諶炎輝， 梁 輝， 徐武彬， 李 冰

（1. 廣西工學院機械系，廣西 柳州 545006；2. 廣西柳州鋼鐵集團公司動力廠，廣西 柳州 545002）

由于散裝水泥車具有運輸效率高、有利于安全運輸、保持水泥的完好率、減輕裝卸強度和改善裝卸條件以及降低運輸成本等優(yōu)點[1]，再加上國家促進散裝水泥車發(fā)展的相關(guān)政策法規(guī)等原因，導致了對散裝水泥車大量需求，成為發(fā)展很快的專用車品種之一。為適應市場的需要，專用車生產(chǎn)廠家必須在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上不斷改進，在保證罐式車罐體有足夠的結(jié)構(gòu)強度的前提下，降低整車自重，增大裝載量。此外，由于市場的需求多樣化，散裝水泥運輸車多屬于多品種小批量產(chǎn)品，從訂貨到交車周期只有8至10天。而目前的散裝水泥車設(shè)計方法，產(chǎn)品設(shè)計周期大約為6到 8天，傳統(tǒng)的設(shè)計理念和方法很難滿足設(shè)計和生產(chǎn)要求，在現(xiàn)有產(chǎn)品的設(shè)計知識基礎(chǔ)上降低新產(chǎn)品的開發(fā)周期成為重重之重。

基于三維CAD 軟件的參數(shù)化設(shè)計技術(shù)已基本實現(xiàn)了標準件等零部件的參數(shù)化設(shè)計[2-3]，在進行直筒散裝水泥罐車參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)時，采用了基于UG/KF 技術(shù)的知識模型的參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，運用知識規(guī)則和推理，能很好的解決這一問題。為了實現(xiàn)友好的人機界面，采用UG/API技術(shù)開發(fā)了人機接口程序，使得在不了解直筒散裝水泥罐車罐體內(nèi)部參數(shù)設(shè)計和DFA 程序開發(fā)的情況下也能操作設(shè)計系統(tǒng)進行產(chǎn)品設(shè)計。

1 相關(guān)知識

1.1 UG/KF 簡介

UG知識熔接 (Knowledge Fusion，簡稱KF)是建立在Intent之上的基于知識的工程語言[4]，為產(chǎn)品設(shè)計者獲得和操縱工程規(guī)則、設(shè)計意圖提供了一套強有力的工具?？梢宰層脩糸_發(fā)應用系統(tǒng)，通過工程規(guī)則而不僅僅是幾何尺寸類參數(shù)驅(qū)動來控制UG對象，超越了單純的幾何建模。通過知識熔接可以構(gòu)造完全重復使用的知識庫，很容易實現(xiàn)產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計。

KF采用創(chuàng)成機制(Generative)和采用機制(Adoption)將知識與CAX系統(tǒng)融合，能訪問數(shù)據(jù)庫和電子表格等外部知識數(shù)據(jù)源，并提供了與分析、優(yōu)化等模塊的接口程序。

UG/KF 中是通過屬性參數(shù)(Attribute)、類(Class)和函數(shù)(Function)來實施工作的，也就是把工作內(nèi)容和思路用它們表達出來，用記事本寫成純文本文件。UG 系統(tǒng)本身提供了大量的類(Class)和函數(shù)(Function)，用戶也可以用KF 語言編寫自己的類和函數(shù)來調(diào)用其他的類和函數(shù)，或被調(diào)用。

1.2 直筒散裝水泥罐車簡介

直筒散裝水泥罐車罐體主要由罐筒、橫支撐總成、支撐梁、側(cè)滑料板、多孔板、中間隔倉板、中間滑料板、封頭總成等部件組成。如圖1 所示，直筒散裝水泥罐車的工作原理為：空氣壓縮機通過多孔板(5)的小孔將空氣從下部壓入到密封的容積空間中，在主滑料板(4)和副滑料板(3)的共同作用下流化，這時候罐體中的氣壓大于外界氣壓，開關(guān)打開后，散裝水泥在壓力差的作用下從罐中排出，從而達到取料的目的。圖1 中(1)和(2)分別為橫支撐和筋板。

圖1 罐體結(jié)構(gòu)圖

1.3 基于UG/WAVE 技術(shù)參數(shù)化設(shè)計的缺陷

直筒散裝水泥罐車罐體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜、零部件間關(guān)聯(lián)性很強，在設(shè)計過程中用到大量的輔助面來實現(xiàn)零部件的修剪、定位等操作，使得在進行參數(shù)變化時因為修剪、定位輔助面在實體外而導致設(shè)計失敗。如圖2 為基于WAVE 技術(shù)建模的直筒散裝水泥罐車罐體模型在進行參數(shù)變化時，由于罐筒長度變化引起封頭建模時用到的輔助修剪面完全位于封頭實體的外面而導致參數(shù)更新失敗。

圖2 參數(shù)化設(shè)計失敗實例

2 基于KF 的水泥罐車罐體系統(tǒng)設(shè)計流程

水泥罐車設(shè)計系統(tǒng)綜合利用VC++、UG/KF、UG/Open 等開發(fā)工具，在UG 環(huán)境下建立以KF技術(shù)為基礎(chǔ)的產(chǎn)品設(shè)計知識模型，以UG 二次開發(fā)技術(shù)建立快速設(shè)計系統(tǒng)的人機接口和知識模型的參數(shù)化設(shè)計。能實現(xiàn)水泥罐車的快速參數(shù)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計，并能實現(xiàn)設(shè)計知識的重復利用。圖3 為水泥罐車設(shè)計系統(tǒng)的基本框架。

