元的集合。多态模型由多个状态构成，各个状态以不同特征值相区别，状态又由低层次的特征所组成，特征又由多个要素组成，要素又由描述其属性的数据组成。零件几何信息表现为零件结构特征，由结构要素构成，结构要素是具有特定功能的饭金零件结构，如弯边、加强窝等。

应用模式钣金数字化制造的工程设计过程包括工艺设计、工装设计和状态本身的设计。多态模型本身的设计与工艺设计、工装设计并不是截然分开的过程，存在着相互协同的内容。多态模型的设计状态是其制造状态方案设计、制造指令设计的依据;各制造状态模型服务于工序设计、工装设计等应用。基于多态模型的饭金数字化制造问题求解过程如图所示。

求解过程依次为：(1)定义多态模型的设计状态信息，基于设计状态信息进行工艺设计决策；(2)设计多态模型的制造状态:基于设计状态进行制造状态方案设计、状态的几何模型定义以及工艺性评估；(3)设计工装：基于制造状态信息设计样板、成形模具等工艺装备的模型以及进行成形模拟优化；(4)设计工序:基于制造状态信息，设计工艺参数、优化工艺过程、数控编程等。

钣金零件多态模型求解方法定义精确、合理的钣金零件多态模型，包含三个方面内容：状态模型个数的确定、状态模型几何信息内容的定义和状态模型的有效性检验。状态模型个数的确定，即状态划分，指根据零件设计模型，以制造工艺和制造约束为依据，面向工艺和工装设计需求确定制造状态个数及功能，形成状态划分方案，建立多态模型信息组织框架。状态模型几何信息内容定义，指以状态划分方案为指导，以零件设计模型为基础数据，建立状态模型定义流程和典型状态的几何信息定义算法，并应用于钣金零件多态模型定义，形成各状态模型的几何信息内容。状态模型的有效性检验，指检查己完成的状态CAD模型的有效性，如是否符合成形工艺的要求、能否精确和完整的表达零件制造过程等，是以多态模型为制造数据源、实现零件数字化制造的前提。

状态划分、状态模型定义和状态模型检验相互联系和影响。状态划分是状态模型定义的指导，状态模型定义是状态划分方案的数据体现，状态模型检验是状态模型有效性的保证，为状态划分和状态模型定义的完善提供反馈信息，三项内容共同构成了由粗到精、不断迭代优化的状态模型求解体系。2