引言：六西格玛设计咨询之TD Based on LCSS 容差设计原理
六西格玛设计咨询之TD Based on LCSS 容差设计原理
TD Based on LCSS中主要采用的是串并行结合的协同容差设计渐进迭代理论模型，该理论的基本思路如下图1所示。
容差设计渐进迭代的前提是要把产品全寿命周期可能出现的与容差相关的因素进行整理归类，然后再把这些容差相关因素分为设计特征和制造特征，设计特征又可分为管理特征，几何形状和技术精度特征三大类。
产品全寿命周期中与容差相关的设计特征分类可参见图2所示。
在图2中的容差设计特征类中，几何形状特征是最重要、最基础的特征，它常常是其它特征的载体。为减少特征工艺设计时的困难，保证产品信息的完整性，本书按加工要求将几何形状特征分类为主特征和辅助特征。主特征用来构造零件的基本形体。辅助特征附在主特征上，也可以附在另一个辅助特征上。
由这些基元特征就可以组合构造出各种各样的具体零件，零件的设计过程就是基元特征的组合过程。这样每一个零件都对应着一个特征结构树，树的根结点是零件形体的基本形状特征，叶结点对应着一个特征结构树，树的根结点是零件形体的基本形状特征， 叶结点对应着相应的基元特征。
例如图3是一个零件及其相应的几何特征结构树。
由图3（b）可见，特征类和特征之间、特征和特征之间存在着各种各样的关系。为描述方便，特征间的关联可归纳为以下几种：
A.邻接关系。该关系反映主要形状特征间空间位置关系。
B.所属关系。该关系反应特征对像与其所属特征类之间的关系。
C.引用关系。该关系描述特征类间作为关联属性特征类之间的关系。关系主要存在于形状特征对精度特征、材料特征等的引用。此时形状特征是其他被引用非形状特征的载体。
D.附属关系。当一个辅助形状特征从属于一个主特征或别一个辅助形状特征时，便构成附属关系。
在前面容差相关的设计特征分类的基础上， 容差设计时将零件的设计特征模型划分为三个层次：零件层、抽象层形状特征层和设计约束特征层。其中管理特征属于零件层，几何形状特征属于抽象形状特征层，技术精度特征属于设计约束特征层。结合制造域的信息需求，将制造特征划分为：总信息层、加工形状特征层和工艺约束特征层，分别与设计域的三层信息相对应。它们采用分类。逐层的特征映射策略。具体的层次容差结构如图4所示。
在图4中， OTO（One to One）表示映射是一对一映射，OTM(One to Many)表示映射是一对多映射，MTO(Many to One)表示映射是多对一映射，MTM(Many to Many )表示映射是多对多映射。
由图4可以看出，容差设计域从三个层面上给制造域提供零件信息，设计特征中的零件管理特征、几何形状特征、技术精度特征分别实施映射；对于每一层中的各个子类，在各自层中也分别进行映射。即在TD Based on LCSS 中容差特征映射是分层、分类实施的。
采用分层、分类的容差特征映射策略，不仅可以对零件的形状特征进行映射，而且对非几何信息也先进转换，从而保证了容差信息的完备性。映射首先在不同的层与类之间单独进行，然后再根据容差特征之间的联系作归并处理。因此在映射时只需按各子类确定映射算法，这样易于实现程序的结构化。
在上述的容差特征识别、特征映射完成之后，就可以得到该零件的容差特征模型。由于这个模型是由机床、刀具和工件的相对运动而定义的特征所描述的。因此每一个容差特征都对应着与其相应的加工方法、设备、刀具等信息，也就是说单个容差特征的工艺方法其实是非常容易获得的。这样后续容差特征工艺设计的决策逻辑就可以大地简化，只需对单个制造特征的加工方法进行必要的合并、分解、优化等整理工作就可以了。
TD Based on LCSS中采用上述全寿命周期容差设计的渐近迭代理论模型就可以产生若干种容差设计方案，再通过基于LCC约束的容差决策模型就可以实现容差设计全局最优的目标，在后面的章节中将进行详细研究。
