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基于产品平台的快速设计集成系统研究与开发

王建正  
【摘要】: 随着经济全球化的快速发展,我国装备制造业面临着严峻挑战和发展机遇。重型装备制造企业,多数是单件小批、定制生产模式,这使得作为产品生命周期的首道重要工序的产品开发与设计成为企业竞争的核心环节。换言之,在日趋激烈的市场竞争条件下,产品快速设计技术对于增强企业快速响应市场的能力,具有重要意义。本文以国家863项目(项目编号:2005AA415240)“重大技术装备模块化参数化智能化协同设计系统”为依托,对机械产品快速设计的理论、方法和关键技术进行了系统的研究,研究并建构了一种基于产品平台的快速设计集成系统,系统以模块化作为产品设计的基础,参数化作为模块变型的手段,开展模块化的参数化设计,并以PLM作为集成管理工具,实现产品的快速设计;并结合企业实际需求,研究开发了桥式起重机快速设计集成系统,实施和验证了研究框架和方案。 论文主要研究内容包括: 1.在阐明机械产品快速设计的相关概念基础上,对其关键技术的国内外研究状况、发展趋势及其在机械产品设计开发中的应用进行了分析和综述;主要涉及模块化设计技术、产品族与产品平台、计算机辅助技术、KBE技术、PDM技术等。 2.论述了产品平台的相关概念、产品平台的特点,构建了基于产品平台的产品族设计技术体系,分析了产品平台的组成和构建原理,提出了其构建过程。通过重型机械企业产品开发设计现状分析,提出了解决重型机械企业产品快速设计瓶颈的策略,并提出一种基于产品平台的快速设计系统方案,进而设计了软件使能技术架构。 3.在研究模块化设计原理、方法和模块划分方法的基础上,通过比较分析,提出了一种机械产品模块化集成方法和柔性模块划分方法,从而突出了对于已有产品开展面向产品平台模块化的需求,使得模块化目标更明确,更有针对性,可操作性强;进而作者根据桥式起重机的设计特点,提出并验证了面向产品平台的模块划分方法和划分方案。 4.研究了参数化技术和建模技术,重点探索了基于知识的三维参数化设计技术,并在桥式起重机参数化开发实践的基础上,提出了适合重大技术装备产品的,面向产品平台的结构件(部件级模块)、机构件(部件级模块)、零件级模块特点的模块的参数化设计和建模方法,以及快速CAE建模和分析方法。 5.基于产品平台理念,研究了PLM技术,分析了其体系架构和核心功能,在探讨PLM关键数据模型(产品模型、过程模型和项目模型)基础上,开展了基于PLM建构产品平台的使能技术研究,实现了知识管理、配置设计、过程集成和并行工程及项目管理,为构建产品平台打下坚实的基础,并从网络集成、应用集成、过程集成和知识集成四个层面,实现了整个系统的集成。 6.基于产品平台及上述理论和技术研究成果,以大型起重机为例,进行了一种模块化参数化快速设计集成系统方案设计,并开发了快速设计集成系统,实现了各子系统的功能。该方案一方面有利于积淀企业设计经验和知识,进而达到知识重用的目的;另一方面,基于产品平台开展产品设计,有助于实现设计的规范化、产品的系列化,从而避免随意设计的损失,降低了产品制造全生命周期的成本,成倍地提高设计效率,使设计人员有更多的精力关注产品创新和设计质量。


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