應用UG/KF 的直筒散裝水泥罐車 零部件參數化設計

諶炎輝， 梁 輝， 徐武彬， 李 冰

（1. 廣西工學院機械系，廣西 柳州 545006；2. 廣西柳州鋼鐵集團公司動力廠，廣西 柳州 545002）

由于散裝水泥車具有運輸效率高、有利于安全運輸、保持水泥的完好率、減輕裝卸強度和改善裝卸條件以及降低運輸成本等優點[1]，再加上國家促進散裝水泥車發展的相關政策法規等原因，導致了對散裝水泥車大量需求，成為發展很快的專用車品種之一。為適應市場的需要，專用車生產廠家必須在產品結構上不斷改進，在保證罐式車罐體有足夠的結構強度的前提下，降低整車自重，增大裝載量。此外，由于市場的需求多樣化，散裝水泥運輸車多屬于多品種小批量產品，從訂貨到交車周期只有8至10天。而目前的散裝水泥車設計方法，產品設計周期大約為6到 8天，傳統的設計理念和方法很難滿足設計和生產要求，在現有產品的設計知識基礎上降低新產品的開發周期成為重重之重。

基于三維CAD 軟件的參數化設計技術已基本實現了標準件等零部件的參數化設計[2-3]，在進行直筒散裝水泥罐車參數化設計系統開發時，采用了基于UG/KF 技術的知識模型的參數化設計系統，運用知識規則和推理，能很好的解決這一問題。為了實現友好的人機界面，采用UG/API技術開發了人機接口程序，使得在不了解直筒散裝水泥罐車罐體內部參數設計和DFA 程序開發的情況下也能操作設計系統進行產品設計。

1 相關知識

1.1 UG/KF 簡介

UG知識熔接 (Knowledge Fusion，簡稱KF)是建立在Intent之上的基于知識的工程語言[4]，為產品設計者獲得和操縱工程規則、設計意圖提供了一套強有力的工具?？梢宰層脩糸_發應用系統，通過工程規則而不僅僅是幾何尺寸類參數驅動來控制UG對象，超越了單純的幾何建模。通過知識熔接可以構造完全重復使用的知識庫，很容易實現產品的參數化設計。

KF采用創成機制(Generative)和采用機制(Adoption)將知識與CAX系統融合，能訪問數據庫和電子表格等外部知識數據源，并提供了與分析、優化等模塊的接口程序。

UG/KF 中是通過屬性參數(Attribute)、類(Class)和函數(Function)來實施工作的，也就是把工作內容和思路用它們表達出來，用記事本寫成純文本文件。UG 系統本身提供了大量的類(Class)和函數(Function)，用戶也可以用KF 語言編寫自己的類和函數來調用其他的類和函數，或被調用。

1.2 直筒散裝水泥罐車簡介

直筒散裝水泥罐車罐體主要由罐筒、橫支撐總成、支撐梁、側滑料板、多孔板、中間隔倉板、中間滑料板、封頭總成等部件組成。如圖1 所示，直筒散裝水泥罐車的工作原理為：空氣壓縮機通過多孔板(5)的小孔將空氣從下部壓入到密封的容積空間中，在主滑料板(4)和副滑料板(3)的共同作用下流化，這時候罐體中的氣壓大于外界氣壓，開關打開后，散裝水泥在壓力差的作用下從罐中排出，從而達到取料的目的。圖1 中(1)和(2)分別為橫支撐和筋板。

圖1 罐體結構圖

1.3 基于UG/WAVE 技術參數化設計的缺陷

直筒散裝水泥罐車罐體的內部結構復雜、零部件間關聯性很強，在設計過程中用到大量的輔助面來實現零部件的修剪、定位等操作，使得在進行參數變化時因為修剪、定位輔助面在實體外而導致設計失敗。如圖2 為基于WAVE 技術建模的直筒散裝水泥罐車罐體模型在進行參數變化時，由于罐筒長度變化引起封頭建模時用到的輔助修剪面完全位于封頭實體的外面而導致參數更新失敗。

