剪叉式液压升降平台快速设计系统

第17卷 第1期 中 国 水 运 Vol.17 No.1 2017年 1月 China Water Transport January 2017
收稿日期：2016-09-23
作者简介：杜旭东（1991-），男，硕士生，上海理工大学机械工程学院，研究方向为机械快速设计及计算机辅助智能设计。

仲梁维（1962-），男，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、机械快速设计及敏捷制造系统、产品数据管理系统（PDM）
、企业信息化、虚拟技术能。

剪叉式液压升降平台快速设计系统
杜旭东，仲梁维
（上海理工大学 机械工程学院，上海 200093）
摘 要：以剪叉式液压升降平台为研究对象，对产品的特征进行分析研究，结合知识工程以及模块化设计技术将产品划分为各个子功能模块，运用参数化设计驱动子功能模块，建立起一个快速设计系统。

系统以模型库和数据库为支撑，借助于Solidworks2016软件开发平台，运用SQL Sever 2008数据库储存、管理数据，采用Visual Basic2012作为编程平台，实现了对剪叉式升降平台的从参数设计到结构设计以及最终生成三维模型和CAD 二维图纸以及产品数据的Excel 表格的过程。

从而实现了人机交互设计，缩短了设计周期，提高了设计质量。

关键词：剪叉式液压升降平台；知识工程；快速设计；数据库管理
中图分类号：TF214 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2017）01-0129-04
一、引言
剪叉式液压升降平台是一种在日常生产生活中经常使用的机械产品，这种机械产品会在商场超市、车站、机场码头、工地等地大量使用。

然而目前我国对升降平台的研发设计仍处于一个较为落后的水平。

当下国内升降平台的制造方法基本上是一种依靠个人经验设计和仿造生产，这使得开发新产品的周期过长，结构尺寸庞大，不利于提升厂家的市场竞争能力和影响力[1]。

随着“中国制造2025”的提出，制造业的产品的传统生产也必须有着一个新的变革。

在机械产品的设计研发逐步走向快速化、智能化的过程中，结合计算机技术，提供一个快速化、智能化的机械产品设计系统，这对剪叉式液压升降平台的生产企业有着非常积极的意义。

二、基于知识工程系统设计架构及思路
知识工程以知识为处理对象，把多种信息关联在一起，主要专家系统、人工智能提供知识表达、知识获取和知识重用的技术和方法[2]。

基于知识工程的升降平台快速设计技术就是知识工程技术和计算机辅助设计的综合运用。

它将行业或企业中专家的技能通过知识工程技术运用到快速设计系统中，采用了知识工程技术为工程问题提供了最佳的解决方案。

实现了产品从概念设计—详细设计—优化设计—产品制造加工的全过程。

有效的推动了产品设计的协同设计，集成设计和自动设计。

升降平台中所研究的快速设计技术中应用的知识工程，主要是指知识工程与模块化技术的结合，形成知识工程下的快速设计平台，协同完成设计过程的数据获取、数据处理、数据存储等一些列设计步骤。

知识工程下的快速设计系统框架由根据设计经验、企业规范、行业标准等数据信息建立的知识模型组建出产品知识库，再利用知识表达与知识推理对原数据进行计算处理，获得计算模型，然后将知识模型与计
算模型共同作用于升降平台。

控制设计过程中知识融合、变形设计、实例推理，保证了设计的正确性，使得产品知识库快速发挥作用。

整个作用体系与流程形成了知识工程下的快速设计平台。

系统设计框架图如图1所示。

图1 剪叉式液压升降平台快速设计系统框架图
三、系统设计运用技术 1．Solidworks 二次开发技术
Solidworks 是一款功用强大、操作简便的三维实体造型软件。

Solidworks 通过COM（组件对象模型技术标准）技术为使用者提供了强大的二次开发接口，称为Solidworks API [3]。

通过使用支持COM 的编程工具语言访问这些API 对象，用户能够轻松从后台向Solidworks 发出操作指令，使其执行设定的操作，而无需手动在 Solidwroks 的绘图界面点击相应的按钮。

Solidworks 的二次开发有两种方式可择，第一种是独立应用程序的形式，用户程序作为一个独立的应用程序（*.exe），通过API 接口调用SolidWorks 提供的服务，完成对SolidWorks 的控制和操作[4]。

