基于DE的仿生抓夾式夾具創(chuàng)新設計設計說明書樣本

天津職業(yè)技術師范大學TianjinUniversityofTechnologyandEducation畢業(yè)設計專業(yè)：機械制造工藝教誨班級學號：學生姓名：指引教師：副專家二〇一二年六月天津職業(yè)技術師范大學本科生畢業(yè)設計基于DE仿生抓夾式夾具創(chuàng)新設計InnovativedesignofBionicCatchCliptypeFixtureBasedonDE專業(yè)班級：機制0711班學生姓名：鄭~~指引教師：副專家學院：機械工程學院6月摘要為了明確仿生抓夾式夾具技術當前和將來發(fā)展研究思路，拓寬其研究領域，跳出仿生抓夾式夾具固有技術范疇，從更高理論層面對其進行分析，為其將來發(fā)展領域謀求具備理論支持技術方向。本文將TRIZ直接進化理論引入到仿生抓夾式夾具中來，依照它進化模式和多條進化路線來對仿生抓夾式夾具技術進行分析，發(fā)現其進化潛能。這里重要通過對反饋可控性、減少人為干預、動態(tài)化三條路線進行分析，對仿生抓夾式夾具技術將來也許發(fā)展方向做出精確判斷和預測。通過對仿生抓夾式夾具預測，對其做出創(chuàng)新設計。運用TRIZ理論中沖突及創(chuàng)造創(chuàng)新原理，對問題進行分析，得出技術沖突，即適應性及多用性與系統(tǒng)復雜性沖突。依照沖突矩陣表，查出創(chuàng)造創(chuàng)新原理，運用其中動態(tài)性和機械系統(tǒng)代替原理，設計出伸縮抓夾夾具和吸附式夾具。核心詞：直接進化理論；仿生抓夾式夾具；進化模式；創(chuàng)新設計ABSTRACTForpresentandfuturedevelopmentofthefixtures’technologyclearthinking,brodentheresearchfield，jumpedoutoftheinherentfixturetechnologycategory，fromthetheoreticalleveltoanalyzeit，forthefuturedevelopmentfieldoffixturelookingforthetechnologytrendsoftheorysupport.thepaperquotedDirectedevolutiontheoryofTRIZtotheBionicCatchCliptypeFixture.AccordingtoitsPatternsoftechnologicalevolutionandmultipleevolutionarylinestoanalyzebioniccatchcliptypefixturetechnologies，andfinditsevolutionarypotential.Theremainlythroughfeedbackcontrol，reducinghumanintervention，dynamicrouteforanalysis，onthedevelopmentdirectionofthepossiblefuturehasmadeaccuratejudgmentandtheforecast.Throughforecastaboutthebioniccatchcliptypefixture，tomakeitsinnovativedesign.Usingthetheoryofconflictandinventiveprinciplestoanalyzetheproblem，weconcludethattechnologyconflicts，theconflict，namelyisadaptabilityandthecomplexityofthesystem.accordingtotheconflictmatrixtable，findouttheprincipleinventionandinnovation，then，usingthedynamicandmechanicalsystemsubstitutionprinciple，designthetelescopiccatchclipfixtureandadsorptivefixture.KeyWords：Directedevolution；BionicCatchCliptypeFixture；Patternsoftechnologicalevolution；innovativedesign 目錄1緒論 11.1設計背景及意義 11.2仿生設計 11.2.1仿生設計內容 11.2.2仿生設計原則 21.3創(chuàng)新設計 32TRIZ理論 42.1TRIZ創(chuàng)造問題解決理論 42.2TRIZ三大進化理論 42.2直接進化理論 62.2.1進化模式 62.2.2進化路線 72.2.3進化潛能 93基于DE仿生抓夾式夾具創(chuàng)新設計 103.1夾具 103.1.1夾具分類 103.1.2夾具作用 113.1.3夾具構成 113.1.4夾具現狀及發(fā)展方向 123.2柔性夾具 133.2.1柔性夾具分類 143.2.2仿生抓夾式夾具 143.3仿生抓夾式夾具進化預測 153.3.1進化路線分析 153.3.2預測結論 193.4仿生抓夾式夾具創(chuàng)新設計 19結論 22參照文獻 23附錄1技術沖突和創(chuàng)造原理表 25附錄2英文資料及翻譯 27致謝 431緒論1.1設計背景及意義機械制造機械加工、焊接、熱解決、檢查、裝配等工藝過程中，為了安裝加工工件，使之占有對的位置，以保證零件和產品質量，并提高生產效率，所采用工藝裝備稱為夾具。夾具最早出當前18世紀后期。隨著科學技術不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全工藝裝備。夾具按用途分類，可分為機床夾具、裝配夾具和檢查夾具等；按通用化限度分類，可分為通用夾具、專用夾具、成組夾具、組合夾具、隨行夾具。而仿生抓夾式夾具屬于其中機床夾具和通用夾具。在批量生產中，公司都習慣于采用老式專用夾具，普通在具備中檔生產能力工廠里，約有數千甚至近萬套專用夾具；在多品種生產公司中，每隔3~4年就要更新50%~80%專用夾具，而夾具實際磨損量僅為10%~20%，這些夾具往往留下來又很難得到重復使用，拋棄她們又實在可惜，因而導致很大揮霍。這些都是始終困擾公司現實問題。近年來，數控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統(tǒng)等新加工技術應用，對機床夾具提出了如下新規(guī)定：能迅速而以便地裝備新產品投產，以縮短生產準備周期，減少生產成本；能裝夾一組具備相似性特性工件；能使用于精密加工高精度機床夾具；能合用于各種當代化制造技術新型機床夾具；采用以液壓站等為動力源高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產率；提高機床夾具原則化限度。顯然，如何設計制造出更先進夾具是工業(yè)進步一大核心，因而研究仿生抓夾式夾具進化歷程和夾具技術將來發(fā)展方向有著重要意義。1.2仿生設計仿生設計是工業(yè)設計中有著深厚歷史積淀與豐富實踐經驗，同步又是最新鮮、最具活力設計創(chuàng)新辦法，是設計回歸自然、追求人性化詳細、可行辦法，正逐漸成為設計發(fā)展過程中新亮點。1.2.1仿生設計內容由于仿生設計研究領域非常廣泛，因此仿生設計內容可以從不同角度產生不同層次和方向?；谏锾匦哉J知與產品構成要素有關性，可以將仿生設計重要內容歸納為：仿生物體形態(tài)設計；仿生物表面肌理與質感設計；仿生物構造設計；仿生物功能設計；仿生物色彩設計；仿生物形式美感設計；仿生物意象設計等。（1）仿生物體形態(tài)設計是在對自然生物體。涉及動物、植物、微生物、人類等所具備典型外部形態(tài)認知基本上，謀求對產品形態(tài)突破與創(chuàng)新。仿生物形態(tài)設計是仿生設計重要內容，強調對生物外部形態(tài)美感特性與人類審美需求體現。