伴隨著我公司“工業4.0”概念的提出，我公司在不斷積極提高自身的自動化生產水平，去年開始使用“中新”軟件公司開發的EDS參數化數據庫，從而改變了以往非標設計的流程，由原來人工修改圖紙參數變為系統自動運算產生新的非標圖紙，設計部的非標設計周期大大縮短。然而，在設計部的圖紙不斷增多的同時，生產技術科的編程工作也面臨著很大的壓力。由于現在的編程流程需要對鈑金零件圖每個尺寸進行展開計算再繪制DXF圖紙。在這個過程中，對于參數較多或結構復雜的零件還需要打印圖紙進行仔細核對。這不僅對編程人員專業素質要求較高，且程序的質量也難以保證。此外，還增加了公司紙張耗材的消耗，造成不必要的浪費。
為了解決以上的編程問題，提出運用三維CAD軟件的參數化功能對編程流程進行優化，提高編程效率。
參數化與三維設計軟件概述
參數化建模的概念
參數化建模是指通過改變模型中已預設的參數值或參數關系便能重新再生成新模型的建模方法。參數化建模的參數不局限于幾何參數，還可以包括溫度、材料屬性等參數。已經預設好參數值的模型可以作為后續系列模型的母本，在其基礎上衍生出一系列我們需要的新模型。
參數化建模的特點
(1)參數覆蓋面廣。參數化建模的參數不局限于幾何參數，還可以包括溫度、材料屬性等參數。
(2)參數之間可以建立關系。參數化建模的參數可以相互建立關系，當其中一個參數發生了修改，相關參數也會跟著改變，從而改變模型的結構。
(3)參數化的模型易于修改。參數化的模型由參數驅動，改變以往需要逐個修改特征的方法，可以很容易對一個模型進行修改。
三維軟件的特點
(1)模型良好的可觀性。三維軟件可以使得三維模型在界面中放大、縮小、旋轉、動態修改等，方便設計者觀察其結構。
(2)模型良好的可編輯性。三維軟件可以對其模型進行動態修改，用戶只需修改其中參數即可完成修改工作。
(3)模型與工程圖具有良好的相關性。軟件自身帶有強大的參數化設計模塊，用戶可以通過修改設定的參數，自動生成目標三維模型；再通過工程圖模塊，輸出二維圖紙。由于工程圖與三維模型是存在單一數據庫，具備“全相關”關系，三維模型一旦改變，相應二維工程圖也會改變，使得產品的設計與制造有機結合起來。
主流三維建模軟件的比較
SolidWorks軟件是第一款基于Windows系統開發的三維建模軟件。其具備操作簡單、兼容性高的優點。該軟件的系統是基于特征建立和參數化實體造型的形式。該軟件是采用單一數據庫的存儲模式，在創建三維實體的同時，也可基于該三維實體創建關聯的二維工程圖。還可以在三維建模界面對模型進行動態修改，二維工程圖也會隨著三維特征的改變而改變。在創建三維模型的過程中，可以在模型中加入相關函數或關系式，使得尺寸之間存在關聯，可在修改時快速完成模型的修改。SolidWorks軟件的鈑金模塊是后續版本中的一個重要組成部分，由于其操作簡單，易學易用，在鈑金行業中很受歡迎。同時該軟件還支持幾乎市面上所有CAD軟件創建的模型或工程圖。SolidWorks還支持中文格式命名，且其自帶的工具庫ToolBox帶有各種標準緊固件，用戶可根據自己的需要進行選取插入。SolidWorks是應用最廣泛的中端三維建模軟件，制造業領域和機械設計行業里都有應用，在國際上享有較高的聲譽，國際通用性比較強，許多大學、企業都在廣泛應用。
Creo是美國參數技術公司PTC推出的基于CAD、CAE、CAM的三維CAD軟件。該軟件具備參數化建模、全尺寸約束、全數據相關、動態尺寸修改的功能。在軟件的CAD、CAE、CAM模塊中都是讀取同一個數據庫，在整個設計過程中，可對任意模塊進行修改，從而自動擴散到其他模塊中去。Creo同時也支持在模型中定義相關參數，并在其中添加關系，從而保證模型尺寸的聯動性。Creo的前身是Pro/E軟件，從推出至今，在整個制造業和設計行業都占有很重的比例，如今很多大型企業都在使用。其主要缺點是不支持中文命名文件名。
