橋式起重機數(shù)字化設計系統(tǒng)的研究與開發(fā)

欒天昊 徐 陽 高 睿 大連華銳重工集團股份有限公司

1 前言

目前，橋式起重機廣泛應用于國民經(jīng)濟建設的各個領域，產(chǎn)品已形成多個系列，設計和生產(chǎn)技術不斷提高，發(fā)展前景廣闊。在激烈的國內市場競爭環(huán)境中，為了提高企業(yè)的效率和市場競爭力，降低成本，快速滿足用戶需求顯得尤為重要。生產(chǎn)通用系列橋式起重機，并結合交流數(shù)據(jù)庫技術和計算機輔助設計技術。橋式起重機系統(tǒng)的參數(shù)化設計，通過對起重機設計過程和控制設計模式的研究，提出了一種橋式起重機快速設計系統(tǒng)，其核心是數(shù)字設計和圖紙優(yōu)化。

2 橋式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀

起重機作為機械裝卸或安裝的設備，可以減少或替代人們的體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率。它被廣泛應用于電子商務的各個領域。經(jīng)濟起重運輸機械在冶金工業(yè)、機械制造業(yè)、電力工業(yè)、煤炭工業(yè)和電力工業(yè)中發(fā)揮著重要作用。時代的發(fā)展，國內制造廠和裝卸場開始發(fā)展，使橋式起重機成為一個重要占主導地位。橋式起重機主要用于鋼鐵、冶金、建材等加工企業(yè)。在以下過程中執(zhí)行提升操作：生產(chǎn)車間使用的橋式起重機是主要類型之一，因為起重機具有很高的機動性。這樣工作區(qū)就可以清理車間的整個施工區(qū)域，這是非常重要和不可替代。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，起重機的性能不斷更新。對起重機提出了更高的要求：起重頻繁工作、安全可靠。操作靈活可靠，減輕自重等對不同場合的要求，開發(fā)了各種橋式起重機。

3 橋式起重機快速設計系統(tǒng)的組成

基于c/s結構的橋式起重機快速設計系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫放在服務器上，根據(jù)關系數(shù)據(jù)庫和的規(guī)則實現(xiàn)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和規(guī)范修改。具有以下特點：高數(shù)據(jù)完整性和一致性。低數(shù)據(jù)冗余起重機快速設計系統(tǒng)主要包括：內部訂貨單，內部訂貨單的主要功能是從招標文件中提取信息。將數(shù)據(jù)表單排序并發(fā)布，機構平臺選型和結構計算，機構選型和結構計算模塊可以代替原來的手工計算過程。如選擇減速器和電機，其基本計算數(shù)據(jù)來自內部數(shù)據(jù)部門委員會提交的訂單，可使用計算結果數(shù)據(jù)的下游編程過程。文檔數(shù)據(jù)管理平臺和報價系統(tǒng)、文檔數(shù)據(jù)管理平臺項目進度管理、合同和歷史文檔檢索、數(shù)據(jù)和中間文檔創(chuàng)建等主要功能齊全提供與CAPP、PDM和ERP系統(tǒng)的接口，實心工程圖可轉換為表格工程CAPP.LES公司報價系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源于委托的內部訂單，導入實時更新的單價信息后，可以提交快速準確的報價。

4 基于Solid Works的參數(shù)化建模技術

SolidWorks是Windows環(huán)境下第一個三維機械CAD軟件。它采用windows用戶界面，具有強大的動態(tài)屬性管理器?；陟`活的繪圖、輔助功能的構建能力和裝配控制功能，提供了一個自由開放的API開發(fā)工具接口。以及基于Web.les功能使SolidWorks能夠實現(xiàn)易于使用的功能，而3D CAD軟件一直倡導為效率、功耗和產(chǎn)品設計提供完整的解決方案。

4.1 基于尺寸驅動的參數(shù)化建模

基于尺寸的參數(shù)化造型通過修改模型幾何圖形來修改圖形，是應用最廣泛、效果最好的造型方法。事實上，無論使用其他方法修改圖形，它基本上是通過改變幾何尺寸來實現(xiàn)。例如，在SolidWorks上創(chuàng)建表示圖元大小的圖元時，可以將直線視為具有上圖大小參數(shù)名稱的定向線段，其方向反映了幾何數(shù)據(jù)實體和參數(shù)，根據(jù)用戶輸入的參數(shù)名稱找到對應的實體，然后根據(jù)參數(shù)值編輯實體。

