副標題#e#     一、 重型機器產(chǎn)品設(shè)計的特點
    
     重型機器最顯著的特點是大。臂式斗輪取料機一般有30多米長，是一種連續(xù)、高效的散狀物料裝卸輸送機械，廣泛應用于火電廠、港口碼頭、鋼鐵冶金、建材水泥、礦山、化工、煤炭與焦化廠等原料儲運場，可實現(xiàn)煤炭、礦石、化工原料等散狀物料的堆取、轉(zhuǎn)運、裝卸的連續(xù)作業(yè)。管式皮帶機通常有幾公里長，是近二十年來在帶式輸送機基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型散狀物料連續(xù)輸送設(shè)備，它克服了帶式輸送機固有的缺陷與使用范圍的局限性。特別適用于地形條件復雜，必須跨繞建筑物或江河、街道、環(huán)保要求高、需封閉輸送的環(huán)境。廣泛應用于冶金、建材、化工、火電及港口散貨碼頭等環(huán)境，輸送礦石、煤炭、原料、廢渣、垃圾等物料。
     重型機器的制造特點是定制化生產(chǎn)。臂式斗輪取料機和管式皮帶機均需要根據(jù)用戶的使用現(xiàn)場進行定制設(shè)計，幾乎沒有兩臺完全相同的產(chǎn)品。但是許多零部件是通用的，或者形狀相同或相近，而尺寸大小不一樣。所以，系列化、模塊化設(shè)計、配置設(shè)計是提高設(shè)計效率、降低生產(chǎn)成本的主要手段。
     重型機器的核心設(shè)計技術(shù)是結(jié)構(gòu)強度分析。大型設(shè)備一旦出現(xiàn)安全事故，損失會非常大，必須確保設(shè)計的安全性；同時重型機器要消耗大量的鋼材，在保證安全的前提下，要盡可能降低成本。平衡安全與成本的主要手段是有限元分析。
     華泰重工的經(jīng)營模式是以設(shè)計為主導，大量委外加工、到客戶現(xiàn)場裝配。公司的重點是經(jīng)營品牌，保持設(shè)計優(yōu)勢，所以設(shè)計能力是企業(yè)最核心的競爭力。在選擇軟件時重點考核軟件支持大裝配的能力、支持配置設(shè)計的能力和面向設(shè)計過程的結(jié)構(gòu)有限元分析功能。
    
     二、 設(shè)計流程的重組
    
     1. 與SolidWorks 軟件相適應的設(shè)計流程
    
     傳統(tǒng)的設(shè)計流程是基于二維CAD環(huán)境建立的，設(shè)計流程比較粗放，一般分為"功能設(shè)計、概念設(shè)計、詳細設(shè)計" 三個階段，至于每個階段的定義和所涉及的工作內(nèi)容，專家們從不同的角度給出了不同的定義，沒有統(tǒng)一的約定。由于三維CAD軟件的應用受到計算機硬件的限制，基于三維CAD軟件的設(shè)計思路與基于二維CAD軟件的設(shè)計思路有很大的不同，如果按照二維的思維模式和設(shè)計流程使用三維CAD軟件，不但不能體現(xiàn)出優(yōu)勢，可能反而表現(xiàn)出許多劣勢。
     要充分發(fā)揮三維CAD軟件的優(yōu)勢，必須探討一種新的設(shè)計流程和設(shè)計模式。基于SolidWor ks所蘊涵的現(xiàn)代設(shè)計思想和產(chǎn)品建模特點，建議將設(shè)計過程分為"功能設(shè)計、概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、詳細設(shè)計、出工程圖"五個階段。因功能設(shè)計和出工程圖的定義比較清晰和統(tǒng)一，故此處不做討論，下面討論三維CAD模式下概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、詳細設(shè)計的定義。
     概念設(shè)計階段的任務是確定各零部件之間的位置關(guān)系和運動關(guān)系。在SolidWorks中利用布局草圖來實現(xiàn)概念設(shè)計，首先建立總裝配圖文件，在裝配文件中繪制一個或多個草圖，用草圖顯示每個零部件的位置，用 "塊"定義零件的尺寸和形狀，拖動零件檢查零部件之間的運動關(guān)系。概念設(shè)計階段形成的布局草圖是進行方案討論和小組協(xié)同設(shè)計的基礎(chǔ)。使用布局草圖設(shè)計裝配體最大的好處是如果您更改了布局草圖，則裝配體及其零件都會自動隨之更新。您僅需改變一處即可快速地完成修改。
     結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的任務有兩個，其一是為運動仿真分析和結(jié)構(gòu)有限元分析提供模型，凡是在分析中要忽略的細節(jié)（如小孔、倒角等）均不宜出現(xiàn)；其二是提供一個可以參加招投標的原理性設(shè)計方案，招投標中需要表達清楚地內(nèi)容都要清楚地表達，而可以忽略的細節(jié)均省略。
     詳細設(shè)計階段的任務是清楚地表達與產(chǎn)品加工和裝配有關(guān)的每一個細節(jié)。如零件模型中的倒角、螺釘孔、銷釘孔，裝配圖中的緊固件、標準件等。
    
