沖瓶機(jī)的三維實(shí)體造型及參數(shù)化設(shè)計(jì)ysbg
1. 攻關(guān)的任務(wù)、考核目標(biāo)及主要技術(shù)指標(biāo)
1.1攻關(guān)的任務(wù)
在國(guó)家輕工局科技司和輕工業(yè)CAD應(yīng)用工程推廣中心的支持下，我所作為應(yīng)用工程技術(shù)推廣與應(yīng)用示范單位，成功的完成了1，2階段的工作。第2階段著重推廣圖檔管理和三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)，三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)項(xiàng)目，主要以純生啤酒灌裝生產(chǎn)線的WGP24沖瓶灌裝壓蓋機(jī)組的沖瓶機(jī)（回轉(zhuǎn)頭數(shù)90頭）為基礎(chǔ)，進(jìn)行三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)。成功的進(jìn)行三維實(shí)體造型、三維CAD參數(shù)化及三維圖轉(zhuǎn)化為二維圖設(shè)計(jì)。以90頭作為三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)，生成了60頭、120頭、180頭沖瓶機(jī)并轉(zhuǎn)化成二維圖形提供給用戶。通過西安輕機(jī)所技術(shù)委員會(huì)對(duì)該項(xiàng)目的觀摩，一致認(rèn)為該項(xiàng)目的開發(fā)是比較成功的，為今后進(jìn)行三維參數(shù)化設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。
1.2沖瓶機(jī)的三維實(shí)體造型
西安輕機(jī)所食品和包裝機(jī)械工程部，為廣東輕機(jī)二廠設(shè)計(jì)的2.4萬瓶/小時(shí)純生啤酒灌裝生產(chǎn)線，是目前國(guó)內(nèi)最大、具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的包裝生產(chǎn)線設(shè)備，是典型的光機(jī)電一體化設(shè)備。我們以WGP24無菌沖瓶灌裝壓蓋機(jī)組的沖瓶機(jī)為三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)的啟動(dòng)項(xiàng)目。由于90頭沖瓶機(jī)的二維圖紙已于前期設(shè)計(jì)完成，我們采用90頭沖瓶機(jī)作為初始設(shè)計(jì)的形體，以形成對(duì)沖瓶機(jī)的系列化參數(shù)設(shè)計(jì)。則三維實(shí)體造型的任務(wù)主要有以下幾點(diǎn)：
（1） 參照二維零件圖繪制三維零件圖；
（2） 參照二維裝配圖裝配三維零件圖；
（3） 由于所選軟件（SOLID EDGE）不含標(biāo)準(zhǔn)零件庫，故需繪制三維標(biāo)準(zhǔn)件，諸如螺栓、螺釘、墊片、齒輪、發(fā)動(dòng)機(jī)等。
1. 3三維參數(shù)化設(shè)計(jì)
所謂參數(shù)化設(shè)計(jì)（Parametric Design），就是采用預(yù)定義的辦法建立圖形的幾何約束集，指定一組尺寸作為參數(shù)與幾何約束集相關(guān)聯(lián)，并將所有的關(guān)聯(lián)式融入到應(yīng)用程序中，然后采用人機(jī)交互方式通過對(duì)話框修改參數(shù)尺寸，最終由程序根據(jù)這些參數(shù)順序地執(zhí)行表達(dá)式來實(shí)現(xiàn)的方法。通過參數(shù)化尺寸驅(qū)動(dòng)完成對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的修改。參數(shù)化設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，他存儲(chǔ)了設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，能設(shè)計(jì)出一簇而非 單一的在形狀和功能上具有相似性的產(chǎn)品模型。
參數(shù)化造型（Parameterized Modeling）使用約束來定義和修改幾何模型，約束包括尺寸約束和工程約束，這些約束反映了設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的因素。實(shí)現(xiàn)參數(shù)化的那組參數(shù)與這些約束保持一定的關(guān)系。首先保證初始設(shè)計(jì)的形體滿足這些約束，當(dāng)用戶輸入那組參數(shù)的新值時(shí)，無需在此建立約束關(guān)系而能獲得一個(gè)新的幾何模型。參數(shù)化模型的建立是實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。參數(shù)化建模是幾何建模的一個(gè)發(fā)展方向，它可大大提高模型生成和修改的速度，是CAD/CAM/CAE的基礎(chǔ)與核心。
2.項(xiàng)目執(zhí)行情況的評(píng)價(jià)
2.1基本零件造型
