2007PLM征文之18：PRO/E在大型钢结构三维设计中的应用

    一、引言

    大型钢结构是武昌造船厂民品的重要组成部分，主要包括大型桥梁产品和成套设备等。目前武昌造船厂在国内大型钢结构制造业迅速崛起，放眼不断开拓的市场，要争取绝对的竞争优势，提升自主创新能力成为关键。鉴于此，引进了PTC公司的PRO/E三维设计软件，以不断推进工厂在传统大型钢结构制造领域内设计模式和管理理念创新。

    2005年底，武昌造船厂用PRO/E软件相继对珠江黄埔北汊斜拉桥、杭州湾南航桥、彭水承船厢以及杭州市江东大桥等大型钢结构产品进行了三维设计，稳步实现了由二维向三维设计工作模式的转变，并在PRO/E三维设计取得初步成效的基础上集成了数据管理软件、套料软件等系统软件，建立了企业制造信息管理平台，从而增强了对产品设计全过程的组织、管理和控制力度。

    二、大型钢结构三维设计的主要特点

    PRO/E三维设计软件通过与传统大型钢结构生产设计的结合应用，形成的大型钢结构三维设计与传统二维设计相比有了很大飞跃，集中体现在以下三方面：

    (1) 设计思路的开拓。基于PRO/E软件的三维设计采取自顶向下的设计思路，即先构架产品的整体框架模型，再依次进行单元件和零件的详细设计。由于框架模型中多层次分布的骨架包含了整个产品的主要定位和参考信息，因此这种设计思路提升了产品主管对产品的整体把握能力。

    (2) 技术含量的提升。在PRO/E参数化设计技术下，由于所有点、线、面及实体等特征均通过可变尺寸参数和约束来控制，施工图的基本图面信息由三维模型自动生成，而且以骨架为首的尺寸和约束的改变将能快速驱动相关三维模型及二维工程图的关联性变更，因此与二维CAD技术下相对松散的图面信息组合方式相比，设计的严密性、精度及变更响应能力明显增强。

    (3) 可视化效果和过程控制力度的增强。三维设计将设计人员专业的三维空间想象变为直观的三维数字模型，使设计更贴近产品实物；而三维建模本身是对产品制造和装配过程的数字化模拟，可使产品建造环节中的潜在工艺和技术问题在设计环节得到提前发现和解决。

    三、自顶向下的大型钢结构参数化三维设计流程

    在PRO/E软件自顶向下的参数化设计指导思想下，大型钢结构三维设计在流程上大体可分图1所示的设计准备、模型构造和图表生成三大节拍。

图1 大型钢结构三维参数化设计主流程

    3.1 大型钢结构的三维设计准备

    在以PRO/E软件为技术平台的大型钢结构三维设计过程中，设计准备节可按设计策划、方案设计和框架设计三个子环节依次进行。

    3.1.1 大型钢结构的三维设计策划

    在正式接到产品设计任务后，为保证后续设计环节正确有序的进行，需要进行包括以下四项主要内容的设计策划：

    (1) 审图，首先应明确并及时消除设计院蓝图中潜在疏漏之处和不定因素，再针对钢结构横纵剖面的定位基准及板厚分布规律进行重点分析，然后签署审图意见，使设计蓝图具备三维设计条件。

    (2) 工艺拆分，即产品主管应结合厂内的工艺生产条件，进一步明确钢结构分/节段类型，并对各分/节段的横向和纵向进行板单元拆分及优化。

    (3) 制订出图计划，计划中应包含详细图纸目录、相关责任人及交图期。

    (4) 通用件规划，主要对在各分/节段间通用的零部件进行分类统计。

    3.1.2 钢结构产品三维框架模型的方案设计

    在PRO/E软件平台下，由于钢结构产品的三维框架模型实质上是一个自顶向下由装配件和骨架两类文件通过一定层次和一系列虚拟装配关系组装起来的模型树，因此相应框架设计方案应主要包括装配树结构设计、骨架设计和装配关系设计三部分。

    第一：产品框架模型树结构设计。

    在大型钢结构产品的装配树结构设计环节，主装配结构通常为产品→分/节段→单元件三个装配级，骨架应分别布局于这三级装配组件下；同时结合产品的具体工艺及生产组织等特点，主装配结构可作适当调整。