基于SolidWorks的智能裝配技術(shù)的應(yīng)用研究

王勇　張榮強(qiáng)　黃再超

摘 要：目前熱水器行業(yè)已開始采用SolidWorks軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，并且進(jìn)行虛擬裝配，產(chǎn)品裝配圖的設(shè)計(jì)是產(chǎn)品整個(gè)設(shè)計(jì)過程中最重要的環(huán)節(jié)，占據(jù)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一半時(shí)間以上，所以裝配質(zhì)量的好與壞對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量起著關(guān)鍵性的作用，針對(duì)優(yōu)化燃?xì)鉄崴鹘M件的設(shè)計(jì)過程的智能裝配技術(shù)開發(fā)應(yīng)用具有很高的價(jià)值意義。文章介紹了應(yīng)用VB技術(shù)對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)的關(guān)鍵性技術(shù)和方法，基于SolidWorks API函數(shù)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)在燃燒室組件的應(yīng)用上進(jìn)行了深入研究，給出了燃?xì)鉄崴魅紵医M件的二次開發(fā)與智能裝配的開發(fā)流程與方法，提高燃?xì)鉄崴鞯脑O(shè)計(jì)效率與設(shè)計(jì)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：VB；二次開發(fā)；智能

1 燃?xì)鉄崴鞯陌l(fā)展趨勢(shì)

2014年5月21日，中國俄羅斯簽訂了天然氣購銷協(xié)議，雙方達(dá)成了一項(xiàng)時(shí)間長達(dá)30年，價(jià)值超過4000億美元的天然氣購置協(xié)議，俄羅斯平均每年要向中國輸入380億立方米的天然氣，這條管道計(jì)劃在四到六年內(nèi)完工。這一協(xié)議將會(huì)為以天然氣作為主要燃料的燃?xì)鉄崴餍袠I(yè)的發(fā)展提供相當(dāng)有力的動(dòng)力源泉，在未來數(shù)年，燃?xì)鉄崴鬟@一行業(yè)將以節(jié)能、智能互聯(lián)技術(shù)為導(dǎo)向，同時(shí)又將滿足85、90后的注重產(chǎn)品附加值和娛樂精神為營銷理念，一定會(huì)迎來行業(yè)更進(jìn)一步的發(fā)展和超越。針對(duì)優(yōu)化燃?xì)鉄崴鹘M件的設(shè)計(jì)過程的智能裝配技術(shù)開發(fā)應(yīng)用具有很高的價(jià)值意義，文章選定燃?xì)鉄崴魅紵医M件作為本次研究載體。

2 設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

目前熱水器行業(yè)已開始采用SolidWorks軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，并且進(jìn)行虛擬裝配，產(chǎn)品裝配圖的設(shè)計(jì)是產(chǎn)品整個(gè)設(shè)計(jì)過程中最重要的環(huán)節(jié)，占據(jù)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一半時(shí)間以上，所以裝配質(zhì)量的好與壞對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量起著關(guān)鍵性的作用，設(shè)計(jì)過程當(dāng)中的很多問題只有在裝配的時(shí)候才能凸顯出來。

燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部零件繁多，其零件主要分為外殼主體、煙道組件、風(fēng)機(jī)組件、熱交換器、燃燒室總成、氣閥-分配器組件等幾大類組件。在幾大類組件中其子零件一定程度上具有相似性，這些相似的零件構(gòu)成了系列零件。最具代表性的是燃燒室組件，以南京某熱水器公司為例，該公司的燃?xì)鉄崴魅紵曳譃槿N類型：E（或E-S）型、L型、G-A型，每種類型下的子零件具有很高的相似性，只是在特征尺寸的大小，特征的位置上有所變化，部分零件屬于通用零件，如轉(zhuǎn)角加強(qiáng)板，對(duì)于這種類型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，裝配過程基本相同，而目前的采用的虛擬裝配方式主要是非智能裝配，對(duì)于相似的零件裝配也必須重新裝配，這樣的重復(fù)勞動(dòng)制約著工作效率的提高，同時(shí)也影響著新產(chǎn)品的推出速度。對(duì)于燃?xì)鉄崴魅紵医M件，其子零件具有都具有很高系列化特征，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中使用智能裝配技術(shù)，在很大程度上簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)的流程，同時(shí)能夠縮短設(shè)計(jì)的周期，達(dá)到提高設(shè)計(jì)效率與產(chǎn)品質(zhì)量的目的，為企業(yè)長期的發(fā)展過程提供強(qiáng)大的助力。