參照二維零件圖利用填料、拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃出、層疊拉伸、倒角和薄殼等特征操作來生成基本三維形體，利用鉆孔、起模、陣列、鏡射等特征進(jìn)行后期編輯形成所需要的三維實(shí)體 。零件模塊的文件后綴為 .Par。
對(duì)于單個(gè)鈑金模型，可用鈑金模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。該模塊含有一些特殊的鈑金特征，可以很容易地生成各種鈑金件并可以按照彎折余量對(duì)鈑金件進(jìn)行展開操作。鈑金模量的文件后綴為 .Pam。
參照90頭沖瓶機(jī)的二維圖紙，針對(duì)所需繪制的三維標(biāo)準(zhǔn)件，諸如螺栓、螺釘、墊片、齒輪、發(fā)動(dòng)機(jī)等，選擇零件模塊或鈑金模塊繪制標(biāo)準(zhǔn)件的三維圖。
2. 2零件裝配
在裝配環(huán)境下根據(jù)自下而上的原則裝配零件、鈑金件或標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，根據(jù)固定、匹配、對(duì)齊、插入、連接、角度等裝配關(guān)系組合在一起形成裝配件。之后，可在裝配路徑查找器中選擇任意零件或鈑金件進(jìn)行查看、選擇、刪除或編輯。也可以在裝配環(huán)境下按自上而下的裝配方法設(shè)計(jì)生成零件。同時(shí)還可以制作裝配件爆炸圖、產(chǎn)生剖視圖、進(jìn)行干涉檢查、生成AVI動(dòng)畫文件等。裝配模塊的文件后綴為 .Asm。
2.3參數(shù)化設(shè)計(jì)
首先，利用SOLID EDGE變量表的技術(shù)，針對(duì)一些關(guān)鍵尺寸建立數(shù)學(xué)關(guān)系式或特定的函數(shù)關(guān)系。只要改變關(guān)鍵尺寸，就可以得到形狀和性能各異的零件，并通過零件簇的功能存儲(chǔ)起來，以達(dá)到基于零件內(nèi)部的參數(shù)化。
其次，針對(duì)沖瓶機(jī)五大部件（機(jī)械手、導(dǎo)軌、會(huì)轉(zhuǎn)盤、分配器、機(jī)架）分別設(shè)定一些基本參數(shù)。建立每個(gè)部件的基本參數(shù)和其內(nèi)部零件的關(guān)鍵尺寸及相關(guān)零件關(guān)鍵尺寸之間的關(guān)系式或特定的函數(shù)關(guān)系。只要改變每個(gè)部件的基本參數(shù)，就可以通過尺寸聯(lián)動(dòng)改變零件的關(guān)鍵尺寸，從而使整個(gè)部件的形狀和性能發(fā)生變化，以達(dá)到基于部件內(nèi)部的參數(shù)化。
最后，我們選擇沖瓶機(jī)的頭數(shù)作為單參數(shù)驅(qū)動(dòng)整機(jī)聯(lián)動(dòng)。也就是建立各個(gè)部件基本參數(shù)與頭數(shù)及各個(gè)部件基本參數(shù)之間的關(guān)系式或特定的函數(shù)關(guān)系。只要改變沖瓶機(jī)的頭數(shù)，就可以通過尺寸聯(lián)動(dòng)改變部件的基本參數(shù)、零件的關(guān)鍵尺寸，使得沖瓶的整體形狀發(fā)生變化，以達(dá)到整機(jī)的參數(shù)化。
2.4渲染
SOLID EDGE具有特殊效果的渲染造型包括彩色光源、陰影、背景圖片、透明、反走樣、反射、紋理和塊映像。三種渲染選項(xiàng)包括隱藏線、Phong渲染和真正光線追蹤。其渲染工具使你可以快速完成高質(zhì)量的SOLID EDGE零件和裝配件渲染功能。
2.5輸出圖形文件
在三維圖本身圖形打印的基礎(chǔ)上，還可以在工程圖模塊中由三維零件或裝配件自動(dòng)生成二維視圖。工程圖模塊中可以很方便的選擇主視圖的方位和所要生成的各個(gè)視圖，諸如剖視圖、局部放大視圖、斜向視圖等。在三維建模時(shí)所輸入的尺寸可以自動(dòng)反映到工程圖當(dāng)中。如果生成的是一個(gè)裝配件的工程圖，SOLID EDGE還可以自動(dòng)生成明細(xì)表和零件序號(hào)。
在生成工程圖之后，如果繼續(xù)修改三維模型，SOLID EDGE會(huì)在工程途中給出一個(gè)提示，以表明此時(shí)工程圖與三維模型不完全相關(guān)。如果需要還可以更新該工程圖，當(dāng)然也可以重新生成一個(gè)新的工程圖。
SOLID EDGE可以輕松的讀入Auto CAD的 .dxf和 .dwg文件以及其他幾種常用的標(biāo)準(zhǔn)格式如 .igs .npf .dgn等。同樣也得把自己的工程圖文件保存為.dxf和 .dwg等格式的文件，并且在轉(zhuǎn)換時(shí)可以設(shè)定相應(yīng)的線性、線寬和顏色等參數(shù)。如果是裝配件的工程圖，還可以讓各個(gè)的零件分布在不同的圖層上，足以保證轉(zhuǎn)換之后的可用性。或者直接轉(zhuǎn)換成 .Bmp文檔以方便以后查閱。
3. 三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)的成果轉(zhuǎn)化和項(xiàng)目推廣前景
3.1三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)的成果論述
