基于三維CAD的智能化工裝設計與管理系統研究

摘 要：基于三維CAD的智能工裝設計與管理系統利用智能與交互相結合的手段，將工裝設計人員從大量煩瑣的設計制圖工作中解脫出來，有更多的時間從事高層次的創造性研究工作，并且可以將設計者的創新知識、實踐經驗、規范、準則保存，再利用。改變企業工裝設計人員的工作性質，不僅會帶來很大的經濟效益，而且會帶來巨大的社會效益。目前該系統正在某企業中進行試用。

關鍵詞：三維;CAD;智能化;工裝設計;管理系統

一、 系統特點

與傳統的單純運用CAD軟件進行工裝設計相比，基于三維CAD的智能化工裝設計系統具有以下的特點：（1）基于知識的工裝快速設計;（2）基于PDM的集成化工裝數據管理;（3）實現工裝申請、設計、制造、使用全過程控制。

二、 工裝設計系統流程

系統工裝設計部分基于三維CAD平臺，實現各類工裝的部分自動化和智能化三維設計，在三維實體的基礎上，能較快速地生成所需的二維工程圖。基于三維CAD，能在二維裝配工程圖中較為快速的標注零件序號和生成明細表，能在二維零件圖中較為快速地完成尺寸、形位公差、粗糙度等標注。

整個系統由工裝設計與工裝管理兩部分組成，工裝管理部分功能的實現交由相關的PDM運營商進行。

三、 系統功能

（一）工裝設計系統功能

1. 設計子系統功能

夾具、模具、刀具、量具設計子系統功能類似，以模具設計子系統為例進行功能說明。模具設計子系統主要包含以下一些主要的功能。

（1）信息輸入通過用戶界面輸入待加工模具的材料、材料厚度、零件尺寸、零件精度以及相應的沖壓工藝等信息。

（2）模具類型選擇根據模具的設計要求選擇模具的加工類型，如果有通用模具符合設計要求，則根據模具的形狀特征選擇形狀類型。

（3）參數確定根據模具類型的選擇，輸入需要查詢的參數（如零件工作范圍），通過知識推理給出推薦的設計參數;根據模具類型，輸入相應的尺寸信息，根據知識計算給出推薦的沖壓參數，如沖裁力、壓力中心等。

（4）三維模型生成與編輯根據所確定的模具設計參數生成三維模型，并結合工藝要求進行編輯修改得到所需要設計模具的結果。

（5）二維繪圖根據設計結果的三維模型得到二維圖，并附帶加工技術要求，得到符合企業要求的模具二維圖紙。

（6）模具圖形庫管理建立及管理模具圖形庫主要包括通用模具庫、典型結構庫、零件庫，圖形庫。

（7）模具知識庫管理建立及管理模具知識庫主要包括模具設計決策知識庫（如模具類型選擇、通用模具選擇、典型模具結構選擇、沖壓數據計算公式等經驗性知識）和模具設計資源庫（如國標、航標、企標、規范等）。

2. 圖形庫管理

圖形庫按工裝類型可分為夾具圖形庫、模具圖形庫、刀具圖形庫、量具圖形庫，各種圖形庫可根據需要隨時擴充。主要的功能包括圖形庫的建立、實例儲存、實例檢索和實例編輯。

3. 知識庫管理

知識庫由夾具設計知識庫、模具設計知識庫、刀具設計知識庫、量具設計知識庫以及相應的工裝設計資源庫（如設計標準、規范等）組成。知識庫管理是工裝設計系統的一個輔助功能，包括各類工裝設計知識的獲取、知識修改及知識庫維護等功能。

（二）工裝管理系統功能

工裝管理系統基于PDM系統對工裝數據和工裝設計流程實現統一管理和控制，主要包括用戶管理、工裝設計流程管理、工裝計劃管理、工裝文檔管理、工裝結構管理和工裝臺賬管理六部分。其具體說明如下。

（1）用戶管理負責對工裝管理系統與PDM數據庫的數據入口進行控制，根據企業的實際建立相應的權限創建，更改或瀏覽業務對象和數據對象。

（2）工裝設計流程管理在PDM下，實現對工裝從設計申請到設計完成歸檔發放整個流程的控制管理，包括工裝更改、停用、報廢的審批流程的管理控制。

（3）工裝計劃管理根據工裝設計流程，在工裝設計申請審批之后進行工裝設計與制造計劃的編制。基于PDM，工裝計劃管理對工裝的設計和制造計劃進行管理。

（4）工裝文檔管理在PDM下，工裝管理系統對于工裝的文檔資料進行分類和管理，如一般文檔、工程圖和模型。

（5）工裝結構管理工裝產品由于復雜程度不同存在各種的工程圖、計算書、工藝規程以及加工指令，因此需要將工裝產品結構化進行管理，對所有工裝產品的信息進行查詢、生成物料清單以及提供最新的零件使用情況。

（6）工裝臺賬管理基于PDM對工裝信息資源的管理，進行匯總，確保工裝信息的及時性、有效性、唯一性，并對相應的零件進行分類和管理，使之成為制訂產品文檔的基礎。以上管理信息均以表單、賬單方式出現。臺賬管理對這些表單、賬單進行分類和管理。

四、 結語

在產品更新換代快、單件小批量生產日益成為制造業生產主流的大環境下，工裝生產準備周期長、成本高、管理落后的狀況，已成為制約制造業發展的絆腳石，越來越無法滿足產品生產的需求。面對國外先進制造業的挑戰，全球經濟一體化的發展趨勢，如何提高我國傳統制造企業工裝或工具的核心競爭能力，縮短與國外發達國家的差距，已成為工裝或工具行業亟待解決的重要問題之一。

參考文獻：

[1]林曉慧.三維CAD技術在機械設計中的應用[J].綠色科技，2019（4）.

[2]徐堯.關于機械設計中三維CAD技術的應用分析[J].技術與市場，2019（1）.

作者簡介：張勁凱，大連遼機路航特種車制造有限公司。