現(xiàn)今，隨著機(jī)械加工行業(yè)的快速發(fā)展，為上下游企業(yè)也帶來(lái)了越來(lái)越多的商機(jī)，從企業(yè)利益最大化考慮，如何更好的滿(mǎn)足客戶(hù)需求且改善、提高機(jī)械加工業(yè)的生產(chǎn)效率并降低生產(chǎn)成本成為上下游行業(yè)考慮的關(guān)鍵。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)的高速發(fā)展，越來(lái)越與工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)生活、工作學(xué)習(xí)等方面緊密聯(lián)系，其中機(jī)械制造自動(dòng)化就是機(jī)械生產(chǎn)行業(yè)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。那么，今天的機(jī)械制造自動(dòng)化是如何撲捉瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)信息，又如何高效率的生產(chǎn)出高性能、高可靠的機(jī)械產(chǎn)品呢？以下兩個(gè)因素是關(guān)鍵所在：

    第一，建立一個(gè)全方位的PDM系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)、過(guò)程和資源的集成化管理；

    第二，仿真技術(shù)在機(jī)械制造自動(dòng)化中的運(yùn)用，減少產(chǎn)品研發(fā)的人力、物力，節(jié)省時(shí)間，縮減開(kāi)支，提高產(chǎn)品的成功率。

1 基于PDM的仿真技術(shù)

    機(jī)械制造自動(dòng)化發(fā)展至今，已經(jīng)與計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)集成制造等概念相聯(lián)系，它是制造技術(shù)、控制技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和信息技術(shù)的綜合。產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程與零部件信息、結(jié)構(gòu)配置、文件、CAD/CAE/CAPP/CAM電子文檔、異構(gòu)數(shù)據(jù)、審批信息等各階段數(shù)據(jù)緊密聯(lián)系，由此則需要提供一個(gè)平臺(tái)合理的將各個(gè)階段數(shù)據(jù)無(wú)縫集成，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（Product Data Management，簡(jiǎn)稱(chēng)PDM）則應(yīng)運(yùn)而生，如圖1所示。PDM技術(shù)的產(chǎn)生為許多相關(guān)技術(shù)起到了助推作用，其中包括仿真技術(shù)。

    圖1 PDM與CAX之間的關(guān)系

    如制造一臺(tái)物理樣機(jī)之前，需要先對(duì)產(chǎn)品做仿真設(shè)計(jì)及測(cè)試。首先，基于PDM系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取產(chǎn)品的相關(guān)信息，如零部件信息、結(jié)構(gòu)配置信息、文件信息、CAD/CAE/CAPP/CAM電子文檔信息等，建立該產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型；接著，從PDM系統(tǒng)獲取分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，預(yù)測(cè)整體性能，并利用分析過(guò)程中的反饋信息不斷指導(dǎo)設(shè)計(jì)，更好的完成機(jī)械產(chǎn)品仿真設(shè)計(jì)。一個(gè)完善的PDM系統(tǒng)能更好的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品仿真，并達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)。

    仿真技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)制造活動(dòng)中的人、物、信息及制造過(guò)程進(jìn)行全面的數(shù)字模擬，以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，在產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)前就采取預(yù)防的措施，從而達(dá)到產(chǎn)品一次性制造成功、降低成本、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的目的。這里，我們主要研究仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

2 仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

    2.1 數(shù)據(jù)管理

    仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)是一個(gè)大型綜合系統(tǒng)，涉及的知識(shí)面廣泛，往往需要實(shí)時(shí)采集、加工、處理、輸出大量的數(shù)據(jù)，因而仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)需要一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的支持，SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)成為我們的首選。SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)具有可靠性、可用性、可編程性、易用性等特點(diǎn)，能夠高效、可靠的管理產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，更好的配合前臺(tái)工作。

    ADO.NET是一種廣泛使用的數(shù)據(jù)庫(kù)接口技術(shù)，可以使用ADO.NET類(lèi)庫(kù)中的庫(kù)函數(shù)調(diào)用公用接口訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容，并利用Data Set將數(shù)據(jù)駐留在內(nèi)存，供應(yīng)用程序使用。這樣，ADO.NET為SQL Server與CAD仿真組件應(yīng)用程序方便的搭建數(shù)據(jù)橋梁，如圖2所示。

    圖2 SQLServer、ADO.NET及仿真組件的關(guān)系圖

    2.2 SolidWorks仿真軟件的二次開(kāi)發(fā)

    SolidWorks是一種全新的三維機(jī)械仿真軟件，同其他的CAD軟件一樣，是針對(duì)整個(gè)制造業(yè)所設(shè)計(jì)的通用軟件，而不是為某個(gè)具體行業(yè)和企業(yè)量身訂制的，不能最大程度的滿(mǎn)足具體用戶(hù)的特殊要求，所以，常常要對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)三維CAD系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)化和本土化。

    對(duì)SolidWorks做二次開(kāi)發(fā)，我們給出兩個(gè)前提條件：第一，將其置于PDM平臺(tái)之上，集成CAD/CAE/CAPP/CAM等CAX軟件，提供全參數(shù)化三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)；第二，SolidWorks提供了幾百個(gè)API函數(shù)，為二次開(kāi)發(fā)提供了充分空間。SolidWorks二次開(kāi)發(fā)可以采用OLE技術(shù)和COM技術(shù)兩種方式。利用OLE技術(shù)可以開(kāi)發(fā)獨(dú)立的可執(zhí)行程序（*.exe），用戶(hù)可以使用來(lái)自?xún)蓚�(gè)或多個(gè)Windows應(yīng)用程序的資源來(lái)解決復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)；基于COM技術(shù)可以使用最多的SolidWorks API函數(shù)，生成*.dll格式的文件，加載到主架構(gòu)軟件中，形成二次開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)的一個(gè)插件。一般情況下，在執(zhí)行SolidWorks中的大部分操作時(shí)，模塊內(nèi)的DLL比模塊外的EXE執(zhí)行速度快許多，因此采用COM技術(shù)開(kāi)發(fā)方式比較多。這里，我們使用SolidWorks對(duì)機(jī)械產(chǎn)品仿真設(shè)計(jì)進(jìn)行有效的研發(fā)并投入使用。