一個(gè)是實(shí)體造型，其內(nèi)部存儲(chǔ)有標(biāo)準(zhǔn)件圖、零件圖、部件圖、總裝圖（部件圖、總裝圖保存在名為‘裝配圖’的文件夾內(nèi)）。因?yàn)椴考D調(diào)用的是零件圖中的零件，在部件圖中存儲(chǔ)有各個(gè)零件的相對(duì)位置，所以絕對(duì)不允許隨意粘貼零件圖、對(duì)圖形進(jìn)行更名，否則裝配圖不能正常顯示。但可將整個(gè)文件夾進(jìn)行整體粘貼。
另一個(gè)是參數(shù)化設(shè)計(jì)，也包括標(biāo)準(zhǔn)件圖、零件圖、部件圖、總裝圖（部件圖、總裝圖保存在名為‘裝配圖’的文件夾內(nèi)）。零件圖中存有關(guān)鍵尺寸及相關(guān)的其它零件關(guān)鍵尺寸、相關(guān)的其它部件基本參數(shù)的絕對(duì)地址及關(guān)系函數(shù)。部件圖、總裝圖中也存有類似的信息。固所有圖形位置絕對(duì)不可改變，也不可對(duì)圖形進(jìn)行更名。另外，還有一個(gè)名為‘參數(shù)化結(jié)果’的文件夾保存著參數(shù)化的結(jié)果。其中，文件夾‘bmp’保存著分配器、回轉(zhuǎn)盤、機(jī)架分別以60頭、90頭、120頭三種形式生成的 .Bmp文檔（60頭、120頭是由90頭經(jīng)參數(shù)化生成的）。文件夾‘分配器’保存著由60頭的三維立體圖生成的二維圖紙。
3.2三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用范例
使用SOLID EDGE軟件，在每次開及或重啟動(dòng)前需執(zhí)行以下操作“開始 —→ 控制面板 —→ FLEXlm License Manager —→ Start —→ 確定”。
對(duì)分配器進(jìn)行參數(shù)化，首先要的用Solid Edge Assembly打開“D:\參數(shù)化\裝配圖\分配器my”，打開“裝配路徑查找器”，選擇分配器并激活；然后用Microsoft Excel打開“D:\參數(shù)化\裝配圖結(jié)果\界面”，在B1內(nèi)輸入你想要的頭數(shù)，按下回車即可。
對(duì)會(huì)轉(zhuǎn)盤進(jìn)行參數(shù)化，首先要的用Solid Edge Assembly打開“D:\參數(shù)化\裝配圖\回轉(zhuǎn)盤”，打開“裝配路徑查找器”，選擇回轉(zhuǎn)盤并激活；然后用Microsoft Excel打開“D:\參數(shù)化\裝配圖結(jié)果\界面”，在B2內(nèi)輸入你想要的頭數(shù)，按下回車即可。
對(duì)機(jī)架進(jìn)行參數(shù)化，首先要的用Solid Edge Assembly打開“D:\參數(shù)化\裝配圖\機(jī)架”，打開“裝配路徑查找器”，選擇機(jī)架并激活；然后用Microsoft Excel打開“D:\參數(shù)化\裝配圖結(jié)果\界面”，在B3內(nèi)輸入你想要的頭數(shù)，按下回車即可。
對(duì)分配器、回轉(zhuǎn)盤、導(dǎo)軌整體進(jìn)行參數(shù)化，首先要的用Solid Edge Assembly打開“D:\參數(shù)化\裝配圖\分配器、回轉(zhuǎn)盤、導(dǎo)軌”，打開“裝配路徑查找器”，選擇所有部件并激活；然后用Microsoft Excel打開“D:\參數(shù)化\裝配圖結(jié)果\界面”，在B1、B2、B3內(nèi)輸入B4的地址并在B4內(nèi)輸入你想要的頭數(shù)，按下回車即可。
對(duì)整機(jī)進(jìn)行參數(shù)化，首先要的用Solid Edge Assembly打開“D:\參數(shù)化\裝配圖\沖瓶機(jī)”，打開“裝配路徑查找器”，選擇所有部件并激活；然后用Microsoft Excel打開“D:\參數(shù)化\裝配圖結(jié)果\界面”，在B1、B2、B3、B4內(nèi)輸入B5的地址并在B5內(nèi)輸入你想要的頭數(shù)，按下回車即可。
3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析
沖瓶機(jī)是純生啤酒無菌包裝設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備之一，既可以聯(lián)機(jī)使用，也可以配線單獨(dú)使用。沖瓶機(jī)三維實(shí)體造型、三維CAD參數(shù)化及三維圖轉(zhuǎn)化為二維圖設(shè)計(jì)成功，對(duì)我所推廣三維CAD設(shè)計(jì)打下了好的基礎(chǔ)，對(duì)于其它項(xiàng)目三維CAD設(shè)計(jì)做出了典范。從該項(xiàng)目的發(fā)展前途看，估計(jì)60頭沖瓶機(jī)國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)讓6家，轉(zhuǎn)讓費(fèi)48.0萬元，120頭沖瓶機(jī)國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)讓2家，轉(zhuǎn)讓費(fèi)30.0萬元，180頭轉(zhuǎn)讓1家，轉(zhuǎn)讓費(fèi)30.0萬元，共計(jì)轉(zhuǎn)讓費(fèi)108.0萬元。
4.計(jì)劃制定和課題、專題設(shè)置的科學(xué)性和合理性的評(píng)估
