基于三維CAD的智能化工裝設(shè)計與管理系統(tǒng)研究

摘 要：基于三維CAD的智能工裝設(shè)計與管理系統(tǒng)利用智能與交互相結(jié)合的手段，將工裝設(shè)計人員從大量煩瑣的設(shè)計制圖工作中解脫出來，有更多的時間從事高層次的創(chuàng)造性研究工作，并且可以將設(shè)計者的創(chuàng)新知識、實踐經(jīng)驗、規(guī)范、準(zhǔn)則保存，再利用。改變企業(yè)工裝設(shè)計人員的工作性質(zhì)，不僅會帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益，而且會帶來巨大的社會效益。目前該系統(tǒng)正在某企業(yè)中進(jìn)行試用。

關(guān)鍵詞：三維;CAD;智能化;工裝設(shè)計;管理系統(tǒng)

一、 系統(tǒng)特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的單純運(yùn)用CAD軟件進(jìn)行工裝設(shè)計相比，基于三維CAD的智能化工裝設(shè)計系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：（1）基于知識的工裝快速設(shè)計;（2）基于PDM的集成化工裝數(shù)據(jù)管理;（3）實現(xiàn)工裝申請、設(shè)計、制造、使用全過程控制。

二、 工裝設(shè)計系統(tǒng)流程

系統(tǒng)工裝設(shè)計部分基于三維CAD平臺，實現(xiàn)各類工裝的部分自動化和智能化三維設(shè)計，在三維實體的基礎(chǔ)上，能較快速地生成所需的二維工程圖。基于三維CAD，能在二維裝配工程圖中較為快速的標(biāo)注零件序號和生成明細(xì)表，能在二維零件圖中較為快速地完成尺寸、形位公差、粗糙度等標(biāo)注。

整個系統(tǒng)由工裝設(shè)計與工裝管理兩部分組成，工裝管理部分功能的實現(xiàn)交由相關(guān)的PDM運(yùn)營商進(jìn)行。

三、 系統(tǒng)功能

（一）工裝設(shè)計系統(tǒng)功能

1. 設(shè)計子系統(tǒng)功能

夾具、模具、刀具、量具設(shè)計子系統(tǒng)功能類似，以模具設(shè)計子系統(tǒng)為例進(jìn)行功能說明。模具設(shè)計子系統(tǒng)主要包含以下一些主要的功能。

（1）信息輸入通過用戶界面輸入待加工模具的材料、材料厚度、零件尺寸、零件精度以及相應(yīng)的沖壓工藝等信息。

（2）模具類型選擇根據(jù)模具的設(shè)計要求選擇模具的加工類型，如果有通用模具符合設(shè)計要求，則根據(jù)模具的形狀特征選擇形狀類型。

（3）參數(shù)確定根據(jù)模具類型的選擇，輸入需要查詢的參數(shù)（如零件工作范圍），通過知識推理給出推薦的設(shè)計參數(shù);根據(jù)模具類型，輸入相應(yīng)的尺寸信息，根據(jù)知識計算給出推薦的沖壓參數(shù)，如沖裁力、壓力中心等。

（4）三維模型生成與編輯根據(jù)所確定的模具設(shè)計參數(shù)生成三維模型，并結(jié)合工藝要求進(jìn)行編輯修改得到所需要設(shè)計模具的結(jié)果。

（5）二維繪圖根據(jù)設(shè)計結(jié)果的三維模型得到二維圖，并附帶加工技術(shù)要求，得到符合企業(yè)要求的模具二維圖紙。

（6）模具圖形庫管理建立及管理模具圖形庫主要包括通用模具庫、典型結(jié)構(gòu)庫、零件庫，圖形庫。

（7）模具知識庫管理建立及管理模具知識庫主要包括模具設(shè)計決策知識庫（如模具類型選擇、通用模具選擇、典型模具結(jié)構(gòu)選擇、沖壓數(shù)據(jù)計算公式等經(jīng)驗性知識）和模具設(shè)計資源庫（如國標(biāo)、航標(biāo)、企標(biāo)、規(guī)范等）。