     2. 基于SolidWorks的重型機器設(shè)計流程
    
     以此對應，將產(chǎn)品設(shè)計過程分解為五個階段。以臂式斗輪取料機的設(shè)計為例討論理想的設(shè)計流程、各階段的任務及人員職責。
     功能設(shè)計階段的任務是根據(jù)用戶的地理環(huán)境、輸送需求，確定斗輪機的結(jié)構(gòu)形式及主要功能模塊。
     概念設(shè)計由項目負責人完成，首先對產(chǎn)品進行模塊劃分、確定各功能模塊是采用標準模塊，還是通過對已有的模塊添加新配置進行變形設(shè)計，還是進行新設(shè)計，然后采用布局草圖確定各功能部件之間的關(guān)系，重點是確定各運動連接副的位置坐標或各運動副之間的位置關(guān)系尺寸。
     結(jié)構(gòu)設(shè)計一般由6-10人協(xié)同完成，每人負責1-2個功能模塊的設(shè)計，每個功能模塊作為一個獨立的裝配體。每個成員以總布局草圖為基礎(chǔ)進行派生設(shè)計、項目負責人根據(jù)總布局草圖對各功能模塊進行總裝配設(shè)計。
     結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果傳遞給工業(yè)設(shè)計師進行產(chǎn)品的美化設(shè)計，傳遞給仿真分析工程師進行運動仿真和結(jié)構(gòu)強度分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、仿真分析三者之間不斷地迭代，使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)趨于完美。
     結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果被確定后再進行詳細設(shè)計，出工程圖。
    
     三、 產(chǎn)品設(shè)計策略
    
     1. 設(shè)計與制造過程中產(chǎn)品配置
    
     在設(shè)計與制造中，不同階段常需要不同的產(chǎn)品模型，SolidWorks的配置功能有效地解決了這個問題。創(chuàng)建零件和裝配體時，模型會自動生成一個缺省配置，正常情況下，一個缺省配置便能滿足要求。但一些特殊的零件，根據(jù)模型使用目的的不同，可能需要添加多個配置。下面是一些常用的配置。
     缺省配置是零件與裝配體的基本配置，沒有特殊要求時，模型通常只有一個缺省配置。當模型有多個配置時，缺省配置一般用于保存詳細設(shè)計的結(jié)果。
     裝配配置是為了實現(xiàn)大裝配體建模而添加的配置，為了減少模型的存儲量，裝配配置壓縮了所有與裝配關(guān)系表達無關(guān)的特征。
     結(jié)構(gòu)配置是用于運動仿真分析和結(jié)構(gòu)強度分析用的配置，壓縮了所有與分析無關(guān)的細節(jié)特征。
     工程圖配置是用于出工程圖的配置，在傳統(tǒng)的二維工程圖中，有些約定成俗的畫法是不符合投影關(guān)系的，為了畫出這些約定成俗的畫法，須對模型做一些修改，生成一個工程圖配置。
     工藝配置是為了描述制造過程中某道工序的中間結(jié)果而增加的配置、如用于鑄造工藝的毛坯配置、對數(shù)控加工工序中被加工特征進行描述的工藝配置。
    
     2. 配置設(shè)計與參數(shù)化設(shè)計
    
     臂式斗輪取料機、圓管帶式輸送機是典型的定制化產(chǎn)品，也是系列化產(chǎn)品，產(chǎn)品設(shè)計工作量很大，如果能實現(xiàn)參數(shù)化的系列設(shè)計和配置設(shè)計，則能極大地提高設(shè)計效率。SolidWorks的參數(shù)化設(shè)計與配置設(shè)計功能滿足了這種需求。
     盡管SolidWorks是參數(shù)化設(shè)計軟件，但必須合理地規(guī)劃零部件的建模過程，才能有效地實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計。幾何建模時應保證，修改模型的參數(shù)時模型不會出錯；只需改變很少的尺寸便能實現(xiàn)對模型的修改，而且不引起其它特征的更改。要有效地進行參數(shù)化設(shè)計，必須對模型的尺寸進行深入的分析。一般將尺寸分為四類。功能尺寸、結(jié)構(gòu)強度尺寸、結(jié)構(gòu)布局尺寸和關(guān)聯(lián)尺寸。
     功能尺寸是根據(jù)產(chǎn)品功能需求確定的尺寸，在設(shè)計系列產(chǎn)品時，對功能尺寸取一系列的值，構(gòu)成產(chǎn)品的系列。在優(yōu)化設(shè)計時，功能尺寸一般不改變。
     結(jié)構(gòu)強度尺寸是反映零部件強度的尺寸，強度尺寸的值決定了產(chǎn)品的安全性，其值越大，產(chǎn)品越安全，成本也越高。為了平衡安全與成本的矛盾，常對結(jié)構(gòu)強度尺寸取不同的值，采用有限元分析的方法進行多方案對比優(yōu)化，確定其最佳值。
     結(jié)構(gòu)布局尺寸確定零件或特征在產(chǎn)品模型中的位置關(guān)系。結(jié)構(gòu)尺寸的值也將構(gòu)成產(chǎn)品的系列。
     關(guān)聯(lián)尺寸描述特征之間的尺寸對應關(guān)系，一般根據(jù)功能尺寸的系列值確定。以螺釘為例，螺釘?shù)闹睆胶烷L度是功能尺寸，螺釘頭的尺寸是根據(jù)螺紋直徑確定的關(guān)聯(lián)尺寸。
     對尺寸進行分類便于了解尺寸之間的關(guān)系，確定參數(shù)化設(shè)計時的主動尺寸和從動尺寸，以便正確的建模和尺寸標注。
     在SolidWorks軟件中，零件的系列化設(shè)計一般通過插入EXCEL表來實現(xiàn)，也可以通過添加新配置來實現(xiàn)。部件系列化設(shè)計的過程一般是先添加新配置，再為該配置中的每個零件指定不同的零件配置，構(gòu)成產(chǎn)品系列。除了可以對尺寸進行配置外，還可以對零件的材料、生產(chǎn)廠家等自定義屬性進行配置，構(gòu)成豐富的產(chǎn)品系列。