作為范例性的項(xiàng)目選題，從難易程度還是比較適中的，在短時(shí)間內(nèi)能成功開發(fā)出沖瓶機(jī)的實(shí)體造型和參數(shù)化設(shè)計(jì)，為今后開發(fā)純生啤酒包裝線其它主要設(shè)備奠定了良好的基礎(chǔ)和好的經(jīng)驗(yàn)，使大規(guī)模開發(fā)三維CAD實(shí)體造型和參數(shù)化設(shè)計(jì)少走彎路。選擇純生啤酒無菌包裝生產(chǎn)線進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)勢(shì)①純生啤酒在我國(guó)剛開始起步，比普通啤酒具有味純、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，是今后啤酒發(fā)展的方向。②純生啤酒無菌包裝生產(chǎn)線設(shè)備機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜、規(guī)范，不同產(chǎn)量的包裝生產(chǎn)線設(shè)備大同小異，結(jié)構(gòu)相同，尺寸不同，比較適合三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)。③純生啤酒無菌包裝生產(chǎn)線三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)還是空白，優(yōu)化設(shè)計(jì)潛力比較大，同時(shí)可以提高普通啤酒和飲料包裝生產(chǎn)線設(shè)備的設(shè)計(jì)水平。
5.經(jīng)費(fèi)決算和經(jīng)費(fèi)使用評(píng)價(jià)
經(jīng)費(fèi)使用主要由設(shè)備購(gòu)置和勞務(wù)費(fèi)兩部分組成，其中勞務(wù)費(fèi)10.8萬元，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)14.1萬元，其它費(fèi)用2.9萬元。
勞務(wù)費(fèi)，參加項(xiàng)目設(shè)計(jì)6人年，月工資人均1500.00元，共計(jì)10.8萬元。
設(shè)備購(gòu)置，圖擋管理軟件7.00萬元，三維軟件2.00萬元，服務(wù)器1臺(tái)，2.3萬元 ，計(jì)算機(jī)4臺(tái)，2.8萬元，共計(jì)14.1萬元。
管理費(fèi)2.4萬元（包括水電其它設(shè)備使用費(fèi)）。
差旅費(fèi)0.5萬元。
項(xiàng)目總費(fèi)用27.8萬元。項(xiàng)目費(fèi)用作到了專款專用，本著節(jié)省節(jié)約的原則，將有限的資金用于項(xiàng)目的開發(fā)上。
6.組織管理經(jīng)驗(yàn)
從項(xiàng)目選題開始，著重考慮項(xiàng)目的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，純生啤酒比普通啤酒具有味純、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，是今后啤酒發(fā)展的方向。
實(shí)行項(xiàng)目組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，由項(xiàng)目組長(zhǎng)組織年富力強(qiáng)的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行項(xiàng)目的開發(fā)，項(xiàng)目專款專用，在資金比較緊張的情況，首先保證關(guān)鍵設(shè)備和軟件的購(gòu)買，使項(xiàng)目按期完成。
項(xiàng)目推廣責(zé)任制，由長(zhǎng)期設(shè)計(jì)開發(fā)啤酒包裝生產(chǎn)線的我所食品和包裝機(jī)械工程部負(fù)責(zé)推廣，是該項(xiàng)目產(chǎn)生社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
7.存在的問題
通過對(duì)有參數(shù)化設(shè)計(jì)形成的60頭、120頭、180頭沖瓶機(jī)的整體分析，說明此次參數(shù)化設(shè)計(jì)基本上是成功的。在此，我們提出此項(xiàng)目以后可能的幾個(gè)后續(xù)工作。
7.1此次設(shè)計(jì)是在沖瓶機(jī)整體結(jié)構(gòu)不變、只改變尺寸的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。下一步可以通過對(duì)沖瓶機(jī)機(jī)構(gòu)的深入研究和市場(chǎng)調(diào)查，建立多參數(shù)化設(shè)計(jì)，使得隨著頭數(shù)的改變，沖瓶機(jī)的結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，例如機(jī)架部分由四腿改稱三腿支撐、機(jī)械手隨瓶形發(fā)生變化等。
7.2 對(duì)參數(shù)化本身進(jìn)行研究，包括其類型、可行性、實(shí)現(xiàn)方法的研究。
7.3 對(duì)凸輪、齒輪、螺釘、螺母、墊片等具體零件參數(shù)化的討論。
7.4由于項(xiàng)目資金所限，沒有購(gòu)買運(yùn)動(dòng)模塊，不能進(jìn)行三維的動(dòng)態(tài)分析。
