趙懌杰

摘 要：通過對斜梯模塊的劃分與設(shè)計，總結(jié)了斜梯模塊化的特點，結(jié)合Inventor三維軟件參數(shù)化設(shè)計的應(yīng)用，不僅提高了設(shè)計效率，而且還降低了生產(chǎn)制造及運輸?shù)某杀尽?/p>

關(guān)鍵詞：斜梯；模塊化；三維；參數(shù)化；多實體；ilogic；Inventor

中圖分類號：U653.921 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0098-02

引言

對于起重產(chǎn)品來說，設(shè)計階段是產(chǎn)品交付的首道和關(guān)鍵工序，是影響產(chǎn)品按期交貨的瓶頸，也是該行業(yè)的共性問題。斜梯作為輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)中不可或缺的一部分，由于其高度、角度及標(biāo)準(zhǔn)的多樣性，導(dǎo)致了圖紙種類繁多，設(shè)計周期長等諸多問題。一般情況下，當(dāng)設(shè)計人員接到項目后，往往是憑個人的工作經(jīng)驗以及以往設(shè)計過的圖紙進(jìn)行修改，然后投入生產(chǎn)。這樣不僅效率低，而且容易出錯，有沒有更加高效的方法呢？通過集思廣益，最終決定采用模塊化設(shè)計來實現(xiàn)，不僅能提高設(shè)計效率，而且還降低了生產(chǎn)制造及運輸?shù)某杀尽?/p>

1 斜梯的模塊化設(shè)計

1.1 模塊化的定義

模塊化一般是指使用模塊的概念對產(chǎn)品或系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計和生產(chǎn)組織。模塊化設(shè)計是指在對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場的不同需求的設(shè)計方法。

1.2 斜梯模塊的劃分與設(shè)計

模塊化設(shè)計是模塊化生產(chǎn)的前提。首先，我們要總結(jié)斜梯的變化規(guī)律，對其進(jìn)行拆分并研究每一個零件。然后，通過功能的分析，劃分出相應(yīng)的模塊。原斜梯由所有零件焊接而成，缺點是焊接及焊后打磨工作量大，體積大不利于擺放及運輸，而且運輸過程中容易產(chǎn)生變形。針對以上問題，討論后決定以將其拆分，然后通過焊接+螺栓連接的方式重新組合成新斜梯，見圖1。圖1中件1、2、3焊接組成一個欄桿模塊，欄桿分為左側(cè)和右側(cè)，當(dāng)其中一側(cè)靠近結(jié)構(gòu)時，就可以考慮不裝欄桿，也就是說可以根據(jù)需要選擇裝一側(cè)還是兩側(cè)欄桿；件4、5、6、7、8焊接組成一個平臺模塊；最后將這兩個模塊通過螺栓連接，組裝在一起就行了。將模塊再細(xì)分，其中有的零件還可以做成標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計需要時，就可以直接從標(biāo)準(zhǔn)件庫中選取，從而使復(fù)雜問題條理化，減少低層次的重復(fù)勞動，設(shè)計師便可將主要精力投向新技術(shù)、新產(chǎn)品?？梢宰龀蓸?biāo)準(zhǔn)件的零件如下：件3是角鋼，OSHA標(biāo)準(zhǔn)時用L63*63*6的規(guī)格，EN標(biāo)準(zhǔn)時用L50*50*5的規(guī)格，根據(jù)斜梯角度45°和50°設(shè)計成2種不同的長度；件4是踏步，根據(jù)斜梯寬度500mm、550mm、600mm定制成3多個標(biāo)準(zhǔn)件；件5是下頭板、件8是上頭板，根據(jù)斜梯角度45°和50°分別制作成2種不同的標(biāo)準(zhǔn)件；件6是連接板，只有一種規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件。非標(biāo)件如下：件1是上欄桿，件2是下欄桿，欄桿直徑有42.3mm、33.5mm、26.8mm，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)采購不同直徑的鋼管，通過彎管機(jī)制作；件7是扁鋼，采購來根據(jù)斜梯長度切割。

1.3 斜梯模塊化的特點

斜梯模塊化后主要具有以下幾個特點：

（1）有利于縮短產(chǎn)品的設(shè)計、制造和供貨期限。斜梯模塊化后，大部分零件都是標(biāo)準(zhǔn)件，可以提前生產(chǎn)備庫，只要根據(jù)需要選用就行，縮短了設(shè)計周期。斜梯各模塊可集中在專門車間進(jìn)行專業(yè)化批量加工，可使單件小批量生產(chǎn)變?yōu)橄喈?dāng)批量的規(guī)模生產(chǎn)，有的可采用先進(jìn)的加工設(shè)備、加工工藝及CAD/CAM等技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，減少加工誤差。比如斜梯上、下頭板和連接板可以數(shù)控機(jī)床加工，精度高，速度快。傳統(tǒng)的以產(chǎn)品為單位組織生產(chǎn)的方式將變?yōu)橐阅K為單位組織生產(chǎn)，同一功能的模塊，其加工的工藝流程及工藝裝備都是定型的，故產(chǎn)品的制造周期比傳統(tǒng)的制造周期要短。因此，產(chǎn)品的短周期設(shè)計與制造，導(dǎo)致其供貨周期縮短，從而滿足市場的要求。

（2）便于運輸及維修，降低成本。斜梯的每個模塊都可以獨立堆疊擺放及運輸，占用空間比以前小很多，而且形狀規(guī)整運輸不易變形，減少運輸費用。維護(hù)和修理也更方便，任何一個模塊有問題都可以單獨拆下維修，節(jié)約修理費用。如果防腐要求不是特別高的話，欄桿模塊甚至可以不整體熱浸鋅處理，直接買鍍鋅管與角鋼焊接，最后涂油漆。