第二种方式是基于COM 的进程内组件开发，这种方式将编写的程序内容以DLL 插件的形式内嵌到Solidworks 的菜单栏中。

这种内嵌入式的开发与Solidworks 软件能共享电脑资源，对代码的执行效率
130 中 国 水 运 第17卷 高，所以升降平台快速设计系统采用第二种开发方式。

2．模块化设计技术
模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相同功能同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合来构成不同产品以满足市场不同需求的一种设计方法[5]。

模块化设计方法是以产品的功能和结构为出发点，依据产品的功用和构造要求对复杂产品进行分解，得到结构简单、层次合理的标准化系列单元模块，并分别针对不同的模块拟定设计方案，再经过不同的模块单元的组合得到不同型号的产品。

应用模块化技术进行复杂类型产品的建模和设计时，最关键一步就是要针对产品的实际情况，合理的进行模块划分，因为模块划分的质量直接关系到后期的模块接口的开发。

概括起来，模块划分要遵循（1）保证划分的子模块的独立性；（2）保证划分的子模块有一定的层次机构性；（3）保证划分的子模块间接口的安全可靠性这三个原则。

根据这三个原则将剪叉式液压升降平台划分为4个一级模块，分别为承载平台模块；滑动支撑模块；固定支撑模块；平台底座模块。

每一个一级模块又可以划分为若干子模块。

具体模块划分如图2
所示。

图2 剪叉式液压升降平台模块划分图 3．参数化设计技术
参数化设计，是通过修改零部件图形中某些部分的尺寸或者定义的参数，达到自动完成零部件图形中相关部分改动的目的[6]。

参数化设计过程中，首先要绘制出零部件的模型，然后对草图中的所标注的尺寸或者参数进行修改，自动生成新的零部件图形，从而实现对产品的参数化设计及优化[7]。

剪叉式液压升降平台设计系统主要的功能是根据用户所设定的参数，对三维模型和工程图进行驱动。

在系统的设计之前要运用Solidworks 软件根据零件的几何尺寸、材料属性和参数性能等进行参数化建模，并结合模型生成相应的工程图。

对工程图进行尺寸位置调整，零件号标注，技术要求填写，材料明细表生成等操作生成工程图模板。

在此过程中所产生的数据以及关联参数会被保存在数据库中。

在完成模型与工程图后，通过Visual Basic 2012编程平台对Solidworks 软件的连接，在用户输入产品的参数之后实现对模型和工程图的驱动。

在参数化设计技术基础之上，实现了升降平台的参数化建模，数据库存储调用设计参数，参数化程序驱动过程。

4．数据库管理技术
剪叉式液压升降平台的设计过程是将客户的需求转化为产品的过程。

在升降平台系统的开发过程中设计者会遇到大量的设计数据和产品参数，因此数据库技术是至关重要的环节。

数据库技术是通过对数据库结构、设计、存储、管理等应用的理论和方法进行研究，并使用这些理论来对数据进行分析、处理的技术[8]。

在产品的开发过程中，应用数据库技术，对产品所需要的性能参数、尺寸参数以及工程图模板信息进行存储，在需要相关工程图信息的时候进行查询、使用和修改，提高了产品设计效率。

所以本系统借助于SQL sever 2008数据库来进行数据的管理。

SQL sever 2008数据库支持 编程环境，同时SQL 语言功能强大，用户使用数据库时，通过编写语句，可以完成对数据库的管理操作。

是一种强大的数据库访问技术。

应用程序可以通过 来链接各种数据源[9]，借助于 技术，用户可以完美实现SQL sever 2008与 的连接。

数据库连接成功以后，用户可以在 环境中编写SQL 语句传递到SQL Sever 2008数据库中，达到人机界面操作对数据库调用的目的。

在升降平台系统中，将升降平台的标准件（方管、六角螺母、导轨槽钢等）的数据及工程图数据（视图比例、视图位置、尺寸位置等）导入数据库中，在系统运行时进行数据调用。

5．工程图模块设计及调整优化技术
在剪叉式液压升降平台的快速设计系统中，只实现产品的三维模型驱动是无法满足设计者的要求和企业的实际需求的。

工程图是产品用于生产加工的参照，工作人员必须要依靠二维工程图图纸才能进行产品的生产和加工。

所以需要将三维模型转变成符合企业和行业的标准二维CAD 图纸。

为了达到相关标准的图纸的要求，设计人员必须先制定相关的工程图模板。

工程图模板中包含一般视图、局部视图、剖视图、尺寸标注、注释、技术要求材、料明细表和零件序号等
相关信息，以便程序的调用。

图3 工程图调整优化流程图
虽然Solidworks 软件可以实现工程图的自动生成，但是经过参数化驱动生成的工程图与模板比较，会出现视图位置的漂移，注解、项目排序混乱，以及尺寸标注位置混乱等问题[10]。

