基于PLM系統(tǒng)的2D截面庫管理

鄭清晨 陳超強

摘要：在汽車產(chǎn)品設(shè)計建模過程中，產(chǎn)品設(shè)計工程師需要重復(fù)繪制各類型材的2D截面，因此使用2D截面建模的頻次非常高。為了使產(chǎn)品設(shè)計工程師能夠快捷建模并避免重復(fù)性建模工作，從提高和充分發(fā)揮NX三維建模效率的角度出發(fā)，通過產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)（PLM）建立2D截面庫，實現(xiàn)2D截面庫資源共享，并利用西門子Teamcenter的分類庫管理功能，產(chǎn)品設(shè)計工程師可直接從分類庫中調(diào)用，大大提高了產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的工作效率。

關(guān)鍵詞：PLM系統(tǒng);2D截面庫;參數(shù)化設(shè)計;分類庫;建模

中圖分類號：U463 收稿日期：2022—02—14

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.05.011

汽車產(chǎn)品零部件的設(shè)計開發(fā)傳統(tǒng)上使用AutoCAD軟件進行設(shè)計，該軟件主要由三視圖相互投影表達零部件空間形狀，因此需要產(chǎn)品設(shè)計工程師重復(fù)繪制各類型材或管材的截面，該過程花費了技術(shù)人員大量的時間和精力。同時，在計算零部件理論凈重量時，由線密度結(jié)合零部件外觀尺寸，計算結(jié)果精度不高（非規(guī)則幾何體誤差更大），該過程屬于重復(fù)、低值的勞動，且與專用車行業(yè)訂單快速交付要求不相符。因此汽車產(chǎn)品的設(shè)計建模迫切需要改變現(xiàn)狀，建立2D截面庫是解決問題的方式之一。

要形成企業(yè)級的2D截面庫，可基于西門子PLM系統(tǒng)建立NX三維設(shè)計軟件的參數(shù)化2D截面草圖，即將企業(yè)所有2D截面草圖用參數(shù)化設(shè)計方法，錄入到2D截面庫中。通過這種方式，企業(yè)可根據(jù)組織管理權(quán)限，通過專人維護和管理，方便各類產(chǎn)品的設(shè)計工程師在產(chǎn)品設(shè)計時調(diào)用2D截面庫資源。

1 2D截面庫建模

2D截面包含了國標(biāo)型材截面、國標(biāo)管材截面和企業(yè)定制專用型材和管材截面，其中國標(biāo)型材和管材經(jīng)由專業(yè)生產(chǎn)廠家按標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，企標(biāo)型材和管材截面根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計要求進行了定制化設(shè)計。

由于參數(shù)化設(shè)計是通過改動圖形的某一部分或某幾部分的尺寸，或者修改已經(jīng)定義好的參數(shù)，自動完成對圖形中相關(guān)部分的改動，從而實現(xiàn)對圖形的驅(qū)動，可以使設(shè)計人員從大量瑣碎的繪圖工作中解脫出來，在提高設(shè)計效率、減少信息的存儲量的同時，還可以在設(shè)計中建立參數(shù)庫，極大地方便了后續(xù)的設(shè)計工作。因此，本文以汽車結(jié)構(gòu)件常用的矩形管管材為例，創(chuàng)建矩形管管材的2D截面庫。

1.1 參數(shù)化變量表達式設(shè)置

登錄PLM系統(tǒng)的Teamcenter軟件，打開集成環(huán)境下的NX三維設(shè)計軟件，在草圖環(huán)境下定義參數(shù)化變量，B代表矩形管的長邊，H代表矩形管的短邊，r代表矩形管的外圓角，t代表矩形管的厚度。參數(shù)化變量表達式設(shè)置如圖1所示。

1.22D截面草圖繪制

繪制矩形管初始值截面草圖，并設(shè)定已定義的變量表達式，完成2D截面草圖的設(shè)計。繪制的矩形管管材2D截面草圖如圖2所示。

2 2D截面庫的搭建

2.1 2D截面庫庫文件的組成

2D截面庫庫文件由模型PART文件、示例圖BMP文件和部件族族表EXCEL文件三部分組成。模型PART文件是2D截面的草圖文件，后續(xù)設(shè)計調(diào)用就是這個參數(shù)化的2D截面草圖文件;示例圖BMP文件是在輔助設(shè)計工程師調(diào)用2D截面庫時，起到識別各參數(shù)尺寸的標(biāo)識位置的作用;部件族族表EXCEL文件記錄參數(shù)化變量表達式的相應(yīng)值。

2.2示例圖BMP文件的設(shè)計

使用畫圖板工具設(shè)計模型的示例圖片，標(biāo)注各參數(shù)后，將文件保存成24位BMP格式，示例文件像素不大于300x300。示例圖BMP文件的設(shè)計如圖3所示。

2.3 將2D截面庫的可重用對象PART文件定義到重用庫

完成2D截面草圖建模并定義草圖的變量參數(shù)及變量值后，還需要將2D截面草圖定義到重用庫中，具體操作如下：在2D截面庫模型PART文件草圖激活狀態(tài)下，選擇菜單下的工具選項，再選擇其中的重用庫，選擇定義可重用對象，如圖4所示。

