搜索薄膜蒸發(fā)器遠(yuǎn)程三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)
2013-05-24 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
以Visual Basic的Web Class部件為平臺,對SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā),實(shí)現(xiàn)基于B/S模式的薄膜蒸發(fā)器遠(yuǎn)程三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)。系統(tǒng)的開發(fā)提高了設(shè)計(jì)效率,縮短了開發(fā)周期,為網(wǎng)絡(luò)化制造和進(jìn)一步優(yōu)化分析莫定了基礎(chǔ)。
機(jī)械攪拌式薄膜蒸發(fā)器(以下簡稱薄膜蒸發(fā)器),作為一種典型的蒸發(fā)設(shè)備,具有普通蒸發(fā)器無法比擬的優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于食品、制藥等行業(yè)。目前國內(nèi)薄膜蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本上采用二維系統(tǒng),工程設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)行大量煩瑣的繪圖工作,且圖紙不具直觀性。三維模型不僅可以更加全面地反映設(shè)計(jì)意圖,還可以方便地生成工程圖紙,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行虛擬裝配、干涉檢查、有限元分析、運(yùn)動仿真等CAE開發(fā)。遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)可以快速響應(yīng)市場變化,減小投資風(fēng)險(xiǎn),提高設(shè)計(jì)效率,為網(wǎng)絡(luò)化制造和進(jìn)一步優(yōu)化分析奠定基礎(chǔ)。本系統(tǒng)以刮板式薄膜蒸發(fā)器為研究對象,在自行開發(fā)的二維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)基礎(chǔ)上,以VB的Web Class技術(shù)對SolidWorks進(jìn)行了二次開發(fā),集成使用了ASP技術(shù)、參數(shù)化技術(shù)和Access數(shù)據(jù)庫技術(shù),實(shí)現(xiàn)了刮板式薄膜蒸發(fā)器(以下薄膜蒸發(fā)器均指刮板式)遠(yuǎn)程三維設(shè)計(jì)系統(tǒng),同時為其它類型攪拌設(shè)備遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)提供了技術(shù)參考。
1薄膜蒸發(fā)器三維造型參數(shù)化設(shè)計(jì)
1.1建模方法
在SolidWorks中參數(shù)化建模可以通過2種方法實(shí)現(xiàn);一種方法是用戶通過編程生成需要的模型,稱為程序化參數(shù)建模;另一種方法是利用已有的模型,通過修改模型參數(shù)的方法得到需要的模型,稱為參數(shù)修改法建模。
從程序編制和用戶角度,結(jié)合薄膜蒸發(fā)器設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),采用參數(shù)修改法實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模。該方法較程序化參數(shù)建模具有程序編制簡單快捷、執(zhí)行效率高、易于軟件維護(hù)、便于升級等優(yōu)點(diǎn)。
1.2零件庫的建立
(1)繪制零件模型繪制零件草圖,通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、切除等特征,創(chuàng)建零件模型,標(biāo)注所有尺寸。
(2)定義驅(qū)動尺寸驅(qū)動尺寸是指實(shí)體特征的定義尺寸,通過更改驅(qū)動尺寸的大小,可以對特征重新生成。
(3)定義約束與驅(qū)動尺寸關(guān)系定義約束及驅(qū)動尺寸關(guān)系的目的是為了在零件重新生成之后仍能保持某些相對的位置關(guān)系。采用SolidWorks的方程式工具器定義驅(qū)動尺寸關(guān)系后,只需更改關(guān)鍵驅(qū)動尺寸即可重新生成整個零件。