针对这些问题，通过运用Solidworks API 函数的
第1期 杜旭东等：剪叉式液压升降平台快速设计系统 131
工程图优化调整技术，通过对模型驱动生成的工程图模板进行批量规范化，标准化的处理，并基于后台数据库技术对工程图信息的调用、存储，分别对工程图进行视图比例及其位置的调整，尺寸标准优化，序号调整，注释调整以及相关表格调整等等。

工程图图纸的调整优化流程如图3所示。

6．产品数据和文档管理技术
剪叉式液压升降平台开发过程中会遇见众多产品数据及文档数据，为了便于产品信息管理，将众多数据进行统筹划分，归类储存。

在产品数据方面，系统依据数据库技术，将升降平台的标准零件数据、工程图信息等信息提前录入数据库中，在模型驱动中分模块读取相关数据参数驱动模型，并将系统计算数值连同用户输入的参数，合同编号写入数据库之中生成产品参数文档信息。

在文档管理方面，采用产品统一发布的形式将各零部件、机构设计的文档按照结构关系存储在统一的路径之下。

由于升降平台的设计过程采用模块化设计，因此尽管在结构上各个模块存在依附关系，但是各设计单元可以独立设计出图，利用产品发布功能将各个设计模板所生成图纸文档存储到指定的保存路径下。

四、系统设计流程
利用上述的基本原理和相关技术并且以Solidworks 为主要开发平台结合SQL sever 2008数据库和Excel 软件，利用Visual Basic2012对其进行二次开发得到一套快速设计系统。

本系统集参数设计、模型驱动、工程图调整、产品数据管理与一体。

进入系统后设计者需要输入剪叉式液压升降平台简单的设计参数，系统会判定参数的合理性。

合理的参数会被使用并且会被存储在数据库中，系统会调用零件库里的模块驱动升降平台的三维模型生成装配体。

在装配体的基础上，系统会调用已有的工程图模板生成零部件和总装配体的CAD 二维图纸并调整优化工程图。

最后相关的产品模型会被保存在设定好的路径文件中，产品的设计参数也会被保存于数据库之中。

系统的设计流程图如图4
所示。

图4 系统设计流程图
五、系统设计实例 1．系统登录界面
运行程序后，会弹出一个登录界面，需要用户输入正确的登录用户名和登录密码。

2．参数输入和设置文件路径
用户验证登录信息后显示系统参数设计界面，用户需要在此界面设置模型的文件路径，输入升降平台的设计参数和合同编号。

在用户设置完路径和输入相关参数后，系统会计算并校核输入参数的合理性，若有不合理的参数，系统会提示用户参数错误并返回参数设计界面。

系统的参数设计界面和文件路径设计界面分别如图5~图6
所示。

图
5 参数设计界面
图6 文件路径设置界面
3．模型驱动
用户正确参数后，系统会驱动参数生成升降平台的三维模型，完成三维模型驱动后系统会提示用户是否保存模型。

驱动之后的产品三维模型如图7所示。

4．工程图驱动及调整
在完成三维模型驱动之后，用户可以选择性的一键驱动所有模型图纸或者分模块驱动零部件图纸，系统会自动对图纸进行调整优化，生成的图纸会保存在之前设置的路径文件。

图8
为剪叉式升降平台的总装工程图。

图7 剪叉式液压升降平台三维模型
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图8 升降平台二维CAD 总装图
5．设计数据管理
系统完成设计之后，用户可以选择性将设计数据导出，系统会将设计数据信息显示在Excel 表格上。

6．产品数据管理
每一次设计完成之后产品相关数据会保存在数据库中，用户可以根据自己需求对产品数据进行添加、删除和引用。

产品数据管理界面如图9
所示。

图9 产品数据管理界面
六、结语
以剪叉式液压升降平台为设计开发对象，结合了知识工程以及快速设计相关知识，设计研发出了一套快速设计系统，从而实现了剪叉式液压升降平台的快速设计、快速建模、快速出图以及设计参数管理。

系统设计实例的实现，验证了本系统的实用性和可靠性。

快速设计系统的实现减少了设计人员设计过程中的重复劳作，提高了企业产品设计和研发的速率，在企业的实际生产中有着积极作用。

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