基于模型的變壓器工裝設計方法研究

張立健　付健權

摘 要：數字化工裝設計解決方案的實現目標是基于MBD的全三維數字化研發模式，講模塊化設計的理念應用到工裝設計中，通過對工裝的模塊化分類應用，實現工裝設計知識和經驗的累積和重用，促進工裝設計的創新設計。實現工裝數據的全面管理，工裝設計結果在資源庫中的管理，便于工裝數據查詢、參考和重用。從而達到縮短周期、改進質量、減少成本的目的。

關鍵詞：MBD，數字化工裝設計；方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.021

1 引言

工藝設計工作作為連接產品設計和產品制造的橋梁，所產生的工藝數據是產品全生命周期中最重要的數據之一，同時是企業編排生產計劃、制定采購計劃、執行生產調度的重要基礎數據，在企業的整個產品開發及生產中起著重要的作用。

隨著產品設計理念和設計信息化進程的發展，目前在企業中三維設計系統已經迅速普及，產品的三維數模已經逐漸成為工程應用的標準，二維工程圖只是三維設計模型的投影結果。而在工藝系統目前還主要是利用二維工程圖進行工藝設計，主要是利用設計部門發布的三維模型投影生成二維工程圖，將其導入到二維CAPP系統中進行工藝設計；或者采用屏幕截圖的方式，將獲得的圖片粘貼到工藝文件中，作為工藝設計過程中所使用的工序圖；最為繁瑣的方式是根據工藝設計的要求重新繪制二維工序圖來指導操作工人進行加工或者裝配等實際操作。

2 傳統工裝設計流程

在進行工藝設計時，如果某道工序需要工裝，首先需要查詢是否有可借用的工裝，如果有可直接借用；如果沒有，提出工裝申請；工裝設計人員接到申請后進行工裝設計。在設計時需要參考產品設計、工藝設計需求，也要查詢以往是否有類似工裝可借鑒。工裝設計完成后，加入工裝庫中，供后續查詢應用，并將工裝設計結果（例如工裝號）返回工藝設計。工藝設計完成后，進行數據發放。

工裝設計是產品研制過程中的重要環節，目前工裝設計面臨的業務挑戰主要是：

（1）工裝種類多、需求類大；（2）工裝開發的進度直接影響產品制造；（3）工裝的設計模式，目前主要還是沿用傳統的習慣進行，已經不能適應對產品制造快速反應的要求；（4）工裝設計與工藝設計、產品設計脫節，工裝設計未能充分利用三維產品模型；（5）工裝設計完成后沒有及時給工藝反饋信息，在投產時不能確定工裝是否準備好。

為此，需要采用數字化的手段，以產品數據管理軟件和三維數字化設計軟件為基礎，搭建數字化工裝設計系統；確定工藝工裝設計業務協同管理方案，實現單一數據源的工藝工裝設計并行工作模式；將數據管理和流程管理推廣到工裝設計的各環節，實現工裝設計流程及更改流程的有效管理。

3 解決方案

以線圈繞制工序中使用的可調模為例對基于模型的工裝設計解決方案作以介紹。

3.1 可調式繞線模

繞線模的種類很多，常見主要有兩種：籠型可調模和傘式可調模。本文采用傘式可調模為例進行說明。傘式可調模主要由心軸、滑套、撐桿、驅動機構、基礎撐條和輔助撐條等組成，通過調節傘形支撐臂的傾斜角度來調節直徑，因此命名傘式可調模。其優點，一是直徑調節范圍大，最大的可達300mm；二是撐條間隙小于40mm，硬紙板筒即使薄一些線圈也不會成多角形；三是直徑調節方便。

3.2 基于模型的工裝設計流程

（1）產品設計輸入。依據圖紙輸入產品相關尺寸，線圈高度H，線圈內徑D1，線圈外徑D2。線圈軸向高度決定可調模撐條的高度，線圈內徑決定可調模的變徑范圍。

（2）工藝設計輸入。依據線圈尺寸對需要更新的可調模進行尺寸設計。如可調模撐條高度、變徑范圍、撐條個數等。為確保設計尺寸合理，需進行干涉檢查，防止設計出來的可調模直徑過大導致無法滿足設計工藝需求，如圖1所示。干涉處通過模型可以清晰直觀的觀察到。

（3）參數信息錄入。將可調模設計參數錄入至設計表中，方便下次使用相關規格工裝時的調用。為加快工裝升級改進設計的時效性，工裝結構如沒有較大變動，可從設計表中直接提取參數化模型，再對局部尺寸進行合理性修改。設計完成后須將相關參數附著在模型屬性中，以便調用模型后可讀取相關工裝信息。

（4）三維模型入庫歸檔。設計完成的三維工裝模型歸檔至工裝產品數據庫中。

4 工裝數據庫

工裝數據庫包括：（1）典型工裝模版庫；（2）工裝標準件庫；（3）工裝產品數據庫；（4）工裝設計知識庫。

5 結論

實現基于MBD的工裝設計，增強工裝產品的數據管理。保證工裝數據的正確性，提高工裝產品、標準件等重用率，減少設計變更影響。另外，數字化工裝設計的應用，還可提升工裝技術人員的三維設計水平和創新能力，形成工裝設計知識和經驗積累與重用的機制，不斷豐富和完善工裝設計知識庫，促進技術人員設計水平的提高。同時，將部分工裝設計知識通過二次開發的形式置入工裝設計軟件應用系統，提高工裝創新設計的能力。

參考文獻：

[1]趙靜月，張慶.變壓器制造工藝[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]朱英浩.新編變壓器使用技術問答[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，1999（07）.

[3]謝毓城.電力變壓器手冊[M].北京：機械工業出版社，2003（01）.

作者簡介：張立健（1988-），男，遼寧沈陽人，設計員，研究方向：電力變壓器設計。