基于結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的系列閥門產(chǎn)品快速設(shè)計
基于結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的系列閥門產(chǎn)品快速設(shè)計實現(xiàn)模式,并以典型閥門產(chǎn)品蝶閥為例,給出了其結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的層次劃分。以通用CAD軟件CAXA實體設(shè)計為支撐平臺,構(gòu)建相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計單元參數(shù)化模型庫,并利用CAXA實體設(shè)計提供的二次開發(fā)接口ICAPI開發(fā)了應(yīng)用程序,實現(xiàn)了參數(shù)驅(qū)動和快速裝配。
機械產(chǎn)品的系列化設(shè)計通常遵循基本相同(或相似)的設(shè)計流程,并擁有與設(shè)計流程相匹配的零/部件典型結(jié)構(gòu)。同時,機械產(chǎn)品通常由相關(guān)部件和零件構(gòu)成,其部件則由下一級子部件和零件構(gòu)成;以此類推,可認為產(chǎn)品是由零件按照有序、特定的裝配關(guān)聯(lián)關(guān)系裝配而成的。因此,面向行業(yè)應(yīng)用和產(chǎn)品設(shè)計過程,研究分析特定系列化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與設(shè)計特點,通過合理的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計單元劃分并構(gòu)建其參數(shù)化驅(qū)動模型,實現(xiàn)基于結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的系列產(chǎn)品快速設(shè)計。
1、閥門產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的劃分
閥門產(chǎn)品包括蝶閥、球閥、閘閥和插板閥等,廣泛 應(yīng)用于化工、石油和冶金等工業(yè)領(lǐng)域的管路流體輸送系統(tǒng),是典型的系列機械產(chǎn)品。分類進行的產(chǎn)品系列化設(shè)計通常在公稱壓力(PN)、公稱通徑(DN)、驅(qū)動方式三個維數(shù)方向上展開,并通過系列維數(shù)方向的組合而形成相關(guān)的系列產(chǎn)品。同時,系列閥門產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要由閥門主體結(jié)構(gòu)與驅(qū)動裝置兩大組成部分構(gòu)成,并遵循圖1所示的閥門產(chǎn)品設(shè)計流程。
圖1 閥門產(chǎn)品設(shè)計流程
1.1、結(jié)構(gòu)設(shè)計單元概念
結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的概念具有廣泛含義,它可以是一個零件、或一個復(fù)雜裝配結(jié)構(gòu)體的局部典型設(shè)計結(jié)構(gòu)形式、或由多個零件組成的部件(子裝配),也可以是具有設(shè)計關(guān)聯(lián)關(guān)系的零件集合(組合件)。向下可自動分解為相關(guān)零件,向上可組合成相應(yīng)部件。綜合而言,結(jié)構(gòu)設(shè)計單元是指構(gòu)成某一產(chǎn)品的、具有一定的裝配和設(shè)計關(guān)聯(lián)關(guān)系并可獨立參數(shù)驅(qū)動的零件、部件、組件或局部典型結(jié)構(gòu)的設(shè)計關(guān)聯(lián)體。
本文結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的劃分,其出發(fā)點與產(chǎn)品模塊化設(shè)計中側(cè)重于產(chǎn)品或零/部件的形狀結(jié)構(gòu)分類的設(shè)計思想相近,但真空技術(shù)網(wǎng)(http://m.mp99x.cn/)認為更應(yīng)該強調(diào)設(shè)計關(guān)聯(lián)性和遵循特定產(chǎn)品的設(shè)計慣例。
1.2、閥門產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計單元劃分
合理劃分結(jié)構(gòu)設(shè)計單元是實現(xiàn)系列閥門產(chǎn)品快速設(shè)計的基礎(chǔ)。系列閥門產(chǎn)品設(shè)計在總體設(shè)計參數(shù)(設(shè)計問題的描述及產(chǎn)品屬性)定義之下,按照設(shè)計過程確定的零/部件生成順序,其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)具有很強的繼承性和設(shè)計關(guān)聯(lián)性,產(chǎn)品上級構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式與尺寸參數(shù),定義或?qū)Ш搅讼录壗Y(jié)構(gòu)構(gòu)件的生成。因此,本文基于產(chǎn)品設(shè)計流程、零/部件生成順序并綜合考慮產(chǎn)品設(shè)計者的思維方式和工作慣例,將特定閥門產(chǎn)品的零/部件設(shè)計分解為以結(jié)構(gòu)設(shè)計單元為基本驅(qū)動元素的設(shè)計關(guān)聯(lián)體,提供閥門產(chǎn)品快速設(shè)計的高效參數(shù)化驅(qū)動單元,從而將復(fù)雜的設(shè)計問題逐級分解成相對獨立并簡化的設(shè)計子問題,并通過預(yù)先構(gòu)建和定義相關(guān)設(shè)計單元之間(以及設(shè)計單元內(nèi)部)的裝配關(guān)聯(lián)和約束關(guān)系,實現(xiàn)零/部件造型設(shè)計與快速裝配。典型閥門產(chǎn)品(蝶閥)的結(jié)構(gòu)設(shè)計單元劃分見圖2。圖2中的實心黑色菱形表示聚合關(guān)系,空心箭頭表示泛化關(guān)系。
