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3D參數(shù)化方法在電梯設(shè)計中的應(yīng)用研究

2013-02-28 02:30煒,沈宗,吳
裝備制造技術(shù) 2013年3期
關(guān)鍵詞:電子表格部件圖紙

趙 煒,沈 宗,吳 超

(上海三菱電梯有限公司,上海 200245)

3D參數(shù)化方法在電梯設(shè)計中的應(yīng)用研究

趙 煒,沈 宗,吳 超

(上海三菱電梯有限公司,上海 200245)

3D設(shè)計是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的趨勢,參數(shù)化方法是提升3D設(shè)計效率的有效方法。兩者結(jié)合起來,極有利于設(shè)計和管理部件近似度極高的電梯產(chǎn)品。簡單介紹了3D參數(shù)化設(shè)計方法的理論基礎(chǔ),并結(jié)合電梯轎箱門板組件的示例,展示了其在電梯行業(yè)推廣該設(shè)計方法的廣闊前景。

電梯;3D設(shè)計;參數(shù)化

電梯是一類依附于建筑物,需要適應(yīng)各種客戶化配置需求的機(jī)電產(chǎn)品,與通常的工程機(jī)械或者運(yùn)輸工具相比,電梯的一個顯著特點(diǎn)是規(guī)格眾多,單一型號的批產(chǎn)數(shù)量較少。

譬如,對于升降梯來說,每個客戶的空間和裝潢要求都可能存有差異,電梯廠家需要結(jié)合土建井道的實(shí)際情況有針對性地進(jìn)行轎箱尺寸、裝潢重量、噪音控制、振動控制等環(huán)節(jié)的配置。

為了實(shí)現(xiàn)上述客戶化配置的功能,指導(dǎo)有序生產(chǎn),設(shè)計部門必須建立一個規(guī)模龐大的,涵括更多品種、規(guī)格和條件的產(chǎn)品圖紙庫。隨著電梯產(chǎn)量的快速上升,客戶需求的極度多樣化,設(shè)計部門需出具的新增圖紙、需維護(hù)的歷史圖紙的數(shù)量都在急速增長,各廠家大量寶貴的高知人力不得不羈絆消耗于此。如何升級設(shè)計手段,提高工作效率,是本行業(yè)共同面臨的一項挑戰(zhàn)。而尋找新型的設(shè)計軟件,探索新穎的設(shè)計方法,或能成為一條可行的途徑。

1 3D參數(shù)化方法優(yōu)勢

目前,電梯行業(yè)的產(chǎn)品圖紙主要還是以2D圖紙為主。2D圖紙的一個特點(diǎn)是彼此之間不存在關(guān)聯(lián)。譬如,部件A1下的零件B1需要維護(hù)時,A1和B1的圖紙需要逐一修改;參考A1、B1、C1進(jìn)行新品設(shè)計A2、B2、C2時,A2、B2、C2的圖紙也需要重新繪制;當(dāng)A1、A2等逐漸形成部件族后,若進(jìn)行共性的改進(jìn),操作也是機(jī)械而重復(fù)的。簡而言之,圖1所示的關(guān)聯(lián)關(guān)系,即“從屬”和“參考”,未被保留在2D產(chǎn)品圖紙體系內(nèi),無法加以利用,每一張2D圖紙實(shí)際上都是一座座的孤島,需要人力去維護(hù)彼此之間的層次和影響。

3D設(shè)計軟件本身都能夠記錄零部件之間的“從屬”關(guān)系,這是較之傳統(tǒng)2D設(shè)計的一個重大優(yōu)勢,而參數(shù)化方法,則重點(diǎn)在于有效地管理“參考”關(guān)系。這樣的兩個方面結(jié)合之后,就可以將設(shè)計人員從大量機(jī)械重復(fù)性的工作之中解放出來的。

參數(shù)化方法也稱為尺寸驅(qū)動[1],就是將設(shè)計要求、設(shè)計原則、設(shè)計方法和設(shè)計結(jié)果用靈活可變的參數(shù)來表示,以便根據(jù)實(shí)際情況隨時加以更改。

