搜索塔式起重機CAD整體信息模型體系研究
2013-05-21 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
建立塔式起重機CAD整體信息模型,在整機性能參數(shù)的統(tǒng)一控制下完成總體布局、外觀造型設(shè)計、整機穩(wěn)定性計算、鋼結(jié)構(gòu)強度和剛度優(yōu)化設(shè)計、零部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、可靠性分析、整機模型動態(tài)試驗等設(shè)計過程,并對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行計算機評價,結(jié)合運用資源庫、繪圖CAD等,繪制塔式起重機的整套設(shè)計文件,自動生成產(chǎn)品的工藝文件。這些過程基于對塔式起重機設(shè)計時CAD信息空間進(jìn)行分析,構(gòu)造出整機的CAD信息模型,為設(shè)計過程中的信息交換、數(shù)據(jù)共享提供基礎(chǔ)。
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關(guān)鍵字:塔式起重機 CAD 整體信息模型 整體協(xié)調(diào)性
建筑機械CAD技術(shù)在國內(nèi)正逐步得到應(yīng)用。對塔式起重機來說,其產(chǎn)品開發(fā)目前仍以傳統(tǒng)設(shè)計方法為主。雖然塔式起重機局部設(shè)計已采用CAD方法,但其總體布局優(yōu)化、整機性能規(guī)劃、各主要部件優(yōu)化、運動的約束分析、結(jié)構(gòu)強度和剛度優(yōu)化設(shè)計與計算、可靠性分析與計算、人機工程及模型試驗等總體性問題,CAD技術(shù)研究尚較少。筆者對塔式起重機CAD整體信息模型進(jìn)行研究。
1 整體信息模型結(jié)構(gòu)與功能
根據(jù)廣義優(yōu)化設(shè)計理論,筆者構(gòu)造的塔式起重機設(shè)計軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。
圖1 塔式起重機CAC整體信息模型軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1.1 主系統(tǒng)
主系統(tǒng)用于整體信息模型的管理與控制,對各部分信息中相關(guān)信息進(jìn)行處理與傳輸。如在塔式起重機的性能參數(shù)輸入后,訪問模型庫,獲得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)型式;通過接口調(diào)用計算軟件包(有限元計算等),或當(dāng)過程設(shè)計結(jié)果出現(xiàn)矛盾時,根據(jù)重要性等級進(jìn)行判別和合理取舍;在外觀設(shè)計或結(jié)構(gòu)設(shè)計時,出現(xiàn)與性能參數(shù)控制下的配套件選擇結(jié)果相矛盾時,服從性能參數(shù)作用的結(jié)果,或提出改進(jìn)意見。在設(shè)計過程中,隨時可進(jìn)行相關(guān)訪問和數(shù)據(jù)調(diào)用,以保證設(shè)計的合理性,減少設(shè)計失誤,節(jié)約時間,提高設(shè)計質(zhì)量。
1.2 資源庫
資源庫向系統(tǒng)提供塔式起重機產(chǎn)品信息和數(shù)據(jù)。模型庫貯存塔式起重機的結(jié)構(gòu)型式和現(xiàn)有產(chǎn)品的成套設(shè)計圖形與技術(shù)文件;數(shù)據(jù)庫儲存塔式起重機產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù),如國家標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、常用外購件數(shù)據(jù)等,以及已開發(fā)產(chǎn)品和正在開發(fā)產(chǎn)品所需的各種基本數(shù)據(jù);知識庫是為了便于設(shè)計人員掌握塔式起重機行業(yè)發(fā)展動態(tài)建立的產(chǎn)品信息庫,如塔式起重機各部分工作原理、結(jié)構(gòu)組成、名詞術(shù)語、行業(yè)技術(shù)情報資料等;優(yōu)化方法庫提供常用的優(yōu)化設(shè)計方法,用于產(chǎn)品的造型、結(jié)構(gòu)、運動分析及局部模型等的優(yōu)化;專家系統(tǒng)庫對開發(fā)的產(chǎn)品進(jìn)行高層次評價,計算出設(shè)計產(chǎn)品的可靠性指標(biāo),按國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全方位驗收和考核,提出問題和改進(jìn)措施,針對生產(chǎn)過程中可能涉及到的工藝問題給出適當(dāng)?shù)膶Σ?。對系統(tǒng)的資源庫可以通過接口隨時補充和修改,以便于掌握行業(yè)動態(tài),適應(yīng)行業(yè)發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)更新,吸納國內(nèi)外其他產(chǎn)品優(yōu)點,保持系統(tǒng)的先進(jìn)性。
1.3 接口
