高效的設(shè)計要與思維“互動”

崔宏達(dá)

Inventor軟件開發(fā)了大量的簡單使用功能，這些功能與設(shè)計者的設(shè)計思想相輔相成。這些實用的功能可以大大簡化設(shè)計中的建模步驟，Inventor軟件的知識驅(qū)動模式更是減輕的設(shè)計者的勞動強度，提高設(shè)計效率。

——中國電子科技集團公司第十二研究所（北京真空電子技術(shù)總公司）副總經(jīng)理張吉峰

不斷發(fā)展的十二所

成立于 1957年的中國電子科技集團第十二研究所，是我國成立最早、規(guī)模較大、體系完備的國家骨干研究單位。其研究方向以微波電真空器件為主，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于軍事工業(yè)和民用產(chǎn)品。十二所擁有完整的科研生產(chǎn)體系，下設(shè)完備的器件和基礎(chǔ)研究室、機械加工廠和科研條件保障部門，擁有國內(nèi)先進水平的微波測試分析系統(tǒng)、精加工設(shè)備和精密測量設(shè)備，以及國家級大功率微波電真空器件技術(shù)重點實驗室，是國務(wù)院首批批準(zhǔn)有權(quán)授予博士學(xué)位的單位之一。

五十年來，十二所始終致力于國防工業(yè)和國民經(jīng)濟建設(shè)，在電真空領(lǐng)域不斷探索和研究，已成為我國具有自行設(shè)計、自行研發(fā)和自主知識產(chǎn)權(quán)的門類齊全的微波電真空器件研制和生產(chǎn)單位，建所至今共取得科研成果 800余項，其中獲國家級科研成果獎 50余項，獲部級科研成果獎 170余項。同時，作為現(xiàn)代化科研單位，十二所的信息化建設(shè)工作也一直走在行業(yè)前列，對專業(yè)分析軟件及三維設(shè)計軟件的應(yīng)用經(jīng)驗非常豐富，目前所采用的 Inventor軟件也有十余年的應(yīng)用歷史了。

發(fā)展中的大難題

十二所在設(shè)計生產(chǎn)方面主要傾向于功率器件和開關(guān)器件，功率器件包括行波管、速調(diào)管、磁控管及微波三、四極管；開關(guān)器件有天線開關(guān)管、觸發(fā)管及閘流管等。多種類的產(chǎn)品帶來多樣化的用戶，遍及航空、航天、兵器、電子、船總、醫(yī)療及核工業(yè)的密集用戶體系支撐了十二所的蓬勃發(fā)展。

然而，更快的發(fā)展就意味著更大的壓力。由于產(chǎn)品類別多、應(yīng)用廣，加之行業(yè)水平與用戶需求的提升，設(shè)計產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，供貨周期越來越短，只有優(yōu)質(zhì)高效的設(shè)計才能保證企業(yè)高速穩(wěn)定的發(fā)展。這就給企業(yè)出了一個大難題，如何既提高設(shè)計效率又保證設(shè)計質(zhì)量呢？

讓設(shè)計模型與設(shè)計者“互動”

二維設(shè)計向三維設(shè)計的轉(zhuǎn)型，是十二所設(shè)計效率提高的重要一步。隨著設(shè)計產(chǎn)品和設(shè)計水平的進步，傳統(tǒng)的二維設(shè)計很難滿足設(shè)計工作的需求，常常給設(shè)計思維帶來很大的局限，設(shè)計人員的大部分精力都放在了制圖上面。

三維設(shè)計的引入大大改善了這種現(xiàn)象，設(shè)計師省去了將設(shè)計構(gòu)想轉(zhuǎn)化為二維圖紙的過程，直接以三維概念開始設(shè)計。這樣一來，可以說是建立起了設(shè)計模型與設(shè)計者之間的“互動”：軟件中建立的模型可以直接將產(chǎn)品的全部幾何參數(shù)反饋給設(shè)計師，同時，整個設(shè)計過程也可以完全在三維模型上進行討論，設(shè)計效率的提高就很容易擴大到設(shè)計的整個流程。從而達(dá)到優(yōu)化整個設(shè)計流程，縮短設(shè)計時間，提高設(shè)計效率的目的。

設(shè)計實例中的 Inventor應(yīng)用

在三維軟件的選型過程中，十二所嘗試了眾多品牌，最終選用了歐特克解決方案，其產(chǎn)品在諸多實用功能上的突出表現(xiàn)，使設(shè)計效率有了更進一步的提高。下面就以超高真空程控排氣臺為例，簡要介紹一下歐特克解決方案在十二所的應(yīng)用中是如何提高設(shè)計效率，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量的。

首先，對超高真空程控排氣臺做一個簡短的介紹。超高真空程控排氣臺主要用于電真空器件真空排氣及處理。真空系統(tǒng)主要由機械泵、分子泵、硅管、連接管道及各個閥門組成。真空系統(tǒng)的極限真空度為≤ 6×10-6Pa，工作的真空度為≤ 5×10-5Pa。每套真空系統(tǒng)的外部伴有烘箱加溫烘烤；整個烘箱采用自動升降。整套設(shè)備利用工控機實現(xiàn)人機交互及運行參數(shù)記錄，全工藝過程可實現(xiàn)自動控制。產(chǎn)品完成后的實物圖，如圖 1所示。

