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NX系统工程产品设计方法在颚式破碎机协同设计中的研究
发布时间：2013-05-29 07:47 来源：未知
0、前言
在如今全球化市场竞争环境下，产品性能、复杂程度在不断提高，其组成部件也越来越多。因此，企业设计部门要完成一个复杂产品的设计．往往需要各种先进设计手段的支持．由多个团队或多个设计人员协同合作，才能在以更低的成本、更好的质量、更短的响应时间来抓住更多的市场机遇、满足快速变化的个性化市场需求。以产品设计中的系统工程方法理论为指导，对其实现流程及关键技术进行了详细研究．并以大型三维CAD/CAE/CAM -体化设计软件UG NX为平台．结合具体的PE600x900颚式破碎机产品进行了相关技术的应用及实践，结果表明能够真正地对产品实现团队协同设计．达到了提高产品的设计效率和质量，降低成本的目的。
1、产品设计中的系统工程
(1)系统工程产品设计流程
系统工程是一种交叉学科的途径和实现产品价值的成功手段，它注重企业的业务和技术要求，以提供满足用户需求的高质量产品。企业常常利用系统工程来对一个产品的需求、子系统、约束和部件之间的交互作用进行建模和分析，并进行优化和权衡．从而在整个产品生命周期做出重要决策。
对于像汽车、飞机、机床、破碎机等大型复杂产品，往往包含成千上万个零件，设计中需要团队协同合作，因此需要采用系统工程产品设计方法。该方法以模块化设计理念为核心，复杂的大型机器设备被看成一个整体，可以分解成一个总体控制结构和若干个具有关联性的子系统，避免了过于庞大的装配结构。每个子系统都来自于控制结构．在保持与控制结构相关联的条件下，可以相对独立地展开设计工作，同时满足产品总体设计的要求，其设计流程如图1所示。
(2)关键技术
①模块划分产品作为一个复杂的人工设计系统，其各部分之间是相互制约、相互协同、甚至是耦合的。为了便于更好地设计和制造，必须进行模块的划分，这同时也是实现并行协同设计的基础。产品设计模块的划分一般情况下可以根据产品的设计特点、功能原理、已有的相关设计知识和经验、设计者的创造性思维等来展开，其中需要运用到产品相关的原理、结构、工艺等多方面的知识，例如零件的可加工性、部件的可装配性、电气和液压系统及相关控制系统的可实施性、设计涉及的各类规范标准等。因此在进行产品�？榛种埃枰圆方写罅康牡餮�、分析，对产品的功能、结构、配备、设计流程等知识进行挖掘、分类、归纳整理，总结出产品的结构组成、性能及其配置的关系、产品各层次设计需要的主要工程参数、产品各组成部分之间的相互依存关系、产品总体设计对部件和零件设计的控制传递关系等。形成产品的主要子�？椴灰欢ㄐ枰胱钪詹纷芭渲械淖幼芭湎嗤�，它们将含有由责任设计部门或子承包商定义和控制的数据信息：
②控制结构的设计产品控制结构通过关键的产品参数驱动．体现了设计的规则．为产品设计传递约束条件。完成产品设计�？榈幕趾螅纷芴蹇刂平峁�、产品中各组成部件及其相互间的设计约束关系就能大致确定．通过关联发布的方式，上述约束关系可以有选择性地发送至产品系统的各子系统中。产品的总体控制结构可以包含产品的主要控制参数、主要部件的形状和位置信息等。在尽可能简单合理的基础上，定义影响产品设计的总体控制参数应该尽可能完善，以便于产品总体设计方案的评估与控制。另外，由于产品的复杂，整个设计团队的人员数量众多，制定完善、合理的设计规范同样非常重要。例如，统一部件命名规则，图层的分配设置，文件的保存位置，标准件的使用等。设计并使用统一的规范化部件模板的方法，是实现上述设计准则的有效措施，可以大大提高设计规范实施的效率。同时，在模板文件中还可以增加适合于企业标准的不同规格图纸边框等：