（2）仿生物表面肌理與質感設計自然生物體表面機理與質感，不但僅是一種觸覺或視覺表象，更代表某種內在功能需要，具備深層次生命意義，通過對生物表面肌理與質感設計創(chuàng)造，增強仿生設計產品形態(tài)功能意義和體現力。（3）仿生物構造設計生物構造是自然選取與進化重要內容，是決定生命形式與種類因素，具備鮮明生命特性與意義。構造仿生設計通過對自然生物由內而外構造特性認知，結合不同產品概念與設計目進行設計創(chuàng)新，使人工產品具備自然生命意義與美感特性。（4）仿生物功能設計功能仿生設計重要研究自然生物客觀功能原理與特性，從中得到啟示以增進產品功能改進或新產品功能開發(fā)。（5）仿生物色彩設計自然生物色彩一方面是生命存在特性與需要，對設計來說更是自然美感重要內容，其豐富、紛繁色彩關系與個性特性，對產品色彩設計具備重要意義。（6）仿生物形式美感設計從人類審美規(guī)定出發(fā)，發(fā)現和歸納自然生物所蘊含美感規(guī)律，更好進行產品美感與意義整合設計。（7）仿生物意象設計生物意象是在人類結識自然經驗與情感積累過程中產生，仿生物意象設計對產品語義和文化特性體現具備重要作用。1.2.2仿生設計原則作為工業(yè)設計一種創(chuàng)新思維與辦法，仿生設計一方面應當遵循工業(yè)設計一下原則。①藝術性與科學性相結合：尊重客觀審美規(guī)律同步，應用先進科學技術進行設計產品化與商品化。②功能性：產品合理、有效基本功能和以便、安全、宜人等多層次功能綜合體現。③經濟性：滿足標注化、批量生產產品設計，同步延長使用壽命、以便運送、維修及回收。④創(chuàng)造性：在概念、思維、辦法、體現、使用等方面獨創(chuàng)性。⑤需求性：對不同步間、地點、環(huán)境、年齡、人群等多元化需求差別性設計，滿足并創(chuàng)造需求。⑥系統(tǒng)性：是對產品系統(tǒng)結識、把握與創(chuàng)造。⑦資源性：通過設計追求自然資源、設計資源無限可逆性循環(huán)運用。對仿生設計來說更加強調如下幾種方面：①設計合理性與合目性：對自然生物有關概念分析、概括與設計應用合理。②設計創(chuàng)造與再造：對自然生物模仿及更高層次設計應用可持續(xù)性、可逆性創(chuàng)造。③設計多義性：理解自然生物故意義形式，賦予產品更多樣化美感和含義。1.3創(chuàng)新設計創(chuàng)新設計是指充分發(fā)揮設計者創(chuàng)造力，運用人類已有有關科技成果進行創(chuàng)新構思，設計出具備科學性、創(chuàng)造性、新穎性及實用性一種實踐活動。創(chuàng)新設計是創(chuàng)新理念與設計實踐結合。發(fā)揮創(chuàng)造性思維，將科學、技術、文化、藝術、社會、經濟融匯在設計之中，設計出具備新穎性、創(chuàng)造性和實用性新產品。創(chuàng)新設計可以從如下幾種側重點出發(fā)：1、從顧客需求出發(fā)，以人為本，滿足顧客需求。2、從挖掘產品功能出發(fā)，賦予老產品以新功能、新用途。3、從成本設計理念出發(fā)，采用新材料、新辦法、新技術，減少產品成本、提高產品質量、提高產品競爭力。創(chuàng)新是設計本質規(guī)定，也是時代規(guī)定。作為“為傳達而設計”視覺傳達設計，如何對的充分地傳達信息是每一種設計者始終要面臨中心問題。但是，在當今社會，僅僅把傳達信息核心詞定位于對的和充分顯然是不夠。必要要把視覺傳達設計創(chuàng)新注重起來，從設計理念、視覺語言和技術體現方式創(chuàng)新入手，對的充分地傳達信息。2TRIZ理論TRIZ是一種創(chuàng)造問題解決理論，由前蘇聯學者根里奇·阿奇舒勒創(chuàng)立于1946年。TRIZ理論成功地揭示了創(chuàng)造創(chuàng)造內在規(guī)律和原理，著力于澄清和強調系統(tǒng)中存在矛盾，其目的是完全解決矛盾，獲得最后抱負解。實踐證明，運用TRIZ理論，可大大加快人們創(chuàng)造創(chuàng)造進程并且能得到高質量創(chuàng)新產品。2.1TRIZ創(chuàng)造問題解決理論在運用TRIZ解決問題過程中，設計者一方面將待設計產品表達到為TRIZ問題，然后運用TRIZ中工具，如創(chuàng)造原理、技術進化理論等，求出該TRIZ問題普通解，最后設計者再把該解轉化為特定解。技術沖突是指一種作用同步導致有用及有害兩種成果。技術沖突場體現為一種系統(tǒng)中兩個子系統(tǒng)之間沖突。通過對250萬件專利研究詳細研究，TRIZ理論提出39個通用工程參數（見附錄表一）描述沖突。實際應用中，一方面要把構成沖突雙方內部性能用該39個工程參數中兩個來表達，然后在沖突矩陣中找出解決沖突“創(chuàng)造原理”。TRIZ中創(chuàng)造原理是由專門研究人員對不同領域已有創(chuàng)新成果進行分析、總結，得到具備普遍意義經驗，這些經驗對指引不同領域產品創(chuàng)新均有重要參照價值。在對全世界專利進行分析，阿奇舒勒提出了40條創(chuàng)造原理（見附錄表二）。實驗證明這些原理對于指引設計人員創(chuàng)造創(chuàng)造具備重要作用圖2-1所示就是應用沖突解決問題流程。詳細化詳細化應用40條原理應用39個參照將問題普通化普通問題特定問題特定解普通解圖2-1應用沖突解決問題流程2.2TRIZ三大進化理論TRIZ理論包括著許多系統(tǒng)、科學而又富有可操作創(chuàng)造性思維辦法和創(chuàng)造問題分析辦法，而TRIZ技術進化理論是其中一某些，其以為技術系統(tǒng)進化存在著客觀規(guī)律而不同領域技術進化規(guī)律是可以互相移植。隨著TRIZ進化理論發(fā)展，不同研究者提出了不同進化模式體系。有技術進化理論（EvolutionofTechnique，ET）、技術進化引導理論（GuidedTechnologyEvolution，GTE）、直接進化理論（DirectedEvolution，DE）：1）技術進化理論ET理論側重于TRIZ技術進化理論原理詮釋，它著重于研究了技術進化動力和理論基本。該理論以為，技術系統(tǒng)進化重要動力來自于人們對技術系統(tǒng)重要功能逐漸提高規(guī)定。ET理論為技術系統(tǒng)進化方向及進化時間點等選取問題提供了可行性思路，但由于這些假設自身是邏輯推測而非嚴格數理證明成果，關于這些假設實證研究也尚未開展，因而其可靠性有待進一步檢查。2）技術進化引導理論GTE理論涉及了6條進化模式：①增長抱負度；②子系統(tǒng)不平衡；③向超系統(tǒng)轉換；④增長動態(tài)性；⑤縮短能量轉換途徑；⑥向微觀級轉換。GTE理論是以技術預測理論為中心新興應用性技術進化理論，其出發(fā)點是依照TRIZ理論開發(fā)出一種構造化辦法，對技術系統(tǒng)發(fā)展趨勢進行精確預測。3）直接進化理論DE理論是從如何運用技術預測理論進行戰(zhàn)略決策或提高將來可控性角度，對技術進化理論進行研究，其核心思想是精益求精。DE理論以為，老式預測理論悲觀地以為等待技術進化過程自然發(fā)生，GTE則是機械地預測技術進化過程，而DE理論則強調如何依照特定目的選取適應技術進化模式，以達到提高將來可控性目。因而，與其她技術進化理論相比，DE具備靈活性和目的導向性特點，DE理論使用環(huán)節(jié)及通用流程詳如圖2-2所示。因此咱們選用DE理論對夾具進行進化預測。當前是理解過去核心當前是理解過去核心過去是理解將來核心理解將來是控制進化核心收集歷史數據DE診斷思想綜合決策制定.支撐進化過程圖2-2DE理論使用環(huán)節(jié)及通用流程圖DE理論包括了10條進化路線：①進化階段；②增長抱負化水平；③增長資源包括量；④系統(tǒng)零部件非均衡發(fā)展；⑤增長系統(tǒng)動態(tài)性和可控性；⑥增長系統(tǒng)復雜性再簡化；⑦零件之間匹配與不匹配；⑧向微觀進化；⑨增長場應用；⑩增長自動化，減少人介入。