TD Based on LCSS中主要采用的是串并行结合的协同容差设计渐进迭代理论模型，该理论的基本思路如下图1所示。
容差设计渐进迭代的前提是要把产品全寿命周期可能出现的与容差相关的因素进行整理归类，然后再把这些容差相关因素分为设计特征和制造特征，设计特征又可分为管理特征，几何形状和技术精度特征三大类。
产品全寿命周期中与容差相关的设计特征分类可参见图2所示。
在图2中的容差设计特征类中，几何形状特征是最重要、最基础的特征，它常常是其它特征的载体。为减少特征工艺设计时的困难，保证产品信息的完整性，本书按加工要求将几何形状特征分类为主特征和辅助特征。主特征用来构造零件的基本形体。辅助特征附在主特征上，也可以附在另一个辅助特征上。
由这些基元特征就可以组合构造出各种各样的具体零件，零件的设计过程就是基元特征的组合过程。这样每一个零件都对应着一个特征结构树，树的根结点是零件形体的基本形状特征，叶结点对应着一个特征结构树，树的根结点是零件形体的基本形状特征， 叶结点对应着相应的基元特征。
例如图3是一个零件及其相应的几何特征结构树。
由图3（b）可见，特征类和特征之间、特征和特征之间存在着各种各样的关系。为描述方便，特征间的关联可归纳为以下几种：
A.邻接关系。该关系反映主要形状特征间空间位置关系。
B.所属关系。该关系反应特征对像与其所属特征类之间的关系。
C.引用关系。该关系描述特征类间作为关联属性特征类之间的关系。关系主要存在于形状特征对精度特征、材料特征等的引用。此时形状特征是其他被引用非形状特征的载体。
D.附属关系。当一个辅助形状特征从属于一个主特征或别一个辅助形状特征时，便构成附属关系。
在前面容差相关的设计特征分类的基础上， 容差设计时将零件的设计特征模型划分为三个层次：零件层、抽象层形状特征层和设计约束特征层。其中管理特征属于零件层，几何形状特征属于抽象形状特征层，技术精度特征属于设计约束特征层。结合制造域的信息需求，将制造特征划分为：总信息层、加工形状特征层和工艺约束特征层，分别与设计域的三层信息相对应。它们采用分类。逐层的特征映射策略。具体的层次容差结构如图4所示。
在图4中， OTO（One to One）表示映射是一对一映射，OTM(One to Many)表示映射是一对多映射，MTO(Many to One)表示映射是多对一映射，MTM(Many to Many )表示映射是多对多映射。
由图4可以看出，容差设计域从三个层面上给制造域提供零件信息，设计特征中的零件管理特征、几何形状特征、技术精度特征分别实施映射；对于每一层中的各个子类，在各自层中也分别进行映射。即在TD Based on LCSS 中容差特征映射是分层、分类实施的。
采用分层、分类的容差特征映射策略，不仅可以对零件的形状特征进行映射，而且对非几何信息也先进转换，从而保证了容差信息的完备性。映射首先在不同的层与类之间单独进行，然后再根据容差特征之间的联系作归并处理。因此在映射时只需按各子类确定映射算法，这样易于实现程序的结构化。
在上述的容差特征识别、特征映射完成之后，就可以得到该零件的容差特征模型。由于这个模型是由机床、刀具和工件的相对运动而定义的特征所描述的。因此每一个容差特征都对应着与其相应的加工方法、设备、刀具等信息，也就是说单个容差特征的工艺方法其实是非常容易获得的。这样后续容差特征工艺设计的决策逻辑就可以大地简化，只需对单个制造特征的加工方法进行必要的合并、分解、优化等整理工作就可以了。
TD Based on LCSS中采用上述全寿命周期容差设计的渐近迭代理论模型就可以产生若干种容差设计方案，再通过基于LCC约束的容差决策模型就可以实现容差设计全局最优的目标，在后面的章节中将进行详细研究。
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