搜索基于Solid Edge的變量化設(shè)計(jì)
2013-05-17 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線(xiàn)
梁巧萍 來(lái)源:e-works
關(guān)鍵字:變量化設(shè)計(jì) Solid Edge 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 鍋爐
基于三維軟件的變量化設(shè)計(jì)越來(lái)越受到機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)的關(guān)注。本文通過(guò)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程實(shí)例,介紹Solid Edge軟件的變量化設(shè)計(jì)功能。并以某鍋爐產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中使用Solid Edge軟件的變量化設(shè)計(jì)功能和二次開(kāi)發(fā)為應(yīng)用,成功實(shí)現(xiàn)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率的目的。
1 引言
變量化設(shè)計(jì)就是將產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)通過(guò)變量的形式進(jìn)行關(guān)聯(lián),驅(qū)動(dòng)整個(gè)產(chǎn)品數(shù)字化模型,達(dá)到快速完成產(chǎn)品研發(fā)的目的。變量化的設(shè)計(jì)針對(duì)系列化的產(chǎn)品研發(fā),能夠保留和凝結(jié)企業(yè)已有的產(chǎn)品研發(fā)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)、縮短研發(fā)周期、降低工作強(qiáng)度、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、節(jié)約成本,增強(qiáng)管理的可控性。
2 Solid Edge的變量化設(shè)計(jì)功能
Solid Edge是西門(mén)子UGS軟件公司推出的基于Windows平臺(tái)開(kāi)發(fā)的普及型主流二維、三維一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng),可幫助制造業(yè)企業(yè)將其創(chuàng)新流程轉(zhuǎn)換到三維環(huán)境以降低成本,增加營(yíng)業(yè)收入,獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。該軟件支持"從底向上"、"自頂而下"的兩種產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法,并在變量化設(shè)計(jì)方面具有強(qiáng)大的功能,滿(mǎn)足優(yōu)質(zhì)、高效的產(chǎn)品研發(fā)工作需求。
2.1 Solid Edge實(shí)現(xiàn)的變量化設(shè)計(jì)過(guò)程
1)實(shí)體建?；蛘吖こ虉D繪制,Solid Edge允許在二維或者三維環(huán)境中,實(shí)現(xiàn)變量化;
2)變量化操作,明確變量間的關(guān)系;
3)在后續(xù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,利用已有的變量化模型或者圖樣,進(jìn)一步設(shè)計(jì)。變量化的最終目的是在以后的工作中再次使用。
2.2 軟件中的變量化設(shè)計(jì)功能
2.2.1 零件模型的變量化設(shè)計(jì)
螺栓是機(jī)械結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)零件之一,其特點(diǎn)是外形固定,品種繁多,如表2-1給出了螺栓的部分參數(shù)。
表 2-1 螺栓的參數(shù)
通過(guò)有效的變量化設(shè)計(jì),生成"模板"零件后,可以快速創(chuàng)建各種規(guī)格的螺栓零件,建立自己的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)。建立公稱(chēng)直徑M=10,的螺栓三維模型,如圖2-1所示:
在零件的模型建立過(guò)程中Solid Edge會(huì)自動(dòng)添加相關(guān)尺寸的設(shè)計(jì)變量,使用人員可以根據(jù)需要更改變量名為常用的名稱(chēng),例如表2-1中應(yīng)用的一些名稱(chēng)
