Siemens PLM Sortware征文：PLM实施推进船用关键件研制流程创新

1　前言

　　对于船用关键件的需求目前已成为制约我国造船行业领域赶超世界水平的“瓶颈”，所以，现代工业呼唤制造工艺的优化分析给与技术上的支撑和保障，当前不少大型企业及外贸件在产品验收或合同条款中，明确要求关重件的制造必须经过研制过程模拟仿真优化环节，以保证产品的成品率及批产稳定性。面临当今全球化的竞争态势，以及我国迅猛的制造业快速崛起，船用关键件分析优化技术需求势不可挡[1]，因此，当前迫切需要实施PLM信息化管理，快速推动船用关键件研制的流程创新。

　　传统的船用件在试制和生产阶段，因为没有如今的仿真手段，只能凭借经验一遍遍的试验不同的研制方案（试错法），进行不断的改进，直至成功。新产品开发中CAD/CAE技术的应用尤显重要。有些新产品的试制时间甚至需要数月乃至几年，特别是要求高的大型复杂铸锻件更是如此，其间不但过多地消耗的人力、物力、财力、时间，而且直接影响着造船的数量和质量，乃至制造业的发展[2]。国外已有厂商提出了“新产品一次试制成功”的理念。CAD/CAE技术的应用不但能有效地对复杂铸件进行仿真模拟及检测，确定产品和零件的相关技术参数，发现产品缺陷、优化产品设计及生产工艺，而且能缩短开发周期，降低开发成本[3]。

2　建立数字化系统平台

　　CAD技术是当今数字化应用技术的基础，创建大型复杂铸件三维参数化零件模型，不仅仅是为了造型，正确的模型应当是以后的原始技术信息库，可以应用于成形工艺分析、结构优化分析、加工制造、测量分析、生产管理中的全过程，使得设计的修改和调整、CAE分析、参加装配、力学分析、运动分析、数控加工等变得容易实现，因为基于一个技术信息数据库，数据和参数驱动成为可能。可以说，建模的近期目标是为了修改。这就要求所创建出的产品模型结构完整，尺寸和几何约束齐全、正确，以便在产品设计、加工和分析过程中，可以对不合理的结构随时作相应的调整而保证前后一致。

2.1　建立缸体及缸盖CAD平台

2.1.1　铸件产品技术信息的收集、处理和数字化

　　创建模型与产品技术信息库，首先对此产品的技术信息进行全面收集、处理并使技术信息数字化。

　　在缸盖类复杂型腔铸件建模过程中，对气道设计特点的理解和曲线数据处理是建模的关键，设计要求进、排气道内外壁曲面光顺，保证在G2以上连续是建模的难点。根据气道设计曲线之间的形状和结构变化，采用了曲面特征与控制点约束特征，同时还采用曲面片连续及拼接相结合的综合方法进行建模，最终实现了光顺气道模型的建立（见图1）。

图1：缸盖进、排气道模型

　　对缸盖类复杂型腔铸件建模思路的创新。分别进行进、排气道和水道的建模，并建立不同的层特征进行管理，最后进行特征之间的布尔运算，获得最终的缸盖模型（见图2）。随后应用于下游的CAE分析，为缸盖类复杂铸件的工艺优化奠定基础。

图2：新型缸盖铸件及三维模型

2.1.2　工艺设计

　　在正确领会设计图纸意图后建立产品模型，建立工艺信息库，设计出产品的工艺及工装辅具等，并进行工艺系统建模（见图3）。
　

　图3：柴油机缸盖三维模型

2.1.3　三维建模、数值模拟及工艺优化
　　
　　在计算机上建立大型复杂铸件三维模型（见图4）及其模具等工艺三维模型后，根据柴油机铸件的生产条件，应用ProCast模拟软件对铸件的充型和凝固过程进行数值模拟并反复优化工艺，建立最优铸件成形的技术信息库系统。　　

图4：柴油机缸体三维模型

2.1.4　铸造模具生产和机械加工

　　根据模型的特征信息生产出铸造用的模具或砂芯，也可以利用激光快速成形技术得到铸件产品本身，见图5、图6和图7；在产品精加工过程中，可根据这些工程数据信息快速生成NC加工程序，完成产品的最终加工；最后，可以根据以上这些工程技术信息进行产品的数据管理（PDM），进行在线检测、质量评估及装配调试等生产活动一体化管理。

图5：缸盖气道模型              图6；缸盖水道模型　　

图7：缸盖的激光快速成形

2.1.5　生产过程跟踪与完善

　　利用建立起的产品全相关的技术信息库，从设计、工艺到加工制造及性能比较分析的各个过程进行现场的跟踪、再现，及时发现问题及时纠正，不断改进完善。从图8可看出缸盖内部型腔多，壁薄而且形状复杂，曲面构造多，质量检查比较困难，本文采用模型与实际铸件解剖比照的方法进行验证。从图8可知，缸盖三维模型与实际解剖基本符合。如此可以提前预测以上生产的全过程，减少不必要的浪费，缩短产品的生产链条，使生产过程更自动化、人性化。

图8：缸盖三维模型与实际解剖的比照