圖2 參數化設計失敗實例

2 基于KF 的水泥罐車罐體系統設計流程

水泥罐車設計系統綜合利用VC++、UG/KF、UG/Open 等開發工具，在UG 環境下建立以KF技術為基礎的產品設計知識模型，以UG 二次開發技術建立快速設計系統的人機接口和知識模型的參數化設計。能實現水泥罐車的快速參數化設計和創新設計，并能實現設計知識的重復利用。圖3 為水泥罐車設計系統的基本框架。

圖3 基于KF 的水泥罐車設計系統框架

3 基于KF 的直筒散裝水泥罐車零部件參數化設計

根據對水泥罐車罐體結構及其部件間關聯關系的分析和設計數據的處理，運用UG/KF技術，把水泥罐車的設計方法、設計步驟和設計計算融合在一起，從而實現水泥罐車罐體零部件的自動設計，然后利用UG提供的虛擬裝配技術實現罐體模型的參數化設計。圖4為UG/KF環境下直筒散裝水泥罐車零部件設計的基本流程。如1.3節中出現的情況，在采用KF設計時可以由罐筒零件的參數以規則的形式控制封頭的輔助修剪面的位置，并實現相互之間的相關參數化而解決前面因為輔助修剪面完全位于實體的外面而導致參數更新失敗的問題。

圖 4 基于KF的零部件設計流程圖

下面以橫支撐為例，介紹基于UG/KF創成方式的水泥罐車罐體零部件具體設計過程：

（1） 從產品數據庫輸入產品參數和產品內其它零部件相關參數，由ug_expression 類定義，要輸入的參數包括罐筒直徑、橫支撐的定位參數等。

（2） 定義規則，將產品設計知識以規則實現，由輸入參數通過規則變化后得到橫支撐設計過程中需要的所有參數并使所有的參數在輸入參數變化時能根據產品設計知識進行變化（由規則定義實現）。

（3） 定義橫支撐的基本體，由ug_cylinder類定義，參數包括直徑、高度和定位參數等。

（4） 定義橫支撐的結構特征，由ug_cylinder類或ug_block 類定義并與基本體進行布爾運算得到。

（5） 定義屬性，為產品添加必要的屬性（如材料、比重等），以便進行產品設計、分析、計算等。

（6） 輸出影響其它零部件設計的參數和DFA 文件等。

（7） 生成產品實例（三維實體模型），零部件設計結束，圖5 為基于KF 設計的橫支撐實例。

相對于一般的參數化設計方法，基于KF 的設計方法將產品的設計知識以規則的形式融入直筒散裝水泥罐車零部件模型中，并可以以添加屬性的形式將產品設計、計算和分析等需要的知識加入產品零部件模型，從而體現了知識模型的應用。

圖5 橫支撐的創成設計模型

4 總 結

由于直筒散裝水泥罐車罐體的內部結構復雜、零部件間關聯性很強，在使用UG 相關參數化設計方法進行設計的過程中用到大量的輔助面來實現零部件的修剪、定位等操作，使得在進行參數變化時因為修剪和定位的輔助面在實體外而導致設計失敗。為了解決這一問題，本文在UG 環境下通過綜合利用UG/KF 技術和UG/API技術開發了直筒散裝水泥罐車參數化設計系統。采用UG/KF 創成法等方法建立水泥罐車罐體的三維模型，并應用UG/API 技術開發了人機接口程序。使得設計過程簡潔明了，大大減少了設計時間，同結構類型產品只需要變更參數就可以簡單實現參數化設計，新類型產品也可以以DFA文件的形式實現設計知識的重用，在企業要求的時間內開發出合格的產品。該系統已經成功運用于廣西柳州運力專用汽車股份有限公司進行產品設計，很好地解決了以前設計周期長、設計工作量大的問題。

[1] 謝開泉. 我國散裝水泥車市場情況分析及未來預測[J]. 專用汽車, 2007, (7): 15-17.

[2] 張應中, 羅曉芳. 基于UG/Open API技術的參數化標準件庫的開發[J]. 計算機工程, 2003, 29(21): 180-181.

[3] 康榮學, 宋 健, 王語風. UG環境下汽車制動產品標準件數據庫的建立[J]. 2004, 26(11): 18-20.

[4] 王 剛, 等. UG 知識熔接技術培訓教程[M]. 北京:清華大學出版社, 2002. 1-52.