圖形的輸入和輸出功能可向系統(tǒng)錄入圖形模型、外購件模型等,也可與繪圖機相連以輸出產(chǎn)品的設(shè)計文件和工藝文件圖等。計算軟件包的調(diào)用可在設(shè)計過程中的任一時刻進(jìn)行,既有大型的有限元計算分析程序,也有塔式起重機設(shè)計計算中涉及到的各種專門化計算軟件。同時,可對最終設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行模擬試驗和產(chǎn)品性能測試。試驗結(jié)果可直接輸出,也可送至專家?guī)爝M(jìn)行分析、審定。
2 系統(tǒng)建模技術(shù)問題
2.1 整體信息模型的建立
采用IDEF1x方法建立信息模型。具體方法如下:①對塔式起重機設(shè)計、生產(chǎn)制造的信息資料分析對比,合理歸類,列出每一任務(wù)之間的流向清單,建立整體模型;②由各種任務(wù)抽象出整機布局,確立功能設(shè)計、造型設(shè)計的技術(shù)路線,定義零部件自身的設(shè)計特征和設(shè)計變量;③劃分信息實體、確立信息實體之間的關(guān)系,這一部分除了用語言描述外,應(yīng)盡可能實現(xiàn)量化計算;④定義信息屬性;⑤排列出信息的空間結(jié)構(gòu)。
信息空間在縱向平面內(nèi)的層次采用塔型結(jié)構(gòu):最低層為各種信息層;節(jié)點層為各階段各層次結(jié)構(gòu)模型層;最高層為塔式起重機CAD整體信息模型(見圖2)。
圖2 縱向平面信息塔型結(jié)構(gòu)圖
2.2 系統(tǒng)信息分解與綜合
(1)系統(tǒng)信息分解 根據(jù)塔式起重機CAD整體信息的功能要求,首先將信息分解為系統(tǒng)信息和功能塊信息。然后將功能塊信息分解為子系統(tǒng)信息和子功能塊信息,如此劃分直至最小功能塊信息。同時,將所有信息分解為獨立信息和關(guān)聯(lián)信息。按一定的規(guī)則,給各種信息以編碼。如系統(tǒng)信息代碼為a,b,c,……,一級功能塊信息分別用一位數(shù)字編為1,2,3,……, 二級子功能塊分別在前一級功能塊代碼后后綴一位數(shù)碼,如功能塊3的第5子功能塊,其編碼為35,以此類推。
系統(tǒng)信息用信息相關(guān)系數(shù)來區(qū)分控制信息與相關(guān)信息:全相關(guān)時為1,獨立時為0,其他情況用0~1之間的相關(guān)系數(shù)表示。
(2)信息綜合關(guān)系 在塔式起重機CAD過程中,信息綜合主要是處理各種信息的制約關(guān)系,以分清主次,尤其是出現(xiàn)在某一約束下,一部分設(shè)計任務(wù)與另一部分設(shè)計任務(wù)存在矛盾或干涉時而決定取舍,從而達(dá)到整體設(shè)計的高度協(xié)調(diào)。為了保證這種信息協(xié)調(diào)關(guān)系,在信息關(guān)系確定后,獨立信息可直接處理,相關(guān)信息則按信息關(guān)系取大原則從大到小,順序處理設(shè)計流程中的信息,取大原則優(yōu)先考慮重要的、相關(guān)系數(shù)大的信息。
令塔式起重機CAD整體信息中全部信息的總體論域為U,論域U的元素分別用x1,x2,…,xn表示塔式起重機設(shè)計過程中的各種信息。信息相關(guān)重要性分為“極重要、非常重要、相當(dāng)重要、比較重要、略重要、稍微重要、不重要”。對應(yīng)的系數(shù)分別為1、0.9、0.8、0.7、0.5、0.3、0。由此,可用關(guān)系矩陣來處理信息[2]。
建立關(guān)系矩陣便于信息的查詢。信息處理控制規(guī)則由條件語句來描述。最終按“取大原則”,優(yōu)先考慮相關(guān)系數(shù)大的情況。這種模糊控制的思想比較符合設(shè)計人員的傳統(tǒng)習(xí)慣。
3 軟件研制與應(yīng)用
塔式起重機CAD整體信息模型以計算機為核心,硬件配置選用現(xiàn)行的通用設(shè)備。軟件包括圖形處理、數(shù)據(jù)計算、信息處理、優(yōu)化設(shè)計及專家系統(tǒng)等。對于塔式起重機這種專業(yè)產(chǎn)品,除了采用有限元分析程序、常用的優(yōu)化程序、CAG等軟件外,大多數(shù)軟件是結(jié)合塔式起重機產(chǎn)品專門開發(fā)和研制的,由各部分程序匯集成整體系統(tǒng)。
本課題的開發(fā)應(yīng)用首先選擇了QTZ200型塔式起重機作為應(yīng)用研究對象。考慮到數(shù)據(jù)共享及其適應(yīng)性,系統(tǒng)設(shè)計時,主系統(tǒng)、接口以及資源庫部分內(nèi)容并不局限于QTZ200型塔式起重機,同樣適用于同類型其他系列產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用。模型庫中建立了4種塔式起重機模型,圖形豐富。根據(jù)設(shè)計要求,QTZ200型塔式起重機性能參數(shù)可通過人機界面以對話方式錄入,部分基本參數(shù)見表1。
在總體性能參數(shù)要求下,設(shè)計過程中錄入系統(tǒng)所需其它結(jié)構(gòu)參數(shù)變量。系統(tǒng)運行后的結(jié)果與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T5037《塔式起重機分類》中對該機型要求相比,具有明顯的優(yōu)越性。按國標(biāo) GB9462《塔式起重機技術(shù)條件》中分等規(guī)定,其自重系數(shù)、能耗系數(shù)和作業(yè)空間系數(shù)3項考核指標(biāo)均優(yōu)于現(xiàn)有優(yōu)等品的規(guī)定。其主要性能指標(biāo)優(yōu)于處于國內(nèi)領(lǐng)先水平的同類機型,接近QTZ250型塔式起重機性能指標(biāo)。
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