(4)零件人庫將零件模型以一定的名稱命名,并保存于相應(yīng)的路徑下;同時把零件的數(shù)據(jù)文件、關(guān)鍵驅(qū)動尺寸的名稱存人數(shù)據(jù)庫中。
1.3數(shù)據(jù)庫的建立
創(chuàng)建零件庫需要尺寸參數(shù)數(shù)據(jù)庫的支持,針對薄膜蒸發(fā)器零件多,尺寸參數(shù)復(fù)雜、工作量大等特點(diǎn),建立了不同規(guī)格的薄膜蒸發(fā)器零部件尺寸參數(shù)數(shù)據(jù)庫。只要輸人薄膜蒸發(fā)器的規(guī)格,就可以查找其相應(yīng)零部件的尺寸參數(shù),針對某些需要修改的零件,進(jìn)行尺寸調(diào)整,并保存相應(yīng)尺寸至數(shù)據(jù)庫中。選用Microsoft Access作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。關(guān)鍵內(nèi)容有2方面。
1.3.1分類建庫
(1)將薄膜蒸發(fā)器中標(biāo)準(zhǔn)件跟普通零件分開建庫。管法蘭、設(shè)備法蘭、支座等分別根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn),建立相應(yīng)的尺寸數(shù)據(jù)庫。
(2)確定薄膜蒸發(fā)器的各個部件,并以每個部件名字命名建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫,將各個部件下的零件的尺寸參數(shù),建成數(shù)據(jù)庫下的各個表。
1.3.2確定各個零件間的關(guān)聯(lián)尺寸參數(shù)數(shù)據(jù)薄膜蒸發(fā)器
由幾十個零件組裝而成,其中不可避免出現(xiàn)相連接零件間的零件尺寸關(guān)聯(lián)。如果僅僅將各個零件的尺寸參數(shù)輸人數(shù)據(jù)庫,不僅數(shù)據(jù)增多,而且容易造成零件裝配出錯,見圖1。平板與短管裝配時,平板卜孔直徑與短管外徑相等,那么只要確定其中一個d值,就可以同時確定兩個尺寸。取平板上的d值,那么對短管,只要確定短管壁厚占和長度1,就可以繪制出短管的三維圖形。
2薄膜蒸發(fā)器虛擬裝配設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)方法
針對薄膜蒸發(fā)器零件多,裝配復(fù)雜的特點(diǎn),采用自頂向上為主、自底向上為輔的裝配建模方法薄膜蒸發(fā)器裝配體的裝配進(jìn)行設(shè)計(jì),見圖2。
首先對薄膜蒸發(fā)器裝配草圖設(shè)計(jì),接著將整個裝配體逐級劃分出部件、子部件,一直到最底層的零件;然后進(jìn)行詳細(xì)的零件設(shè)計(jì)、子部件設(shè)計(jì)和部件設(shè)計(jì);最后,進(jìn)行裝配體設(shè)計(jì),完成產(chǎn)品最終裝配模型。在此基礎(chǔ)上通過修改裝配尺寸和零件尺寸對裝配圖進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì),對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析,判斷是否符合要求,井反饋到裝配設(shè)計(jì)和零部件設(shè)計(jì)。如此循環(huán),直到裝配體達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。
2.2裝配模型的建立
裝配模型是表達(dá)組成裝配體的零件及零件間關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。主要有關(guān)系模型、層次模型和面向?qū)ο竽Ｐ?種。
關(guān)系模型不易表達(dá)裝配體中零件、子裝配體的體系結(jié)構(gòu),采用面向?qū)ο笱b配模型建立描述薄膜蒸發(fā)器的體系結(jié)構(gòu)較為困難。因此,采用層次模型建立薄膜蒸發(fā)器裝配模型,既彌補(bǔ)了關(guān)系模型的不足,又減輕了運(yùn)用面向?qū)ο笱b配模型建立薄膜蒸發(fā)器的體系結(jié)構(gòu)帶來的困難。
依據(jù)薄膜蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理,建立薄膜蒸發(fā)器裝配模型,見圖3。
2.3裝配順序規(guī)劃