4.2 基于約束驅動的參數(shù)化建模

在保持相同的幾何約束關系的同時，系統(tǒng)會通過修改約束值進行更改。幾何約束驅動本質上是一個滿足幾何實體約束的過程。一些空間位置規(guī)劃和幾何實體推理約束的實現(xiàn)方法，基于約束用于表示產(chǎn)品模型的形狀特征，并定義一組用于控制設計的參數(shù)。修改設置調整設計模板驅動程序產(chǎn)品模板的大小生成一系列標準零件，自動給出多組參數(shù)值。

4.3 模塊化設計技術

模塊化產(chǎn)品的基本要素是一個實體概念，模塊被定義為具有相同功能和元素組合、不同性能或用途、甚至不同結構特征但可互換。模塊化通常指的是計劃，使用模塊概念設計和組織產(chǎn)品或系統(tǒng)的生產(chǎn)。模塊化產(chǎn)品設計基于對具有不同或相同功能的產(chǎn)品功能結構，根據(jù)不同的性能和不同的規(guī)格在一定的范圍內，對一系列模塊進行了劃分和設計。通過模塊的選擇和組合，形成不同的產(chǎn)品，以滿足不同的市場需求，模塊化系統(tǒng)的分析、建立和實施需要一定的指導，相似性理論和可重用性理論可以概括為模塊化的基本理論。

任何模塊化的東西都可以看作是一個系統(tǒng)，模塊化工作，只有善于運用系統(tǒng)理論的原理，才能達到良好的系統(tǒng)效果，完整性是系統(tǒng)最基本的屬性。系統(tǒng)的各個組成部分具有不同的性能，它們由統(tǒng)一的邏輯要求組成，系統(tǒng)的各個單元相互連接、相互作用，是系統(tǒng)與環(huán)境的有機結合，系統(tǒng)之間也有相互關系和相互作用。只有充分考慮各接口的協(xié)調，才能保證系統(tǒng)的整體質量和可靠性采用結構分析的方法，對各模塊之間的關系、空間布局與組合、各模塊之間的關系進行了分析。分析和考慮結構系統(tǒng)之間定量。此外，由于系統(tǒng)模塊化結構的特點，模塊化系統(tǒng)在建立后并不是一成不變的。隨著技術和時代的發(fā)展，新的技術和新的模塊不斷被吸收，因此，合理運用層次分析法原理和層次分析法。動態(tài)原理和動態(tài)思維方法也是實現(xiàn)模塊化的重要分析原理和方法。

模塊化定制產(chǎn)品和服務中有許多可重構的單元，通過對所用方法的規(guī)范化、系列化的推廣、單元的綜合開發(fā)利用，解決了定制產(chǎn)品生產(chǎn)中存在的問題。模塊化的基礎和目標是以更低的成本、更好的質量和更快的速度生產(chǎn)定制產(chǎn)品。通過重組模塊化也是標準化的一種新形式，它綜合運用了簡化、統(tǒng)一、序列化、泛化和根據(jù)標準化。這是一種高級標準化，模塊化強調組件級標準化，允許產(chǎn)品分析和搜索分解和統(tǒng)一具有相同或類似功能單元的特定產(chǎn)品系統(tǒng)。將其形狀獨立于通用單元而存在的原理進行合并、簡化和標準化，然后將不同的模塊組合在一起，形成各種各樣的新產(chǎn)品。

根據(jù)模塊化設計理論，橋式起重機模塊化設計的重要組成部分是橋式起重機模塊化設計的劃分。電纜模塊化是橋式起重機的功能分解，它將具有相同功能的部件分開函數(shù)，模塊化的基礎是通過模塊化的原理實現(xiàn)統(tǒng)一、集成和簡化。構成具有接口功能和結構的獨立通用模塊單元的具體模塊劃分，模塊劃分的合理性對系統(tǒng)的性能和通用性有很大的影響。起重機模塊結構是指設計和升級過程模塊化設計，包括模塊參數(shù)設計、結構設計模塊劃分是橋式起重機模塊的拆裝設計。在組裝和調試模塊時，應考慮橋式起重機模塊的困難。模塊的數(shù)量和規(guī)模是相互矛盾的因素從模塊劃分中尋找最優(yōu)狀態(tài)。

