基于三维 CAD 的智能化工装设计与管理系统研究

谢义亮 1 姜正军 2

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　　摘 要：基于三维CAD的智能工装设计与管理系统利用智能与交互相结合的手段，将工装设计人员从大量烦琐的设计制图工作中解脱出来，有更多的时间从事高层次的创造性研究工作，并且可以将设计者的创新知识、实践经验、规范、准则保存，再利用。改变企业工装设计人员的工作性质，不仅会带来很大的经济效益，而且会带来巨大的社会效益。目前该系统正在某企业中进行试用。 
　　关键词：三维;CAD;智能化;工装设计;管理系统 
　　一、 系统特点 
　　与传统的单纯运用CAD软件进行工装设计相比，基于三维CAD的智能化工装设计系统具有以下的特点：（1）基于知识的工装快速设计;（2）基于PDM的集成化工装数据管理;（3）实现工装申请、设计、制造、使用全过程控制。 
　　二、 工装设计系统流程 
　　系统工装设计部分基于三维CAD平台，实现各类工装的部分自动化和智能化三维设计，在三维实体的基础上，能较快速地生成所需的二维工程图。基于三维CAD，能在二维装配工程图中较为快速的标注零件序号和生成明细表，能在二维零件图中较为快速地完成尺寸、形位公差、粗糙度等标注。 
　　整个系统由工装设计与工装管理两部分组成，工装管理部分功能的实现交由相关的PDM运营商进行。 
　　三、 系统功能 
　　（一）工装设计系统功能 
　　1. 设计子系统功能 
　　夹具、模具、刀具、量具设计子系统功能类似，以模具设计子系统为例进行功能说明。模具设计子系统主要包含以下一些主要的功能。 
　　（1）信息输入通过用户界面输入待加工模具的材料、材料厚度、零件尺寸、零件精度以及相应的冲压工艺等信息。 
　　（2）模具类型选择根据模具的设计要求选择模具的加工类型，如果有通用模具符合设计要求，则根据模具的形状特征选择形状类型。 
　　（3）参数确定根据模具类型的选择，输入需要查询的参数（如零件工作范围），通过知识推理给出推荐的设计参数;根据模具类型，输入相应的尺寸信息，根据知识计算给出推荐的冲压参数，如冲裁力、压力中心等。 
　　（4）三维模型生成与编辑根据所确定的模具设计参数生成三维模型，并结合工艺要求进行编辑修改得到所需要设计模具的结果。 
　　（5）二维绘图根据设计结果的三维模型得到二维图，并附带加工技术要求，得到符合企业要求的模具二维图纸。 
　　（6）模具图形库管理建立及管理模具图形库主要包括通用模具库、典型结构库、零件库，图形库。 
　　（7）模具知识库管理建立及管理模具知识库主要包括模具设计决策知识库（如模具类型选择、通用模具选择、典型模具结构选择、冲压数据计算公式等经验性知识）和模具设计资源库（如国标、航标、企标、规范等）。 
　　2. 图形库管理 
　　图形库按工装类型可分为夹具图形库、模具图形库、刀具图形库、量具图形库，各种图形库可根据需要随时扩充。主要的功能包括图形库的建立、实例储存、实例检索和实例编辑。 
　　3. 知识库管理 
　　知识库由夹具设计知识库、模具设计知识库、刀具设计知识库、量具设计知识库以及相应的工装设计资源库（如设计标准、规范等）组成。知识库管理是工装设计系统的一个辅助功能，包括各类工装设计知识的获取、知识修改及知识库维护等功能。 
　　（二）工装管理系统功能 
　　工装管理系统基于PDM系统对工装数据和工装设计流程实现统一管理和控制，主要包括用户管理、工装设计流程管理、工装计划管理、工装文档管理、工装结构管理和工装台账管理六部分。其具体说明如下。 
　　（1）用户管理负责对工装管理系统与PDM数据库的数据入口进行控制，根据企业的实际建立相应的权限创建，更改或浏览业务对象和数据对象。 
　　（2）工裝设计流程管理在PDM下，实现对工装从设计申请到设计完成归档发放整个流程的控制管理，包括工装更改、停用、报废的审批流程的管理控制。 
　　（3）工装计划管理根据工装设计流程，在工装设计申请审批之后进行工装设计与制造计划的编制。基于PDM，工装计划管理对工装的设计和制造计划进行管理。 
　　（4）工装文档管理在PDM下，工装管理系统对于工装的文档资料进行分类和管理，如一般文档、工程图和模型。 
　　（5）工装结构管理工装产品由于复杂程度不同存在各种的工程图、计算书、工艺规程以及加工指令，因此需要将工装产品结构化进行管理，对所有工装产品的信息进行查询、生成物料清单以及提供最新的零件使用情况。 
　　（6）工装台账管理基于PDM对工装信息资源的管理，进行汇总，确保工装信息的及时性、有效性、唯一性，并对相应的零件进行分类和管理，使之成为制订产品文档的基础。以上管理信息均以表单、账单方式出现。台账管理对这些表单、账单进行分类和管理。 

　　四、 结语 
　　在产品更新换代快、单件小批量生产日益成为制造业生产主流的大环境下，工装生产准备周期长、成本高、管理落后的状况，已成为制约制造业发展的绊脚石，越来越无法满足产品生产的需求。面对国外先进制造业的挑战，全球经济一体化的发展趋势，如何提高我国传统制造企业工装或工具的核心竞争能力，缩短与国外发达国家的差距，已成为工装或工具行业亟待解决的重要问题之一。 
　　参考文献： 
　　[1]林晓慧.三维CAD技术在机械设计中的应用[J].绿色科技，2019（4）. 
　　[2]徐尧.关于机械设计中三维CAD技术的应用分析[J].技术与市场，2019（1）.