基于Solid Edge的變量化設(shè)計

2013-05-17 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

梁巧萍來源:e-works
關(guān)鍵字:變量化設(shè)計 Solid Edge 產(chǎn)品設(shè)計鍋爐
基于三維軟件的變量化設(shè)計越來越受到機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)的關(guān)注。本文通過機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的工程實例,介紹Solid Edge軟件的變量化設(shè)計功能。并以某鍋爐產(chǎn)品在設(shè)計中使用Solid Edge軟件的變量化設(shè)計功能和二次開發(fā)為應(yīng)用,成功實現(xiàn)提高產(chǎn)品設(shè)計效率的目的。

1 引言

變量化設(shè)計就是將產(chǎn)品研發(fā)過程中的知識和經(jīng)驗通過變量的形式進(jìn)行關(guān)聯(lián),驅(qū)動整個產(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)計針對系列化的產(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)知識和經(jīng)驗、縮短研發(fā)周期、降低工作強(qiáng)度、提高設(shè)計質(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)計功能

Solid Edge是西門子UGS軟件公司推出的基于Windows平臺開發(fā)的普及型主流二維、三維一體化設(shè)計系統(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,增加營業(yè)收入,獲得競爭優(yōu)勢。該軟件支持"從底向上"、"自頂而下"的兩種產(chǎn)品設(shè)計方法,并在變量化設(shè)計方面具有強(qiáng)大的功能,滿足優(yōu)質(zhì)、高效的產(chǎn)品研發(fā)工作需求。

    2.1 Solid Edge實現(xiàn)的變量化設(shè)計過程

    1)實體建模或者工程圖繪制,Solid Edge允許在二維或者三維環(huán)境中,實現(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)計中,利用已有的變量化模型或者圖樣,進(jìn)一步設(shè)計。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)計功能

    2.2.1 零件模型的變量化設(shè)計

螺栓是機(jī)械結(jié)構(gòu)中常見的標(biāo)準(zhǔn)零件之一,其特點是外形固定,品種繁多,如表2-1給出了螺栓的部分參數(shù)。

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表 2-1 螺栓的參數(shù)

通過有效的變量化設(shè)計,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。建立公稱直徑M=10,的螺栓三維模型,如圖2-1所示:

在零件的模型建立過程中Solid Edge會自動添加相關(guān)尺寸的設(shè)計變量,使用人員可以根據(jù)需要更改變量名為常用的名稱,例如表2-1中應(yīng)用的一些名稱

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圖2-1 螺栓零件設(shè)計變量表

最后完成的螺栓零件設(shè)計變量表,如圖2-2所示:
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圖 2-2 螺栓零件設(shè)計變量表

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

零件的變量設(shè)計主要是通過單獨零件內(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,在工程實踐中更多的需要對產(chǎn)品級或者部件級的變量化設(shè)計,這就要求軟件能夠提供基于裝配模型的變量化設(shè)計功能,在Solid Edge的裝配環(huán)境中利用"同級變量"的功能,可以非常簡單的完成裝配級的變量設(shè)計工作。

裝配模型的變量化設(shè)計特點是:由裝配中主要零件的若干個關(guān)鍵變量,驅(qū)動其他零件中的變量,達(dá)到零件間尺寸的關(guān)聯(lián)變化。圖2-3所示為閥門的裝配圖,圖中"頂法蘭"安裝孔的直徑改變時,"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。

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圖2-3 閥門裝配體

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圖2-4 螺栓零件設(shè)計變量表

    通過以上的方法,裝配級的變量設(shè)置即可完成。

    2.2.3 二維工程圖的變量化設(shè)計

和其他三維軟件相比,Solid Edge的二維工程圖功能一直是個亮點,工程師不僅可以將三維模型投影生成符合國標(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,并且可以通過二維圖紙的變量表實現(xiàn)二維的變量化設(shè)計功能。