圖2-1 螺栓零件設(shè)計(jì)變量表
最后完成的螺栓零件設(shè)計(jì)變量表,如圖2-2所示:
圖 2-2 螺栓零件設(shè)計(jì)變量表
這樣,圖2-1所示的文件可以作為螺栓的"模板"文件,在變量表中輸入其他變量值,就可以生成其他規(guī)格的螺栓零件。
2.2.2 裝配模型的變量化設(shè)計(jì)
零件的變量設(shè)計(jì)主要是通過(guò)單獨(dú)零件內(nèi)部的變量設(shè)置和建立的關(guān)系完成系列化零件的設(shè)計(jì),在工程實(shí)踐中更多的需要對(duì)產(chǎn)品級(jí)或者部件級(jí)的變量化設(shè)計(jì),這就要求軟件能夠提供基于裝配模型的變量化設(shè)計(jì)功能,在Solid Edge的裝配環(huán)境中利用"同級(jí)變量"的功能,可以非常簡(jiǎn)單的完成裝配級(jí)的變量設(shè)計(jì)工作。
裝配模型的變量化設(shè)計(jì)特點(diǎn)是:由裝配中主要零件的若干個(gè)關(guān)鍵變量,驅(qū)動(dòng)其他零件中的變量,達(dá)到零件間尺寸的關(guān)聯(lián)變化。圖2-3所示為閥門(mén)的裝配圖,圖中"頂法蘭"安裝孔的直徑改變時(shí),"側(cè)法蘭"安裝孔的直徑隨之改變。
在Solid Edge裝配環(huán)境中使用"同級(jí)變量",首先選擇"頂法蘭"變量表中的與內(nèi)徑相關(guān)的變量,使用"粘貼鏈接"的方式鏈接到"側(cè)法蘭"變量中與直徑相關(guān)的變量,如圖2-4所示。
圖2-3 閥門(mén)裝配體
圖2-4 螺栓零件設(shè)計(jì)變量表
通過(guò)以上的方法,裝配級(jí)的變量設(shè)置即可完成。
2.2.3 二維工程圖的變量化設(shè)計(jì)
和其他三維軟件相比,Solid Edge的二維工程圖功能一直是個(gè)亮點(diǎn),工程師不僅可以將三維模型投影生成符合國(guó)標(biāo)的二維圖紙,還可以直接在Solid Edge的二維工程圖模塊中繪制二維圖紙,并且可以通過(guò)二維圖紙的變量表實(shí)現(xiàn)二維的變量化設(shè)計(jì)功能。
圖2-5 是在Solid Edge的二維工程圖模塊中完成的一個(gè)壓力容器法蘭的設(shè)計(jì)圖,其中將"公稱(chēng)直徑(DN)","厚度(Thick)","彎管直徑(Tube_D)","孔徑(Hole_D)"作為關(guān)鍵變量,完成的變量設(shè)計(jì)表,如圖2-6所示。
如2-6 所示,在變量表中可以使用數(shù)學(xué)公式,例如數(shù)值為"162"的變量,公式欄中輸入"180-Hole_D/2",回車(chē)確認(rèn)即可。也可以使用Solid Edge內(nèi)部函數(shù),例如數(shù)值為"310"變量,公式欄中輸入"fix(Tube_D/5)*10",fix即為Solid Edge內(nèi)部的"取整"函數(shù)。也可以使用外部函數(shù),數(shù)值為"960、115"的變量就使用了外部函數(shù)"PVF_D、PVF_H"。除此之外Solid Edge的變量表還可以鏈接到外部的Excel文件中,這樣使用者可以在Excel文件中修改變量值,即使不會(huì)操作Solid Edge軟件的人員也可以進(jìn)行變量化設(shè)計(jì)工作。
圖2-6 法蘭容器變量表圖
2.2.4 Solid Edge變量化設(shè)計(jì)與二次開(kāi)發(fā)在某鍋爐產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用
某鍋爐產(chǎn)品因工作原理獨(dú)特,具有安全、環(huán)保、高效、長(zhǎng)壽、結(jié)構(gòu)緊湊、便于運(yùn)輸?shù)纫幌盗袃?yōu)點(diǎn),由于其性能特點(diǎn)非常適合生產(chǎn)工藝需要,正逐步成為傳統(tǒng)加熱爐的理想替代產(chǎn)品,受到廣大用戶(hù)的歡迎。但該產(chǎn)品設(shè)計(jì)差異性非常大,即使是同型號(hào)、同規(guī)格產(chǎn)品,也會(huì)因工質(zhì)的物性、成分及含量,燃料種類(lèi)、成分,爐子的工藝位置、使用要求、運(yùn)行地等方面的不同而無(wú)法采取同一設(shè)計(jì),基本上是一臺(tái)鍋爐一套圖紙,結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)雜,設(shè)計(jì)制圖工作量很大,研發(fā)人員整日陷入大量重復(fù)性的圖紙繪制工作,但仍然很難滿(mǎn)足巨大的市場(chǎng)需求,更無(wú)法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行深入拓展和研究,產(chǎn)品研發(fā)急切需要專(zhuān)業(yè)化的設(shè)計(jì)工具快速高效完成工作。鑒于這種實(shí)際的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀,使用Solid Edge的變量化功能來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。
