基于设计模板的锅筒参数化设计系统开发

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1、基于设计模板的锅筒参数化设计系统开发　　摘要：对余热锅炉产品研发现状进行了分析，以锅筒系列产品为研究对象，结合设计模板方法、配置设计和变型设计，提出了基于设计模板的参数化设计方法。以VisualBasic.Net为编程语言，并结合SQLServer数据库存储管理数据，在SolidWorks平台上实现了基于设计模板的参数化设计系统。在改善系统设计柔性的同时，提高了系统的快速性、精确性、稳定性等重要指标，从而更好地适应了市场多样化、个性化需求。　　关键词：参数化设计；设计模板；二次开发；SolidWorks　　DOIDOI：10.11907/rjdk.161

2、663　　中图分类号：TP319　　文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2016）009008803　　基金项目基金项目：　　作者简介作者简介：陈文松（1991-），男，陕西紫阳人，上海理工大学机械工程学院硕士研究生，研究方向为计算机辅助设计；仲梁维（1962-），男，上海人，硕士，上海理工大学机械工程学院教授、硕士生导师，研究方向为计算机辅助智能设计制造。　　0引言9　　余热锅炉是一种将工业生产过程中产生的废气、废料或废液中的余热和可燃物质燃烧后产生的剩余热量重复利用的能量转换装置。作为一种重要的节能设备，一直在保护环境、提高热效率等方面

3、发挥着重要作用[1]。随着余热锅炉产品市场需求量的增加，锅筒作为锅炉系统中进行汽水分离和蒸汽净化的重要锅炉装置，其市场需求量也在不断上升。然而，锅炉生产企业面对急剧上涨的客户订单却显得力不从心，原因是客户对余热锅炉锅筒的个性化需求增长，导致锅筒品种越来越多，产品多样化直接造成了设计难度增大[2]。传统的产品设计存在以下问题：①产品质量对工程师的知识和经验依赖性大，设计知识和经验无法重复利用；②产品的参数化设计能力欠缺，使得新产品开发和产品设计的修改难度增加；③设计方法落后。传统产品设计以一件具体的产品为研究对象，从而降低了产品的研发和设计效率。针对上述问

4、题，本文提出了基于设计模板的参数化设计方法，能根据客户需求不同个性化定制，建立可变型产品模板来描述产品结构，只要改变产品基础模板的结构和几何尺寸就可快速派生出新的产品[3]，从而在很大程度上减轻了设计人员的重复劳动量。　　1设计模板基本理论及应用　　通过研究客户需求及分析设计目标，将客户需求和产品族体系、产品变形等理论结合，将需求细化，从而得到较为完善的需求信息，为建立设计模板提供依据。在基于设计模板的参数化设计过程中，要将所需设计知识归纳分类，包括构成相关产品功能模块的几何模型、主文档；零部件的工程设计规范和经验，功能模块组合模板，以及材料、颜色、工艺

5、、价格等相关的非几何数据。表1为产品设计知识分类。9　　设计模板的基本思想是：从一系列相似的产品中抽象出一种框架型模板，构成一个可重用的、包含设计知识的、参数化的功能结构单元。它是基于事物相似性的重用技术原理，作为产品信息、产品族知识的信息载体，描述了产品从起初的概念设计到最终设计完成阶段的全部信息，具体包括产品基础框架信息、产品几何信息、零部件特征信息、关系式集信息、产品的性能、管理信息等[4]。本系统从模板的可重用性、柔性、可存储性等特性来简化设计过程，减少设计人员的主观性、随意性和重复劳动。　　设计模板的含义较为广泛，从功能、组织形式、实现手段以及

6、客户对产品的个性化定制需求角度，将设计模板细分为4类，分别为功能模板、物理模板、客户需求模板和行为模板。其中物理模板在参数化设计过程中最为重要，它集成了产品的行业设计规范和企业的内部设计标准，主要表现为：产品的全信息三维主模板、与三维模型相互驱动的二维工程图模板、产品数据文档模板等，图1为产品物理模板。　　2锅筒参数化系统总体设计　　参数化设计是目前快速设计技术重要的研究领域之一。本系统设计流程分为两个阶段：产品开发阶段和参数化设计阶段。作为准备阶段的产品开发，通过调研分析余热锅炉锅筒企业的客户群需求，对需求进行整合分析，在需求分析的基础上构建产品族体系

7、、产品设计模板。参数化设计阶段是在产品开发的基础上，结合产品配置和模型变型设计，通过对零部件和装配体模型变型和拼装组装成产品模型，通过干涉检查、结构分析确定合理的锅筒结构[56]。本系统结合以往工程师的设计经验知识库，确定了锅筒设计系统的目标功能、系统组成、各模块之间的关系和应用环境等各项因素，确立了系统的总体结构，如图2所示。9　　图2展示了锅筒设计系统的总体框架和不同模块间的相互关系与数据流向。在该系统中，系统交互界面主要集成了设计人员所见的交互环境，便于设计人员进行可视化数据输入和使用系统中的设计工具。功能模块主要分为设计模块和管理模块，两个模块是

8、在设计模板的基础上完成参数配置、设计计算、三维模型驱动、工程图的优化调整以及实现