圖2 典型閥門產(chǎn)品(蝶閥)結(jié)構(gòu)設(shè)計單元劃分
2、結(jié)構(gòu)設(shè)計單元庫的構(gòu)建與參數(shù)化模型驅(qū)動
閥門產(chǎn)品快速設(shè)計所需結(jié)構(gòu)設(shè)計單元庫的構(gòu)建,以國產(chǎn)通用CAD軟件CAXA實體設(shè)計為支撐平臺,采用模板方式構(gòu)建結(jié)構(gòu)設(shè)計單元參數(shù)化模型;利用CAXA實體設(shè)計提供的二次開發(fā)接口ICAPI,采用C++程序語言構(gòu)建應(yīng)用程序,實現(xiàn)參數(shù)化模型的賦值與驅(qū)動。
2.1、結(jié)構(gòu)設(shè)計單元庫的構(gòu)成
閥門產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的劃分,基于產(chǎn)品零/部件結(jié)構(gòu)功能分類和設(shè)計關(guān)聯(lián)性。如圖2所示的典型閥門產(chǎn)品蝶閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計單元劃分,分別構(gòu)建了包含閥體、蝶板、上下支承填料組件、連接支架和閥桿在內(nèi)的主體結(jié)構(gòu)部件子結(jié)構(gòu)相關(guān)設(shè)計單元及驅(qū)動裝置子結(jié)構(gòu)設(shè)計單元,并在CAXA實體設(shè)計環(huán)境下利用其“自定義設(shè)計元素庫”完成結(jié)構(gòu)設(shè)計單元庫的構(gòu)建。
以其中最具代表性的蝶閥閥體設(shè)計為例,其子結(jié)構(gòu)設(shè)計單元庫包括了筒身、上支承、下支承、筒身加強結(jié)構(gòu)和地腳支承等結(jié)構(gòu)設(shè)計單元,由CAXA實體設(shè)計環(huán)境下的設(shè)計元素庫中拖出閥體設(shè)計元素,則彈出如圖3所示的子結(jié)構(gòu)設(shè)計單元庫構(gòu)成界面,點擊其中的相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計單元即可進行相關(guān)參數(shù)賦值與驅(qū)動。
2.2、結(jié)構(gòu)設(shè)計單元參數(shù)化模型構(gòu)建與驅(qū)動
結(jié)構(gòu)設(shè)計單元是具有一定的裝配和設(shè)計關(guān)聯(lián)關(guān)系并可獨立參數(shù)驅(qū)動的設(shè)計關(guān)聯(lián)體。故閥門產(chǎn)品相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的劃分兼顧了設(shè)計進程中的設(shè)計關(guān)聯(lián)性和復(fù)雜設(shè)計問題的逐級子問題分解,既保證設(shè)計進程的高效性,又考慮設(shè)計問題的關(guān)聯(lián)性和易實現(xiàn)性。
圖3所示閥體子結(jié)構(gòu)設(shè)計單元庫,依據(jù)設(shè)計關(guān)聯(lián)性和高效性給出了閥體設(shè)計的結(jié)構(gòu)設(shè)計單元構(gòu)成,并分別構(gòu)建其參數(shù)化模型,實現(xiàn)參數(shù)賦值和驅(qū)動。
圖3 蝶閥閥體相關(guān)子結(jié)構(gòu)設(shè)計單元庫構(gòu)成界面
以蝶閥閥體的筒身設(shè)計單元為例,將構(gòu)成筒身結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)聯(lián)最為緊密的兩個端法蘭和筒壁作為一個設(shè)計單元(裝配體)來設(shè)置。參數(shù)化模型的構(gòu)建,給出了結(jié)構(gòu)設(shè)計單元自身的設(shè)計基準,并通過相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)約束了3個零件的裝配關(guān)聯(lián)關(guān)系,保證了單元模型的整體驅(qū)動。模型驅(qū)動在設(shè)計知識庫的支持下,通過調(diào)入筒身公稱通徑、結(jié)構(gòu)長度、法蘭型號(標準件)和筒身壁厚等關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)進行參數(shù)賦值和驅(qū)動;如果需要,可以針對連接端法蘭的詳細參數(shù)構(gòu)成進行非標修改賦值。該結(jié)構(gòu)單元參數(shù)化模型構(gòu)建與驅(qū)動界面如圖4所示。
圖4 蝶閥閥體之筒身結(jié)構(gòu)單元參數(shù)化模型構(gòu)建與驅(qū)動