1.1攻關(guān)的任務(wù)
在國(guó)家輕工局科技司和輕工業(yè)CAD應(yīng)用工程推廣中心的支持下，我所作為應(yīng)用工程技術(shù)推廣與應(yīng)用示范單位，成功的完成了1，2階段的工作。第2階段著重推廣圖檔管理和三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)，三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)項(xiàng)目，主要以純生啤酒灌裝生產(chǎn)線的WGP24沖瓶灌裝壓蓋機(jī)組的沖瓶機(jī)（回轉(zhuǎn)頭數(shù)90頭）為基礎(chǔ)，進(jìn)行三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)。成功的進(jìn)行三維實(shí)體造型、三維CAD參數(shù)化及三維圖轉(zhuǎn)化為二維圖設(shè)計(jì)。以90頭作為三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)，生成了60頭、120頭、180頭沖瓶機(jī)并轉(zhuǎn)化成二維圖形提供給用戶。通過西安輕機(jī)所技術(shù)委員會(huì)對(duì)該項(xiàng)目的觀摩，一致認(rèn)為該項(xiàng)目的開發(fā)是比較成功的，為今后進(jìn)行三維參數(shù)化設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。
1.2沖瓶機(jī)的三維實(shí)體造型
西安輕機(jī)所食品和包裝機(jī)械工程部，為廣東輕機(jī)二廠設(shè)計(jì)的2.4萬瓶/小時(shí)純生啤酒灌裝生產(chǎn)線，是目前國(guó)內(nèi)最大、具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的包裝生產(chǎn)線設(shè)備，是典型的光機(jī)電一體化設(shè)備。我們以WGP24無菌沖瓶灌裝壓蓋機(jī)組的沖瓶機(jī)為三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)的啟動(dòng)項(xiàng)目。由于90頭沖瓶機(jī)的二維圖紙已于前期設(shè)計(jì)完成，我們采用90頭沖瓶機(jī)作為初始設(shè)計(jì)的形體，以形成對(duì)沖瓶機(jī)的系列化參數(shù)設(shè)計(jì)。則三維實(shí)體造型的任務(wù)主要有以下幾點(diǎn)：
（1） 參照二維零件圖繪制三維零件圖；
（2） 參照二維裝配圖裝配三維零件圖；
（3） 由于所選軟件（SOLID EDGE）不含標(biāo)準(zhǔn)零件庫，故需繪制三維標(biāo)準(zhǔn)件，諸如螺栓、螺釘、墊片、齒輪、發(fā)動(dòng)機(jī)等。
1. 3三維參數(shù)化設(shè)計(jì)
所謂參數(shù)化設(shè)計(jì)（Parametric Design），就是采用預(yù)定義的辦法建立圖形的幾何約束集，指定一組尺寸作為參數(shù)與幾何約束集相關(guān)聯(lián)，并將所有的關(guān)聯(lián)式融入到應(yīng)用程序中，然后采用人機(jī)交互方式通過對(duì)話框修改參數(shù)尺寸，最終由程序根據(jù)這些參數(shù)順序地執(zhí)行表達(dá)式來實(shí)現(xiàn)的方法。通過參數(shù)化尺寸驅(qū)動(dòng)完成對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的修改。參數(shù)化設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，他存儲(chǔ)了設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，能設(shè)計(jì)出一簇而非 單一的在形狀和功能上具有相似性的產(chǎn)品模型。
參數(shù)化造型（Parameterized Modeling）使用約束來定義和修改幾何模型，約束包括尺寸約束和工程約束，這些約束反映了設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的因素。實(shí)現(xiàn)參數(shù)化的那組參數(shù)與這些約束保持一定的關(guān)系。首先保證初始設(shè)計(jì)的形體滿足這些約束，當(dāng)用戶輸入那組參數(shù)的新值時(shí)，無需在此建立約束關(guān)系而能獲得一個(gè)新的幾何模型。參數(shù)化模型的建立是實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。參數(shù)化建模是幾何建模的一個(gè)發(fā)展方向，它可大大提高模型生成和修改的速度，是CAD/CAM/CAE的基礎(chǔ)與核心。
2.項(xiàng)目執(zhí)行情況的評(píng)價(jià)
2.1基本零件造型
參照二維零件圖利用填料、拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃出、層疊拉伸、倒角和薄殼等特征操作來生成基本三維形體，利用鉆孔、起模、陣列、鏡射等特征進(jìn)行后期編輯形成所需要的三維實(shí)體 。零件模塊的文件后綴為 .Par。