圖2-5 是在Solid Edge的二維工程圖模塊中完成的一個壓力容器法蘭的設(shè)計圖,其中將"公稱直徑(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,即使不會操作Solid Edge軟件的人員也可以進(jìn)行變量化設(shè)計工作。

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圖2-6 法蘭容器變量表圖

    2.2.4 Solid Edge變量化設(shè)計與二次開發(fā)在某鍋爐產(chǎn)品研發(fā)過程中的應(yīng)用

某鍋爐產(chǎn)品因工作原理獨特,具有安全、環(huán)保、高效、長壽、結(jié)構(gòu)緊湊、便于運(yùn)輸?shù)纫幌盗袃?yōu)點,由于其性能特點非常適合生產(chǎn)工藝需要,正逐步成為傳統(tǒng)加熱爐的理想替代產(chǎn)品,受到廣大用戶的歡迎。但該產(chǎn)品設(shè)計差異性非常大,即使是同型號、同規(guī)格產(chǎn)品,也會因工質(zhì)的物性、成分及含量,燃料種類、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法采取同一設(shè)計,基本上是一臺鍋爐一套圖紙,結(jié)構(gòu)計算復(fù)雜,設(shè)計制圖工作量很大,研發(fā)人員整日陷入大量重復(fù)性的圖紙繪制工作,但仍然很難滿足巨大的市場需求,更無法對產(chǎn)品進(jìn)行深入拓展和研究,產(chǎn)品研發(fā)急切需要專業(yè)化的設(shè)計工具快速高效完成工作。鑒于這種實際的設(shè)計現(xiàn)狀,使用Solid Edge的變量化功能來解決實際問題。

Solid Edge除了提供變量化功能之外,還提供了設(shè)計建模OLE Automation和Component Object Model(COM) 的功能,從而使用人員可以通過良好的二次開發(fā)接口,采用Microsoft Visual Basic調(diào)用、復(fù)制模型和驅(qū)動變量,完成零部件的生成與自動裝配過程。通過這一過程并結(jié)合EXCEL使鍋爐產(chǎn)品的圖形設(shè)計變得簡單、快捷、高效。設(shè)計簡圖3-1所示。

通過以上方法,工程師設(shè)計完成了鍋爐主機(jī)、輔機(jī)、通用件、管道系統(tǒng)和煙風(fēng)系統(tǒng)的模型圖庫,并完成了用于以上五個圖庫設(shè)計的熱力計算、阻力計算和強(qiáng)度計算三大理論計算軟件、向?qū)гO(shè)計、結(jié)構(gòu)預(yù)布置及三維驅(qū)動及自動裝配。如圖3-2和3-3所示。

變量化設(shè)計的產(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;產(chǎn)品有關(guān)設(shè)計計算模式相同或相似、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)計功能。因此在Solid Edge平臺上,進(jìn)行的相變爐本體三維實體造型設(shè)計,比較直觀的反映了燃油燃?xì)庀嘧儬t本體結(jié)構(gòu);在變量化設(shè)計過程中,參數(shù)可以隨時修改,模型隨之變化,可以將主要參數(shù)保存到數(shù)據(jù)庫中,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行同類型產(chǎn)品的快速修改設(shè)計,輸入系列數(shù)值,可得到系列的設(shè)計結(jié)果。通過Solid Edge模型,自動生成生產(chǎn)加工可用的工程圖。

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圖3-1 設(shè)計簡圖

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圖3-2 雙相變鍋爐圖

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圖3-3 石油加熱爐圖

3 結(jié)論

Solid Edge的變量化設(shè)計將成熟的產(chǎn)品研發(fā)知識充分吸收,使之程序化、規(guī)范化,實施使用后可以避免產(chǎn)生許多認(rèn)為的錯誤。使許多原來只能由經(jīng)驗豐富的設(shè)計專家擔(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)驗的設(shè)計專家從重復(fù)勞動力中解放出來,投入到新產(chǎn)品研發(fā)和豐富完善變量設(shè)計知識庫的工作中,使產(chǎn)品研發(fā)能力上一個嶄新的臺階。

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