產(chǎn)品裝配順序是根據(jù)產(chǎn)品裝配模型所提供的零件之間的關(guān)系信息、零件的幾何信息以及裝配技術(shù)要求等,經(jīng)過推理生成可行的裝配順序。綜合拆卸法和優(yōu)先約束法的特點(diǎn),采用了一種基于優(yōu)先關(guān)系約束的半角矩陣法確立裝配順序生成算法。
(1)根據(jù)廣度優(yōu)先進(jìn)行搜索,確定形成各級裝配結(jié)點(diǎn)的裝配單元。如薄膜蒸發(fā)器的總裝配圖山分離筒、筒體、轉(zhuǎn)子、封頭、下蓋等子裝配體(零件)構(gòu)成,轉(zhuǎn)子由主軸、刮板裝置、捕沫器、物料分布器等子裝配休(零件)構(gòu)成。
(2)確定形成裝配結(jié)點(diǎn)的裝配單元的裝配順序。如確定形成薄膜蒸發(fā)器總裝配體的裝配單元分離筒、筒體、轉(zhuǎn)子、封頭、下蓋等的裝配順序。
(3)從由裝配層次模型的底層開始,逐層向根結(jié)點(diǎn)逼近,遞歸形成裝配體的裝配順序。
2.4裝配路徑規(guī)劃
裝配路徑規(guī)劃是虛擬裝配技術(shù)研究的重點(diǎn)之一。裝配順序規(guī)劃確定了零件裝配的順序,但沒有確定零件按照什么方向或路徑裝配。在機(jī)械裝配過程巾,每個零部件都是沿著初始的裝配軌跡運(yùn)動到目標(biāo)位置,若移動過程中不和其他零部件發(fā)生碰撞,則稱這樣的運(yùn)動軌跡為該零部件的(可行)裝配路徑。裝配路徑規(guī)劃就是按照裝配順序給出每一個零部件單獨(dú)的裝配方式,也就是在一定的裝配順序下給出每一個零部件的裝配路徑。
采用基于VMap的裝配路徑規(guī)劃。裝配路徑規(guī)劃的算法流程,見圖4。
2.5裝配關(guān)系及裝配約束類型
根據(jù)模型結(jié)構(gòu)及其功能要求,確定薄膜蒸發(fā)器中零件與零件、零件與子裝配體、子裝配體與子裝配體間的裝配約束關(guān)系。
裝配關(guān)系是產(chǎn)品裝配模型的核心,產(chǎn)品中零部件的裝配設(shè)計(jì)往往是通過相互之間的裝配關(guān)系表現(xiàn)出來。較常見的裝配關(guān)系有3類:定位關(guān)系、連接關(guān)系和運(yùn)動關(guān)系,見圖5。
在SolidWorks中,提供了7種標(biāo)準(zhǔn)配合約束關(guān)系和7種高級配合約束關(guān)系、對薄膜蒸發(fā)器用到的幾種裝配配合類型是標(biāo)準(zhǔn)配合約束,主要有:重合(COINCIDENT)、同軸心(CONCENTRIC)、平行相距(DISTANCE)、角度(ANGLE)等。
薄膜蒸發(fā)器的裝配過程中用到的連接,主要有:螺紋連接、銷連接、焊接等。
2. 6虛擬裝配的實(shí)現(xiàn)
根據(jù)層次模型,由最底層開始,先確定薄膜蒸發(fā)器子裝配體中各零件問的約束關(guān)系,然后根據(jù)前文確定的裝配順序和裝配路徑進(jìn)行裝配。圖6為薄膜蒸發(fā)器轉(zhuǎn)子裝配體的刮板裝置,根據(jù)前文提出的基于優(yōu)先關(guān)系約束的半角矩陣法的裝配順序規(guī)劃,確定刮板裝置的裝配順序,以筋板作為基準(zhǔn)件,其順序?yàn)?筋板→平板→短管→導(dǎo)槽→刮板→螺栓→螺母。同時由基于VMap的裝配路徑規(guī)劃方法,確定裝配軌跡)然后根據(jù)零件間的配合約束關(guān)系,調(diào)用SolidWorks API函數(shù),實(shí)現(xiàn)刮板裝置的自動裝配。
2.7裝配干涉檢驗(yàn)
在Youn和Wohn提出的一種用層級模型表達(dá)加速碰撞干涉檢查的方法和Cohen等提出的一種在交互環(huán)境下的精確干涉檢查方法的基礎(chǔ)上,采用一種基于包容盒的逐級分解的干涉檢驗(yàn)算法。
當(dāng)兩部件進(jìn)行干涉檢驗(yàn)時,通過調(diào)用SolidWorks API中干涉檢驗(yàn)函數(shù),自動對所選擇的零部件進(jìn)行干涉檢驗(yàn)。
在轉(zhuǎn)子的裝配過程中,采用基于包容盒的逐級分解的干涉檢驗(yàn)算法能快速檢查出零部件裝配中的干涉情況,并通知系統(tǒng)及時調(diào)整參數(shù),消除干涉。
3薄膜蒸發(fā)器遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