在彈出的可重用對象對話框中設(shè)置相關(guān)參數(shù)：文件類型菜單選擇2D截面，選擇對象欄激活后，圈選2D截面草圖，并指定錨點位置。文件夾視圖選項選擇存放2D截面庫的文件夾，部件文件名一欄的文件名稱與設(shè)計的相應(yīng)2D截面的模型PART文件名稱保持一致，預(yù)覽視圖的輸入欄，選擇類型為文件，在圖像文件欄，單擊右側(cè)的文件夾按鈕，選擇對應(yīng)的示例圖BMP文件，保存后退出，完成定義可重用對象到重用庫的設(shè)置，如圖5所示。

2.4部件族族表EXCEL的設(shè)計

部件族族表記錄的是驅(qū)動2D截面參數(shù)化變量的具體值。由于矩形管管材采用的標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 6728—2002《結(jié)構(gòu)用冷彎空心型鋼尺寸、外形、重量及允許偏差》，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)檢索相關(guān)參數(shù)，整理到部件族族表對應(yīng)列中并保存。部件族族表設(shè)計如圖6所示。

3 2D截面庫的Teacenter集成及分類

2D截面庫的模型PART文件、示例圖BMP文件和部件族族表EXCEL文件需要上傳到PLM系統(tǒng)的Teamcenter軟件里，統(tǒng)一放在2D截面庫文件夾下便于后期管理（圖7）。在Teamcenter系統(tǒng)下創(chuàng)建分類，建立2D截面庫分類，并將模型PART文件發(fā)送到分類庫，方便集成環(huán)境下NX三維軟件調(diào)研（圖8）。

42D截面庫的TC集成在線設(shè)計調(diào)用

4.12D截面在線設(shè)計調(diào)用

設(shè)計人員在進行數(shù)模設(shè)計時，可通過Teamcenter集成環(huán)境下的NX三維軟件直接調(diào)用已創(chuàng)建好的參數(shù)化2D截面，從重用粘貼對話框截面特征的值一欄中，選擇合適的截面草圖，拖放到三維設(shè)計窗口，不需再另行創(chuàng)建2D截面草圖數(shù)模（圖9）。

4.2基于材質(zhì)庫支持下的理論凈重量計算

在NX三維軟件定制了材料庫，并賦予密度等信息。以液罐車罐體頂部封閉式圍板為例，調(diào)用2D截面庫的封閉式圍板草圖（圖10）。調(diào)用的2D截面經(jīng)拉伸后生成三維模型，幾何體積已經(jīng)確定，即可調(diào)用材質(zhì)庫信息賦予材質(zhì)（圖11）。對生成的三維模型賦予材質(zhì)信息，保存后系統(tǒng)將自動計算出零部件的理論凈重量，避免設(shè)計人員人工計算重量（圖12）。

4.3擴充2D截面庫成員

將常用的2D截面整理后維護到2D截面庫，豐富2D截面庫成員。同時，在2D截面參數(shù)化建模的基礎(chǔ)上，利用草圖抑制功能，根據(jù)條件控制不同的2D截面草圖生效，實現(xiàn)同一個模型PART文件下按條件生成不同的2D截面，拉伸后生成不同特征的零部件（圖13）。

5 2D截面庫的維護

5.12D截面新增

由于新產(chǎn)品開發(fā)及產(chǎn)品升級換代，需要對2D截面庫持續(xù)維護。當(dāng)2D截面庫中的截面草圖不能滿足產(chǎn)品設(shè)計要求時，設(shè)計人員可在PLM系統(tǒng)中提交“2D截面新增流程”，經(jīng)審批通過后，由Teamcenter關(guān)鍵用戶對2D截面庫進行新增2D截面的建模、錄入和維護。

5.22D截面退出

Teamcenter關(guān)鍵用戶定期檢查2D截面庫中2D截面的引用情況，若最近三年時間以來一直未被引用，可判定為此2D截面應(yīng)從2D截面庫中退出，即可發(fā)起“2D截面終止流程”，經(jīng)審批通過后，退出的2D截面將不能被再次引用，若需要引用時，需要重新申請后再添加到2D截面庫里。

5.32D截面的修改

如果對已經(jīng)生效的2D截面進行修改，首先要將2D截面的模型PART文件或EXCEL文件的版本進行升版選擇要修改的文檔，通過對模型PART文件的尺寸標(biāo)注位置等進行修改，或?qū)XCEL文件中的關(guān)鍵變量參數(shù)值進行修改，確認(rèn)修改后按規(guī)定重新執(zhí)行“2D截面審批流程”，審批通過后，文檔狀態(tài)自動轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)布狀態(tài)，新版本生效。

6結(jié)語

通過建立企業(yè)級的2D截面庫，為每種型材的截面建立并錄入?yún)?shù)化的2D草圖模型，產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)工程師只需從分類庫中調(diào)入2D截面草圖即可在建模環(huán)境拉伸生成實體模型，節(jié)省了設(shè)計數(shù)模的時間。同時，2D截面庫中的截面草圖都是經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化審核后的截面草圖，可使設(shè)計效率大大提高。通過建立企業(yè)級2D截面庫的有效管理體系，減少了產(chǎn)品設(shè)計工程師無效、重復(fù)或低值的勞動時間，降低了產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計成本，提高了產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量和效率。

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