對(duì)于單個(gè)鈑金模型，可用鈑金模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。該模塊含有一些特殊的鈑金特征，可以很容易地生成各種鈑金件并可以按照彎折余量對(duì)鈑金件進(jìn)行展開操作。鈑金模量的文件后綴為 .Pam。
參照90頭沖瓶機(jī)的二維圖紙，針對(duì)所需繪制的三維標(biāo)準(zhǔn)件，諸如螺栓、螺釘、墊片、齒輪、發(fā)動(dòng)機(jī)等，選擇零件模塊或鈑金模塊繪制標(biāo)準(zhǔn)件的三維圖。
2. 2零件裝配
在裝配環(huán)境下根據(jù)自下而上的原則裝配零件、鈑金件或標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，根據(jù)固定、匹配、對(duì)齊、插入、連接、角度等裝配關(guān)系組合在一起形成裝配件。之后，可在裝配路徑查找器中選擇任意零件或鈑金件進(jìn)行查看、選擇、刪除或編輯。也可以在裝配環(huán)境下按自上而下的裝配方法設(shè)計(jì)生成零件。同時(shí)還可以制作裝配件爆炸圖、產(chǎn)生剖視圖、進(jìn)行干涉檢查、生成AVI動(dòng)畫文件等。裝配模塊的文件后綴為 .Asm。
2.3參數(shù)化設(shè)計(jì)
首先，利用SOLID EDGE變量表的技術(shù)，針對(duì)一些關(guān)鍵尺寸建立數(shù)學(xué)關(guān)系式或特定的函數(shù)關(guān)系。只要改變關(guān)鍵尺寸，就可以得到形狀和性能各異的零件，并通過零件簇的功能存儲(chǔ)起來，以達(dá)到基于零件內(nèi)部的參數(shù)化。
其次，針對(duì)沖瓶機(jī)五大部件（機(jī)械手、導(dǎo)軌、會(huì)轉(zhuǎn)盤、分配器、機(jī)架）分別設(shè)定一些基本參數(shù)。建立每個(gè)部件的基本參數(shù)和其內(nèi)部零件的關(guān)鍵尺寸及相關(guān)零件關(guān)鍵尺寸之間的關(guān)系式或特定的函數(shù)關(guān)系。只要改變每個(gè)部件的基本參數(shù)，就可以通過尺寸聯(lián)動(dòng)改變零件的關(guān)鍵尺寸，從而使整個(gè)部件的形狀和性能發(fā)生變化，以達(dá)到基于部件內(nèi)部的參數(shù)化。
最后，我們選擇沖瓶機(jī)的頭數(shù)作為單參數(shù)驅(qū)動(dòng)整機(jī)聯(lián)動(dòng)。也就是建立各個(gè)部件基本參數(shù)與頭數(shù)及各個(gè)部件基本參數(shù)之間的關(guān)系式或特定的函數(shù)關(guān)系。只要改變沖瓶機(jī)的頭數(shù)，就可以通過尺寸聯(lián)動(dòng)改變部件的基本參數(shù)、零件的關(guān)鍵尺寸，使得沖瓶的整體形狀發(fā)生變化，以達(dá)到整機(jī)的參數(shù)化。
2.4渲染
SOLID EDGE具有特殊效果的渲染造型包括彩色光源、陰影、背景圖片、透明、反走樣、反射、紋理和塊映像。三種渲染選項(xiàng)包括隱藏線、Phong渲染和真正光線追蹤。其渲染工具使你可以快速完成高質(zhì)量的SOLID EDGE零件和裝配件渲染功能。
2.5輸出圖形文件
在三維圖本身圖形打印的基礎(chǔ)上，還可以在工程圖模塊中由三維零件或裝配件自動(dòng)生成二維視圖。工程圖模塊中可以很方便的選擇主視圖的方位和所要生成的各個(gè)視圖，諸如剖視圖、局部放大視圖、斜向視圖等。在三維建模時(shí)所輸入的尺寸可以自動(dòng)反映到工程圖當(dāng)中。如果生成的是一個(gè)裝配件的工程圖，SOLID EDGE還可以自動(dòng)生成明細(xì)表和零件序號(hào)。
在生成工程圖之后，如果繼續(xù)修改三維模型，SOLID EDGE會(huì)在工程途中給出一個(gè)提示，以表明此時(shí)工程圖與三維模型不完全相關(guān)。如果需要還可以更新該工程圖，當(dāng)然也可以重新生成一個(gè)新的工程圖。
SOLID EDGE可以輕松的讀入Auto CAD的 .dxf和 .dwg文件以及其他幾種常用的標(biāo)準(zhǔn)格式如 .igs .npf .dgn等。同樣也得把自己的工程圖文件保存為.dxf和 .dwg等格式的文件，并且在轉(zhuǎn)換時(shí)可以設(shè)定相應(yīng)的線性、線寬和顏色等參數(shù)。如果是裝配件的工程圖，還可以讓各個(gè)的零件分布在不同的圖層上，足以保證轉(zhuǎn)換之后的可用性。或者直接轉(zhuǎn)換成 .Bmp文檔以方便以后查閱。
3. 三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)的成果轉(zhuǎn)化和項(xiàng)目推廣前景
3.1三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)的成果論述
一個(gè)是實(shí)體造型，其內(nèi)部存儲(chǔ)有標(biāo)準(zhǔn)件圖、零件圖、部件圖、總裝圖（部件圖、總裝圖保存在名為‘裝配圖’的文件夾內(nèi)）。因?yàn)椴考D調(diào)用的是零件圖中的零件，在部件圖中存儲(chǔ)有各個(gè)零件的相對(duì)位置，所以絕對(duì)不允許隨意粘貼零件圖、對(duì)圖形進(jìn)行更名，否則裝配圖不能正常顯示。但可將整個(gè)文件夾進(jìn)行整體粘貼。
