基于SolidWorks的大型成套装备的快速设计

    0 引言
   
    自上世纪70年代以来，产品需求的多样化、复杂化，产品生命周期的缩短以及产品市场的全球化，迫切要求产品设计以最快的速度(iTme)、最高的质量(Qulaity)、最低的成本(Cost)和最好的服务(Service)来适应变化的市场需求，即著名的TQCS法则.围绕着TQCS的竞争，新的理论如并行工程(CE) 、敏捷制造(AM)、及时生产(JIT)、虚拟制造(VM)、精良生产(PL)、智能制造(IM)等不断涌现，使得现代工程设计向数字化、集成化、并行化、网络化、智能化及最终的自动化方向发展.
   
    本世纪，人类将进人知识经济的新时代.知识经济是以不断创新的知识，以及对这种知识的创新性应用为主要基础而发展起来的经济，它是一种知识密集型经济.为了满足日益多样化、柔性化和个性化的消费，作为社会财富的主要创造者的制造业，将再次成为本世纪的战略产业，而决定制造业竞争力的关键是新产品的快速开发能力.企业新产品的快速开发能力决定其市场竞争能力和可生存能力，因而如何提高企业的新产品的快速开发能力就成为企业关注的重中之重.
   
    制造业是国民经济的重要支柱.我国是世界制造大国，但还不是制造强国;制造技术基础薄弱，创新能力不强."先进制造技术"是《国家中长期科学和技术发展规划纲要》的8项前沿技术之一，其中提高装备，特别是大型成套装备的设计、制造和集成能力，是中长期规划中的重要研究内容.
   
    本文在先进的CAD/CAM软件SolidWorks的环境下以笔者具体工程实践中的一个实例讨论了如何实施大型成套装备的快速设计.
   
    1 工程实例一多工位真空成型机简介
   
    多工位真空成型机主要完成对非金属板材用模具进行加热而后抽真空的快速成形，整套装备包含机械系统、电控系统、液压系统、真空系统、气动系统、冷却系统等多个子系统，设计非常复杂.工程的进程非常紧张，产品的设计周期很短，工作量很大.多工位真空成型机的主要参数:
   
    ·适用板材为:非金属板材
    ·箱胆板材尺寸:长度:1500-1852mm;宽度:620-690mm ;深度:400-650mm;厚度:2.5-5.0mm;
    ·成型效率:小于40秒/厚度不大于3.2mm
    ·成型模具形式:凹模成型;
    ·板材的夹边宽度:横向40mm;纵向50mm
   
    整个多工位真空成型机的机械部分主要包括板材上料系统、整板系统、板材输送系统、夹板系统、加热系统、板材成型系统和整个系统的安装机架.整个系统占据空间:20米(长)x6米(宽)x4米(高)，共有10多条传动系统.
   
    用户的短周期要求，对于在传统的二维CAD环境下来说很难实现.因此我们只能突破传统的设计方法，采用现代先进的设计软件和思想来实现的要求.
   

    2 SolidWorks简介
   
    目前国内外占主导地位的CAD/CAM软件主要有 PRO/E、UG、CAIA、Autocad、SolidWorks等.其SolidWorks是美国SolidWorks公司推出的世界上第一套基于Windows平台的三维机械设计软件.由于该软件功能强大，简单易用，且性价比高，因此成为中端三维CAD软件的翘楚.SolidWorks不仅能够进行自下向上的装配设计，还有功能强大的自上到下的设计功能.
   
    3 基于SolidWorks平台的多工位真空成型机的快速设计
   
    第一步:根据与用户的多次技术谈判和研究，在满足用户使用要求的基础上，确定了装备的整体方案，包括:装备的生产效率、原料的规格、装备的进料和出料的物流输送途径和模具的更换方法等.在与用户的接口确定后，将整个装备进行了关键尺寸的确定和系统的细分，如图1所示.
   
    第二步:对各个分系统的工作原理进行详细的分析和确定，对于关键的部件和传动部分进行计算和校核.根据系统的总体要求，具体确定各个传动链的安装位置和尺寸.
   
    第三步:在以上工作的基础上，应用"自上而下"的设计原理，在SolidWorks的环境下，首先构造了整个系统的三维立体特征框架，然后将各个部分的传动链添加在各个分系统的子目录下，其原理如图2所示.从而在完成总体工作原理的三维实现的同时，完成各个分系统及其零部件的三维图.
   
    在这个过程中，可以充分利用各种功能和挂件来更有效、更可靠地完成设计工作.例如:使用 SolidWorks的干涉检查功能，来检查和防止在平面图纸中难以避免的零部件干涉问题，大大提高了设计的可靠性;使用SolidWorks的工程师设计分析工具-COSMos/works，凭借先进的快速有限元技术，能非常迅速地实现对大规模的复杂设计的分析和验证，并且获得修正和优化设计所需的必要信息，可以减轻设计人员的计算强度并提高设计效率.
   
    第四步:利用SolidWorks的标准件工具库添加标准件，完成整个系统的三维设计.至此用户就可以直观地看到整个系统的传动原理和原料处理流程，做到了"所见即所得"的效果.
   
    第五步:在完成机械部分后加入其余子系统完成成套装备的设计，然后利用SolidWorks的三维转二维功能，可以高效可靠地生成用于实际生产的二维工程图.
   

    4 结论
   
    本文通过实例一多工位真空成型机的快速设计，讨论了其具体实施的过程及方法，这对于提高企业适应全球市场变化的能力将有一定的帮助.