3 SolidWorks智能裝配技術(shù)的應(yīng)用

燃?xì)鉄崴魅S模型的建立是成品設(shè)計(jì)和后續(xù)仿真優(yōu)化的基礎(chǔ)，為了研究機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)關(guān)系，設(shè)計(jì)者需要?jiǎng)?chuàng)建一系列結(jié)構(gòu)相似，尺寸不同的模型，一直采用的傳統(tǒng)手動(dòng)建模和人工裝配，耗費(fèi)了大量的時(shí)間和精力，而采用三維軟件SolidWorks提供的開發(fā)工具（API），用戶可以建立適合自己需求的應(yīng)用方案，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)和自動(dòng)裝配的目的，有效地縮短設(shè)計(jì)周期。

SolidWorks參數(shù)化設(shè)計(jì)常見有三種方法：SolidWorks添加“配置”的方法需建立很多的模型，然后再壓縮存放于裝配體當(dāng)中。這種方法在進(jìn)行產(chǎn)品零件的自動(dòng)裝配時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)裝配體失效額的現(xiàn)象，復(fù)雜的裝配體建議不采用這種方法。相較于添加“配置”內(nèi)嵌Excel表則存在明顯優(yōu)勢(shì)，它只需要把不同產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)尺寸添加到裝配體生成的Excel表中，但是當(dāng)對(duì)象是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的產(chǎn)品零件時(shí)需要大量的參數(shù)，這種方法方法更加適用于標(biāo)準(zhǔn)零件模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)。而利用VB語言對(duì)SolidWorks底層進(jìn)行二次開發(fā)，可實(shí)現(xiàn)API應(yīng)用程序接口驅(qū)動(dòng)SolidWorks自動(dòng)進(jìn)行建模、裝配。且利用VB語言編輯的人機(jī)控制界面可以很好的與產(chǎn)品設(shè)計(jì)者之間進(jìn)行交互，并且靈活性、通用性比較好。非常適合專業(yè)的CAD系統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

在SolidWorks二次開發(fā)過程中可利用宏錄制功能獲得命令函數(shù)代碼，宏文件代碼同Visual Basic代碼類似，將宏文件代碼稍加改動(dòng)便可在Visual Basic代碼中應(yīng)用。因此通過Visual Basic對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

以VB為設(shè)計(jì)語言，利用SolidWorks的API接口對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)，通過遍歷面技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品零件的智能化裝配，因而將可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)鉄崴魅紵医M件的參數(shù)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，有效地降低了在現(xiàn)實(shí)裝配過程中產(chǎn)品零件和零件之間干涉發(fā)生的概率，對(duì)企業(yè)意義重大，同時(shí)，有利于研發(fā)者了解到產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)并根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際的情況來設(shè)計(jì)產(chǎn)品尺寸參數(shù)，方便研發(fā)者對(duì)產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)學(xué)的關(guān)系、結(jié)構(gòu)等內(nèi)容進(jìn)行深入研究。

企業(yè)中應(yīng)用智能裝配技術(shù)一般是選擇實(shí)用、易懂、經(jīng)濟(jì)的軟件平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。SolidWorks一個(gè)很大的特征就是具有強(qiáng)勁的復(fù)雜曲面造型的能力，能用于設(shè)計(jì)表面形狀復(fù)雜的曲面零件。此軟件不僅具有這些強(qiáng)大的曲面功能、友好的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法并且可保存為多種格式，無論在PPT還是Word或是pdf格式都可進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)效果展示使得設(shè)計(jì)效率提高，設(shè)計(jì)人員和操作人員可以很好地交流，大大縮短設(shè)計(jì)周期，同時(shí)減少實(shí)體模型制造成本。尤其是在像熱水器這樣的機(jī)械企業(yè)中，需要建立大量的產(chǎn)品零件，且零件標(biāo)準(zhǔn)化程度高，而僅僅利用SolidWorks進(jìn)行建模，對(duì)提高設(shè)計(jì)效率沒有多大作用。機(jī)械型企業(yè)的產(chǎn)品零件眾多，后期裝配占用時(shí)間較長，這樣的人工裝配過程還不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)零件設(shè)計(jì)的缺陷，后期修改圖紙又會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間。如南京某熱水器公司的燃?xì)鉄崴鞯脑O(shè)計(jì)流程，整臺(tái)產(chǎn)品零件數(shù)多達(dá)200個(gè)左右，后期尋找零件裝配工作非常繁雜，一臺(tái)熱水器的裝配耗時(shí)達(dá)一個(gè)星期甚至更長時(shí)間，此外還有對(duì)零件修改工作，這些都極大的阻礙了企業(yè)縮短設(shè)計(jì)周期的目的。在這樣的環(huán)境下，想要提高設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量，就必須采取更合理、更高效的設(shè)計(jì)、裝配方式，所以可以選擇經(jīng)濟(jì)、功能合適的SolidWorks軟件針對(duì)燃?xì)鉄崴鞯囊?guī)范和要求進(jìn)行二次開發(fā)，使之實(shí)現(xiàn)系列零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)和智能化裝配。

