從20世紀到現(xiàn)在工程制圖經(jīng)過兩次比較大的變革：由手工繪圖板向2D計算機輔助制圖(如AUTOCad)轉變大幅提高了制圖的工作效率；由2D計算機輔助制圖向3D制圖轉變(如NX、CATIA、ProE)大幅提高了制圖的準確性和直觀性。目前，我們正處在2D制圖向3D制圖轉變的過程中，且3D設計肯定是大勢所趨。但是，如何找到適合于客車行業(yè)的3D制圖應用方法顯得尤其重要。
Teamcenter是西門子推出的一款數(shù)字化設計與制造軟件，是一個內容十分全面的、完全基于標準的、純Web體系結構的PLM解決方案，體現(xiàn)了協(xié)同應用、行業(yè)解決方案以及具有產(chǎn)品全生命周期優(yōu)化工具等諸多優(yōu)點。當前，我國汽車、航空發(fā)動機等制造業(yè)領域的多家設計及制造單位，都建立了基于Teamcenter平臺的PDM系統(tǒng)。
NX Manager是西門子PDM解決方案的一部分，是NX軟件項目組級的數(shù)據(jù)管理模塊。NX軟件通過NX Manager與Teamcenter軟件的結合，將NX軟件強大的建模功能和Teamecnter軟件優(yōu)秀的數(shù)據(jù)存儲、管理能力集成在一起，從而實現(xiàn)CAD／PDM數(shù)據(jù)的無縫鏈接。本文以大金龍一款板簧車為例，探索如何在Teamcenter系統(tǒng)與NX系統(tǒng)結合的集成化NX Manager平臺上，創(chuàng)建后續(xù)方便校核、重用的三維模型裝配，并在Teamcenter系統(tǒng)中生成符合數(shù)據(jù)管理要求的BOM清單。
1 傳統(tǒng)校核方法與NX三維設計校核的對比
傳統(tǒng)的校核方法是采用作圖法，先畫出車輪在初始位置的投影圖，然后選取若干特征點，再畫出這些特征點在極限位置時對應的三視圖投影點，最后在各視圖上由這些特征投影點擬合出車輪的外輪廓投影，從而判斷出與周邊物體的干涉情況。此方法存在如下不足：
1)工作量大。此方法特征點選得越多，則結果越準確，但效率也越低，設計人員的勞動強度也越大。
2)準確性不高，精度差。由于圖面上線條過密，易導致失誤；而特征點選少了，又存在作圖誤差太大的問題，甚至可能導致誤判。
3)對于不同狀態(tài)的車架，需要重新用作圖法進行校核，針對訂單驅動的客車企業(yè)，訂單設計周期短，無法對每個訂單用作圖法進行校核，最終大部分訂單只能在裝配的時候進行驗證，大大增加了生產(chǎn)成本。
若引入NX三維設計校核，通過計算機三維建模和三維仿真的功能來實現(xiàn)前橋校核，可以有效地提高校核準確性、直觀性和便捷性。
使用NX三維設計校核，提前設置好三維前橋轉向的各個極限位置狀態(tài)，將前橋模型導入到與Teamcenter集成的NX系統(tǒng)中，并將三維模型存儲在Teamcenter系統(tǒng)BOM中，從而獲得一個直觀、可重復使用、便于校核的前橋模型。后續(xù)訂單配置用到該狀態(tài)的前橋，直接從Teamcenter調用該前橋模型裝配到車架上，然后通過更換前橋布置進行前橋的快速校核,從而有效地減輕前橋校核的工作量，為客車前橋校核的常態(tài)化奠定基礎。
2 前橋模型獲取及轉換
在客車設計過程中，零部件模型的獲得主要通過兩種途徑:對于自制件和外協(xié)件主要依靠整車廠的設計人員進行繪制；對于外購件則主要依靠零部件供應商進行提供。而不同的供應商由于采用的三維設計軟件各有不同，因此,在使用前橋模型前可能需對模型格式進行轉換。
目前主流三維軟件對應的源格式文件:CATIA軟件有*.CATPart和*.CATPProduct；NX軟件有*.prt；Pro/E軟件有*.prt和*asm；SolidWorks軟件有*.sldprt和*.sldasm；SolidEdge軟件有*.par和*.asm。
通常供應商會提供各類維軟件都可以識別的中間文件格式如*.STP、*.IGS，但是，由于不同軟件采用內核不一致導致模型在轉換過程中會有不同程度的丟失。因此，我們推薦獲取模型格式優(yōu)先級為：源格式文件>中間格式STP文件>中間格式IGS文件。
在獲取到供應商提供的三維模型后，需要將其轉化成NX支持三維文件格式即PRT文件，通常的做法是采用NX軟件自帶的轉換工具進行格式轉換，但是NX自帶的轉換工具轉換出來的模型往往質量不高，且?guī)缀螌嶓w可能會碎成很多的片體，轉換后的模型片體數(shù)量達到1.2萬多個，模型文件巨大，無論是加載還是保存都很費時間，嚴重影響了工作效率。
