現(xiàn)今，隨著機械加工行業(yè)的快速發(fā)展，為上下游企業(yè)也帶來了越來越多的商機，從企業(yè)利益最大化考慮，如何更好的滿足客戶需求且改善、提高機械加工業(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。隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)的高速發(fā)展，越來越與工業(yè)生產(chǎn)、社會生活、工作學(xué)習(xí)等方面緊密聯(lián)系，其中機械制造自動化就是機械生產(chǎn)行業(yè)與計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。那么，今天的機械制造自動化是如何撲捉瞬息萬變的市場信息，又如何高效率的生產(chǎn)出高性能、高可靠的機械產(chǎn)品呢？以下兩個因素是關(guān)鍵所在：

    第一，建立一個全方位的PDM系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)、過程和資源的集成化管理；

    第二，仿真技術(shù)在機械制造自動化中的運用，減少產(chǎn)品研發(fā)的人力、物力，節(jié)省時間，縮減開支，提高產(chǎn)品的成功率。

1 基于PDM的仿真技術(shù)

    機械制造自動化發(fā)展至今，已經(jīng)與計算機輔助制造、計算機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平臺合理的將各個階段數(shù)據(jù)無縫集成，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（Product Data Management，簡稱PDM）則應(yīng)運而生，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

    如制造一臺物理樣機之前，需要先對產(chǎn)品做仿真設(shè)計及測試。首先，基于PDM系統(tǒng)實時獲取產(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)，進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析，預(yù)測整體性能，并利用分析過程中的反饋信息不斷指導(dǎo)設(shè)計，更好的完成機械產(chǎn)品仿真設(shè)計。一個完善的PDM系統(tǒng)能更好的實現(xiàn)產(chǎn)品仿真，并達到優(yōu)化設(shè)計。

    仿真技術(shù)對現(xiàn)實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的數(shù)字模擬，以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問題，在產(chǎn)品實際生產(chǎn)前就采取預(yù)防的措施，從而達到產(chǎn)品一次性制造成功、降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、增強產(chǎn)品競爭力的目的。這里，我們主要研究仿真設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)。

2 仿真設(shè)計系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

    2.1 數(shù)據(jù)管理

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

    ADO.NET是一種廣泛使用的數(shù)據(jù)庫接口技術(shù)，可以使用ADO.NET類庫中的庫函數(shù)調(diào)用公用接口訪問數(shù)據(jù)庫的內(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仿真軟件的二次開發(fā)

    SolidWorks是一種全新的三維機械仿真軟件，同其他的CAD軟件一樣，是針對整個制造業(yè)所設(shè)計的通用軟件，而不是為某個具體行業(yè)和企業(yè)量身訂制的，不能最大程度的滿足具體用戶的特殊要求，所以，常常要對SolidWorks進行二次開發(fā)，實現(xiàn)三維CAD系統(tǒng)的專業(yè)化和本土化。

    對SolidWorks做二次開發(fā)，我們給出兩個前提條件：第一，將其置于PDM平臺之上，集成CAD/CAE/CAPP/CAM等CAX軟件，提供全參數(shù)化三維實體造型設(shè)計；第二，SolidWorks提供了幾百個API函數(shù)，為二次開發(fā)提供了充分空間。SolidWorks二次開發(fā)可以采用OLE技術(shù)和COM技術(shù)兩種方式。利用OLE技術(shù)可以開發(fā)獨立的可執(zhí)行程序（*.exe），用戶可以使用來自兩個或多個Windows應(yīng)用程序的資源來解決復(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，形成二次開發(fā)軟件系統(tǒng)的一個插件。一般情況下，在執(zhí)行SolidWorks中的大部分操作時，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)開發(fā)方式比較多。這里，我們使用SolidWorks對機械產(chǎn)品仿真設(shè)計進行有效的研發(fā)并投入使用。

    在世界編程語言排名居前列的C#是一個純面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言，功能強大、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SolidWorks進行二次開發(fā)。因此，我們采用COM技術(shù)，利用C#對機械產(chǎn)品仿真應(yīng)用系統(tǒng)中的一個零件做SolidWorks仿真模塊二次開發(fā)。這樣需要將SolidWorks API函數(shù)庫導(dǎo)入C#編譯環(huán)境，產(chǎn)品研發(fā)過程中根據(jù)需要選取相應(yīng)的SolidWorks API函數(shù)，完成零件的仿真設(shè)計，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撲信息；零件的裝配信息；零件工程圖紙中的各項信息。接著，在導(dǎo)入函數(shù)庫的基礎(chǔ)上進行程序編碼，代碼經(jīng)過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中類的對象并進行對象行為的執(zhí)行，如圖3所示。

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

    將基于SolidWorks二次開發(fā)的仿真應(yīng)用系統(tǒng)再進一步開發(fā)成支持網(wǎng)絡(luò)的仿真協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)，可以充分地利用異地資源，大大提高設(shè)計效率、減少設(shè)計成本。

3 錐齒輪的仿真實現(xiàn)

    錐齒輪廣泛應(yīng)用于航空、航天和工程機械傳動系統(tǒng)中，具有傳動平穩(wěn)、承載能力強等優(yōu)點，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，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現(xiàn)。

    3.1 建立數(shù)據(jù)庫

    我們采用SQL Server創(chuàng)建零件數(shù)據(jù)庫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應(yīng)參數(shù)，包括序號、名稱、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現(xiàn)錐齒輪的仿真設(shè)計

    在建立好數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，從Parts DLL仿真組件中提取錐齒輪的仿真設(shè)計模塊，生成可執(zhí)行對象，此對象利用ADO.NET中的Data Adapter獲取數(shù)據(jù)庫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，如圖4所示。

    圖4 錐齒輪三維仿真數(shù)據(jù)模型

    3.3 仿真測試

    錐齒輪的性能越佳越能發(fā)揮機器的最佳性能，優(yōu)化設(shè)置錐齒輪的傳遞力矩是輔助整體機器高效運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵之一。這樣，我們就需要對生成的仿真模型進行仿真測試，如果仿真環(huán)境中測試性能不理想，則需要返回仿真設(shè)計做分度圓直徑、輪轱寬度、花鍵槽內(nèi)外直徑等參數(shù)調(diào)整，繼而再進行仿真測試，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

    仿真設(shè)計所產(chǎn)生的大量仿真數(shù)據(jù)在PDM平臺管理下，具有很好的可控性、經(jīng)濟性、無破壞性，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)計的作用；進而提高產(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。

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本文標題：基于PDM的機械產(chǎn)品SolidWorks仿真設(shè)計

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