UG是Siemens PLM Software公司出品的全球最早的三維CAD軟件之一。該軟件具備CAD、CAE、CAM模塊，特征建立過程是以參數驅動的形式進行。UG還帶有其他一些功能模塊，如制定菜單Open Menu Script模塊；二次開發的Open GRIP、Open API、Open++模塊；質量工程應用模塊、數據交換模塊、快速成型模塊。其二次開發工具相比其他兩款軟件都強大，這是UG的主要優勢所在。但作為行業中的高端CAD軟件，易用性相比前面兩款軟件都要差，難以深入掌握。UG主要在汽車行業、模具行業、發動機行業中應用較為廣泛。
下面對三款主流的三維CAD軟件進行比較，如表1所示。對比可知，SolidWorks軟件具備較好的優勢，且其操作界面和支持中文格式命名的功能更適合我們的日常操作，故選擇SolidWorks軟件作為鈑金編程優化平臺。
表1 三款主流CAD軟件對比
鈑金編程影響因素分析
優化前編程流程
公司內對鈑金零件的鈑金編程流程，如圖1所示。由此看出，倘若需要完成一個新程序的編寫，耗時約15min。
分析方法
(1)魚骨圖介紹。
魚骨圖由于形狀像魚骨，故被稱為“魚骨圖”。這是一種發現問題“根本原因”的方法，又稱為“因果圖”。其具備簡捷實用，深入直觀的特點。通過在后果（魚頭）的前端衍生出魚骨（主要因素）、魚刺（次要因素）來分析問題的原因。
(2)魚骨圖的應用。
基于現時編程的流程，考慮所有影響因素后，
畫出魚骨圖，如圖2所示。
圖1 優化前鈑金編程流程
圖2 魚骨圖
策略建議
優化方法
根據以上分析，擬實現以下目的：(1)減少數據核對時間。(2)減少計算展開尺寸和繪圖步驟。(3)以上步驟利用計算機實現。
鑒于需要實現以上目的，現提出利用三維軟件進行參數化建模，并建立參考模型庫的思路。
SolidWorks系列零件設計表功能
EDS數據庫是以一個參考圖形作為基準，通過設定參數衍生出一系列不同尺寸的設計圖紙。SolidWorks軟件系列零件設計表便有類似的功能。它可以從一個單獨的零件建立出一個零件系列。其表格與Excel電子表格兼容，可直接把在Excel電子表格設定好的參數輸入到SolidWorks軟件中，從而再衍生出零件系列。
建立流程圖
根據構想好的思路建立流程圖，如圖3所示。根據預想的流程，完成一個新程序的編寫，耗時約6.5min。效率提高56%，且更能保證編程質量。
圖3 優化后鈑金編程流程
實例驗證
下面是參考模型的建立操作：(1)模型建立（圖4）。(2)定義參數，定義特征中的參數名稱（圖5所示）。(3)在系列零件參數表中定義參數（圖6）。(4)創建二維圖紙（圖7），選擇從“零件/裝配體制作工程圖”。得到工程圖如圖8所示，文件可另存為DXF格式，隨后可使用編程軟件進行直接編程。
圖4 插入零件設計表
圖5 定義參數名稱
圖6 定義參數值
圖7 從零件中新建工程圖
圖8 輸出鈑金展開圖
結束語
本文對鈑金編程流程做了合理性分析，并根據魚骨圖找出影響鈑金編程的因素。借助三維設計軟件SolidWorks對鈑金編程流程進行了優化。并利用SolidWorks軟件進行參數化建模得到鈑金展開圖。相比原來通過人工計算展開尺寸再進行繪圖的方法更能保證鈑金展開圖的質量，且效率更高。當然三維建模軟件還具備其他強大的功能，不論是在設計還是制造都有很高的利用價值。
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本文標題：三維CAD對鈑金編程的優化
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