2.2直接進化理論直接進化理論是TRIZ理論一種重要分支，其核心是技術進化過程管理與控制，它重要研究技術在構造上進化趨勢，即技術進化定律或進化模式、技術進化路線和技術進化潛能。2.2.1進化模式技術系統(tǒng)進化模式是指技術系統(tǒng)在發(fā)展過程中所呈現出復雜進化趨勢。隨著TRIZ理論發(fā)展，進化模式種數也不斷變化，進化模式，下面是10種進化模式:進化模式1:進化階段，技術系統(tǒng)生命周期為出生、生長、成熟、退出?？紤]到原有技術系統(tǒng)與新技術系統(tǒng)交替，可描述為六個階段：系統(tǒng)還沒有存在，但浮現重要條件已發(fā)現。高檔別創(chuàng)新已浮現，但發(fā)展很慢。社會結識到新系統(tǒng)價值。初始系統(tǒng)概念資源已用盡。新一代產品開始浮現，并代替原系統(tǒng)。原系統(tǒng)某些應用也許與新系統(tǒng)共同存在。進化模式2:增長抱負化水平。每一種系統(tǒng)完畢功能在產生有用效應同步都會不可避免地產生有害效應。系統(tǒng)改進大體方向就是提高系統(tǒng)抱負化限度，可以通過系統(tǒng)改進來增大系統(tǒng)有用功能和減小系統(tǒng)有害功能。例如第一臺計算機質量為數噸，需占用一大房間，但的確具備計算功能。當前便攜式計算機質量及體積都很小，且具備文字解決、數學計算、通信、繪圖、播放多媒體等功能。進化模式3:增長資源包括量。進化模式4:系統(tǒng)零部件非均衡發(fā)展。不同子系統(tǒng)具備不同生命周期，某些子系統(tǒng)阻礙了系統(tǒng)整體進化。產品進化中常用錯誤是非核心子系統(tǒng)得到設計人員特別關注。如設計人員努力開發(fā)更好地飛機發(fā)動機，但對飛機影響最大是其空氣動力學系統(tǒng)，因而，設計人員努力對提高飛機性能作用不大。 進化模式5:增長系統(tǒng)動態(tài)性和可控性。在系統(tǒng)進化過程中，技術系統(tǒng)總是通過增長動態(tài)性和可控性而不斷地得到進化。也就是說，系統(tǒng)會增長自身靈活性和可變性以適應不斷變化環(huán)境和滿足各種規(guī)定。例如初期汽車是靠發(fā)動機速度控制，后是靠手工操縱齒輪變速器控制速度，日后又是自動變速器。進化模式6:提供增長系統(tǒng)復雜性使問題得到簡化。技術系統(tǒng)總是一方面趨向于構造復雜化（增長系統(tǒng)元件數量，提高系統(tǒng)功能特性），然后逐漸精簡（可以用一種構造稍微簡樸系統(tǒng)實現同樣功能或者實現更好功能）。把一種系統(tǒng)轉換為雙系統(tǒng)或多系統(tǒng)就可以實現這些。例如組合音響將AM/FM收音機、磁帶機、VCD機、揚聲器等集成為一種系統(tǒng)，顧客可依照需要選取自己需要功能。進化模式7:系統(tǒng)元件匹配和不匹配交替浮現。在這種進化模式中，為了改進系統(tǒng)功能并消除負面效應，系統(tǒng)元件可以匹配，也可以不匹配。例如初期轎車采用板簧吸取振動，這種構造式從當時馬車上借用。隨著轎車進化，板簧與轎車其她某些已不匹配，日后研制出轎車專用減振器。進化模式8:由宏觀系統(tǒng)向微觀系統(tǒng)進化。即技術系統(tǒng)及其子系統(tǒng)在進化過程中，向著減小它們尺寸方向進化，進化終點意味著元件不存在，需通過場實現其必要功能。例如烹調用灶具開始采用燒木材或燒煤爐子，此后灶具燒天然氣，日后浮現了微波爐及電磁爐。進化模式9:增長場使用。場應用是微觀級最高檔別，場是無形，產生場作用物可以遠離系統(tǒng)，雖為系統(tǒng)一某些但可以不在系統(tǒng)實體構成需要考慮范疇之內。進化模式10：提高系統(tǒng)自動化限度，減少人介入。目就是但愿系統(tǒng)能代替人類完畢那些單調乏味工作，而讓人類去完畢更多富有創(chuàng)造性腦力工作。例如最出洗衣服用搓板，此后浮現了單杠、雙杠洗衣機，日后又浮現了全自動洗衣機。這十種模式導致產品不同進化路線，每種進化模式均有多條進化路線。2.2.2進化路線每條產品進化路線是從構造進化特點描述產品核心技術所處狀態(tài)序列。進化路線指出了產品構造進化狀態(tài)序列，其實質是產品如何從一種核心技術移動到另一新核心技術，新舊核心技術所完畢基本功能相似，但新技術性能極限提高或成本減少。即產品沿進化路線進化過程是新舊核心技術更替過程?；诋斍爱a品核心技術所處狀態(tài)，按照進化路線，通過設計，可使其移動到新狀態(tài)。核心技術通過產品特定構造實現，產品進化過程實質是產品構造進化剛性系統(tǒng)一種鉸鏈多鉸鏈彈性體液體氣體剛性系統(tǒng)一種鉸鏈多鉸鏈彈性體液體氣體場單鏡頭雙鏡頭多鏡頭彈性鏡頭液體鏡頭氣體鏡頭場控鏡頭本機構當前所處狀態(tài)新狀態(tài)圖2-3“增長動態(tài)性和可控性”中進化路線進化模式1進化模式2進化模式1進化模式2進化模式…進化模式n問題進化路線1-1進化路線…進化路線1-m進化路線n-1進化路線…進化路線n-m狀態(tài)1狀態(tài)3狀態(tài)…狀態(tài)2狀態(tài)p當前狀態(tài)最高狀態(tài)圖2-4搜索具備進化潛力進化路線應用進化模式和進化路線過程為：依照已有產品構造特點選取一種或幾種進化模式，然后從每種模式中選取一種或幾種進化路線，從進化路線中擬定新核心技術也許構造狀態(tài)。2.2.3進化潛能系統(tǒng)進化潛能系統(tǒng)已進化路線系統(tǒng)進化潛能系統(tǒng)已進化路線圖2-5技術系統(tǒng)進化潛能圖由于直接進化進化潛能圖將進化極限定義為TRIZ預測產品能達到最后進化路線，即進化潛能圖是一種封閉多邊形圖，這顯然與技術不斷進步不符。因此，應從發(fā)展觀點研究技術系統(tǒng)進化潛能。3基于DE仿生抓夾式夾具創(chuàng)新設計3.1夾具機械制造機械加工、焊接、熱解決、檢查、裝配等工藝過程中，為了安裝加工工件，使之占有對的位置，以保證零件和產品質量，并提高生產效率，所采用工藝裝備稱為夾具。3.1.1夾具分類機床夾具可以按不同方式進行分類。1）按通用化限度分類①通用夾具通用夾具是指已經原則化，在一定范疇內可用于加工不同工件夾具。例如，車床上三爪卡盤和四爪單動卡盤，銑床上平口鉗、分度頭和回轉工作臺等。此類夾具普通由專業(yè)工廠生產，常作為機床附件提供應顧客。采用此類夾具可以縮短生產準備周期，減少夾具品種，從而減少生產成本。其缺陷是夾具加工精度不高，生產率也較低，且較難裝夾形狀復雜工件，故合用于單件小批量生產。②專用夾具專用夾具是針對某一工件某一工序加工規(guī)定而專門設計和制造設夾具。其特點是針對性極強，沒有通用性。在產品相對穩(wěn)定、批量較大生產中，慣用各種專用夾具，可獲得較高生產率和加工精度。專用夾具設計制造周期較長，隨著當代多品種，中、小批生產發(fā)展，專用夾具在適應性和經濟性等方面已產生諸多問題。③成組夾具合用于一組零件夾具，普通都是同類零件，通過調節(jié)（如更換、增長某些元件）可用來定位，夾緊一組零件。④組合夾具由許多原則件組合而成，可依照零件加工工序需求拼裝，用完后再拆卸，可用于單件、小批生產。⑤隨行夾具用于自動線上，工件安裝在隨行夾具上，隨行夾具由運送裝置送往各機床，并在機床夾具或機床工作臺上進行定位夾緊。2）按使用機床類型分類可分為車床夾具、磨床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、銑床夾具等。3）按動力源分類可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動夾具、電磁夾具、真空夾具、自緊夾具等。4）按用途分類可分為機床夾具、裝配夾具、檢查夾具、抓夾夾具等。3.1.2夾具作用夾具在零件加工過程中作用重要有如下5點：（1）保證加工精度。用夾具裝夾工件時，能穩(wěn)定地保證加工精度，并減少對其她生產條件依賴性，故在精密加工中廣泛地使用夾具。