    在世界編程語(yǔ)言排名居前列的C#是一個(gè)純面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，功能強(qiáng)大、易學(xué)易用，其編譯環(huán)境提供了與其他軟件系統(tǒng)良好的接口，很適合對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。因此，我們采用COM技術(shù)，利用C#對(duì)機(jī)械產(chǎn)品仿真應(yīng)用系統(tǒng)中的一個(gè)零件做SolidWorks仿真模塊二次開(kāi)發(fā)。這樣需要將SolidWorks API函數(shù)庫(kù)導(dǎo)入C#編譯環(huán)境，產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中根據(jù)需要選取相應(yīng)的SolidWorks API函數(shù)，完成零件的仿真設(shè)計(jì)，主要操作包括：零件的建造、修改；零件各特征的建立、修改、刪除、壓縮等各項(xiàng)控制；零件特征信息的提取，如特征尺寸的設(shè)置與提取，特征所在面的信息提取及各種幾何和拓?fù)湫畔�；零件的裝配信息；零件工程圖紙中的各項(xiàng)信息。接著，在導(dǎo)入函數(shù)庫(kù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行程序編碼，代碼經(jīng)過(guò)編譯生成零件仿真組件PartsDLL.dll，將生成的Parts DLL零件仿真組件嵌入仿真應(yīng)用系統(tǒng)中，由此系統(tǒng)便可以在需要的地方創(chuàng)建Parts DLL中類(lèi)的對(duì)象并進(jìn)行對(duì)象行為的執(zhí)行，如圖3所示。

    圖3 仿真應(yīng)用系統(tǒng)中SoildWorks的二次開(kāi)發(fā)

    將基于SolidWorks二次開(kāi)發(fā)的仿真應(yīng)用系統(tǒng)再進(jìn)一步開(kāi)發(fā)成支持網(wǎng)絡(luò)的仿真協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可以充分地利用異地資源，大大提高設(shè)計(jì)效率、減少設(shè)計(jì)成本。

3 錐齒輪的仿真實(shí)現(xiàn)

    錐齒輪廣泛應(yīng)用于航空、航天和工程機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，具有傳動(dòng)平穩(wěn)、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，利用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式很繁瑣，而在仿真應(yīng)用系統(tǒng)中研發(fā)錐齒輪可以靈活設(shè)計(jì)，最大限度的提高造型精度及工作性能。這里我們以錐齒輪為例做仿真實(shí)現(xiàn)。

    3.1 建立數(shù)據(jù)庫(kù)

    我們采用SQL Server創(chuàng)建零件數(shù)據(jù)庫(kù)Parts.mdf，并在其中創(chuàng)建主要的、常用的零件表，這些表中的字段就是此零件的對(duì)應(yīng)參數(shù)，包括序號(hào)、名稱(chēng)、形狀參數(shù)和定位參數(shù)。這里我們創(chuàng)建錐齒輪表（即Bevel Gear表），Bevel Gear表的結(jié)構(gòu)如表1所示。

    表1 Bevel Gear表的結(jié)構(gòu)

    3.2 利用零件仿真模塊實(shí)現(xiàn)錐齒輪的仿真設(shè)計(jì)

    在建立好數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，從Parts DLL仿真組件中提取錐齒輪的仿真設(shè)計(jì)模塊，生成可執(zhí)行對(duì)象，此對(duì)象利用ADO.NET中的Data Adapter獲取數(shù)據(jù)庫(kù)Parts中表Bevel Gear的錐齒輪記錄數(shù)據(jù)，存人Data Set數(shù)據(jù)集中；然后，可執(zhí)行對(duì)象從數(shù)據(jù)集中提取需要的數(shù)據(jù)傳遞給錐齒輪的相應(yīng)參數(shù)，生成錐齒輪的三維仿真數(shù)據(jù)模型，由此完成錐齒輪的仿真設(shè)計(jì)，如圖4所示。

    圖4 錐齒輪三維仿真數(shù)據(jù)模型

    3.3 仿真測(cè)試

    錐齒輪的性能越佳越能發(fā)揮機(jī)器的最佳性能，優(yōu)化設(shè)置錐齒輪的傳遞力矩是輔助整體機(jī)器高效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵之一。這樣，我們就需要對(duì)生成的仿真模型進(jìn)行仿真測(cè)試，如果仿真環(huán)境中測(cè)試性能不理想，則需要返回仿真設(shè)計(jì)做分度圓直徑、輪轱寬度、花鍵槽內(nèi)外直徑等參數(shù)調(diào)整，繼而再進(jìn)行仿真測(cè)試，這樣循環(huán)一直到獲取錐齒輪的最優(yōu)性能參數(shù)為止。

4 結(jié)束語(yǔ)

    仿真設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的大量仿真數(shù)據(jù)在PDM平臺(tái)管理下，具有很好的可控性、經(jīng)濟(jì)性、無(wú)破壞性，不受外界條件的限制，可以多次重復(fù)使用，充分發(fā)揮了仿真設(shè)計(jì)的作用；進(jìn)而提高產(chǎn)品的研發(fā)效率、降低產(chǎn)品故障率，所以仿真技術(shù)在產(chǎn)品制造方面的應(yīng)用非常廣泛。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴(lài)品牌。

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