張立健　付健權(quán)

摘 要：數(shù)字化工裝設(shè)計(jì)解決方案的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是基于MBD的全三維數(shù)字化研發(fā)模式，講模塊化設(shè)計(jì)的理念應(yīng)用到工裝設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)工裝的模塊化分類應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工裝設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的累積和重用，促進(jìn)工裝設(shè)計(jì)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)工裝數(shù)據(jù)的全面管理，工裝設(shè)計(jì)結(jié)果在資源庫(kù)中的管理，便于工裝數(shù)據(jù)查詢、參考和重用。從而達(dá)到縮短周期、改進(jìn)質(zhì)量、減少成本的目的。

關(guān)鍵詞：MBD，數(shù)字化工裝設(shè)計(jì)；方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.021

1 引言

工藝設(shè)計(jì)工作作為連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造的橋梁，所產(chǎn)生的工藝數(shù)據(jù)是產(chǎn)品全生命周期中最重要的數(shù)據(jù)之一，同時(shí)是企業(yè)編排生產(chǎn)計(jì)劃、制定采購(gòu)計(jì)劃、執(zhí)行生產(chǎn)調(diào)度的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在企業(yè)的整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)中起著重要的作用。

隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)信息化進(jìn)程的發(fā)展，目前在企業(yè)中三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)已經(jīng)迅速普及，產(chǎn)品的三維數(shù)模已經(jīng)逐漸成為工程應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，二維工程圖只是三維設(shè)計(jì)模型的投影結(jié)果。而在工藝系統(tǒng)目前還主要是利用二維工程圖進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，主要是利用設(shè)計(jì)部門發(fā)布的三維模型投影生成二維工程圖，將其導(dǎo)入到二維CAPP系統(tǒng)中進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)；或者采用屏幕截圖的方式，將獲得的圖片粘貼到工藝文件中，作為工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中所使用的工序圖；最為繁瑣的方式是根據(jù)工藝設(shè)計(jì)的要求重新繪制二維工序圖來(lái)指導(dǎo)操作工人進(jìn)行加工或者裝配等實(shí)際操作。

2 傳統(tǒng)工裝設(shè)計(jì)流程

在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，如果某道工序需要工裝，首先需要查詢是否有可借用的工裝，如果有可直接借用；如果沒(méi)有，提出工裝申請(qǐng)；工裝設(shè)計(jì)人員接到申請(qǐng)后進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)需要參考產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)需求，也要查詢以往是否有類似工裝可借鑒。工裝設(shè)計(jì)完成后，加入工裝庫(kù)中，供后續(xù)查詢應(yīng)用，并將工裝設(shè)計(jì)結(jié)果（例如工裝號(hào)）返回工藝設(shè)計(jì)。工藝設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)放。

工裝設(shè)計(jì)是產(chǎn)品研制過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，目前工裝設(shè)計(jì)面臨的業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)主要是：

（1）工裝種類多、需求類大；（2）工裝開(kāi)發(fā)的進(jìn)度直接影響產(chǎn)品制造；（3）工裝的設(shè)計(jì)模式，目前主要還是沿用傳統(tǒng)的習(xí)慣進(jìn)行，已經(jīng)不能適應(yīng)對(duì)產(chǎn)品制造快速反應(yīng)的要求；（4）工裝設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)脫節(jié)，工裝設(shè)計(jì)未能充分利用三維產(chǎn)品模型；（5）工裝設(shè)計(jì)完成后沒(méi)有及時(shí)給工藝反饋信息，在投產(chǎn)時(shí)不能確定工裝是否準(zhǔn)備好。

為此，需要采用數(shù)字化的手段，以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件和三維數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件為基礎(chǔ)，搭建數(shù)字化工裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)；確定工藝工裝設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)協(xié)同管理方案，實(shí)現(xiàn)單一數(shù)據(jù)源的工藝工裝設(shè)計(jì)并行工作模式；將數(shù)據(jù)管理和流程管理推廣到工裝設(shè)計(jì)的各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)工裝設(shè)計(jì)流程及更改流程的有效管理。