另一個(gè)是參數(shù)化設(shè)計(jì)，也包括標(biāo)準(zhǔn)件圖、零件圖、部件圖、總裝圖（部件圖、總裝圖保存在名為‘裝配圖’的文件夾內(nèi)）。零件圖中存有關(guān)鍵尺寸及相關(guān)的其它零件關(guān)鍵尺寸、相關(guān)的其它部件基本參數(shù)的絕對(duì)地址及關(guān)系函數(shù)。部件圖、總裝圖中也存有類似的信息。固所有圖形位置絕對(duì)不可改變，也不可對(duì)圖形進(jìn)行更名。另外，還有一個(gè)名為‘參數(shù)化結(jié)果’的文件夾保存著參數(shù)化的結(jié)果。其中，文件夾‘bmp’保存著分配器、回轉(zhuǎn)盤、機(jī)架分別以60頭、90頭、120頭三種形式生成的 .Bmp文檔（60頭、120頭是由90頭經(jīng)參數(shù)化生成的）。文件夾‘分配器’保存著由60頭的三維立體圖生成的二維圖紙。
3.2三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用范例
使用SOLID EDGE軟件，在每次開及或重啟動(dòng)前需執(zhí)行以下操作“開始 —→ 控制面板 —→ FLEXlm License Manager —→ Start —→ 確定”。
對(duì)分配器進(jìn)行參數(shù)化，首先要的用Solid Edge Assembly打開“D:\參數(shù)化\裝配圖\分配器my”，打開“裝配路徑查找器”，選擇分配器并激活；然后用Microsoft Excel打開“D:\參數(shù)化\裝配圖結(jié)果\界面”，在B1內(nèi)輸入你想要的頭數(shù)，按下回車即可。
對(duì)會(huì)轉(zhuǎn)盤進(jìn)行參數(shù)化，首先要的用Solid Edge Assembly打開“D:\參數(shù)化\裝配圖\回轉(zhuǎn)盤”，打開“裝配路徑查找器”，選擇回轉(zhuǎn)盤并激活；然后用Microsoft Excel打開“D:\參數(shù)化\裝配圖結(jié)果\界面”，在B2內(nèi)輸入你想要的頭數(shù)，按下回車即可。
對(duì)機(jī)架進(jìn)行參數(shù)化，首先要的用Solid Edge Assembly打開“D:\參數(shù)化\裝配圖\機(jī)架”，打開“裝配路徑查找器”，選擇機(jī)架并激活；然后用Microsoft Excel打開“D:\參數(shù)化\裝配圖結(jié)果\界面”，在B3內(nèi)輸入你想要的頭數(shù)，按下回車即可。
對(duì)分配器、回轉(zhuǎn)盤、導(dǎo)軌整體進(jìn)行參數(shù)化，首先要的用Solid Edge Assembly打開“D:\參數(shù)化\裝配圖\分配器、回轉(zhuǎn)盤、導(dǎo)軌”，打開“裝配路徑查找器”，選擇所有部件并激活；然后用Microsoft Excel打開“D:\參數(shù)化\裝配圖結(jié)果\界面”，在B1、B2、B3內(nèi)輸入B4的地址并在B4內(nèi)輸入你想要的頭數(shù)，按下回車即可。
對(duì)整機(jī)進(jìn)行參數(shù)化，首先要的用Solid Edge Assembly打開“D:\參數(shù)化\裝配圖\沖瓶機(jī)”，打開“裝配路徑查找器”，選擇所有部件并激活；然后用Microsoft Excel打開“D:\參數(shù)化\裝配圖結(jié)果\界面”，在B1、B2、B3、B4內(nèi)輸入B5的地址并在B5內(nèi)輸入你想要的頭數(shù)，按下回車即可。
3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析
沖瓶機(jī)是純生啤酒無菌包裝設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備之一，既可以聯(lián)機(jī)使用，也可以配線單獨(dú)使用。沖瓶機(jī)三維實(shí)體造型、三維CAD參數(shù)化及三維圖轉(zhuǎn)化為二維圖設(shè)計(jì)成功，對(duì)我所推廣三維CAD設(shè)計(jì)打下了好的基礎(chǔ)，對(duì)于其它項(xiàng)目三維CAD設(shè)計(jì)做出了典范。從該項(xiàng)目的發(fā)展前途看，估計(jì)60頭沖瓶機(jī)國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)讓6家，轉(zhuǎn)讓費(fèi)48.0萬元，120頭沖瓶機(jī)國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)讓2家，轉(zhuǎn)讓費(fèi)30.0萬元，180頭轉(zhuǎn)讓1家，轉(zhuǎn)讓費(fèi)30.0萬元，共計(jì)轉(zhuǎn)讓費(fèi)108.0萬元。
4.計(jì)劃制定和課題、專題設(shè)置的科學(xué)性和合理性的評(píng)估
