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大型零件包装箱专用CAD/CAE系统的开发_图文

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第 2 卷第 1 O 期  江 苏 科 技 大 学  报 ( 学 自然 科 学 版 )   Vo . 0 No 1 12  -  20 0 6年 0   J unl f i guUnvri f c n e n   c no o y Na ur lSce c   ii n) 2月 o ra 。  a s  ies y。  i c  d Te h l g ( t a  in e Ed to   Jn t Se a Fb e .2 0   06

文章 编 号 :1 7  4 0 (0 6 0 —0 6 — 0    3 8 7 20 ) 1 0 9 4 6

大 型零件包装箱专用 C D C E系统 的开发  A /A
毛  兴 ,张 胜 文  ,童 英红 
(  江 : 技 大 学 机 械 与动 力 丁 程学 院 . 苏 镇 江 2 0 3 2 沪 东 重 机 公 司 , 海 20 2 ) 1 科 江 1 0;. 2 上 0 l 9 



要 :在 UG本 身 强 大 的 C D C E功 能 的基 础  , 用 UG I 次 开 发 接 口 , 对 某 厂 各 种 运 输  A /A 利 AP 二 针

大 型零 件 用 包 裟 箱 ( 括 框 架 木 箱 、 木 箱 、 易 木箱 、 易 铁 箱 、 箱 ) 设计 、 力 分 析 难 题 , 发 了 一  包 铁 简 简 铁 的 应 开 个 包 装 箱 专 用 c )c AI AE系 统 , / 实现 了包 装 箱 没 计 、 力 分 析 、 岂资 料 生 成 的 自动 化 。 发 的 罔 文 档 管  应 T 开 理 软 件 能 够 对 包 装 箱 的相 关 图纸 及 文档 进 行 有 效 管 理 。  

关键 词 :包 装 箱 ; AD C c / AE集 成 ; UG 二 次 开 发  中 图分 类 号 :T 2 H1  文献标识码 :   A

D v lp n f p ca  AD/ AE S se frP c igC s  fL reP rs e eo me t   eil oS C C   ytm o  akn   aeo  a g  at  
M A( X i g ) n  .ZH ANG  h n we  ,TON G  n h n   S eg n Yi g o g
(  S h o o  c a i l n   o e  n . Ja g u Unv ri   f c n ea dTe h oo y Z ei n   in s   1 o 3 hn   1 co l f   Me h nc   d P w rE g , i s  iest o  i c n   t n lg , h ni gJa g u 2  0 -C ia aa n y S e a 2
2 Hu o g He v   a h n r   . d n   a y M c i e y Co. TD ,Sh n ha 2 0 2 L a g i 0 1 9-Chi a     n)

Ab ta t sr c :To s let ep o lm  fs rs  n lssi  a k n   a ed sg  o v  h   r b e o  te sa ay i n p c i gc s  e in,as e ilCAD/   p ca   CAE s s e   y tm 
i  e e o e     e nsoft   o t r   G n wh c   h   GAPIf nc i ns i  ii e   I   a i  un — s d v l p d by m a     he s fwa e U i  ih t eU   u to   s utlz d. ' b sc f c  he

t n   ft e s s e i c u e t e a t m a i d sg   n   u o tc s r s   n l ss o   h   a k n   a e a   i so   h   y t m n l d   h   u o t   e i n a d a t ma i t e s a a y i ft e p c i g c s   s o c    
we la   h   u o tce t bls l st e a t ma i  s a ihme to   h  e h l gy d t .Thedo u nt    n   ft e t c no o   a a   c me sman g me   o l  ft   a e ntm du e o  he s fwa e s s e c n b   s d t   a a e t   u prn s a   oc o t r  y t m  a   e u e   o m n g   he bl e i t  nd d ume t  ft   c n   a e + n s o   he pa ki g c s s 

Ke  r s a k n  a e ywo d :p c ig c s ;CAD/ CAE itg ae   e i n;UG  e e eo me t  n e r td d sg rd v l p n  

0 引 目      
某 厂是 国内主 要 的大 型船 用柴 油 机 生产 厂 家 之 一 , 年有 大 量 的 各种 大 型船 用 柴 油 机 零 件 ( 活  每 如 塞、 连杆 、 缸套 等 ) 以各种 包装 箱 ( 主要 是铁箱 , 术箱 , 架木 箱 ) 主要 运 载 工具 发 往 世 界 各地 。包 装  铁 框 为   箱 数量 繁多 , 图纸绘 制 工作繁 重 、 重复性 劳动 多 , 而且设 计周期 较 长 , 响 了零件 的发 送效 率 。而且 对 于  影 载 重量 比较 大的包 装箱 , 包装 箱要 承受 较大 的静 载压力 , 采用 人工 依 靠经 验 设 计 , 装 箱 的安 全 性 不 能  包 保 证 , 在安 全隐 患 。急需一 种针 对包 装 箱 设计 专 用 C 存 AD/ A 软件 来 缩 短 设 计 和 分 析 时 间 , 高 没  C E 提 计 效率 和可靠 性 , 消除安 全 隐患 。 目前 国 内 C / AE集 成 主 要是 通 过 计 算 机将 产 品设 汁 ( 括 产 品  AD C 包 功能 、 性能 和安 全可 靠性 的计算 等 ) 与对 未来 工作 状 态和运 行 行为 进行 的仿 真 等集 成起 来 , 以便及 早 地 
收 稿 日期 : 0 5 9 0   2 0 …0   9