2. 圖形庫管理

圖形庫按工裝類型可分為夾具圖形庫、模具圖形庫、刀具圖形庫、量具圖形庫，各種圖形庫可根據(jù)需要隨時擴(kuò)充。主要的功能包括圖形庫的建立、實例儲存、實例檢索和實例編輯。

3. 知識庫管理

知識庫由夾具設(shè)計知識庫、模具設(shè)計知識庫、刀具設(shè)計知識庫、量具設(shè)計知識庫以及相應(yīng)的工裝設(shè)計資源庫（如設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等）組成。知識庫管理是工裝設(shè)計系統(tǒng)的一個輔助功能，包括各類工裝設(shè)計知識的獲取、知識修改及知識庫維護(hù)等功能。

（二）工裝管理系統(tǒng)功能

工裝管理系統(tǒng)基于PDM系統(tǒng)對工裝數(shù)據(jù)和工裝設(shè)計流程實現(xiàn)統(tǒng)一管理和控制，主要包括用戶管理、工裝設(shè)計流程管理、工裝計劃管理、工裝文檔管理、工裝結(jié)構(gòu)管理和工裝臺賬管理六部分。其具體說明如下。

（1）用戶管理負(fù)責(zé)對工裝管理系統(tǒng)與PDM數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)入口進(jìn)行控制，根據(jù)企業(yè)的實際建立相應(yīng)的權(quán)限創(chuàng)建，更改或瀏覽業(yè)務(wù)對象和數(shù)據(jù)對象。

（2）工裝設(shè)計流程管理在PDM下，實現(xiàn)對工裝從設(shè)計申請到設(shè)計完成歸檔發(fā)放整個流程的控制管理，包括工裝更改、停用、報廢的審批流程的管理控制。

（3）工裝計劃管理根據(jù)工裝設(shè)計流程，在工裝設(shè)計申請審批之后進(jìn)行工裝設(shè)計與制造計劃的編制。基于PDM，工裝計劃管理對工裝的設(shè)計和制造計劃進(jìn)行管理。

（4）工裝文檔管理在PDM下，工裝管理系統(tǒng)對于工裝的文檔資料進(jìn)行分類和管理，如一般文檔、工程圖和模型。

（5）工裝結(jié)構(gòu)管理工裝產(chǎn)品由于復(fù)雜程度不同存在各種的工程圖、計算書、工藝規(guī)程以及加工指令，因此需要將工裝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)化進(jìn)行管理，對所有工裝產(chǎn)品的信息進(jìn)行查詢、生成物料清單以及提供最新的零件使用情況。

（6）工裝臺賬管理基于PDM對工裝信息資源的管理，進(jìn)行匯總，確保工裝信息的及時性、有效性、唯一性，并對相應(yīng)的零件進(jìn)行分類和管理，使之成為制訂產(chǎn)品文檔的基礎(chǔ)。以上管理信息均以表單、賬單方式出現(xiàn)。臺賬管理對這些表單、賬單進(jìn)行分類和管理。

四、 結(jié)語

在產(chǎn)品更新?lián)Q代快、單件小批量生產(chǎn)日益成為制造業(yè)生產(chǎn)主流的大環(huán)境下，工裝生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長、成本高、管理落后的狀況，已成為制約制造業(yè)發(fā)展的絆腳石，越來越無法滿足產(chǎn)品生產(chǎn)的需求。面對國外先進(jìn)制造業(yè)的挑戰(zhàn)，全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展趨勢，如何提高我國傳統(tǒng)制造企業(yè)工裝或工具的核心競爭能力，縮短與國外發(fā)達(dá)國家的差距，已成為工裝或工具行業(yè)亟待解決的重要問題之一。

參考文獻(xiàn)：

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[2]徐堯.關(guān)于機(jī)械設(shè)計中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用分析[J].技術(shù)與市場，2019（1）.

作者簡介：張勁凱，大連遼機(jī)路航特種車制造有限公司。