0 引言

    當(dāng)今社會，為了對企業(yè)進(jìn)行有效的信息化管理，增強企業(yè)的市場競爭力，許多企業(yè)逐步引入了各種計算機管理軟件。對于機械生產(chǎn)而言，PDM技術(shù)的引進(jìn)顯著提高了機械生產(chǎn)的效率，實現(xiàn)了企業(yè)信息的集成管理。可以說，企業(yè)對PDM的使用程度決定了企業(yè)的成效，其在機械可靠性設(shè)計中的運用效果尤為明顯。機械可靠性設(shè)計時必須進(jìn)行模擬實驗，以虛擬樣機的形式對機械的荷載能力和使用失效情況進(jìn)行分析，從而為可靠性設(shè)計提供資料。

1 PDM的概念和主要功能

    PDM是Product Data Management的縮寫，稱作產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，是近年來計算機領(lǐng)域開發(fā)的新型軟件技術(shù)，主要涉及產(chǎn)品相關(guān)信息及相關(guān)過程的管理。其中，產(chǎn)品的相關(guān)信息包括產(chǎn)品零件信息、配置、CAD建模、結(jié)構(gòu)和權(quán)限信息等，產(chǎn)品設(shè)計的全過程包括設(shè)計形式和產(chǎn)品材料信息等幾部分。

    PDM的主要功能是為機械生產(chǎn)的產(chǎn)品提供一個宏觀管理和控制的信息數(shù)據(jù)體制及結(jié)構(gòu)，其具體功能可以大致劃分為電子存儲功能、工作流程管理功能、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置的數(shù)據(jù)管理功能、產(chǎn)品數(shù)據(jù)查看及調(diào)閱功能、產(chǎn)品掃描成像功能、設(shè)計文件及產(chǎn)品零件資料檢索功能、項目管理功能、電子協(xié)作功能和工具的集成功能這9個部分。

2 機械可靠性設(shè)計中PDM的應(yīng)用

    PDM是通過各種數(shù)據(jù)集成軟件對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的計算機系統(tǒng)。在機械產(chǎn)品性能及可靠性設(shè)計中，PDM一般是通過系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)建立虛擬樣機，并將虛擬樣機集成，以虛擬仿真團(tuán)隊的組織形式進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)和管理的分析，并通過PDM的過程監(jiān)管功能實現(xiàn)整體性、并行化的仿真過程的管理。對于機械產(chǎn)品而言，PDM系統(tǒng)對其可靠性的影響大致可以分為可靠性設(shè)計和可靠性分析仿真2部分，本文將針對這2部分及動力學(xué)分析仿真進(jìn)行具體敘述。

    2.1 可靠性設(shè)計

    機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計的基礎(chǔ)主要包括建模、故障影響分析和危害性分析，其研究對象是整個機械產(chǎn)品的體系，包括對機械動力裝置、控制設(shè)備、執(zhí)行中樞等產(chǎn)品運作系統(tǒng)的可行性分析和估量。對于故障影響分析，由于企業(yè)在設(shè)計之初往往缺乏相關(guān)的失敗經(jīng)驗數(shù)據(jù)，因此一般都是以產(chǎn)品的定性分析為主，通過分析掌握機械產(chǎn)品發(fā)生故障時的情況，進(jìn)行相應(yīng)的修改設(shè)計，并再次重復(fù)機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計的步驟；直到掌握了一定的產(chǎn)品實驗數(shù)據(jù)，再進(jìn)行相應(yīng)的定量分析以及對產(chǎn)品的深度剖析和使用。

    2.2 可靠性分析仿真

    在機械產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合機械產(chǎn)品的虛擬樣機數(shù)據(jù)，對機械零件的可靠性進(jìn)行仿真與分析，該操作是以可靠性為優(yōu)化目標(biāo)，可以說是可靠性設(shè)計的監(jiān)測方式，一般需要對幾個軟件部分進(jìn)行分析。(1)CAD軟件的FMECA/FTA功能。在機械生產(chǎn)方面有許多的計算機輔助軟件，CAD就是比較常見的輔助軟件之一。將產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模塊與CAD分析數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計，并將FMECA/FTA功能加入到可靠性分析的過程中，可以實現(xiàn)可靠性設(shè)計方案與產(chǎn)品設(shè)計方案的統(tǒng)一。(2)CAE軟件可靠性分析的仿真內(nèi)容。CAE可以通過機構(gòu)運動仿真模式，以三維數(shù)字樣機和仿真元模型的方式，對機械強度的可靠性進(jìn)行分析，針對機構(gòu)運動中產(chǎn)生的誤差進(jìn)行調(diào)整，并分析產(chǎn)品在運行中可能造成的損傷。CAE產(chǎn)品還可以監(jiān)測機械產(chǎn)品運行中的疲勞情況，預(yù)測機械產(chǎn)品的使用壽命或確定其維修時效。