圖3 基于KF 的水泥罐車設(shè)計系統(tǒng)框架

3 基于KF 的直筒散裝水泥罐車零部件參數(shù)化設(shè)計

根據(jù)對水泥罐車罐體結(jié)構(gòu)及其部件間關(guān)聯(lián)關(guān)系的分析和設(shè)計數(shù)據(jù)的處理，運用UG/KF技術(shù)，把水泥罐車的設(shè)計方法、設(shè)計步驟和設(shè)計計算融合在一起，從而實現(xiàn)水泥罐車罐體零部件的自動設(shè)計，然后利用UG提供的虛擬裝配技術(shù)實現(xiàn)罐體模型的參數(shù)化設(shè)計。圖4為UG/KF環(huán)境下直筒散裝水泥罐車零部件設(shè)計的基本流程。如1.3節(jié)中出現(xiàn)的情況，在采用KF設(shè)計時可以由罐筒零件的參數(shù)以規(guī)則的形式控制封頭的輔助修剪面的位置，并實現(xiàn)相互之間的相關(guān)參數(shù)化而解決前面因為輔助修剪面完全位于實體的外面而導致參數(shù)更新失敗的問題。

圖 4 基于KF的零部件設(shè)計流程圖

下面以橫支撐為例，介紹基于UG/KF創(chuàng)成方式的水泥罐車罐體零部件具體設(shè)計過程：

（1） 從產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫輸入產(chǎn)品參數(shù)和產(chǎn)品內(nèi)其它零部件相關(guān)參數(shù)，由ug_expression 類定義，要輸入的參數(shù)包括罐筒直徑、橫支撐的定位參數(shù)等。

（2） 定義規(guī)則，將產(chǎn)品設(shè)計知識以規(guī)則實現(xiàn)，由輸入?yún)?shù)通過規(guī)則變化后得到橫支撐設(shè)計過程中需要的所有參數(shù)并使所有的參數(shù)在輸入?yún)?shù)變化時能根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計知識進行變化（由規(guī)則定義實現(xiàn)）。

（3） 定義橫支撐的基本體，由ug_cylinder類定義，參數(shù)包括直徑、高度和定位參數(shù)等。

（4） 定義橫支撐的結(jié)構(gòu)特征，由ug_cylinder類或ug_block 類定義并與基本體進行布爾運算得到。

（5） 定義屬性，為產(chǎn)品添加必要的屬性（如材料、比重等），以便進行產(chǎn)品設(shè)計、分析、計算等。

（6） 輸出影響其它零部件設(shè)計的參數(shù)和DFA 文件等。

（7） 生成產(chǎn)品實例（三維實體模型），零部件設(shè)計結(jié)束，圖5 為基于KF 設(shè)計的橫支撐實例。

相對于一般的參數(shù)化設(shè)計方法，基于KF 的設(shè)計方法將產(chǎn)品的設(shè)計知識以規(guī)則的形式融入直筒散裝水泥罐車零部件模型中，并可以以添加屬性的形式將產(chǎn)品設(shè)計、計算和分析等需要的知識加入產(chǎn)品零部件模型，從而體現(xiàn)了知識模型的應用。

圖5 橫支撐的創(chuàng)成設(shè)計模型

4 總 結(jié)

由于直筒散裝水泥罐車罐體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜、零部件間關(guān)聯(lián)性很強，在使用UG 相關(guān)參數(shù)化設(shè)計方法進行設(shè)計的過程中用到大量的輔助面來實現(xiàn)零部件的修剪、定位等操作，使得在進行參數(shù)變化時因為修剪和定位的輔助面在實體外而導致設(shè)計失敗。為了解決這一問題，本文在UG 環(huán)境下通過綜合利用UG/KF 技術(shù)和UG/API技術(shù)開發(fā)了直筒散裝水泥罐車參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)。采用UG/KF 創(chuàng)成法等方法建立水泥罐車罐體的三維模型，并應用UG/API 技術(shù)開發(fā)了人機接口程序。使得設(shè)計過程簡潔明了，大大減少了設(shè)計時間，同結(jié)構(gòu)類型產(chǎn)品只需要變更參數(shù)就可以簡單實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計，新類型產(chǎn)品也可以以DFA文件的形式實現(xiàn)設(shè)計知識的重用，在企業(yè)要求的時間內(nèi)開發(fā)出合格的產(chǎn)品。該系統(tǒng)已經(jīng)成功運用于廣西柳州運力專用汽車股份有限公司進行產(chǎn)品設(shè)計，很好地解決了以前設(shè)計周期長、設(shè)計工作量大的問題。

[1] 謝開泉. 我國散裝水泥車市場情況分析及未來預測[J]. 專用汽車, 2007, (7): 15-17.

[2] 張應中, 羅曉芳. 基于UG/Open API技術(shù)的參數(shù)化標準件庫的開發(fā)[J]. 計算機工程, 2003, 29(21): 180-181.

[3] 康榮學, 宋 健, 王語風. UG環(huán)境下汽車制動產(chǎn)品標準件數(shù)據(jù)庫的建立[J]. 2004, 26(11): 18-20.

[4] 王 剛, 等. UG 知識熔接技術(shù)培訓教程[M]. 北京:清華大學出版社, 2002. 1-52.