在CAD中,要實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計,參數(shù)化模型的建立是關(guān)鍵。參數(shù)化模型表示了零件圖形的幾何約束和工程約束。幾何約束包括結(jié)構(gòu)約束和尺寸約束。結(jié)構(gòu)約束是指幾何元素之間的拓?fù)浼s束關(guān)系,如平行、垂直、相切、對稱等;尺寸約束則是通過尺寸標(biāo)注表示的約束,如距離尺寸、角度尺寸、半徑尺寸等。工程約束是指尺寸之間的約束關(guān)系,通過定義尺寸變量及它們之間在數(shù)值上和邏輯上的關(guān)系來表示。

在參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)中,設(shè)計人員根據(jù)工程關(guān)系和幾何關(guān)系來指定設(shè)計要求[2]。要滿足這些設(shè)計要求,不僅需要考慮尺寸或工程參數(shù)的初值,而且要在每次改變這些設(shè)計參數(shù)時來維護(hù)這些基本關(guān)系,即將參數(shù)分為兩類:其一為各種尺寸值,稱為可變參數(shù);其二為幾何元素間的各種連續(xù)幾何信息,稱為不變參數(shù)。參數(shù)化設(shè)計的本質(zhì)是在可變參數(shù)的作用下,系統(tǒng)能夠自動維護(hù)所有的不變參數(shù)[3]。因此,參數(shù)化模型中建立的各種約束關(guān)系,正是體現(xiàn)了設(shè)計人員的設(shè)計意圖。

參數(shù)化設(shè)計可以大大提高模型的生成和修改的速度,在產(chǎn)品的系列設(shè)計及相似設(shè)計方面具有很大的應(yīng)用價值。而在電梯領(lǐng)域,無論是零件還是部件,恰恰都很容易形成高度近似的族,即彼此間的“參考”十分顯著。其特點(diǎn)是,同一類的零件,其特征的有無有相似性,而特征的數(shù)量、數(shù)值和位置往往是變化的;同一類的部件,其零件的數(shù)量配置和裝配關(guān)系有相似性,而零件的具體選型是變化的。這就希望零部件的模型具有易于修改的柔性,并且在部件中能夠很方便地實(shí)施零件的替換。

與2D圖紙方法相比,使用3D參數(shù)化方法進(jìn)行初次設(shè)計時,零部件對象的數(shù)量(部件A1、零件B1、零件C1)是相同的,此外還必須實(shí)施參數(shù)化操作(數(shù)據(jù)A1、數(shù)據(jù)B1、數(shù)據(jù)C1),然后,以此為基礎(chǔ)的參考設(shè)計和圖紙維護(hù)就會便利許多。譬如,當(dāng)需要參考“零件B1”新設(shè)計“零件B2”時,僅需人工編制一組新的“數(shù)據(jù)B2”,即可自動實(shí)現(xiàn)由“零件B1”到“零件B2”的變形;當(dāng)需要對“零件C1”和“零件C2”進(jìn)行共性修改時,僅需人工改動“零件C1”的特征,而“零件C2”則可依據(jù)原有的“數(shù)據(jù)C2”獲得更新。這樣,在進(jìn)行3D參數(shù)化設(shè)計時,零部件間的“參考”關(guān)系就獲得了有效的管理和運(yùn)用。

2 3D參數(shù)化方法示例

目前常用的參數(shù)化設(shè)計CAD軟件中,主流的應(yīng)用軟件有Pro/Engineer、NX、CATIA和Solidworks四大軟件,其中,NX目前在傳統(tǒng)的制造行業(yè)比如汽車、航空航天等行業(yè)上兩個軟件占據(jù)絕對的市場份額。以下將以NX為例,介紹一些3D參數(shù)化方法在電梯設(shè)計中的示例。