    2.3 動力學(xué)分析仿真

    在對機械可靠性進(jìn)行設(shè)計及分析的過程中，引入了空間結(jié)構(gòu)鎖系三維實體模型。這種三維實體模型利用對邊界和運動實體的約束以及施加的工作載荷，采用MSC公司研制的機械自動分析動力軟件對動力學(xué)進(jìn)行建模和仿真分析。這種自動分析軟件可以仿真分析出空間結(jié)構(gòu)鎖系的動力學(xué)運動規(guī)律，對運動仿真的位移、速度、運動軌跡、力矩等參數(shù)進(jìn)行計算和干涉計算。這種建立在空間結(jié)構(gòu)鎖系三維實體模型基礎(chǔ)上的分析仿真，采用高級離散體進(jìn)行建模，可以將原來需要很長時間才能完成的實體整機物理實驗，在計算機上幾個小時完成，其效果已得到工程驗證，在很大程度上提高了動力學(xué)分析效率。

3 可靠性設(shè)計與仿真分析實例

    下面以鎖鉤中的變形故障為例進(jìn)行說明。根據(jù)鎖鉤的結(jié)構(gòu)和工作要求選擇鎖鉤的荷載值、材料彈性模量、屈服強度極限和力學(xué)泊松比作為隨機變量，忽略溫度對鎖鉤的影響，相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 主動鎖鉤可靠性分析的麓機變量

    根據(jù)相關(guān)的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行G(E，γ，R，F(xiàn))=R-f(E，γ，F(xiàn))的函數(shù)運算，其中，(E，γ，F(xiàn))通過PDM平臺中相應(yīng)的NASTRAN以及ADAMS(動力學(xué)仿真分析軟件)分析得出，最后通過外部的有限元和PDM中的動力學(xué)分析軟件對鎖鉤零件的可靠性進(jìn)行計算，不同的仿真計算分析對比如表2所示。

表2 不同仿真算法的計算及其對比結(jié)果

    理論上說，蒙特卡羅法的計算精確度是估算法中最精確的，但是其需要進(jìn)行反復(fù)多次實驗，對零件的損耗太大，一般不建議使用。而RSM法雖然效率高，但是精度較低。在精確度上，AMV+的計算結(jié)果與蒙特卡羅法相近，企業(yè)可以通過相應(yīng)的CPU工作站對其進(jìn)行計算，是一種比較精確且經(jīng)濟(jì)的計算方式。

    在仿真計算后，需要對鎖鉤的靈敏性進(jìn)行分析，找出發(fā)生失效情況的原因及其相關(guān)變量，反饋到設(shè)計組進(jìn)行設(shè)計和修改。主動鎖鉤異常變形失效的靈敏度分析如圖1所示，其中黑色柱狀圖是變量均值擾動的靈敏度，灰色柱狀圖是隨機變量變異系數(shù)擾動的靈敏度。分析結(jié)果表明，鎖鉤對外荷載和材料屈服強度極限這2個變量的靈敏度較大，在設(shè)計中應(yīng)將二者作為主要的影響因素進(jìn)行控制。

圖1 主動鎖鉤異常變形失效的靈敏度分析

4 結(jié)語

    對于機械產(chǎn)品而言，建立實體樣機進(jìn)行可靠性試驗是很不經(jīng)濟(jì)的，且其所對應(yīng)的數(shù)據(jù)往往存在偶然性，十分不可靠。PDM是現(xiàn)今機械設(shè)計中較為常見的計算機軟件，其改變了機械產(chǎn)品設(shè)計的整體運轉(zhuǎn)流程，為機械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計和可靠性分析仿真提供了數(shù)據(jù)和便利，減少了企業(yè)的成本開銷和產(chǎn)品的生產(chǎn)時間，對于機械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計有著重要的意義。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊涵了豐富的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管理軟件信賴品牌。

轉(zhuǎn)載請注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.ezxoed.cn/

本文標(biāo)題：機械可靠性設(shè)計中PDM的應(yīng)用研究

本文網(wǎng)址：http://www.ezxoed.cn/html/solutions/14019310966.html