（3）有利于企業(yè)采用先進(jìn)技術(shù)改造舊產(chǎn)品，開發(fā)新產(chǎn)品。隨著競爭的日益加劇，企業(yè)需要不斷增強(qiáng)對市場需求的快速應(yīng)變能力，靠傳統(tǒng)的設(shè)計與制造方法顯然是困難的。利用模塊化設(shè)計制造方法，可以不斷地采用新技術(shù)，革新那些在結(jié)構(gòu)上或技術(shù)上已經(jīng)陳舊的模塊，并在不改變其他模塊的基礎(chǔ)上集合成先進(jìn)的產(chǎn)品，使產(chǎn)品不斷保持先進(jìn)性，從而增強(qiáng)企業(yè)對市場變化的適應(yīng)能力。

2 斜梯模塊化的三維應(yīng)用

傳統(tǒng)的二維CAD軟件已經(jīng)無法滿足快速的模塊化配置需求，但是三維CAD軟件能做到。Inventor作為Autodesk公司一款面向產(chǎn)品開發(fā)的三維CAD軟件，可以幫助設(shè)計人員更為輕松地重復(fù)利用已有的設(shè)計數(shù)據(jù)，生動地表現(xiàn)設(shè)計意圖。借助其中全面關(guān)聯(lián)的模型，零件設(shè)計中的任何變化都可以反映到裝配模型和工程圖文件中。我們是采用什么方式實現(xiàn)快速建模，又是如何通過參數(shù)化設(shè)計來實現(xiàn)斜梯模塊的快速配置呢？接下來介紹一下Inventor軟件的2個最核心的功能：

（1）多實體零件。多實體零件是一種中心設(shè)計，由可導(dǎo)出為獨立零件文件的實體中所包含的特征組成，使用多實體零件來推動由上而下的設(shè)計工作流非常有效。本質(zhì)上，可將多實體零件作為布局處理，但在零件造型環(huán)境中進(jìn)行。在單個零件文件中創(chuàng)建和定位多個實體以實現(xiàn)設(shè)計。然后，將實體衍生出零件文件，將文件放置到目標(biāo)部件中。以斜梯為例，通常包含多個共享復(fù)雜曲線的零件。如果使用布局和草圖塊來代表斜梯，則在自上而下的模式中向組成零件傳達(dá)復(fù)雜曲線會非常困難。如果使用多實體零件，則可以一開始將斜梯作為單個實體來創(chuàng)建整個斜梯，然后將實體處理為所需形狀。接著，將單個實體分割為多個實體，來代表踏步、連接板等類似零部件。在目標(biāo)部件中使用“生成零件”或“生成零部件”來將實體衍生出零件文件。其優(yōu)點就是生成的零件及部件與多實體關(guān)聯(lián)，并隨之變化，而且裝配件中的零件或部件不需要裝配約束，直接在原點固定就行，因為它們都是公用同一個坐標(biāo)系的。無裝配約束的文件比每個零件都有裝配約束的文件運行速度會快很多。

（2）ilogic規(guī)則。ilogic是嵌入到Inventor中的一個規(guī)則驅(qū)動程序，通過設(shè)定一些規(guī)則來達(dá)到驅(qū)動模型進(jìn)行修改的目的，只需要寫一些簡單的代碼即可完成一些繁瑣的步驟，比較簡單易學(xué)。ilogic將規(guī)則作為對象直接嵌入到零件、部件和工程圖文檔中。規(guī)則可確定并驅(qū)動設(shè)計的參數(shù)和屬性值，通過控制這些值，可以定義模型的屬性、特征和零部件的行為。ilogic規(guī)則可以利用Inventor 中當(dāng)前可用的自定義參數(shù)類型，使用這些參數(shù)類型來編寫規(guī)則。在斜梯骨架中，主要編寫規(guī)則驅(qū)動相關(guān)零件的不同尺寸；在斜梯裝配中，主要編寫規(guī)則傳遞參數(shù)及控制零件的有無；在斜梯工程圖中，主要編寫規(guī)則控制視圖的定位、比例及有無。通過規(guī)則編寫，實現(xiàn)斜梯自頂向下的參數(shù)傳遞及更新，包括BOM表。

為了方便工程師使用，我們在裝配體中添加了一個表單“模型參數(shù)”，加入控制參數(shù)，只要在此表單中選擇標(biāo)準(zhǔn)、角度、寬度、欄桿形式以及填寫所需的高度，點擊“確定”，三維模型就會立即更新，圖2、3、4分別是對應(yīng)不同模型參數(shù)的三維斜梯圖。更新模型并保存后，打開相應(yīng)的斜梯裝配工程圖、平臺工程圖、欄桿工程圖，就能看到已經(jīng)自動更新好的圖紙。經(jīng)過前期的對每個零件屬性的設(shè)置，工程圖明細(xì)表以及標(biāo)題欄中的重量都是自動關(guān)聯(lián)更新的，工程師只要輸入圖號就行了。以前在CAD中修改2小時的圖紙，現(xiàn)在2分鐘就能搞定，效率和準(zhǔn)確率大幅提升。

3 結(jié)束語

模塊化設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展趨勢，隨著模塊化設(shè)計在機(jī)械領(lǐng)域的廣泛推廣并結(jié)合三維參數(shù)化設(shè)計的應(yīng)用，不僅對企業(yè)的設(shè)計及制造周期的縮短起到了關(guān)鍵作用，還能有效降低生產(chǎn)制造成本，是值得大力發(fā)展的一種產(chǎn)品設(shè)計方法。

參考文獻(xiàn)：

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