③子系统的详细设计 总体控制结构建立好后，即可在团队中进行各个子系统分发，以便并行协同完成各个子系统的详细设计。子系统可以从总体控制结构中选取一些有用的信息．再根据需要增加一些与子系统零部件相关的控制信息，最终形成子系统的子控制结构，实现了数据从上向下的传输，及各子系统间的协调统一。另外主要的子系统还可以进一步被分成更小的子系统．进行更小的子系统的分发和数据的再次传递：
④产品装配 在各个团队并行协同完成子系统的详细设计后，可以通过简单的绝对定位连接部件的方法进行产品的装配。由于使用控制结构树，大大简化了大型复杂产品的装配，各级控制结构树作为“神经中枢”，可以快速形成产品设计的多种方案和版本，为方案评估和确定提供便利。
2、基于NX系统工程设计方法的颚式破碎机的设计
(1)NX系统工程产品设计工具-WAVE技术
在UG、Pro/E、CATIA等大型的三维设计软件中，提供了进行复杂产品系统工程设计的工具。NX WAVE技术最早来源于汽车车身设计．为解决复杂产品设计中产品级的参数驱动问题而提出。它是一种在概念设计、详细设计和最终产品之间建立相互关联的没计方法．能快速高效地控制复杂产品的总装配设计、相关零部件和模具的设计。该技术便于复杂产品的设计与管理．使得产品设计更加方便快捷，可以在产品级设计中控制零部件，实现模型总体装配的快速修改及更新，能够高效完成产品的系列化及变型产品的快速设计．为产品设计团队实现并行协同工作提供了一个良好的环境。NX WAVE总体布置设计仅仅考虑如何控制产品子系统和关键零部件的关键尺寸、形状及位置，而不考虑细节设计：子系统及零部件的细节设计对总体布置设计没有影响．并且无权改变总体布置设计的相关控制信息，如尺寸。因此，当总体布置设计的控制信息修改后．子系统和零部件的设计自动更新，避免零部件重复设计的浪费．缩短了产品的开发周期，提高了企业的市场竞争能力。
(2)PE600x900颚式破碎机设计实例
以PE600 x900颚式破碎机为工程实例．在UGNX6.0平台上．对上述方法进行了应用和实践。
如图2所示，按照结构、功能及各部分的连接关系等．应用NX系统工程方法将PE型颚式破碎机划分成动颚部、定颚部、机架、调整装置、�；ぷ爸眉捌渌郊竽？�。在进行传统的破碎机结构参数、工作参数、运动结构等总体方案的设计计算分析后．形成破碎机总体布置设计的一个总体控制结构。包括上述各个�？樗诘奈恢闷矫�，破碎机的总体长、宽、高等尺寸信息等；对各个系统再建立各自的子系统，如动颚部系统可再划分为动颚、偏心轴系等子系统，按照上述方法同样对于系统建立其子控制结构．如动颚子控制结构可包括偏心轴系所在位置中心线，动颚草图、动颚安装位置平面等；对不需要进行再次细分的子系统的各个零件，可以通过产品相关设计信息关联发布的方法进行各个零件结构的详细设计。
按照上述方法．各个团队并行协同完成了PE600x900颚式破碎机各个模块的数字化设计，以此为基础，最后完成的产品装配模型。如图3所示。
3、结语
采用系统工程产品设计方法后，传统的设计思想得到了变革．即由传统的串行设计变成当前的并行协同设计，并且把系统工程设计理念与协同设计手段很好地结合起来。该方法使得传统的产品设计、分析、计算与先进的产品数字化模型的设计、构建相互融合，产品各子系统部件的并行协同设计得以在NX环境下实现，并且还可以通过NX控制结构同步修改和更新产品的总装、部装及零件的数字化模型，该模式可以优化研制过程，缩短研制时间，提高研制质量。