此外，它還是全面質量管理一種重要環(huán)節(jié)。（2）提高生產率。用夾具來定位、夾緊工件，就避免了手工操作用劃線等辦法來定位工件，縮短了安裝工件時間。（3）減少生產成本。在批量生產中使用夾具時，由于勞動生產率提高和容許使用技術級別較低人工操作，故可明顯地減少生產成本。（4）改進工人勞動條件。用夾具裝夾工件以便、省力、安全。當采用氣壓、液壓等夾緊裝置時，可減輕工人勞動強度，保證安全生產。（5）擴大機床工藝范疇。在機床上安裝某些夾具可以擴大其工藝范疇。如在車床上加上三爪卡盤，加工短軸類、套類零件等要方面諸多。有些夾具對保證發(fā)揮機床基本性能作用是很大，如在牛頭刨床上沒有虎鉗是很難進行加工。3.1.3夾具構成普通夾具是由下列幾某些構成：（1）定位元件。定位元件是夾具重要功能元件之一，它作用是使工件在夾具中占據對的位置。普通，當工件定位基準面形狀擬定后，定位元件構造也就基本上擬定了。（2）夾緊裝置。將工件夾緊，以保證在加工時保持所限制自由度。依照動力源不同，可分為手動、氣動、液壓和電動等夾緊裝置。普通，夾緊裝置構造會影響夾具復雜限度和性能。它構造類型諸多，設計時應注意選取。（3）導向元件和對刀裝置。用來保證刀具相對于夾具位置，對于鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、鏜刀等孔加工刀具用導向元件，對于銑刀、刨刀等用對刀裝置。（4）連接元件。依照機床工作特點，夾具在機床上安裝連接常有兩種形式：一種是安裝在機床工作臺上，另一種是安裝在機床主軸上。連接元件用以擬定夾具自身在機床上位置。（5）夾詳細。夾詳細是夾具基本骨架。定位元件、夾緊裝置、導向元件、對刀裝置、導向元件、對刀裝置、連接元件等都裝在它上面，因而夾詳細普通比較復雜，它保證了各元件之間相對位置。慣用夾詳細為鍛造構造、鍛造構造、焊接構造，形狀有回轉體形和底座形等各種。（6）其她元件及裝置。依照加工需要，有些夾具還會采用分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、工業(yè)機器人、頂出器和平衡塊等，這些元件或裝置也需要專門設計。夾緊裝置連接元件夾緊裝置連接元件導向元件對刀裝置定位元件夾詳細輔助工具其她機床工件刀具圖3-1機床夾具和機床、刀具、工件之間關系3.1.4夾具現狀及發(fā)展方向夾具最早出當前18世紀后期，隨著科學技術不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全工藝裝備。（1）夾具現狀國際生產研究協(xié)會登記表白，當前中、小批多品種生產工件品種已占工件種類總數85%左右。當代生產規(guī)定公司所制造產品品種經常更新換代，以適應市場需求與競爭。然而，普通公司都仍習慣于大量采用老式專用夾具，普通在具備中檔生產能力工廠里，約擁有數千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產公司中，每隔3～4年就要更新50～80%左右專用夾具，而夾具實際磨損量僅為10~20%左右。特別是近年來，數控機床、加工中心、成組技術、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術應用，對機床夾具提出了如下新規(guī)定：①能迅速而以便地裝備新產品投產，以縮短生產準備周期，減少生產成本；②能裝夾一組具備相似性特性工件；③能合用于精密加工高精度機床夾具；④能合用于各種當代化制造技術新型機床夾具；⑤采用以液壓站等為動力源高效夾緊裝置，以進一步減輕勞動強度和提高勞動生產率；⑥提高機床夾具原則化限度。 （2）夾具發(fā)展方向當代機床夾具發(fā)展方向重要體現為原則化、精密化、高效化和柔性化等四個方面。①原則化。機床夾具原則化與通用化是互相聯系兩個方面。當前國內已有夾具零件及部件國標：GB/T2148～T2259－91以及各類通用夾具、組合夾具原則等。機床夾具原則化，有助于夾具商品化生產，有助于縮短生產準備周期，減少生產總成本。②精密化。隨著機械產品精度日益提高，勢必相應提高了對夾具精度規(guī)定。精密化夾具構造類型諸多，例如用于精密分度多齒盤，其分度精度可達±0.1；用于精密車削高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5μm。③高效化。高效化夾具重要用來減少工件加工基本時間和輔助時間，以提高勞動生產率，減輕工人勞動強度。常用高效化夾具備自動化夾具、高速化夾具和具備夾緊力裝置夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在實驗轉速為9000r/min條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。當前，除了在生產流水線、自動線配備相應高效、自動化夾具外，在數控機床上，特別在加工中心上浮現了各種自動裝夾工件夾具以及自動更換夾具裝置，充分發(fā)揮了數控機床效率。④柔性化。機床夾具柔性化與機床柔性化相似，它是指機床夾具通過調節(jié)、組合等方式，以適應工藝可變因素能力。工藝可變因素重要有：工序特性、生產批量、工件形狀和尺寸等。具備柔性化特性新型夾具種類重要有：組合夾具、通用可調夾具、成組夾具、模塊化夾具、數控夾具等。為適應當代機械工業(yè)多品種、中小批量生產需要，擴大夾具柔性化限度，變化專用夾具不可拆構造為可拆構造，發(fā)展可調夾具構造，將是當前夾具發(fā)展重要方向。3.2柔性夾具普通說來，柔性夾具是指工件形狀和尺寸有一定變化后，夾具還能適應繼續(xù)使用應變能力。但是工件變化可以在小范疇，即在相似形狀和和尺寸變動不大范疇內，也可在大范疇，即零件形狀完全不同，尺寸變化很大。因此，柔性夾具還是含糊，沒有明擬定義和界限。籠統(tǒng)說，就是指與NC機床、加工中心配合使用、具備夾持各種不同工件能力夾具。3.2.1柔性夾具分類柔性夾具是指用同一夾具系統(tǒng)，完畢各種形狀尺寸各異工件裝夾裝備?；蛘哒f，柔性夾具就是指與NC機床、加工中心配合使用，具備加工各種不同工件夾具。柔性夾具重要類見表1。表1柔性夾具分類表分類柔性工作原理種類重要優(yōu)缺陷組合夾具原則元件機械裝配孔系、槽系應用較廣，特別是孔系組合夾具因剛度好而應用于數控加工中心可調節(jié)夾具在通用或者專用夾具基本上更換元件和調節(jié)元件位置通用、成組通用范疇大，適應性廣，加工對象不太固定，普通在多品種、小批量中應用廣泛模塊化程序控制式夾具用伺服控制機構雙轉臺回轉式構造復雜，成本偏高，柔性有限適應性夾具將定位元件或者夾緊元件分解成更小元素以適應工件持續(xù)變化渦輪葉片式彎曲場軸式適應范疇小相變材料夾具材料物理性質（相態(tài)、壓強）變化真相變材料夾具、偽變相材料流態(tài)床夾具工件加工精度受到相變條件仿生抓夾式夾具形狀記憶合金機器人終端器夾具成本較高3.2.2仿生抓夾式夾具依照柔性夾具分類可知，仿生抓夾式夾具是由柔性夾具發(fā)展得到。它涉及了構造柔性，材料柔性等。例如說它材料柔性，它材料可為形狀記憶合金。形狀記憶合金是近幾十年發(fā)展起來一種新型功能材料，它是運用應力和溫度誘發(fā)相變機理來實現形狀記憶功能一類材料。其特點是：將已在高溫下定形形狀記憶合金置于低溫或常溫下使其變形，當環(huán)境溫度升高到臨界溫度時，合金變形消失并可回答到定型時原始狀態(tài)。仿生抓夾式夾具是仿照生物特點來設計和制造出來，如生物構造、形態(tài)、表面肌理、功能等。重要是仿照生物夾持能力。如下圖3-2，仿照蜘蛛多爪抓夾夾具。仿生抓夾式夾具重要用來抓夾物體，普通用在機器人或機械裝置終端。圖3-2多抓仿生抓夾夾具3.3仿生抓夾式夾具進化預測3.3.1進化路線分析通過對仿生抓夾式夾具技術分析，咱們將從如下幾條進化路線對仿生抓夾式夾具技術進行分析，分別為增長反饋可控性、增長動態(tài)化路線、減少人為干預路線。