本設(shè)計采用自上而下的設(shè)計方式，根據(jù)真空設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點，機械泵、分子泵、硅管、連接管道及各個閥門均為標(biāo)準(zhǔn)件，因此各個部件的位置布局是設(shè)計中重點考慮的問題。本產(chǎn)品的三維數(shù)字樣機是在 Autodesk Inventor軟件環(huán)境中完成設(shè)計的。采用數(shù)字樣機可以在生產(chǎn)加工之前對產(chǎn)品進行仿真和分析，提前了解設(shè)計產(chǎn)品的功能在真實條件下是否可能達(dá)到預(yù)期設(shè)計效果。Inventor提供了用于創(chuàng)建零件和部件的數(shù)字建模設(shè)計環(huán)境，在設(shè)計中 Inventor對智能零部件的自動創(chuàng)建功能發(fā)揮了很大的作用。主體裝配結(jié)構(gòu)，如圖 2和圖 3所示。

使用 Inventor軟件的結(jié)構(gòu)件生成器設(shè)計結(jié)構(gòu)框架，結(jié)構(gòu)件生成器使用方便，操作簡單，用結(jié)構(gòu)件生成器為機器創(chuàng)建內(nèi)部結(jié)構(gòu)件和外部結(jié)構(gòu)件部件。可以在部件環(huán)境或焊接件環(huán)境中使用結(jié)構(gòu)件生成器。要一個“骨架”零件以在其上面插入結(jié)構(gòu)件。具體操作步驟這里不一一介紹了。框架設(shè)計完成后，接下來的工作就是機械泵、分子泵的位置排布。

在設(shè)計過程中，由于方案的調(diào)整，更換了機械泵的型號，使用零部件替換功能，很容易地實現(xiàn)了裝配的調(diào)整。如圖4所示。

在 Inventor軟件中，設(shè)計加速器的使用大大提高了設(shè)計效率。設(shè)計中有大量的螺栓連接結(jié)構(gòu)，螺栓聯(lián)接零部件生成器的使用，及強度計算、螺栓聯(lián)接校核該計算，可以使設(shè)計者輕松應(yīng)對繁瑣的螺栓聯(lián)接及配合孔設(shè)計，如圖 5和圖 6所示。該設(shè)計計算的目的是在指定要求的工作載荷后選擇適當(dāng)?shù)穆菟?lián)接，如圖 7所示（如連接緊固和操作過程中螺紋的壓力和螺栓應(yīng)力）。傳動電機的墊塊設(shè)計，分子泵的支架設(shè)計等都使用了 Inventor軟件在位零部件設(shè)計功能，自適應(yīng)功能的應(yīng)用使結(jié)構(gòu)設(shè)計中的事實變化調(diào)整成為可能，如圖 8和圖 9所示。

Inventor軟件的iPart也是設(shè)計當(dāng)中必不可少的功能。設(shè)計部門把經(jīng)常使用的標(biāo)準(zhǔn)泵、閥、連接件等零部件建成自己的自定義零部件庫，作為公共庫放置在網(wǎng)絡(luò)平臺上，設(shè)計時只需按型號調(diào)用即可。iPart庫的使用為建模設(shè)計節(jié)省了大量的時間。

Inventor軟件還可以直接從三維模型快速正確地輸出可立即用于生產(chǎn)的 GB標(biāo)準(zhǔn)的工程圖紙。這對于依靠圖紙加工的加工部門是非常重要的。筆者在多年的使用過程中發(fā)現(xiàn) Inventor軟件的強大的二維工程圖輸出功能更是優(yōu)于其他的三維設(shè)計軟件。Inventor軟件的渲染和動畫功能也為設(shè)計者提高數(shù)字樣機的可視性給予很大的幫助。

Inventor與 Autodesk數(shù)據(jù)管理應(yīng)用程序緊密集成在一起。這樣便使得數(shù)字設(shè)計數(shù)據(jù)可以高效安全地交換，并且促使設(shè)計工作組和制造工作組之間更早地開始了協(xié)同合作。不同工作組可使用 Autodesk Design Review軟件來管理和跟蹤數(shù)字樣機的所有零部件。該軟件以全數(shù)字方式檢查、測量、標(biāo)記和跟蹤設(shè)計更改。

在本設(shè)計中只結(jié)合了較為具體的應(yīng)用案例來說明 Inventor軟件的實用性，并未對整個設(shè)備的設(shè)計過程進行詳細(xì)介紹。但是這些設(shè)計方法的使用都是基于一個設(shè)計思想之上的——“自上而下”的設(shè)計理念。通過正確的設(shè)計思想引導(dǎo)，結(jié)合對設(shè)計軟件的深入了解，選擇最適合設(shè)計者的方法，便可以最大限度地發(fā)揮軟件的 CAD作用，達(dá)到提高設(shè)計效率的目的。endprint