薄膜蒸發(fā)器遠(yuǎn)程三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的目標(biāo)是:實(shí)現(xiàn)基于B/S模式的跨平臺的薄膜蒸發(fā)器遠(yuǎn)程三維設(shè)計(jì)。包括零部件和裝配圖的三維造型設(shè)計(jì),虛擬裝配設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)結(jié)果的預(yù)覽、修改和下載。為此確立了如圖7所示的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。
(1)主界面用戶打開網(wǎng)址后首先看到的界面,主要是對薄膜蒸發(fā)器遠(yuǎn)程三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的介紹,以及提供登陸人口。
(2)設(shè)計(jì)界面用戶在主界面中憑用戶名和密碼登陸后進(jìn)人的界面,可以在該界面中輸入和修改設(shè)計(jì)參數(shù),對設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行造型設(shè)計(jì)并提交,同時從臨時文件庫中將設(shè)計(jì)好的造型圖提供給用戶預(yù)覽。
(3)臨時文件庫用戶登陸后獲得的臨時文件夾,用于存儲設(shè)計(jì)時的造型圖及數(shù)據(jù)文件。
(4)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫在設(shè)計(jì)過程中提供參考數(shù)據(jù)、維持狀態(tài)和為三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
(5)各設(shè)計(jì)模塊從用戶界面中獲取相關(guān)尺寸,調(diào)用相應(yīng)設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行零部件和裝配體的設(shè)計(jì),并將設(shè)計(jì)結(jié)果保存在臨時文件庫中供用戶預(yù)覽和下載。
3. 2系統(tǒng)主要模塊的實(shí)現(xiàn)
3.2.1設(shè)計(jì)界面設(shè)計(jì)界面是聯(lián)系后臺與用戶的重要紐帶,它具有參數(shù)輸人和修改、檢查參數(shù)合法性、為后臺計(jì)算和設(shè)計(jì)傳遞參數(shù)3個功能。在Web Class中,有2種方式創(chuàng)建設(shè)計(jì)界面:創(chuàng)建HTML模板和直接輸出網(wǎng)頁代碼;使用兩者結(jié)合的方式創(chuàng)建設(shè)計(jì)界面。HTML模板是標(biāo)準(zhǔn)的HTML頁面,其中包含一些Web Class能夠在運(yùn)行時用自定義信息替換的定界字段。根據(jù)薄膜蒸發(fā)器零部件關(guān)系及特點(diǎn)創(chuàng)建了如圖8所示的網(wǎng)頁模板,右面空白處設(shè)置類似<tagprefix tagname> tageontents < /tagprefix tagname>的替換標(biāo)記,在輸出模板時執(zhí)行替換,給出用戶設(shè)計(jì)界面。
3.2.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)過程中起著非常重要的作用,除了前文中的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫還具有以下作用:
(1)提供參考設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為了方便用戶設(shè)計(jì),系統(tǒng)根據(jù)工程實(shí)例提供了一套設(shè)計(jì)參數(shù),它們存儲于相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中,輸出用戶界面時供系統(tǒng)檢索調(diào)用。
(2)維持狀態(tài)設(shè)計(jì)過程中有大量參數(shù)需要傳遞,如果僅用Session變量保存整個記錄集甚至記錄集數(shù)組,將很快消耗大量內(nèi)存,勢必影響應(yīng)用程序的響應(yīng)性和擴(kuò)展性。因此,系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)庫維持狀態(tài)、用戶在界面中輸人參數(shù)后,系統(tǒng)將其存入數(shù)據(jù)庫,待用戶返回時輸出到界面供修改。