程序中將使用到大量數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品開發(fā)過程中利用數(shù)據(jù)庫可以對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)權(quán)限管理，數(shù)據(jù)的檢入、檢出，更加安全方便。文章選擇的數(shù)據(jù)庫是Access2007小型桌面數(shù)據(jù)庫，對(duì)于單機(jī)訪問的數(shù)據(jù)庫以及處理少量數(shù)據(jù)時(shí)效率會(huì)非常高，并可以利用VB與其連接，方法簡(jiǎn)單方便。

4 SolidWorks智能裝配技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線

4.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)程序流程

利用SoliWorks對(duì)燃?xì)鉄崴魅紵医M件子零件（燃燒室子零件一般包括：燃燒室前片、燃燒室后片、轉(zhuǎn)角加強(qiáng)板、導(dǎo)流板、前定位板、云母片、觀火控壓板）進(jìn)行建模，同時(shí)開啟宏錄制，以便在后期針對(duì)各個(gè)零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)可以調(diào)用SolidWorks的API程序代碼。

實(shí)現(xiàn)燃?xì)鉄崴魅紵医M件系列化零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)是智能化裝配的第一步，通過Visual Basic 6.0面向SolidWorks底層進(jìn)行二次開發(fā)生成DLL插件，用戶可以選擇需要設(shè)計(jì)的燃燒室子零件的類型，接下來可以在產(chǎn)品零件參數(shù)對(duì)話框中，輸入產(chǎn)品零件的關(guān)鍵參數(shù)，程序中調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)規(guī)則對(duì)輸入的參數(shù)進(jìn)行合理性判斷，如果參數(shù)不合理，程序?qū)⒔o出錯(cuò)誤報(bào)告，反之，在SolidWorks中生成新的產(chǎn)品零件的三維模型。在參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)話框中，配上簡(jiǎn)單明了的產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)圖，方便研發(fā)人員進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。當(dāng)具體到程序?qū)崿F(xiàn)的時(shí)候，雖然各個(gè)產(chǎn)品零件的尺寸參數(shù)是不完全相同的，但程序設(shè)計(jì)的流程總體相差不大。

4.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

當(dāng)產(chǎn)品零件參數(shù)化設(shè)計(jì)全部完成后，需要將燃燒室個(gè)子零件的每一項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)運(yùn)用VB技術(shù)對(duì)ACCESS數(shù)據(jù)庫進(jìn)行開發(fā)，將其作為燃燒室組件智能裝配程序的參數(shù)化設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫，如圖1所示，將系統(tǒng)中使用的產(chǎn)品零部件參數(shù)安全地保存在數(shù)據(jù)庫中，為程序的檢入、檢出以及維護(hù)提供了安全保障。

4.3 能裝配系統(tǒng)的開發(fā)

智能裝配想要實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容是利用宏文件調(diào)用SolidWorks API的一些相關(guān)的功能把零件自動(dòng)放入到裝配體中，并對(duì)新加入的零部件進(jìn)行自動(dòng)定位、遍歷面、創(chuàng)建選擇集、配合及安全實(shí)體檢查。根據(jù)燃燒室組件裝配方法，對(duì)燃燒室組件的智能裝配流程進(jìn)行規(guī)劃，設(shè)計(jì)了如圖2所示的燃燒室組件智能裝配程序的流程圖。

5 結(jié)束語

利用VB對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)，同時(shí)對(duì)Access小型數(shù)據(jù)庫軟件進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，編寫針對(duì)燃?xì)鉄崴魅紵医M件的參數(shù)化設(shè)計(jì)和智能裝配的軟件，實(shí)現(xiàn)了燃?xì)鉄崴魅紵医M件的參數(shù)化設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)的檢入檢出、智能化裝配，縮短了設(shè)計(jì)周期，有效地減少了設(shè)計(jì)人員的重復(fù)勞動(dòng)，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，節(jié)省了企業(yè)的設(shè)計(jì)成本，對(duì)企業(yè)具有重大意義。

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作者簡(jiǎn)介：王勇（1991-），男，江蘇省淮安市人，工作單位：南京林業(yè)大學(xué)，職務(wù)：研究生，研究方向：SolidWorks二次開發(fā)。