作為范例性的項(xiàng)目選題，從難易程度還是比較適中的，在短時(shí)間內(nèi)能成功開發(fā)出沖瓶機(jī)的實(shí)體造型和參數(shù)化設(shè)計(jì)，為今后開發(fā)純生啤酒包裝線其它主要設(shè)備奠定了良好的基礎(chǔ)和好的經(jīng)驗(yàn)，使大規(guī)模開發(fā)三維CAD實(shí)體造型和參數(shù)化設(shè)計(jì)少走彎路。選擇純生啤酒無菌包裝生產(chǎn)線進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)勢(shì)①純生啤酒在我國(guó)剛開始起步，比普通啤酒具有味純、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，是今后啤酒發(fā)展的方向。②純生啤酒無菌包裝生產(chǎn)線設(shè)備機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜、規(guī)范，不同產(chǎn)量的包裝生產(chǎn)線設(shè)備大同小異，結(jié)構(gòu)相同，尺寸不同，比較適合三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)。③純生啤酒無菌包裝生產(chǎn)線三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)還是空白，優(yōu)化設(shè)計(jì)潛力比較大，同時(shí)可以提高普通啤酒和飲料包裝生產(chǎn)線設(shè)備的設(shè)計(jì)水平。
5.經(jīng)費(fèi)決算和經(jīng)費(fèi)使用評(píng)價(jià)
經(jīng)費(fèi)使用主要由設(shè)備購(gòu)置和勞務(wù)費(fèi)兩部分組成，其中勞務(wù)費(fèi)10.8萬元，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)14.1萬元，其它費(fèi)用2.9萬元。
勞務(wù)費(fèi)，參加項(xiàng)目設(shè)計(jì)6人年，月工資人均1500.00元，共計(jì)10.8萬元。
設(shè)備購(gòu)置，圖擋管理軟件7.00萬元，三維軟件2.00萬元，服務(wù)器1臺(tái)，2.3萬元 ，計(jì)算機(jī)4臺(tái)，2.8萬元，共計(jì)14.1萬元。
管理費(fèi)2.4萬元（包括水電其它設(shè)備使用費(fèi)）。
差旅費(fèi)0.5萬元。
項(xiàng)目總費(fèi)用27.8萬元。項(xiàng)目費(fèi)用作到了專款專用，本著節(jié)省節(jié)約的原則，將有限的資金用于項(xiàng)目的開發(fā)上。
6.組織管理經(jīng)驗(yàn)
從項(xiàng)目選題開始，著重考慮項(xiàng)目的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，純生啤酒比普通啤酒具有味純、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，是今后啤酒發(fā)展的方向。
實(shí)行項(xiàng)目組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，由項(xiàng)目組長(zhǎng)組織年富力強(qiáng)的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行項(xiàng)目的開發(fā)，項(xiàng)目專款專用，在資金比較緊張的情況，首先保證關(guān)鍵設(shè)備和軟件的購(gòu)買，使項(xiàng)目按期完成。
項(xiàng)目推廣責(zé)任制，由長(zhǎng)期設(shè)計(jì)開發(fā)啤酒包裝生產(chǎn)線的我所食品和包裝機(jī)械工程部負(fù)責(zé)推廣，是該項(xiàng)目產(chǎn)生社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
7.存在的問題
通過對(duì)有參數(shù)化設(shè)計(jì)形成的60頭、120頭、180頭沖瓶機(jī)的整體分析，說明此次參數(shù)化設(shè)計(jì)基本上是成功的。在此，我們提出此項(xiàng)目以后可能的幾個(gè)后續(xù)工作。
7.1此次設(shè)計(jì)是在沖瓶機(jī)整體結(jié)構(gòu)不變、只改變尺寸的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。下一步可以通過對(duì)沖瓶機(jī)機(jī)構(gòu)的深入研究和市場(chǎng)調(diào)查，建立多參數(shù)化設(shè)計(jì)，使得隨著頭數(shù)的改變，沖瓶機(jī)的結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，例如機(jī)架部分由四腿改稱三腿支撐、機(jī)械手隨瓶形發(fā)生變化等。
7.2 對(duì)參數(shù)化本身進(jìn)行研究，包括其類型、可行性、實(shí)現(xiàn)方法的研究。
7.3 對(duì)凸輪、齒輪、螺釘、螺母、墊片等具體零件參數(shù)化的討論。
7.4由于項(xiàng)目資金所限，沒有購(gòu)買運(yùn)動(dòng)模塊，不能進(jìn)行三維的動(dòng)態(tài)分析。
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