現今，隨著機械加工行業的快速發展，為上下游企業也帶來了越來越多的商機，從企業利益最大化考慮，如何更好的滿足客戶需求且改善、提高機械加工業的生產效率并降低生產成本成為上下游行業考慮的關鍵。隨著計算機技術、網絡技術、信息技術的高速發展，越來越與工業生產、社會生活、工作學習等方面緊密聯系，其中機械制造自動化就是機械生產行業與計算機技術、網絡技術、信息技術相結合的產物。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出高性能、高可靠的機械產品呢？以下兩個因素是關鍵所在：
第一，建立一個全方位的PDM系統，實現產品相關數據、過程和資源的集成化管理；
第二，仿真技術在機械制造自動化中的運用，減少產品研發的人力、物力，節省時間，縮減開支，提高產品的成功率。
1 基于PDM的仿真技術
機械制造自動化發展至今，已經與計算機輔助制造、計算機集成制造等概念相聯系，它是制造技術、控制技術、現代管理技術和信息技術的綜合。產品的生產過程與零部件信息、結構配置、文件、CAD/CAE/CAPP/CAM電子文檔、異構數據、審批信息等各階段數據緊密聯系，由此則需要提供一個平臺合理的將各個階段數據無縫集成，產品數據管理系統（Product Data Management，簡稱PDM）則應運而生，如圖1所示。PDM技術的產生為許多相關技術起到了助推作用，其中包括仿真技術。
圖1 PDM與CAX之間的關系
如制造一臺物理樣機之前，需要先對產品做仿真設計及測試。首先，基于PDM系統實時獲取產品的相關信息，如零部件信息、結構配置信息、文件信息、CAD/CAE/CAPP/CAM電子文檔信息等，建立該產品的三維數字化模型；接著，從PDM系統獲取分析數據，進行靜力學、運動學和動力學分析，預測整體性能，并利用分析過程中的反饋信息不斷指導設計，更好的完成機械產品仿真設計。一個完善的PDM系統能更好的實現產品仿真，并達到優化設計。
仿真技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的數字模擬，以發現制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防的措施，從而達到產品一次性制造成功、降低成本、縮短產品開發周期、增強產品競爭力的目的。這里，我們主要研究仿真設計系統的開發。
2 仿真設計系統的關鍵技術
2.1 數據管理
仿真設計系統是一個大型綜合系統，涉及的知識面廣泛，往往需要實時采集、加工、處理、輸出大量的數據，因而仿真設計系統需要一個大型數據庫系統的支持，SQL Server數據庫管理系統成為我們的首選。SQL Server數據庫管理系統具有可靠性、可用性、可編程性、易用性等特點，能夠高效、可靠的管理產品設計過程中產生的大量數據，更好的配合前臺工作。
ADO.NET是一種廣泛使用的數據庫接口技術，可以使用ADO.NET類庫中的庫函數調用公用接口訪問數據庫的內容，并利用Data Set將數據駐留在內存，供應用程序使用。這樣，ADO.NET為SQL Server與CAD仿真組件應用程序方便的搭建數據橋梁，如圖2所示。
圖2 SQLServer、ADO.NET及仿真組件的關系圖
2.2 SolidWorks仿真軟件的二次開發
SolidWorks是一種全新的三維機械仿真軟件，同其他的CAD軟件一樣，是針對整個制造業所設計的通用軟件，而不是為某個具體行業和企業量身訂制的，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，實現三維CAD系統的專業化和本土化。
對SolidWorks做二次開發，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，提供全參數化三維實體造型設計；第二，SolidWorks提供了幾百個API函數，為二次開發提供了充分空間。SolidWorks二次開發可以采用OLE技術和COM技術兩種方式。利用OLE技術可以開發獨立的可執行程序（*.exe），用戶可以使用來自兩個或多個Windows應用程序的資源來解決復雜的應用系統；基于COM技術可以使用最多的SolidWorks API函數，生成*.dll格式的文件，加載到主架構軟件中，形成二次開發軟件系統的一個插件。一般情況下，在執行SolidWorks中的大部分操作時，模塊內的DLL比模塊外的EXE執行速度快許多，因此采用COM技術開發方式比較多。這里，我們使用SolidWorks對機械產品仿真設計進行有效的研發并投入使用。
在世界編程語言排名居前列的C#是一個純面向對象的程序設計語言，功能強大、易學易用，其編譯環境提供了與其他軟件系統良好的接口，很適合對SolidWorks進行二次開發。因此，我們采用COM技術，利用C#對機械產品仿真應用系統中的一個零件做SolidWorks仿真模塊二次開發。這樣需要將SolidWorks API函數庫導入C#編譯環境，產品研發過程中根據需要選取相應的SolidWorks API函數，完成零件的仿真設計，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，在導入函數庫的基礎上進行程序編碼，代碼經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用系統中，由此系統便可以在需要的地方創建Parts DLL中類的對象并進行對象行為的執行，如圖3所示。
圖3 仿真應用系統中SoildWorks的二次開發
將基于SolidWorks二次開發的仿真應用系統再進一步開發成支持網絡的仿真協同設計系統，可以充分地利用異地資源，大大提高設計效率、減少設計成本。
3 錐齒輪的仿真實現
錐齒輪廣泛應用于航空、航天和工程機械傳動系統中，具有傳動平穩、承載能力強等優點，具有很好的應用前景。但其結構復雜，利用傳統設計方式很繁瑣，而在仿真應用系統中研發錐齒輪可以靈活設計，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。
3.1 建立數據庫
我們采用SQL Server創建零件數據庫Parts.mdf，并在其中創建主要的、常用的零件表，這些表中的字段就是此零件的對應參數，包括序號、名稱、形狀參數和定位參數。這里我們創建錐齒輪表（即Bevel Gear表），Bevel Gear表的結構如表1所示。
表1 Bevel Gear表的結構
3.2 利用零件仿真模塊實現錐齒輪的仿真設計
在建立好數據庫的基礎上，從Parts DLL仿真組件中提取錐齒輪的仿真設計模塊，生成可執行對象，此對象利用ADO.NET中的Data Adapter獲取數據庫Parts中表Bevel Gear的錐齒輪記錄數據，存人Data Set數據集中；然后，可執行對象從數據集中提取需要的數據傳遞給錐齒輪的相應參數，生成錐齒輪的三維仿真數據模型，由此完成錐齒輪的仿真設計，如圖4所示。
圖4 錐齒輪三維仿真數據模型
3.3 仿真測試
錐齒輪的性能越佳越能發揮機器的最佳性能，優化設置錐齒輪的傳遞力矩是輔助整體機器高效運轉的關鍵之一。這樣，我們就需要對生成的仿真模型進行仿真測試，如果仿真環境中測試性能不理想，則需要返回仿真設計做分度圓直徑、輪轱寬度、花鍵槽內外直徑等參數調整，繼而再進行仿真測試，這樣循環一直到獲取錐齒輪的最優性能參數為止。
4 結束語
仿真設計所產生的大量仿真數據在PDM平臺管理下，具有很好的可控性、經濟性、無破壞性，不受外界條件的限制，可以多次重復使用，充分發揮了仿真設計的作用；進而提高產品的研發效率、降低產品故障率，所以仿真技術在產品制造方面的應用非常廣泛。
核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://m.lukmueng.com/
相關文章
