張 輝， 于萬成

（太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024）

CAD[1]技術的廣泛應用為產品設計提供了豐富的設計資源，合理的利用這些資源能夠有效的縮短產品開發周期，提高產品設計質量。目前，由于起重機設計參數繁多，一個零、部件可能涉及到數十個參數，這些參數僅靠人力管理就顯得非常吃力。同時，由于很多設計單位仍然采用手工繪圖方式，這種繪圖方式較為繁瑣，同時由于設計人員在設計計算上對于系數取值的差異，導致同一批產品個性化設計較多，設計的規范性較差。隨著計算機技術的發展，數據庫管理系統引入到人類的日常生活中，在數據庫[2]強大的功能下，日常的數據管理顯得非常容易。因此采用數據庫技術管理產品的參數化及CAD 二次開發，能夠極大的提高工作效率，縮短設計周期，實現產品的快速化、規范化設計。

1 橋式起重機設計系統

本文針對橋式起重機整體結構，采用面向對象的設計思想，結合數據庫技術和CAD 技術，以Windows 操作系統作為平臺，采用C 號作為開發工具，以Access 數據庫作為后臺數據存儲空間，設計并實現了基于C 號的橋式起重機參數化管理系統，其系統工作流程和模塊劃分如圖1 所示。

該系統主要包括數據庫模塊、設計計算模塊、優化設計模塊，通過參數化繪圖模塊、快速報價模塊、說明書生成模塊生成由于指導生產的CAD 圖形文件，提供經銷人員的報價單文件和整體計算過程的計算說明書文件。

圖1 系統工作流程和模塊劃分

2 系統的模塊劃分

本軟件結合了軟件工程中高聚合、低耦合[3]的特點采用模塊化的設計方法實現了各個模塊。總體來說，軟件可以劃分為以下幾個模塊：

2.1 數據庫模塊

該模塊首先根據用戶的需求以及前期設計方案選擇相應的大、小車結構型式，同時輸入該起重機設計所需要的主要參數如跨度、起重機運行速度、主小車起重量、主小車運行速度、主小車起升高度、副小車起重量、副小車運行速度、副小車起升高度以及主副小車左右極限等主要參數，然后利用數據庫中的查詢機制從Access 數據庫中查找與之最相近的產品參數，讀入該產品原始參數作為初始數據，如果有需要修改的數據，可以進行相關數據的修改工作，整個數據修改完畢后，數據庫將所有數據作為一個數據集存入數據庫中，為將來數據的可追溯性和重用性提供保證。

2.2 設計計算模塊

該模塊以C#編程語言，對橋式起重機橋架結構進行參數化的數學建模，并將其封裝為CQZJ 類，該類針對橋式起重機橋架結構的強度、剛度和穩定性[4]進行數學計算。并結合Access 數據庫對數據進行靈活、方便的管理，保證了數據的唯一性促進了同類工程數據的一致性。

2.3 優化設計模塊

該模塊采用遺傳算法（Genetic Algorithm，簡稱GA）進行優化設計。其優化算法既能保留弱搜索方法能搜索到全局的最優點，又能有強搜索方法的高尋優速度和效率，GA 就是強搜索方法和弱搜索方法的折中[5，6]。本系統以起重機橋架結構自重最輕作為優化的目標函數，以主梁截面參數如主梁的高度和寬度、主梁下蓋板厚、主副腹板厚度作為優化變量，以現行《起重機設計手冊》和《起重機設計規范》中規定的起重機金屬結構所應滿足的強度、剛度和穩定性以及制造工藝和尺寸限制等作為優化的約束條件。進行優化設計時，設計師只需要輸入基本設計參數，系統通過調用優化設計模塊，運行后提供一組符合設計要求的最優截面尺寸參數。

2.4 參數化繪圖模塊

該模塊主要應用參數繪圖技術，其核心思想是：通過C#編程生成接口文件，用SCR 命令組文件或DXF 文件來進行參數化設計及繪圖[7]。其優點是形式直觀，可以使用AutoCAD 中的所有繪圖命令，自動進行圖紙的生成工作，同時輸出詳細的材料明細表。

2.5 快速報價模塊

該模塊嵌入到整機及部件的設計計算過程中，在完成橋式起重機的整機設計之后，相關部件的直觀成本便存儲到數據庫中。在進行整機及部件快速報價時只需從數據庫中讀取橋式起重機各個部件的直觀成本，然后銷售人員在相關界面上輸入影響產品關聯成本的因素系數，最后點擊計算報價即可完成對整個橋式起重機的報價，這樣簡化了產品報價的過程，提高了企業效率。

2.6 說明書生成模塊

該模塊利用Microsoft Word 提供的COM（Component Object Model，組件對象模型）接口，引入MS Word9 類，該類能夠控制Word 軟件的啟動、關閉以及文字、圖片、表格等操作。將MSWord9 類應用到橋式起重機結構的計算說明書模塊，開發出圖文并茂的計算說明書，編程簡單靈活，結構化能力強，文件形式較為簡單[8]。

快速報價模板和說明書文件模板設計時，首先由客戶給出一個Word 模板文檔，然后根據Word 對象的應用特點，只需要在說明書中設定好標簽即可在程序中將相應的數據內容自動填寫到設計好的位置處，對于數據表格來說也可以采用相同的辦法。最后生成Word 說明書文件時也可以進行簡單的編輯、排版等操作。

3 關鍵技術

3.1 起重機快速定制技術

以橋式起重機為對象，以客戶需求驅動為基礎，對產品功能模塊進行詳細分析，根據質量機能展開原理（QFD）實現功能模塊到產品結構的映射；按照產品模塊劃分方法和原則，將起重機劃分為多級模塊，定義模塊之間的接口；確定研究對象的基本參數；然后將參數化設計方法引入以通用化和標準化為前提的模塊化設計方法中，重點研究柔性化模塊的形成機理，病機案例起重機的柔性化模塊；根據參數化模型驅動機制，選取部件參數化模板文件夾，進行柔性模塊的參數化設計，最終形成滿足客戶需求的工程圖紙和產品相關文檔。

3.2 起重機優化設計技術

以橋式起重機為對象，通過建立起重機的結構的產品數據庫；根據多種設計方法的起重機結構設計步驟，結合起重機結構設計師的長期積累的設計經驗和建立的產品數據庫確定出起重機的基本尺寸，針對不同類型、不同噸位、不同工作級別的起重機結構具有的特點，總結、歸納出不同的優化方法。

3.3 面向對象技術

本系統開發所采用的是面向對象技術，封裝和繼承就是面向對象的兩個常用方法。比如針對Access 數據庫和Word 軟件的操作，并且每個操作員只能操作自己權限的數據。這樣就保證了數據有更高的安全性。

4 結語

本文對橋式起重機模塊化參數化設計系統的各個模塊及關鍵技術進行了詳細的介紹，通過模塊化參數化設計方法幫助設計工程師實現起重機快速定制設計、優化設計，達到減少企業的生產成本，提高起重機的市場適應性，并實現了基于模塊化參數化的橋式起重機設計系統。該系統使用簡單方便，運行速度快，生成圖紙質量高。在傳統方法的基礎上提高了起重機的設計效率，降低了設計成本，提高了企業市場競爭力。