3 解決方案

以線圈繞制工序中使用的可調(diào)模為例對(duì)基于模型的工裝設(shè)計(jì)解決方案作以介紹。

3.1 可調(diào)式繞線模

繞線模的種類很多，常見(jiàn)主要有兩種：籠型可調(diào)模和傘式可調(diào)模。本文采用傘式可調(diào)模為例進(jìn)行說(shuō)明。傘式可調(diào)模主要由心軸、滑套、撐桿、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、基礎(chǔ)撐條和輔助撐條等組成，通過(guò)調(diào)節(jié)傘形支撐臂的傾斜角度來(lái)調(diào)節(jié)直徑，因此命名傘式可調(diào)模。其優(yōu)點(diǎn)，一是直徑調(diào)節(jié)范圍大，最大的可達(dá)300mm；二是撐條間隙小于40mm，硬紙板筒即使薄一些線圈也不會(huì)成多角形；三是直徑調(diào)節(jié)方便。

3.2 基于模型的工裝設(shè)計(jì)流程

（1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)輸入。依據(jù)圖紙輸入產(chǎn)品相關(guān)尺寸，線圈高度H，線圈內(nèi)徑D1，線圈外徑D2。線圈軸向高度決定可調(diào)模撐條的高度，線圈內(nèi)徑?jīng)Q定可調(diào)模的變徑范圍。

（2）工藝設(shè)計(jì)輸入。依據(jù)線圈尺寸對(duì)需要更新的可調(diào)模進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)。如可調(diào)模撐條高度、變徑范圍、撐條個(gè)數(shù)等。為確保設(shè)計(jì)尺寸合理，需進(jìn)行干涉檢查，防止設(shè)計(jì)出來(lái)的可調(diào)模直徑過(guò)大導(dǎo)致無(wú)法滿足設(shè)計(jì)工藝需求，如圖1所示。干涉處通過(guò)模型可以清晰直觀的觀察到。

（3）參數(shù)信息錄入。將可調(diào)模設(shè)計(jì)參數(shù)錄入至設(shè)計(jì)表中，方便下次使用相關(guān)規(guī)格工裝時(shí)的調(diào)用。為加快工裝升級(jí)改進(jìn)設(shè)計(jì)的時(shí)效性，工裝結(jié)構(gòu)如沒(méi)有較大變動(dòng)，可從設(shè)計(jì)表中直接提取參數(shù)化模型，再對(duì)局部尺寸進(jìn)行合理性修改。設(shè)計(jì)完成后須將相關(guān)參數(shù)附著在模型屬性中，以便調(diào)用模型后可讀取相關(guān)工裝信息。

（4）三維模型入庫(kù)歸檔。設(shè)計(jì)完成的三維工裝模型歸檔至工裝產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)中。

4 工裝數(shù)據(jù)庫(kù)

工裝數(shù)據(jù)庫(kù)包括：（1）典型工裝模版庫(kù)；（2）工裝標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)；（3）工裝產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)；（4）工裝設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)。

5 結(jié)論

實(shí)現(xiàn)基于MBD的工裝設(shè)計(jì)，增強(qiáng)工裝產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理。保證工裝數(shù)據(jù)的正確性，提高工裝產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)件等重用率，減少設(shè)計(jì)變更影響。另外，數(shù)字化工裝設(shè)計(jì)的應(yīng)用，還可提升工裝技術(shù)人員的三維設(shè)計(jì)水平和創(chuàng)新能力，形成工裝設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)積累與重用的機(jī)制，不斷豐富和完善工裝設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)，促進(jìn)技術(shù)人員設(shè)計(jì)水平的提高。同時(shí)，將部分工裝設(shè)計(jì)知識(shí)通過(guò)二次開(kāi)發(fā)的形式置入工裝設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用系統(tǒng)，提高工裝創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。

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作者簡(jiǎn)介：張立健（1988-），男，遼寧沈陽(yáng)人，設(shè)計(jì)員，研究方向：電力變壓器設(shè)計(jì)。