作 者 简 介 :毛

兴 ( 8 )男 , 江 龙 游 人 , 苏科 技 大学 硕 十 研 究 生  1 0 , 浙 9 江

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7  O

江 苏 科 技 大 学学 报 ( 自然 科 学 版 )  

20 0 6年 

发现设 计缺陷 , 并进行 修改和优 化设 计I 。 目前 国 内的 C D C 1 ] A / AE集成 主要 是通 用 系统或 针对 某一 类 产  品开 发的 , 智能化程 度不高 , 在应用 过程 中需要 用户做 的工 作很 多  ] 。本 系统是 针对包 装箱 这一个 单 独  产品, 在其 结构有限 的情 况下 , 于 UG 基 NX强 大的 C D C A / AE功 能 , 利用其 先进 的特 征造 型功能 和优 秀的 

二次 开发 平 台, 数据库 编程 相结合 , 与 实现 了包 装箱设 计和 分析 的 自动化 , 整个 设计 分析过 程 只需 用户 进 
行有 限的操作 , 系统 就可 以 自动生 成包装箱制 造所需 的图纸 和零 件清单 。  

1 系统 方 案   
11 体 系结 构  .

本软件 采 用 的结 构 是 传 统 的 c s Ci t / ( l n/ e   S re) evr两层结 构 , 能够 满 足拥 有 不 同权 限 的人 

开 始 

员使 用 , 使用 时都 需 要 访 问和操 作 共 同的数 据  库 。C S结 构技 术成 熟 , 发成 本较 低 , 统维  / 开 系

二二工二二 

护方 便 , 并能有效 地保证数 据 的安 全性 、 问权  访
限和完整性 。采用这种结 构能够 满 足软件 使用  要求 和该 厂 的企 业 网络 现状 ( 厂 的企 业 网不  该 与外部 WE B网相 连 , 是一个 内部 大型局域 网)  。 12 软硬件环境  . 系统主要 硬件 设 备包 括 数据 库 服 务 器 、 用 

二二[

 

令   —一 — — 丁
否进 行 应力 分 
\ /  

户个人 电脑 以及 局域 网组 网等 。局域 网采 用符 
合 1B S —T标准 的 E hre 组 网方法 , 0A E ten t 包括  以下硬件 : 带有 R ① H一4 接 口的 E h re 网  5 ten t 卡 ; 集线器 HUB ③ 3 或 5 非屏蔽双绞  ② ; 类 类
线。  
N 

Yt   

重新进入系统修  改 包装 箱 模 型 

导 入 有 限元 分 析  软件 分 析 

系统 的操 作系统 和服务软 件是美 国微软公  司 的 Wid w   0 0 S re n o s 2 0  evr以 及 它 所 集 成 的  F P服 务系统 。客 户端软件要求 安装微 软公 司  T
Wid w 操 作 系 统 和 E S公 司 的大 型 C D/ no s D A  

逞耍 ! 至 笙 兰 
YI     输 出存入数据库 

二]== 
打印零件清单和 
二 维工 程 图  结 束 

C / A 软件 U 要求 UG 2 o及其 以上  AE C M G( NX . 版本 ) 。数据 库采用 的是 S I S re 系统 。 Q   ev r  
13 系统 总 体 流 程  .

图 l 包 装 箱造 型 、 出工 程 图 、 力 分 析 流程 图  应
F g 1 F o c a to  o f u a in r wig a d sr s  i .   lw  h r fc n i r t ,d a n   n   te s   g o

本 系统是 按照产 品设 计顺 序设计 ~分析 

l i。 pci   s y  f ak g a   s     ce

再设计构建 的 , 体工作 流程如下 : 具 首先 由设计模块 根据用 户输入的包 装箱 基本 参数 自动构建 包装箱 的三 
维模 型 。然后 分析模块利用 这个模 型对包装 箱 进行 有 限元应 力 分析 , 户 根据应 力分 析结 果 和实 际使用  用 情况对 包装 箱进行改进 。在改 进 完模 型后 , 由文档 、 图纸 生 成及 管理 模块 把 三 维模 型 转换 为 二维 工 程 图 

纸, 并生成零 件清单 , 保存 到数据库 中。整个工 作流程如 图 1 。  

2 主 要模块 构 建方 案及 功 能 
2 1 设计模块  .