NX的電子表格提供了在MSExcel或Xess與NX間的一個智能接口[4]。事實(shí)上,表格驅(qū)動的界面及機(jī)內(nèi)函數(shù)為相關(guān)的參數(shù)化設(shè)計提供了方便而有力的工具。當(dāng)一個部件被載入時,在NX的用戶入口(Gateway)應(yīng)用中,選擇“工具”→“電子表格”可存取Gateway的電子表格。該電子表格與部件一起存儲,可用于存儲有關(guān)的非幾何體數(shù)據(jù)。

電子標(biāo)的強(qiáng)大功能之一就是能夠用來定義部件的變異,根據(jù)表格里可能的系列參數(shù)數(shù)據(jù)來更新部件。這種操作可以代替部件家族功能,生成家族成員部件,并賦予他們讀寫權(quán)限,還可以單獨(dú)編譯。

除能夠影響當(dāng)前的工作部件之外,NX的電子表格還能管理裝配組合體。電子表格函數(shù)允許抽取部件的屬性值,并將它賦予組件下級部件的電子表格,以產(chǎn)生由頂級裝配決定的變異。也就是說,合理設(shè)計后的組件,即使包含了多層次多數(shù)量的下屬零件,也僅需要在唯一的頂級裝配中調(diào)整參數(shù),就能自動引起整個組合體的改變。以下是一組兩塊參數(shù)化設(shè)計的轎箱門板組件,如圖1、圖2所示。

圖1 裝配變形體狀態(tài)一

圖2 裝配變形體狀態(tài)二

3 結(jié)束語

將3D參數(shù)化方法應(yīng)用于電梯設(shè)計將帶來諸多優(yōu)勢:

(1)參數(shù)化的零件和裝配能夠重復(fù)使用,多次編輯,能夠快速應(yīng)用于新產(chǎn)品、新規(guī)格的設(shè)計與開發(fā)。

(2)參數(shù)化的零件和裝配能夠快速直觀地體現(xiàn)電梯整機(jī)或主要部件的配置結(jié)果,這些配置結(jié)果試驗(yàn)或驗(yàn)證設(shè)計和配置的可行性、正確性。

(3)參數(shù)化的零件和裝配與生成的工程圖紙之間存在關(guān)聯(lián),使用自動更新功能可以極大地減輕新增工程圖紙或者維護(hù)、升級工程圖紙的工作強(qiáng)度。

事實(shí)將證明,應(yīng)用3D參數(shù)化方法的設(shè)計,將為電梯行業(yè)的繼續(xù)發(fā)展提供新穎的助力。

[1]羅金橋,楊波,鄧楚南.應(yīng)用UGNX軟件時間騎車零部件的參數(shù)化設(shè)計[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2006,(5): 68-70.

[2]田彧,王大軍.電梯轎箱結(jié)構(gòu)模塊化和參數(shù)化設(shè)計研究[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2006,6(19):29-30.

[3]薛成超.自動扶梯參數(shù)化設(shè)計框架構(gòu)建及若干模塊的開發(fā)[D].沈陽:東北大學(xué),2008,(3):37-38.

[4]趙波,陳向軍.UG NX4相關(guān)參數(shù)化設(shè)計培訓(xùn)教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007.

Elevator Design Based on Three-Dimensional Layoutand Parametric-Driving Methods

ZHAOWei,SHEN Zong,WU Chao
(ShanghaiMitsubishiElevator CO.,Ltd.,Shanghai 200245,China)

The three-dimensional layoutmethod is a developing trend of the design ofmechanical products,and the parametric-drivingmethod could be seen asameans to enhance the efficiency of3D design.The combined applications of these twomethodsare highly conducive to design andmanage the approximate componentseries of the elevators.This paper briefly describes the theoretical basis of the three-dimensional layoutand parametric-drivingmethods,which is showed by a example of the cab door.And,it is certain that there is a broad prospect in the elevator industry to promote these designmethods.

elevator;three-dimensional layoutmethod;parametric-drivingmethod

TU976.3

B

1672-545X(2013)03-0233-02

2012-12-03

趙 煒(1980—),男,工程師,工程碩士,從事自動扶梯的設(shè)計工作。

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