新产品的设计开发是一个复杂的实现过程,需要把产品市场需求转换成产品功能要求,并将其映像成几何结构的过程。要实现该目标,首先要对产品的功能要求进行分析,先规划出初步方案,获得产品的功能概念模型,再对功能概念模型进行分析,设计计算,确定每个设计参数,将概念模型映像成装配体模型,通过装配体模型传递设计信息,在此装配体模型的统一控制下,并行地完成各子装配体及零部件的详细设计,即要经过概念设计、功能结构设计、产品详细设计及产品分析等阶段,是一自顶向下的设计过程。
1 SolidEdge实现自顶向下设计的基础
SolidEdge是Siemens PLM Software公司旗下的二维CAD软件。米用 Siemens PLM Software 公司自己拥有专利的Parasolid作为软件核心,将普及型CAD系统与世界上最具领先地位的实体造型引擎结合在一起,是基于Windows平台、功能强大且易用的三维CAD软件。其在装配环境下有一个原创建功能,就是在装配环境中完成与已装配零件相关的零件的设计,有利于更好的掌握其与相关零件之间的配合关联关系,使其具有更好的功能性和相关性。现以边防电动巡逻小车结构设计为例对应用SolidEdge原位创建功能实现自顶向下设计进行分析,对其优缺点给予评价。
2 边防电动巡逻小车设计过程
根据工况条件及设计理念,在装配环境下,设置基准约束,搭建产品框架,将产品控制在设计意图范围内。在此基础上,逐步完成设计内容。
2 . 1 利用零件创建功能完成支撑轮轮毂设计
首先在零件创建环境中,创建一个骨架零件。该零件应是能够反映设计意图,但可以不是装配基础零件,可以是确定尺寸的某一部件的基础零件。若不能完全确定尺寸,可以根据设计要求或设计条件及强度要求等约束条件,再后期进行修改。在设计中尽量将已知条件明确,并赋予零件材质等物理特性,为后期进行分析计算和运动仿真等创造条件。在边防充电巡逻小车的结构设计中,就是以支撑轮轮毂做为设计骨架零件。
2 . 2 利用原位创建功能完成支撑轮部件中其他零件的设计
在装配环境中利用坐标系定位的方式,装配支撑轮轮毂。利用支撑轮毂做原位创建,完成胶轮和支撑轴,支撑连板的设计,如此就完成了支撑轮部件中主要零件的设计。
完成部件中主要零件的设计后,可以根据工况条件对支撑轮毂、支撑轴和支撑连板进行强度校核和标准化修改。若强度校核后,需要对其中的某个零件进行尺寸修改,可以选择该零件双击鼠标左键进人零件编辑状态,在此基础上进行零件的修改。完成后,在文件菜单下选择保存并返回,可以回到装配状态,从而达到快速修改零件的目的。并且其他零件在设计中若参照了被修改零件,则其设计参数也跟随被修改零件参数改变。此为采用自顶向下设计的优势之一。
2 . 3 添加标准件并对零件进行必要的修改
在完成主要零件设计后,需要将轴承、螺栓、螺母、垫圈等标准零件添加到设计中,在此过程前需要对将要装配的标准件的类型,数量,尺寸参数等进行选择。此为机械设计中必要的环节,可以根据设计需要进行选择。如在边防巡逻小车的设计中,需要考虑其户外应用,行走于非铺装路面,并需要一定的涉水能力。可在轴承选择上选择带密封圈的,螺栓、螺母采用不镑钢材质。在规格和数量上要根据强度需要进行设计。在标准零件选择完成后,可以根据标准零件装配的需要,再次对设计零件进行标准化修改,和添加螺纹孔、过孔、轴承台阶、轴用或孔用挡圈槽等容纳标准件的结构。整体部件完成后,可对各零件进行再次校核确定参数的正确。
2 . 4 根据整体尺寸要求对完成的部件进行阵列,完成连接杆和支撑主轴的设计
在装配环境下,根据工况及承载需求综合分析支撑轮的跨距及轴距,对支撑轮进行阵列。再利用原位创建功能完成连接杆和支承主轴设计,再重复上面的强度校核,标准件选择,对零件进行修改,再次校核等步骤。(如图1所示)
2 . 5 完成张紧轮系、主动轮系、主墙板和上支撑板等零部件的设计
在充分考虑设计要求和规范的情况下,循环操作以上步骤,边设计,边校核,边选择标准件,即可完成整个系统的结构设计步骤。在完成结构设计后,可以对零件的工艺性进行进行修改,如钝圆半径、倒角、拔模斜度等。最后对整个系统进行强度校核,校核无误后即完成产品设计,如图2所示。
3 自顶向下设计的优点
( 1 ) 设计过程更符合设计规律,利用基准约束搭建产品的设计框架,再从骨架零件出发完成某一部件设计再逐步完成各部件设计,最终完雌体设计。从一开始就掌握系统的运行状况’结合应用领域的具体要求,在设计过程中就调整方案,进行优化和折中取舍。( 2 ) 设计过程中以骨架零件为起点,逐步完成各零件设计,设计过程实时参照相关零件,对零件相关性和配合性有保障。(3 ) 设计过程中对零件修改时,相关参照发生变化则相关零件参数也将随参照变化而变化,避免了逐一^改造成的不便和忘记修改而产生错误。( 4 ) 在产品的中心层面上集中地建立重要的设计信息’设计师的思维面便于产品结构的优化。同时把零部件当成产品系统的零件来考虑,便于输产品的开发和开展标准傾块设计工作。
4 应用SolidEdge原位创建的缺点
( 1 ) 外部参照发生变化时例如参照点、线、面被删除,参照零件名称变化时,零件无法捕捉到参照会失效。( 2 ) 在利用其他零件参照时,不能参照其边界直接绘制,需要对零件边界进行投影操作,操作过程较复杂。(3 ) 在采用原位创建进行零件设计后,零件与其他相关零件的装配自由度全部限制,无法进行模拟运动仿真,需要在后期进行再装配才能进行运动仿真。
5 结语
基于SolidEdge原位创建功能进行产品设计开发,有利于实现相关零件的功能性和相关性,边设计边绘制边校核,有效缩短产品开发周期。基于顶层设计可以分组进行详细设计,共享顶层参数,实现分工协作完成产品设计。
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