基于結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的系列閥門產(chǎn)品快速設(shè)計實現(xiàn)模式，并以典型閥門產(chǎn)品蝶閥為例，給出了其結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的層次劃分。以通用CAD軟件CAXA實體設(shè)計為支撐平臺，構(gòu)建相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計單元參數(shù)化模型庫，并利用CAXA實體設(shè)計提供的二次開發(fā)接口ICAPI開發(fā)了應(yīng)用程序，實現(xiàn)了參數(shù)驅(qū)動和快速裝配。

　　機械產(chǎn)品的系列化設(shè)計通常遵循基本相同(或相似)的設(shè)計流程，并擁有與設(shè)計流程相匹配的零/部件典型結(jié)構(gòu)。同時，機械產(chǎn)品通常由相關(guān)部件和零件構(gòu)成，其部件則由下一級子部件和零件構(gòu)成;以此類推，可認為產(chǎn)品是由零件按照有序、特定的裝配關(guān)聯(lián)關(guān)系裝配而成的。因此，面向行業(yè)應(yīng)用和產(chǎn)品設(shè)計過程，研究分析特定系列化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與設(shè)計特點，通過合理的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計單元劃分并構(gòu)建其參數(shù)化驅(qū)動模型，實現(xiàn)基于結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的系列產(chǎn)品快速設(shè)計。

1、閥門產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的劃分

　　閥門產(chǎn)品包括蝶閥、球閥、閘閥和插板閥等，廣泛 應(yīng)用于化工、石油和冶金等工業(yè)領(lǐng)域的管路流體輸送系統(tǒng)，是典型的系列機械產(chǎn)品。分類進行的產(chǎn)品系列化設(shè)計通常在公稱壓力(PN)、公稱通徑(DN)、驅(qū)動方式三個維數(shù)方向上展開，并通過系列維數(shù)方向的組合而形成相關(guān)的系列產(chǎn)品。同時，系列閥門產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要由閥門主體結(jié)構(gòu)與驅(qū)動裝置兩大組成部分構(gòu)成，并遵循圖1所示的閥門產(chǎn)品設(shè)計流程。

圖1 閥門產(chǎn)品設(shè)計流程

1.1、結(jié)構(gòu)設(shè)計單元概念

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的概念具有廣泛含義，它可以是一個零件、或一個復(fù)雜裝配結(jié)構(gòu)體的局部典型設(shè)計結(jié)構(gòu)形式、或由多個零件組成的部件(子裝配)，也可以是具有設(shè)計關(guān)聯(lián)關(guān)系的零件集合(組合件)。向下可自動分解為相關(guān)零件，向上可組合成相應(yīng)部件。綜合而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計單元是指構(gòu)成某一產(chǎn)品的、具有一定的裝配和設(shè)計關(guān)聯(lián)關(guān)系并可獨立參數(shù)驅(qū)動的零件、部件、組件或局部典型結(jié)構(gòu)的設(shè)計關(guān)聯(lián)體。

　　本文結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的劃分，其出發(fā)點與產(chǎn)品模塊化設(shè)計中側(cè)重于產(chǎn)品或零/部件的形狀結(jié)構(gòu)分類的設(shè)計思想相近，但真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認為更應(yīng)該強調(diào)設(shè)計關(guān)聯(lián)性和遵循特定產(chǎn)品的設(shè)計慣例。

1.2、閥門產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計單元劃分

　　合理劃分結(jié)構(gòu)設(shè)計單元是實現(xiàn)系列閥門產(chǎn)品快速設(shè)計的基礎(chǔ)。系列閥門產(chǎn)品設(shè)計在總體設(shè)計參數(shù)(設(shè)計問題的描述及產(chǎn)品屬性)定義之下，按照設(shè)計過程確定的零/部件生成順序，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)具有很強的繼承性和設(shè)計關(guān)聯(lián)性，產(chǎn)品上級構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式與尺寸參數(shù)，定義或?qū)Ш搅讼录壗Y(jié)構(gòu)構(gòu)件的生成。因此，本文基于產(chǎn)品設(shè)計流程、零/部件生成順序并綜合考慮產(chǎn)品設(shè)計者的思維方式和工作慣例，將特定閥門產(chǎn)品的零/部件設(shè)計分解為以結(jié)構(gòu)設(shè)計單元為基本驅(qū)動元素的設(shè)計關(guān)聯(lián)體，提供閥門產(chǎn)品快速設(shè)計的高效參數(shù)化驅(qū)動單元，從而將復(fù)雜的設(shè)計問題逐級分解成相對獨立并簡化的設(shè)計子問題，并通過預(yù)先構(gòu)建和定義相關(guān)設(shè)計單元之間(以及設(shè)計單元內(nèi)部)的裝配關(guān)聯(lián)和約束關(guān)系，實現(xiàn)零/部件造型設(shè)計與快速裝配。典型閥門產(chǎn)品(蝶閥)的結(jié)構(gòu)設(shè)計單元劃分見圖2。圖2中的實心黑色菱形表示聚合關(guān)系，空心箭頭表示泛化關(guān)系。