Solid Edge除了提供變量化功能之外,還提供了設(shè)計(jì)建模OLE Automation和Component Object Model(COM) 的功能,從而使用人員可以通過(guò)良好的二次開(kāi)發(fā)接口,采用Microsoft Visual Basic調(diào)用、復(fù)制模型和驅(qū)動(dòng)變量,完成零部件的生成與自動(dòng)裝配過(guò)程。通過(guò)這一過(guò)程并結(jié)合EXCEL使鍋爐產(chǎn)品的圖形設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單、快捷、高效。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖3-1所示。
通過(guò)以上方法,工程師設(shè)計(jì)完成了鍋爐主機(jī)、輔機(jī)、通用件、管道系統(tǒng)和煙風(fēng)系統(tǒng)的模型圖庫(kù),并完成了用于以上五個(gè)圖庫(kù)設(shè)計(jì)的熱力計(jì)算、阻力計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算三大理論計(jì)算軟件、向?qū)гO(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)預(yù)布置及三維驅(qū)動(dòng)及自動(dòng)裝配。如圖3-2和3-3所示。
變量化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品系列中,結(jié)構(gòu)相似性程度越高,越適合于采用模塊化和參數(shù)化設(shè)計(jì);產(chǎn)品有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算模式相同或相似、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)件和通用件越多,越便于成組技術(shù)和特征建模技術(shù)在CAD系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文中的鍋爐產(chǎn)品具有上述特性,非常適合于Solid Edge變量化設(shè)計(jì)功能。因此在Solid Edge平臺(tái)上,進(jìn)行的相變爐本體三維實(shí)體造型設(shè)計(jì),比較直觀(guān)的反映了燃油燃?xì)庀嘧儬t本體結(jié)構(gòu);在變量化設(shè)計(jì)過(guò)程中,參數(shù)可以隨時(shí)修改,模型隨之變化,可以將主要參數(shù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行同類(lèi)型產(chǎn)品的快速修改設(shè)計(jì),輸入系列數(shù)值,可得到系列的設(shè)計(jì)結(jié)果。通過(guò)Solid Edge模型,自動(dòng)生成生產(chǎn)加工可用的工程圖。
圖3-1 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖
圖3-2 雙相變鍋爐圖
圖3-3 石油加熱爐圖
3 結(jié)論
Solid Edge的變量化設(shè)計(jì)將成熟的產(chǎn)品研發(fā)知識(shí)充分吸收,使之程序化、規(guī)范化,實(shí)施使用后可以避免產(chǎn)生許多認(rèn)為的錯(cuò)誤。使許多原來(lái)只能由經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)專(zhuān)家擔(dān)當(dāng)?shù)墓ぷ?轉(zhuǎn)為由一般工程師即可勝任,使具有豐富經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)專(zhuān)家從重復(fù)勞動(dòng)力中解放出來(lái),投入到新產(chǎn)品研發(fā)和豐富完善變量設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)的工作中,使產(chǎn)品研發(fā)能力上一個(gè)嶄新的臺(tái)階。
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