（1）增長反饋可控性直接控制增長反饋增長媒介控制智能反饋機械控制液壓控制直接控制增長反饋增長媒介控制智能反饋機械控制液壓控制增長傳感器智能控制當前狀態(tài)新狀態(tài)圖3-3仿生抓夾式夾具反饋可控性路線通過對仿生抓夾式夾具技術發(fā)展分析，得出仿生抓夾式夾具反饋可控性路線，如圖3-3所示。最初仿生抓夾式夾具制造簡樸，由工人手動夾緊，操作簡樸，屬于機械控制，如下圖3-4所示，為一種簡樸機械控制仿生抓夾式夾具。機械控制是最基本一種控制，它是運用機械設備自身關于部件實現控制，但是工作效率低，精度也低。圖3-4機械控制圖3-5液壓控制隨著仿生抓夾夾具發(fā)展，先后浮現了液壓和氣壓控制，大多數使用液壓控制。液壓控制是仿生抓夾式夾具一種重要控制方式。仿生抓夾式夾具夾持元件運動速度和操作是依照油流量與壓力來擬定，因而只要控制油流量與壓力，就可以控制夾持元件運動速度和夾持力。如圖3-5所示，就是液壓工作原理。這樣改進之后，工作效率有很大提高，且比較穩(wěn)定，減少了人力加入。當前在工業(yè)生產中，好多精密零件加工需要精準裝夾，而普通控制已經無法滿足。因此就浮現了增長反饋仿生抓夾式夾具，在夾具中加入了反饋元件（傳感器），普通為壓力傳感器，它能迅速、及時、精確反映出夾持力大小，以便及時調節(jié)。這樣就大大提高了工件裝夾精度。隨著產品規(guī)定越來越高，工件加工精度越高，裝夾精度也就越高。這就使人們想到了智能化，如具備高度“觸覺”和“視覺”等，且能高速精確自動控制夾具，及時調節(jié)夾持力。當前仿生抓夾式夾具在這方面技術不成熟，應用領域和范疇都非常小。因此，仿生抓夾式夾具智能控制尚有很大研究空間上面分析可以看出，仿生抓夾式夾具基本上還在增長反饋階段，在反饋可控性路線上有一定發(fā)展?jié)摿?，可向智能反饋方向發(fā)展。（2）增長動態(tài)化仿生抓夾式夾具可以按照進化模式5，即“增長動態(tài)性及可控性模式”來進行預測分析。通過它來擬定尋找新代替技術也許方向，咱們從增長動態(tài)化這條路線分析，這條路線可分為6個階段，如圖3-6所示。剛性體單鉸鏈剛性體單鉸鏈多鉸鏈彈性體分子構造場當前狀態(tài)新狀態(tài)圖3-6增長動態(tài)化路線為了改進上面某些局限性，就浮現了單鉸鏈爪子，它就可以夾持某些稍微復雜或不規(guī)則工件了。隨著工業(yè)發(fā)展，需要制造精度也越來越高，因此對仿生抓夾式夾具規(guī)定也就越高了，更加朝著柔性化發(fā)展。接著就浮現了多鉸鏈夾爪，使得它更加柔性化，就如多指關節(jié)機械手，如圖3-7所示。圖3-7多關節(jié)機械手仿生抓夾式夾具技術正經歷著向更加柔性變化，電磁能和熱能等場在仿生抓夾式夾具設計中應用還相對簡樸，應用也比較少，依然有諸多值得探討地方，具備非常遼闊空間。因此，仿生抓夾式夾具在增長動態(tài)性這條路線上尚有很大進化潛力，這無疑也是非常令人期待一種新突破。(3)減少人為干預手工操作機械化智能化手工夾緊人工裝夾工件液壓、氣壓夾緊手工操作機械化智能化手工夾緊人工裝夾工件液壓、氣壓夾緊自動調節(jié)夾持力機構自鎖圖3-8減少人為干預進化路線最開始仿生抓夾式夾具是非常簡易，所有由人工夾緊操作。工作效率很低，人工作量大，且不夠穩(wěn)定，不安全。為了減少人工作量，仿生抓夾式夾具機械化，有機械驅動夾緊，液壓驅動夾緊、氣壓驅動夾緊、電氣驅動夾緊，如圖3-9就是一種液壓抓具簡圖。這樣改進之后，工作比較可靠，工作效率高，而成本不高，人們可以去完畢更具備創(chuàng)造性工作了。油缸圖3-9液壓抓夾夾具簡圖油缸如何提高技術系統(tǒng)功能效益，用來實現那些枯燥功能，這就需要往智能化方面發(fā)展了。當前，智能化在仿生抓夾式夾具中應用還比較小。例如如何自動調節(jié)夾持力大小、智能定位、智能測量工件尺寸等。因此，仿生抓敬夾式夾具技術在這方面還是有很大發(fā)展空間。3.3.2預測結論通過對增長反饋性路線、增長動態(tài)化路線和減少人為干預路線這三條路線進化分析。得出仿生抓夾式夾具方向可以歸結為兩點：1）智能化。例如使夾具智能定位，自動測量，自動調節(jié)夾持力等。這就需要自動化和電方面知識了。可以在夾具中加入傳感器、控制器等。2）構造柔性化。即仿生抓夾式夾具更加動態(tài)化，使夾具可自適應性更強。猶如一夾具可以夾持不同形狀，不同尺寸工件。而當前仿生抓夾式夾具如要做到這點，則必要換不同夾持元件。這里，我將從第二個方面——構造柔性化，來對仿生抓夾式夾具進行創(chuàng)新設計。3.4仿生抓夾式夾具創(chuàng)新設計通過上節(jié)對仿生抓夾式夾具技術進化預測分析，咱們應用TRIZ理論對仿生抓夾式夾具存在問題加以分析，提出可行解決方案。（1）問題描述①老式抓夾式夾具不適合夾持尺寸不一工件，適應性和通用性差。這是由于夾持部位（爪子）大小是固定，因此尺寸小仿生抓夾式夾具，不適合夾大尺寸工件，反之亦然。②如果夾持不同尺寸工件需要不同仿生抓夾式夾具話，那么就需要諸多套爪子，系統(tǒng)非常復雜，成本高，管理不便，操作也不便?？傊?，矛盾集中體現仿生抓夾式夾具適應性及多用性與其系統(tǒng)復雜性這兩個工程參數之間。（2）問題分析要解決這個問題，涉及兩個工程參數：欲改進參數：適應性及多用性（No.35）負面影響參數：系統(tǒng)復雜性（No.36）由沖突矩陣表查出創(chuàng)造原理，如表2所示。由沖突矩陣查出推薦創(chuàng)造原理：No.15——動態(tài)特性原理。調節(jié)物體或環(huán)境性能，使其在工作各個階段都達到最優(yōu)狀態(tài)；分割物體，使其各某些可以變化相對位置；如果一種物體整體是靜止，使之移動或可動。No.28——機械系統(tǒng)代替原理。用光學系統(tǒng)、聲學系統(tǒng)、電磁學系統(tǒng)或影響人類感覺系統(tǒng)，代替機械系統(tǒng)；使用與物體互相作用電場、磁場、電磁場；用運動場代替恒定場，構造化場代替非構造化場；把場與場作用和鐵磁粒子組合使用。No.29——氣動與液壓構造原理。將物體固體某些，用氣體或流體代替，將氣體或液體用于膨脹或減振。No.37——熱膨脹原理。運用材料熱膨脹或熱收縮；組合使用不同熱膨脹系數幾種材料。表2沖突矩陣惡化改進特性特性No.1 ……No.36系統(tǒng)復雜性……No.39No.1…No.35適應性及多用性15，2937，28…No.39綜合分析以上4條創(chuàng)造原理，其中29號氣動與液壓構造原理和37號熱膨脹原理對該問題意義不大。再來看看此外兩個原理：No.15號動態(tài)特性原理和No.28號機械系統(tǒng)代替原理。原理15——動態(tài)性?？梢詫⒎律A式夾具爪子變得更加柔性化，如果爪子可以隨著工件尺寸大小變化而變長變短，就解決了問題。原理28——機械系統(tǒng)代替原理?？梢砸粤硪环N系統(tǒng)來代替爪子機械系統(tǒng)，如電磁場，也可以解決問題。（3）解決方案1）方案一：應用15號動態(tài)化原理一方面，咱們將爪子改為多鉸鏈或彈性體，如圖3-10所示，就是將剛性體改為多鉸鏈。這樣可以使夾具更加適應工件形狀，使夾持更加穩(wěn)定。圖3-10多鉸鏈元件圖3-11伸縮元件如果要使夾具可以夾持不同尺寸工件，就得變化爪子長短。因此咱們可以把爪子設計成伸縮或折疊形，又由于折疊占用空間，而伸縮性不但占用空間小，且在不使用時，還起到保護作用，不受外界污染。如圖3-11所示，就是一種伸縮形元件。最后，咱們將仿生抓夾式爪子做成可伸縮多鉸鏈形式。如圖3-12所示。圖3-12可伸縮多鉸鏈抓夾式夾具2）方案二：應用28號機械系統(tǒng)代替原理仿生抓夾式夾具重要是通過爪子機械運動來夾持工件，而能夾持工件大小決定于爪子形狀及大小。通過機械系統(tǒng)代替原理咱們可以通過機械系統(tǒng)改為磁場系統(tǒng)。可以設計帶有吸附作用元件，就猶如壁虎爬墻，如圖3-13所示。或者直接將爪子去掉，改為吸盤式，這樣就可以解決問題了。圖3-13吸附式爪子比較方案一和方案二，它們各有優(yōu)缺陷：伸縮性抓夾夾具可以在不用時可以收起來，占用空間小，且穩(wěn)定性比較高，但制造精度要高，來保證嵌套緊密型；吸附式夾具，制造簡樸，合用性廣。