圖2 典型閥門產(chǎn)品(蝶閥)結(jié)構(gòu)設(shè)計單元劃分

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計單元庫的構(gòu)建與參數(shù)化模型驅(qū)動

　　閥門產(chǎn)品快速設(shè)計所需結(jié)構(gòu)設(shè)計單元庫的構(gòu)建，以國產(chǎn)通用CAD軟件CAXA實體設(shè)計為支撐平臺，采用模板方式構(gòu)建結(jié)構(gòu)設(shè)計單元參數(shù)化模型;利用CAXA實體設(shè)計提供的二次開發(fā)接口ICAPI，采用C++程序語言構(gòu)建應(yīng)用程序，實現(xiàn)參數(shù)化模型的賦值與驅(qū)動。

2.1、結(jié)構(gòu)設(shè)計單元庫的構(gòu)成

　　閥門產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的劃分，基于產(chǎn)品零/部件結(jié)構(gòu)功能分類和設(shè)計關(guān)聯(lián)性。如圖2所示的典型閥門產(chǎn)品蝶閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計單元劃分，分別構(gòu)建了包含閥體、蝶板、上下支承填料組件、連接支架和閥桿在內(nèi)的主體結(jié)構(gòu)部件子結(jié)構(gòu)相關(guān)設(shè)計單元及驅(qū)動裝置子結(jié)構(gòu)設(shè)計單元，并在CAXA實體設(shè)計環(huán)境下利用其“自定義設(shè)計元素庫”完成結(jié)構(gòu)設(shè)計單元庫的構(gòu)建。

　　以其中最具代表性的蝶閥閥體設(shè)計為例，其子結(jié)構(gòu)設(shè)計單元庫包括了筒身、上支承、下支承、筒身加強結(jié)構(gòu)和地腳支承等結(jié)構(gòu)設(shè)計單元，由CAXA實體設(shè)計環(huán)境下的設(shè)計元素庫中拖出閥體設(shè)計元素，則彈出如圖3所示的子結(jié)構(gòu)設(shè)計單元庫構(gòu)成界面，點擊其中的相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計單元即可進行相關(guān)參數(shù)賦值與驅(qū)動。

2.2、結(jié)構(gòu)設(shè)計單元參數(shù)化模型構(gòu)建與驅(qū)動

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計單元是具有一定的裝配和設(shè)計關(guān)聯(lián)關(guān)系并可獨立參數(shù)驅(qū)動的設(shè)計關(guān)聯(lián)體。故閥門產(chǎn)品相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計單元的劃分兼顧了設(shè)計進程中的設(shè)計關(guān)聯(lián)性和復(fù)雜設(shè)計問題的逐級子問題分解，既保證設(shè)計進程的高效性，又考慮設(shè)計問題的關(guān)聯(lián)性和易實現(xiàn)性。

　　圖3所示閥體子結(jié)構(gòu)設(shè)計單元庫，依據(jù)設(shè)計關(guān)聯(lián)性和高效性給出了閥體設(shè)計的結(jié)構(gòu)設(shè)計單元構(gòu)成，并分別構(gòu)建其參數(shù)化模型，實現(xiàn)參數(shù)賦值和驅(qū)動。

圖3 蝶閥閥體相關(guān)子結(jié)構(gòu)設(shè)計單元庫構(gòu)成界面

　　以蝶閥閥體的筒身設(shè)計單元為例，將構(gòu)成筒身結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)聯(lián)最為緊密的兩個端法蘭和筒壁作為一個設(shè)計單元(裝配體)來設(shè)置。參數(shù)化模型的構(gòu)建，給出了結(jié)構(gòu)設(shè)計單元自身的設(shè)計基準，并通過相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)約束了3個零件的裝配關(guān)聯(lián)關(guān)系，保證了單元模型的整體驅(qū)動。模型驅(qū)動在設(shè)計知識庫的支持下，通過調(diào)入筒身公稱通徑、結(jié)構(gòu)長度、法蘭型號(標準件)和筒身壁厚等關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)進行參數(shù)賦值和驅(qū)動;如果需要，可以針對連接端法蘭的詳細參數(shù)構(gòu)成進行非標修改賦值。該結(jié)構(gòu)單元參數(shù)化模型構(gòu)建與驅(qū)動界面如圖4所示。

圖4 蝶閥閥體之筒身結(jié)構(gòu)單元參數(shù)化模型構(gòu)建與驅(qū)動