数字化设计实例

数字化设计与并行工程在摩托车研发中的应用

02609149 张强

数字化技术是以计算机软硬件、周边设备、协议和网络为基础的信息离散化表述、感知、传递、存贮、处理和联网的集成技术。其具体应用包括数字化制造与数字化产品两方面，即将数字化技术用于支持产品生命周期的制造活动和企业的全局优化运作就是数字化制造技术；将数字化技术注入工业产品就形成了数字化产品。数字化制造技术是在制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和的背景下，在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等技术的支持下，根据用户的需求，迅速对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造，进而快速生产出用户所需要产品的整个过程。

1.基于WAVE技术的并行三维设计

运用自顶向下的产品设计研发技术，能够为企业的产品研发带来极大的好处。设计资源的唯一性可以得到保证并按权限控制（ACL）来实现共享，因为高层设计和细节设计的内容分别在不同的UGPART中构建，而它们在PDM系统中共享信息（如设计基准控制文件），所以基于PDM的权限管理，使得不同部门、不同专业、不同的设计组之间实现并行工程。此外，控制信息传播途径清晰，设计任务与责任范围分明。当需要对设计资源（如设计基准等）信息进行更改时，零部件的详细设计能够按照系统通知来响应更改，做相应调整。运用WAVE 的Copy Geometry to Part的功能，将设计基准控制文件（有些部件可能只有一个控制零件文件而没有控制结构文件）或某个产品零件中的设计基准或几何体链接到各产品零件中。此时不存在从上一级发送到下一级或平级发送等概念。只有将设计基准控制文件中的几何信息从设计基准控制文件中发送到具体产品零件中。基于单一产品设计基准控制文件的自顶向下的产品结构体系如图1所示。

图1 产品结构体系

2.整车采用数字化虚拟装配

采用自顶向下和自底向上相结合的设计方法，利用装配功能将摩托车各零部件模型按照实际定位关系进行虚拟装配，可实现在零件进行加工前就通过UG系统功能检查零部件之间的配合、干涉，进行整车性能、结构分析，对运动零部件进行机构分析，以及论证零件的可安装和可拆卸性，使设计隐患尽量杜绝在产品

设计阶段，减少新产品试制时的返工，降低设计更改成本，，缩短新产品的研发周期。有了整车模型后，还可以大大缩短变形零部件的研发设计周期。UG软件中的整车虚拟装配见图2所示。

图2 UG软件中的整车虚拟装配

Portal View是在Teamcenter Engineering系统中集成的可视化插件，它用来浏览Teamcenter Engineering中各类UG数据相对的JT格式的可视化文件，UG在Teamcenter Engineering中将自动生成其相应的JT可视化文件。这种文件类是一个数据量极小，可以快速浏览的的文件，无须运行本地的UG系统即可让整个企业一起查看。源文件和可视化文件(JT格式)自动相连，并储存在产品结构中。这些可视文件虽然非常简单，但却可用于测量、交叉截面、清晰度检测、动画效果、干扰度检测、以及用于研究其他包装的问题。JT可视文件使可以我们轻松地装配由不同CAD系统产品设计的产品。有时这被称为数字模拟装配。整车在Teamcenter Engineering环境中通过集成的PortalView打开浏览的结果见图3所示。

图3 Teamcenter Engineering中可视化查看整车

3.关键部件的运动分析

后轮、后摇架、后减震的运动分析过程如下：

(1)对零部件进行实体建模，并在UG软件中进行虚拟装配；

(2)定义“连杆”和“运动副”；

(3)定义运动“驱动”；

(4)给运动分析方案加力、力矩、弹簧、阻尼、减振块和接触运动副；

(5)设置标记及其他封装分析选项（Packaging Option），从而可以对标记、组件进行跟踪，分析其临界状态，并进行干涉检查等；

(6)利用电子图表进行运动仿真分析；

(7)查询运动分析方案的信息，修改编辑模型及运动分析方案的特征。

后轮、后摇架、后减震的运动分析见图4所示。

图4 后轮、后摇架、后减震的运动分析

4.连杆的有限元分析

有限元分析一般要经过以下步骤：

(1)对零件进行实体建模；

(2)对模型进行的简化；

(3)对模型进行网格划分；

(4)对模块进行加载荷及约束；

(5)利用解算器对网格化的模型连杆进行计算；

(6)利用UG软件有限元分析模块中的后处理功能对连杆进行结果分析。

有限元分析的关键是载荷分析与有限元模型的建立，一旦建立了模型，今后基本参数若有变动，只需修改基本输入参数与加载荷即可。分析结果见图5所示。

图5 连杆的有限元分析结果

5.外形件的设计

燃油箱的设计过程如下：结果如图6所示。

(1)利用三坐标测量仪测量油泥模型，将截面数据点文件（*.dat文件）读

入到UG软件中，并生成相应的“样条”曲线；

(2)数据处理，即根据曲线情况将误差大的数据点删除，使生成的样条曲线光顺；

(3)采用正向设计与逆向设计相结合的方法对样条数据进行编辑构造曲面；

(4)利用三维数据在快速成型机上制作样件，检查与摩托车车架、座垫的配合情况，若是不理想则执行步骤(2)直到效果满意为止。由于在设计阶段严格把关，使得模具制作周期大大地缩短、制作质量大幅度地提高。

图6 燃油箱的设计结果

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