結論技術系統(tǒng)進化路線和進化潛能研究對產品創(chuàng)新設計具備重要懂得作用。本文通過對仿生抓夾式夾具技術發(fā)展狀況分析，歸納和總結了仿生抓夾式夾具技術進化路線，通過對這些進化路線詳細分析，對對仿生抓夾式夾具做出技術進化預測。得出仿生抓夾式夾具技術在動態(tài)化路線、減少人為干預路線、反饋可控性路線上尚有很大發(fā)展空間。通過對仿生抓夾式夾具進化預測分析，以及對仿生抓夾式夾具技術當前遇到問題進行分析。咱們應用TRIZ創(chuàng)造問題解決理論沖突原理對仿生抓夾夾具做出創(chuàng)新設計。TRIZ理論是個有效產品創(chuàng)新工具，本文對當前仿生抓夾式夾具當前存在問題進行分析基本上，運用TRIZ理論，構沖突，用39個工程參數中2個描述該沖突，即No.35適應性及多用性與No.36系統(tǒng)復雜性沖突。由沖突矩陣擬定可用創(chuàng)造原理——15號動態(tài)化原理和28號機械系統(tǒng)代替原理，由創(chuàng)造原理所提供思路與線索，對仿生抓夾式夾具進行TRIZ分析，得出解決方案。設計出可伸縮柔性仿生抓夾式夾具和吸附式仿生抓夾式家具，它們不但可以抓夾不同尺寸工件，并且制造簡樸，占用空間小，成本低。參照文獻[1]于帆，陳嬿.仿生造型設計.華中科技大學出版社.，11.[2]Hamel，G.，LeadingtheRevolution.Bosten:HarvardBusinessSchoolPress,.[3]趙敏，史曉凌，段海波.TRIZ入門及實踐.科學出版社.，3.[4]李海清，張明勤，韓立芳，石海龍，臧德江.基于TRIZ直接進化理論塔機進展預測研究.山東建筑大學學報.，6.[5]張付英，徐燕申，王平.基于TRIZ直接進化理論切削技術進展.南京航空航天大學學報，11.[6]DarrellM.Hands-onsystematicinnovation[M].Belgium:CREAXPress，.[7]吳拓.當代機床夾具典型構造圖冊.化學工業(yè)出版社.，4.[8]吳拓.當代機床夾具設計.化學工業(yè)出版社.，9.[9]王亮申，孫峰華等.TRIZ創(chuàng)新理論與應用原理.，2.[10]栗啟鑫，鄭冬喜.數控加工中機用虎鉗改造.《科技傳播》.，2.[11]天津工程師范學院.本科生先進畢業(yè)生設計（論文）匯編.天津工程師范學院教務處..[12]劉宏，姜力.仿人多手指機靈手及其操作控制.科學出版社.，3.[13]王仲民.機械控制工程基本.國防工業(yè)出版社.，3.[14]KaleviRantanen，EllenDomb.SimplifiedTRIZ—NewProblemSolvingAppplicationsforEngineersandManufacturingProfessionals..[15]徐起賀，任中普，戚新波.TRIZ創(chuàng)新理論實用指南.北京理工大學出版社.，12.[16]蒯蘇蘇，馬履中.TRIZ理論機械創(chuàng)新設計工程訓練教程.北京大學出版社.，6.[17]沈萌紅.TRIZ理論及機械創(chuàng)新實踐.機械工業(yè)出版社.，4.[18]王晶.第三屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽決賽作品集.高等教誨出版社.，12.[19]黃純穎等.機械創(chuàng)新設計.高等教誨出版社.，4.[20]AltshullerG.TheInnovationAlgorithm，TRIZ，SystematicInnovationandTechnicalCreativity[R].Worcester:TechnicalInnovationCenter，1999.[21]陳旭東.機床夾具設計.清華大學出版社，，9.[22]FeyVR，RivinEI.Guidedtechnologyevolution(TRIZtechnologyforecasting)[DB/OL]，1999[23]丁俊武，韓玉啟，周梅，等.TRIZ技術系統(tǒng)演化理論及其應用研究.科學學與科學技術管理，.[24]馮之敬.機械制造工程原理.清華大學出版社，，10.[25]顏惠庚，李耀中主編.TRIZ創(chuàng)新辦法叢書——技術創(chuàng)新辦法入門—TRIZ基本.化學工業(yè)出版社，.[26]曹巖，白瑀.機床夾具手冊與三維圖庫.化學工業(yè)出版社，.[27]DarrellM.Evolutionary-potentialintechnicalandbusinesssystems[EB/OL]./archives//06/index.htm，.[28]ClarkeDW.Strategicallyevolvingthefuture：directedevolutionandtechnologicalsystemsdevelopment[M].Michigan：IdeationInternational.INC，.[29]王輝，融亦鳴，朱耀祥，劉貴寶.夾具技術過去_當前和將來瞻望_夾具技術創(chuàng)新芻議.清華大學精密儀器與機械學系，.[30]蔡瑾，段國林，李翠玉，李德紅.夾具設計技術發(fā)展綜述.河北工業(yè)大學學報，:35-40.[31]黃慶.周賢永，楊智懿.TRIZ技術進化理論及其應用研究述評與展望.西南交通大學，，4.[32]王昕，楊君順.基于TRI進化理論在產品預測中應用.陜西科技大學，，11:120-122.[33]劉璇，周細文.夾具概念設計工件方位分析.北京工商大學.，6:65-67.[34]賈建華，范建蓓.柔性夾具在當代制造業(yè)中應用于展望.浙江機電職業(yè)技術學院，:53-55.[35]李延平，張喜群，王耀武，梁齊.新一代夾具發(fā)展與應用.齊齊哈爾北方機器有限公司.:43-45.[36]MarieJonsson﹒GilbertOssbahr.Aspectsofreconfigurableandflexiblefixtures.GemanAcademicSocietyforproductionEngineering，.[37]劉保臣，譚光宇，融亦鳴，朱耀祥，郭衛(wèi)華，宋龍.計算機輔助柔性夾具編碼系統(tǒng)研究.《機械工程師》，.附錄1技術沖突和創(chuàng)造原理表表一39個通用工程參數描述沖突序號名稱序號名稱1運動物體質量21功率2靜止物體質量22能量損失3運動物體長度23物質損失4靜止物體長度24信息損失5運動物體面積25時間損失6靜止物體面積26物質或事物數量7運動物體體積27可靠性8靜止物體體積28測試精度9速度29制造精度10力30物體外部有害因素作用敏感性11應力或壓力31 物體產生有害因素12形狀32可制造性13構造穩(wěn)定性33可操作性14強度34可維修性15運動物體作用時間35適應性及多用性16靜止物體作用時間36裝置復雜性17溫度37監(jiān)控與測試困難限度18光照度38自動化限度19運動物體能量39生產率20靜止物體能量表二40個沖突原理序號名稱序號名稱1分割21緊急行動2分離22變有害為有益3局部質量23反饋4不對稱24中介物5合并25自服務6多用性26復制7套裝27低成本、不耐用物體代替昂貴、耐用物體8質量補償28機械系統(tǒng)代替9預加反作用29氣動或液壓構造10預操作30柔性殼體或薄膜11預補償31多孔材料12等勢性32變化顏色13反向33同質性14曲面化34拋棄與修復15動態(tài)化35參數變化16未達到或超過作用36狀態(tài)變化17維數變化37熱膨脹18振動38加速氧化性19周期性作用39惰性材料20有效作用和持續(xù)性40復合材料附錄2英文資料及翻譯ApplicationanddevelopmentOfcasebasedreasoninginfixturedesignAbstract：Basedonthecasebaseddesigning(CBD)methodology，thefixturesimilarityisintworespects：thefunctionandthestructureinformation.Then，thecomputeraidedfixturedesignsystemiscreatedoncasebasedreasoning(CBR)，inwhichtheattributesofthemainfeaturesofworkpieceandstructureoffixtureascaseindexcodearedesignedfortheretrieveofthesimilarcases，andthestructureandhierarchicalrelationofcaselibraryaresetupforstore.Meanwhile，thealgorithmbasedontheknowledgeguidedintheretrieveofthesimilarcases，thestrategyofcaseadaptationandcasestorageinwhichthecaseidentifcationnumberisusedtodistinguishfromsimilarcasesarepresented.Theapplicationofthesysteminsomeprojectsimprovesthedesignefficiencyandgetsagoodresult.Keywords：casebasedreasoning;fixturedesign；computeraideddesign(CAD)Fixturesaredevicesthatserveasthepurposeofholdingtheworkpiecesecurelyandaccurately，andmaintainingaconsistentrelationshipwithrespecttothetoolswhilemachining.Becausethefixturestructuredependsonthefeatureoftheproductandthestatusoftheprocessplanningintheenterprise，itsdesignisthebottleneckduringmanufacturing，whichrestrainstoimprovetheefficiencyandleadtime.Andfixturedesignisacomplicatedprocess，basedonexperiencethatneedscomprehensivequalitativeknowledgeaboutanumberofdesignissuesincludingworkpiececonfiguration，manufacturingprocessesinvolved，andmachiningenvironment.ThisisalsoaverytimeconsumingworkwhenusingtraditionalCADtools(suchasUnigraphics，CATIAorPro/E)，whicharegoodatperformingdetaileddesigntasks，butprovidefewbenefitsfortakingadvantageofthepreviousdesignexperienceandresources，whicharepreciselythekeyfactorsinimprovingtheefficiency.Themethodologyofcasebasedreasoning(CBR)adaptsthesolutionofapreviouslysolvedcasetobuildasolutionforanewproblemwiththefollowingfoursteps：retrieve，reuse，revise，andretain[1].Thisisamoreusefulmethodthantheuseofanexpertsystemtosimulatehumanthoughtbecauseproposingasimilarcaseandapplyingafewmodificationsseemstobeselfexplanatoryandmoreintuitivetohumans.Sovariouscasebaseddesignsupporttoolshavebeendevelopedfornumerousareas[2-4]，suchasininjectionmoldinganddesign，architecturaldesign，diecastingdiedesign，processplanning，andalsoinfixturedesign.Sunusedsixdigitalstocomposetheindexcodethatincludedworkpieceshape，machineportion，bushing，the1stlocatingdevice，the2ndlocatingdeviceandclampingdevice[5].Butthesystemcannotbeusedforotherfixturetypesexceptfordrillfixtures，andcannotsolvetheproblemofstorageofthesameindexcodethatneedstoberetained，whichisveryimportantinCBR[6].1ConstructionofaCaseIndexandCaseLibrary1.1CaseindexThecaseindexshouldbecomposedofallfeaturesoftheworkpiece，whicharedistinguishedfromdifferentfixtures.Usingallofthemwouldmaketheoperationinconvenient.Becausetheformsofthepartsarediverse，andthetechnologyrequirementsofmanufactureintheenterprisealsodevelopcontinuously，lotsoffeaturesusedasthecaseindexwillmakethesearchrateslow，andthemainfeatureunimportant，forthereasonthattherelativeweightwhichisallottedtoeveryfeaturemustdiminish.Andontheotherhand，itishardtoincludeallthefeaturesinthecaseindex.Therefore，consideringthepracticalityandthedemandofrapiddesign，thecaseindexincludesboththemajorfeatureoftheworkpieceandthestructureoffixture.Thecaseindexcodeismadeupof16digits：13digitsforcasefeaturesand3digitsforcaseidentificationnumber.Thefirst13digitsrepresent13features.Eachdigitiscorrespondingtoanattributeofthefeature，whichmaybeoneof“*”，“？”，“1”，“2”，…，“A”，“B”，…，“Z”，…，etc.Inwhich，“*”meansanyone，“?”uncertain，“0”nothing.Thesystemrules：fixturetype，workpieceshape，locatingmodelcannotbe“*”or“?”