引言
传统的3D设计方法是先设计零件,然后装配成组件,最后把组件装配成总装,最后出2D工程图,应用于生产。传统设计方法设计效率低,设计完成后做变形设计设计困难,一般不适用于变压器行业的设计要求。为了变压器行业,加快设计效率,模块化、参数化的设计方法以及更进一步的设计引导系统平台就此应运而生。本文将就变压器的模块化、参数化设计以及基于Pro/Engineer设计引导系统平台进行探讨。
Pro/E在产品设计上,有一种自顶向下的设计概念,为产品设计的模块化和参数化提供了一种方法。参数化又可分为整体参数化和模块化。整体参数化核心思想控制总体参数,得到另外一系列变压器,模块化核心思想是控制分系统参数,然后拼装分系统得到另外一系列变压器。
现就我在设计三维化的实际应用的经验,探讨模块化和参数化在变压器三维设计中的最佳实现方法。
一、方法概要和优劣
1、自底向上
虽然设计方法,明显不符合变压器的设计理念,设计难度大、变形困难,但对熟悉和掌握三维设计软件是必不可少的过程,为后续的方法的摸索和运用打下了坚实的理论基础。
2、骨架参数化
经过一段时间的建模和摸索,我们开始在变压器三维设计中结合Pro/Engineer TOD-DOWN的设计思想引入骨架参数化的设计方法,但从实际运用效果来看主要存在以下主要问题:
1)对于Pro/Engineer的功能通过整体布局去驱动整体骨架,以及通过整体骨架将参数传递给子系统分骨架的方式,灵活性比较差,只能在极其有限的范围内进行变形。
2)外购件和组附件、标准件不能有效的装配,模型如果进行大变形还没有找到一个简便的方法进行有效的装配;
3、整体参数化
运用纯关系式和参数传递方式通过对关系和参数进行分级传递,能解决灵活性问题,在熟练程度下能对模型进行快速变形,但同步也带来了如下问题:
1)参数的编辑比较庞大,通过参数的调整造成整体模型的关系复杂,在修改模型或者调整某些参数的时候比较费时费力;
2)模型的参数是开放的,在使用者使用过程中有些时候会进行调整(不可控),这样就造成没有一个模型是最终的,而且更新起来也不知道那个是最新的;
3)模型在变形的时候没有一个很好的操作界面,设计人员上手比较慢,而且操作过程要通过多参数控制,造成不能提高设计效率;
4)总体设计对子系统设计控制力差,不能设计分发。
二、思考和探讨
通过几年的摸索我们一直在寻求是否能将骨架参数化和模块参数化进行有效结合,取其优势,尽量消除劣势;再通过客制化的界面优化设计流程将设计过程进行固化 ,提高界面的友好性。我们通过各类系统集成采取中间件的系统架构的思考,通过吸收和消化,形成了基于中间件架构的参数传递理论。
图1为变压器模块划分:
图1 变压器模块划分
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产品总装配:即整台产品总成,是各个子系统的集合。
各分系统模块接口:首先合理规划出各个子系统的抽象接口,在此基础上进行实际的物理接口设计。按照上图的结构,目的是让各个子系统模块之间不进行直接的耦合,而间接的耦合在上一层的接口系统中,从而便于修改各个子系统模块而不影响其他模块,当然接口的变化将影响各子系统模块的变化。
其它子系统模块:根据标准化程度酌情处理。如果标准化程度足够高,可作为一个整体模块处理,否则还需进一步划分。但总体思路是接口系统处于较高的上一级,同级模块间的耦合关系均应建立在上一层的接口系统中。
根据上述模块划分,参数组完成各常用模块的参数化,并且把参数化后的各模块(含各模块细节工程图)存放于PDM系统中,如图2所示:
图2 参数化后的各模块存放于PDM系统中
设计师在应用基于Pro/E的参数化设计系统具体步骤如下:
1.布置图设计
项目主管(主任)设计师先根据合同或者具体的要求设计布置图,把变压器的整体主要参数和总体布置在Pro/Layout(2D)里面完成,此步只需要控制变压器总体参数。
2.分系统模块化设计
分系统设计师根据主任设计师提供的总体参数区定义各模块详细参数,选择定义好的模块模板,输入参数,得到新设计的变压器各模块,如图3:
图3 新设计的变压器各模块
通过以上的论述,基本能解决设计过程中既能让工程师在遵循设计设计规划和标准化的同时又不遏制工程师的设计宽度和纬度,减少重复工作,提升设计水平和设计。
三、结语
模块化和参数化设计技术应用的前提是对机械产品结构的深入研究和规划。随着理论的不断成熟和软件工具的发展,模块化和参数化设计越来越多地应用到机械产品的设计中,不仅大大缩短了产品的研发周期,也提高了产品的设计质量。产品模块化水平的高低,一定程度上反映着产品的成熟程度,同时对产品的生产制造产生重大影响。可以预知,模块化和参数化设计的应用是变压器产品走向标准化、系列化的必由之路。