(3)為三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程,特別是零部件設(shè)計(jì)和裝配過程中,需要查找相關(guān)尺寸及其裝配關(guān)系,這些數(shù)據(jù)都分類存儲于數(shù)據(jù)庫中。
3.2.3參數(shù)化設(shè)計(jì)及裝配模塊參數(shù)化設(shè)計(jì)及裝配模塊是本系統(tǒng)中的核心部分,從零部件設(shè)計(jì)到裝配圖設(shè)計(jì),各個部分都有相應(yīng)的Webitem與之對應(yīng),Webitem負(fù)責(zé)響應(yīng)用戶請求,輸出設(shè)計(jì)界面,每個webitem對應(yīng)的form1事件負(fù)責(zé)接收設(shè)計(jì)界面?zhèn)鱽淼臄?shù)據(jù),并調(diào)用各個設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行二維參數(shù)化設(shè)計(jì)。
3.2.4用戶信息及文件管理模塊用戶登陸后即為其設(shè)置臨時日錄,當(dāng)用戶提交設(shè)計(jì)參數(shù)后將得到后綴名為SLDPRT的SolidWorks造型圖,以供預(yù)覽或下載,查看設(shè)計(jì)是否滿足要求。系統(tǒng)在服務(wù)器上設(shè)置3個文件庫,用戶登陸后將圖庫中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和造型圖調(diào)到臨時文件庫中,系統(tǒng)將所有造型圖及數(shù)據(jù)存于臨時文件庫,供用戶預(yù)覽和下載,當(dāng)用戶設(shè)計(jì)結(jié)束或離開系統(tǒng)時將臨時文件庫中所有資料轉(zhuǎn)至備份文件庫,供管理員查看,最后清空臨時文件庫。
在WebClass中存在造型圖更新滯后問題,即每次用戶修改完數(shù)據(jù)重新生成造型圖后卻只能得到修改前的造型圖。為了解決這個問題,在臨時圖庫巾設(shè)置了緩存文件夾,對每次生成的造型圖名添加隨機(jī)數(shù),即每次生成不同名稱造型圖,強(qiáng)制系統(tǒng)尋找當(dāng)前文件名以提供預(yù)覽,當(dāng)用戶進(jìn)行下部件設(shè)計(jì)時即認(rèn)為用戶對該圖滿意,系統(tǒng)以特定名稱將造型圖存人臨時文件庫,以備后面調(diào)用和下載。
3. 3薄膜蒸發(fā)器遠(yuǎn)程三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例
以10 平方米薄膜蒸發(fā)器物料分布器的遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)為例來說明系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程。登陸系統(tǒng)后選擇物料分布器設(shè)計(jì),進(jìn)人如圖10所示的物料分布器設(shè)計(jì)界面,輸人設(shè)計(jì)參數(shù)后提交,設(shè)計(jì)完成后用戶可以下載或修改設(shè)計(jì)造型圖,圖11為在瀏覽器中預(yù)覽物料分布器設(shè)計(jì)結(jié)果。圖12、圖13為在瀏覽器中預(yù)覽轉(zhuǎn)子和總體裝配造型圖(為顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu),下筒體設(shè)置了隱藏)。
4結(jié)論
研究并開發(fā)了刮板式薄膜蒸發(fā)器遠(yuǎn)程三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)。系統(tǒng)的開發(fā)順應(yīng)了CAD發(fā)展的趨勢,提高了薄膜蒸發(fā)器設(shè)計(jì)水平,縮短了開發(fā)周期并降低了設(shè)計(jì)成本,從而增強(qiáng)了市場競爭力,為CAE開發(fā)、工程圖的實(shí)現(xiàn)及其網(wǎng)絡(luò)化制造奠定了基礎(chǔ)。提出的應(yīng)用WebClass技術(shù)對SolidWorks進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)具有簡捷、快速、高效等特點(diǎn),其開發(fā)過程同樣適用于其它遠(yuǎn)程三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)。
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