因此，若采用第三方數(shù)據(jù)轉換軟件（如3DTransVidia)進行轉換，運用三方數(shù)據(jù)轉換軟件的自動修復以及人機互動模型修復功能,修復模型破碎的片體，可有效改善模型質量。通過第三方軟件轉換出來的模塑大大減少了片體數(shù)量，且模型質量較好，模型片體數(shù)量從1.2萬個銳減到75個，有效提高了模型質量，減少模型的加載和存儲時間，從而大大提高設計工作效率。
3 創(chuàng)建裝配布置及進行快速校核
根據(jù)前橋的設計校核特點，通常需要校核前橋的左轉極限位置、右轉極限位置和中間位置，設計過程中需要保證在上述個位置間進行變換時不能有干涉的情況發(fā)生。
根據(jù)前橋校核需要，在模型數(shù)據(jù)組織時將前橋模型分成四個子件:前梁、轉向橫拉桿、左側轉向節(jié)、右側轉向節(jié)。
左側轉向節(jié)與前梁之間添加一個接觸約束和中心約束，作用是使左側轉向節(jié)相對于主軸只能在主銷方向上進行轉動。在左側轉向節(jié)與轉向橫拉桿之間添加一個點對點接觸對齊約束，用于模擬球銷運動的效果。
右側轉向節(jié)添加的約束同左側轉向節(jié)的約束。
在左側轉向節(jié)與前梁之間添加一個角度約束用于模擬方向機的角度輸入α，通過設置角度α來實現(xiàn)前橋的轉向。
在各項約束添加完成后在NX軟件中選擇創(chuàng)建布置:RIGHT對應于轉向節(jié)轉向最右極限位置，對應角度為P1=115°；MID對應轉向節(jié)轉向正前方位置，對應角度為P2=90°；LEFT對應轉向節(jié)轉至最左極限位置,對應角度為P3=-65°，如圖1所示。
圖1 NX中前橋各約束的角度設置
布置完成后，試驗車橋模型左轉極限位置、右轉極限位置和中間位置的轉向效果，校驗模型約束、轉向方向、轉向角度是否正確，如圖2所示。
圖2 轉向節(jié)轉向最右極限位置、正前方位置、最左極限位置
模型布置創(chuàng)建完成之后，將前橋模型導人到與Teamcenter集成的NX系統(tǒng)中，為了符合Teamcenter對BOM數(shù)據(jù)管理要求:產(chǎn)品BOM中對于前橋外購件只要求顯示前橋總成物料，前橋子件不能在BOM中體現(xiàn)(即前梁、左轉向節(jié)、轉向橫拉桿、右轉向節(jié)不能夠出現(xiàn)在產(chǎn)品BOM中），因此需要在NX環(huán)境中把前梁、左轉向節(jié)、轉向橫拉桿、右轉向節(jié)設置為“組件僅供參考”，以達到前橋的子件在模型中顯示而在BOM中不顯示的目的，如圖3所示，上圖為保存后在Teamcenter中的BOM結構，其下圖為NX中的BOM結構。
圖3 Teamfenter系統(tǒng)與NX系統(tǒng)中的BOM顯示
考慮到校核的便利性和準確性，通常情況下只對整車滿載狀態(tài)下的前橋模型做校核。因此需將板簧布置成滿載時的狀態(tài)。
在與Teamcenter集成的NX環(huán)境中，將前橋模型裝配到整車模型后，在整車環(huán)境中打開周邊系統(tǒng)如懸架系統(tǒng)、車架系統(tǒng)，通過更換前橋布置模型來進行快速校核，如圖4所示。
圖4 前橋的快速校核及各距離測量
在校核過程中，可通過NX系統(tǒng)的距離測量工具對校核所需要的各個間距進行測量，如：
1)前橋模型在左極限位置時，右輪距離板簧最短距離217mm,左輪距離板賛最小距離200mm。
2)前橋模型在右極限位置時，右輪距離板簧最短距離218m,左輪距離板簧最小距離199mm。
3)前輪模型在正前方位置時，車輪距離最近的橫梁距離為494mm。
通過以上校核，前橋模型與懸架系統(tǒng)、車架系統(tǒng)不存在干涉，且前橋轉向空間較為寬裕，可保證車輛行駛過程中不發(fā)生干涉。
通過校核過程可以看出，在Teamcenter集成的NX中使用三維設計校核，能夠形象、直觀體現(xiàn)了前橋各個布置狀態(tài)與周邊系統(tǒng)的位置關系，并且可對模型的間距進行測量，有效地提高了前橋設計及校核的便利性和準確性。
4 結束語
在Teamcenter系統(tǒng)與NX集成的系統(tǒng)中，使用NX的裝配布置功能使計算機虛擬裝配能夠更加便捷和真實地模擬裝配模型的各個狀態(tài)，有效地提高了整車設計過程中的校核便利性和準確性。應用NX軟件布置完模型并保存后，模型的BOM通過兩個系統(tǒng)的通信保存在Teamcenter中，創(chuàng)建完成一個后續(xù)重復校核使用裝配模型的BOM。后續(xù)將模型加進訂單BOM后，只需改變模型狀態(tài)便可對BOM的模型進行快速校核，從而大大提高訂單BOM的準確性和維護效率。
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