4.4 Access數(shù)據(jù)庫技術

Microsor Office Access是由Microsoft.il結合Microsor Jet數(shù)據(jù)庫引擎和用戶界面圖形訪問，設置數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對象提供多種向導，從生成器、模型、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢等標準化操作：建立一個完整的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，方便普通用戶無需編碼即可完成大部分數(shù)據(jù)管理任務。在橋式起重機參數(shù)化系統(tǒng)設計過程中，主梁、橫梁、起升機構和起升機構的可互換件和標準件。設計新產(chǎn)品，設計人員必須使用橋式起重機參數(shù)化設計系統(tǒng)的相應參數(shù)輸入接口生成新的模型。因此，在通用橋式起重機的參數(shù)化設計過程中，需要建立橋式起重機主梁、常用件、標準件的訪問數(shù)據(jù)庫。為了正確的通話和錄音過程，每個設計師都會設計一套新的圖紙，并希望將其保存在數(shù)據(jù)表中，不僅便于修改，而且可以參考類似的圖紙。數(shù)據(jù)輸入應重復且在設計中相同。因此，在通用橋式起重機參數(shù)化設計系統(tǒng)中建立了各模塊的ACESS數(shù)據(jù)庫，用于存儲所有設計參數(shù)。

5 橋式起重機快速設計系統(tǒng)的關鍵技術

5.1 模塊化技術

首先根據(jù)模塊化的原理設計基本模塊單元，然后根據(jù)不同的需求將基本模塊單元組合成不同的產(chǎn)品。模塊化技術的研究主要包括模塊劃分、模塊編碼、模塊化設計等。模塊的選擇和組合模塊起重機模塊化設計系統(tǒng)，通過模塊劃分后合理分配設計任務，實現(xiàn)各模塊的協(xié)同設計，便于編程。對各個模塊進行調試和維護，可以更好地實現(xiàn)參數(shù)化設計。橋式起重機的主要設計模塊見圖1所示。

圖1 橋式起重機的主要設計模塊

5.2 參數(shù)化技術與零件庫的構建

參數(shù)化設計包括修改模型的某些尺寸，然后模型可以自動修改其他相關尺寸，實現(xiàn)模型尺寸的驅動洛杉磯參數(shù)化設計實現(xiàn)CAD系統(tǒng)的交互參數(shù)化技術可以使設計者從大量煩瑣的繪圖工作，縮短產(chǎn)品設計周期，減少信息存儲和錯誤遺漏?；趕olid軟件的參數(shù)化設計主要技術框架工作。在參數(shù)化設計中，函數(shù)方程是生成的尺寸之間的數(shù)學方程，從建立模型開始，實現(xiàn)尺寸關系，實現(xiàn)連桿的尺寸修改。對Solid Works軟件外觀網(wǎng)格數(shù)據(jù)的任何更改都會反映在Solid Works軟件表中，該表通過零件布局特征自上而下形成零件修改底部裝配圖后，部件圖形及其零件將自動更新，以便快速更改參數(shù)數(shù)據(jù)庫。知識庫和專家系統(tǒng)是參數(shù)化設計技術的支撐。參數(shù)化子系統(tǒng)標準件庫的建立參數(shù)化設計系統(tǒng)實現(xiàn)的核心，以起重機標準件為例，在起重機數(shù)據(jù)庫中，主要產(chǎn)品系列有YZR、YZP、YTSZ、YZB、QABP、1LT等，有近1000種型號的SPE電機目錄數(shù)據(jù)庫中的發(fā)動機零件庫起重機。

5.3 產(chǎn)品數(shù)據(jù)和文檔管理技術

產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）是連接CAD、CAPP和ERP的核心模塊。在整個產(chǎn)品生命周期中，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）數(shù)據(jù)庫支持底層、具有物料清單（BOM）的核心組織、所有工程相關數(shù)據(jù)和文件的最終產(chǎn)品。實現(xiàn)了產(chǎn)品配置管理、文檔管理、工作流管理、變更管理等產(chǎn)品數(shù)據(jù)的組織管理。設計管理等起重機快速設計平臺，根據(jù)模塊劃分原則，不同的設計者通常需要開發(fā)具有獨立功能的設計模塊，文檔管理模塊可以實現(xiàn)各個獨立模塊的模板發(fā)布。訪問模型和高級模塊功能數(shù)據(jù)管理模塊的主要功能包括數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)引用和數(shù)據(jù)訪問。

6 結束語

基于知識工程的快速設計系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)橋式起重機體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，不僅可以縮短產(chǎn)品設計周期，減少設計人員的重復勞動，而且可以實現(xiàn)并行設計和實時過程設計。但是在模型庫和知識庫的建設中，包括先進應用軟件在內的模塊化平臺的開發(fā)還需要進一步的探索和研究。