.Whenthesystemisdesigned，theattributeinformationofthethreeitemsdoesnothavetheseoptions，whichmeansthecertainattributemustbeselected.Thelastthreedigitsarethecaseidentificationnumber，whichmeansthe13digitsofthecasefeaturearethesame，andthenumberofthesethreedigitsisusedfordistinguishingthem.Thesystemalsorules：“000”isaprototypecase，whichisusedforretrieval，andothercasesare“001”，“002”，…，whichareusedforreferencecasestobesearchedbydesigners.Ifoccasionallyoneofthemneedstobechangedastheprototypecase，firstitmustberequiredtoapplytochangetheoneto“000”，andtheformerischangedtoreferentialcaseautomatically.TheconstructionofthecaseindexcodeisshowninFig.1.1.2CaselibraryThecaselibraryconsistsoflotsofpredefinedcases.Caserepresentationisoneofthemostimportantissuesincasebasedreasoning.Socompoundingwiththeindexcode，.1.3HierarchicalformofCaseThestructuresimilarityofthefixtureisrepresentedasthewholefixturesimilarity，componentssimilarityandcomponentsimilarity.Sothewholefixturecaselibrary，componentscaselibrary，componentcaselibraryoffixtureareformedcorrespondingly.Usuallydesigninformationofthewholefixtureiscomposedofworkpieceinformationandworkpieceprocedureinformation，whichrepresentthefixturesatisfyingthespecificallydesigningfunctiondemand.Thewholefixturecaseismadeupoffunctioncomponents，whicharedescribedbythefunctioncomponents’namesandnumbers.Thecomponentscaserepresentsthemembers.(functioncomponentandotherstructurecomponents，maindrivenparameter，thenumber，andtheirconstrainrelations.)Thecomponentcase(thelowestlayerofthefixture)isthestructureoffunctioncomponentandothercomponents.Inthemodernfixturedesigntherearelotsofparametricstandardpartsandcommonnonstandardparts.Sothecomponentcaselibraryshouldrecordthespecificationparameterandthewayinwhichitkeepsthem.2StrategyofCaseRetrievalInthecasebaseddesignoffixtures，themostimportantthingistheretrievalofthesimilarity，whichcanhelptoobtainthemostsimilarcase，andtocutdownthetimeofadaptation.Accordingtotherequirementoffixturedesign，thestrategyofcaseretrievalcombinesthewayofthenearestneighborandknowledgeguided.Thatis，firstsearchondepth，thenonbreadth；theknowledgeguidedstrategymeanstosearchontheknowledgerulefromroottotheobject，whichisfirstlysearchedbythefixturetype，thenbytheshapeoftheworkpiece，thirdlybythelocatingmethod.Forexample，ifthecaseindexcodeincludesthemillingfixtureoffixturetype，thesearchisjustforallmillingfixtures，thenforboxofworkpieceshape，thethirdfor1plane+2pineoflocatingmethod.Ifthereisnomatchofit，thenthesearchstopsondepth，andreturnstotheupperlayer，andretrievesalltherelativecasesonbreadth.Retrievalalgorithms:1)Accordingtothecaseindexinformationoffixturecaselibrary，searchtherelevantcaselibrary;2)Matchthecaseindexcodewiththecodeofeachcaseofthecaselibrary，andcalculatethevalueofthesimilaritymeasure;3)Sorttheorderofsimilaritymeasure，thebiggestvalue，whichisthemostanalogicalcase.Similaritybetweentwocasesisbasedonthesimilaritybetweenthetwocases.features.Thecalculationofsimilaritymeasuredependsonthetypeofthefeature.Thevalueofsimilaritycanbecalculatedfornumericalvalues，forexample，compareWorkpiecewiththeweightof50kgand20kg.Thevaluecanalsobecalculatedbetweennonnumericalvalues，forexample，nowthefirst13digitsindexcodeisallnonnumericalvalues.Thesimilaritymeasureofafixtureiscalculatedasfollows:whereSisthesimilaritymeasureofcurrentfixture，nisthenumberoftheindexfeature，istheweightofeachfeature，isthesimilaritymeasureoftheattributeofthei2thfeaturewiththeattributeofrelativefeatureofthej-thcaseinthecaselibrary.Atth