设 计模块主要 功能是根据用 户输入 的包 装 箱基 本参 数 , 确定 好 的包装 箱结 构 生成包 装箱 的三 维模  按
型图 , 并能根据需要 对一些构 件进行调 整。  

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第1 期 

毛  兴 等 : 型 零 件 包 装 箱 专 用 C / AE系 统 的 开 发  大 AD C

设计模块是基 于成组技术 和 UG 的参数化 特征 造 型技 术 构建 的 。参  数 化造型技术是 7 年代 发展而来 的先进设 计思 想 , 指设 计 图形 拓 扑关  O 是 系不变 , 尺寸形 状 南若 干 参数 约束 , 参数 与 图形 的控 制 尺 寸有 明显 的对  应 , 同的参数值生 成不 同 大小 的 图形 , 要适 用 于规 格化 , 列 化 的产  不 主 系 品  。包装箱 正是规格化 , 系列化 的产 品 , 它可 以分 为 5 系列 , 个 分别 是 :  
输 入参数 

I  
l系统 自动根据输  l入参数在规则库 
  l 中 查找 构 件规  

I 格、包装箱结构 

框架 木箱 、 木结构 箱 、 箱 、 易铁 箱 、 铁 铁 简 简易 木 箱 , 个 系列 都有 其 标 准  每
结构 , 针对 每一 系列 的包装 箱构造好其 参数化 模 型 , 就可 以通 过更 改其造 

I  
根据 包 装 箱 结构  自动选 择 源构 件 

修 改原构件参数 

型参数来 生成所 需 的包装 箱三维造 型图 。具体实 现方法 如下 : 分析包  ①
装箱零件 的拓扑关 系 , 出其 变化 规律 , 找 分析 其结 构 特 点 、 制尺 寸 和 图  控

f  
自动装配构件并  分 类 保存 

形结构参数 。以铁木结构箱 为例 , 它是 由槽钢 , 工字 钢和 木料组 成 的框架 
结构 , 其截 面拓 扑结 构不变 , 关键 参数 为铁木 结构 箱 的内长 、 内宽 、 内高和 

图 2 设 计 模 块 _ 作流 程 图 T  

材料型号 。② 构建包装箱 结构参数 与几何 参 数 的关 系 , 建立 图形 的参 数 K ? F wca f eg m dI g2 l   ro d “ oI o h t    l  

化模型 。③ 推导参数 表达式 。④ 将分析结果 编制成计 算机 程序 。主要是 通过调 用 UGA I P 函数 , 使修 改 
尺寸参数 、 特征参数 以及构件装 配工作 自动化 。其 中主 要 函数 如下 : UF MO I ei ep 编辑 尺寸 参  ① — D . dt x , _ — 数、 特征参数 函数 ; U _ S E a dp r t— se l, ② F A S M_ d_ at o asmby 装配 函数 。图 2为模块 工作 流程 。 —   利用 设计模块 , 设计 人员只需在对 话框 中输入基本 参数 , 该模块 即可 自动 根据输 入 参数查 找相 关构件 

规格数据库和包装箱结 构数据 库 , 获得相关数 据 , 自动生成包装 箱三维模 型。规则库 是 参考 国家框 架 木箱 
设计标 准和企业 以往 的包装 箱设计 方案并 加 以简化改进 而成 , 它包括 包装 箱木料 、 钢材 、 基本 配件 的选 型  以及包装箱 的结构选 择两方面 内容 。  
2 2 分 析模块  .

分析模 块主要是实 现在 UG本身集成 的 Srcue 块环境 中对 包装箱模 型有 限元 前处理 工作 的 自动  t tr 模 u 化 。U G本 身也有 自动划分 网格的 工具 , 用 的网格是 T t ~1 ( 采 e4 0 即三角 形网 格 ) 。这 样 划分 出的 网格单  元 在某些复杂边界处 内角不能满 足 3 。 ≤1 0, O≤a 5 。单元畸形 , 导致这些部位 出现应 力畸变 , 计算 结果 与实 际  情 况有 较大偏差 。采用 映射法使用 四边形 网格 划分虽 然 可 以解 决单 元畸 形 问题 , 映 射法 需要 准备 大量  但 的数据 , 只能算 是半 自动 方法_ 。考虑 到包装 箱只有有 限的几种结 构 , 6 ] 采用 映 射法 和 U 二次 开发相 结合  G

的办法可 以在保证包装 箱模型有 限元 前处理工作 自动化并且保证 计算精 度 ( 元 网格不 出现 畸形 ) 单 。具体 
流程是 : 简化模型 , 去对分析结 果影 响不 大的小 螺栓 孔及 圆角 。② 分 析模 型 的 拓扑结 构 , ① 消 对模 型子  域进行 分解 , 使模型能通 过映射法划分 网格 。如铁木 结构箱 的底 座其横 向截面 是槽 钢 , 以划分 为 3个矩  可

形 和 2个梯形这种可 以直接映射 的截 面 。③ 确定模 型边界 约束 和加 载 的外 力。④ 在确 定完 所 有模 型前 
处理 方案后 , 利用 V C编程 调用 UGA I P 函数 , 原 本需 要用 户 交互 式 操作 进 行 的工 作 由系统 自动 完成 。 使  

然后 由用户交互式操作 完成应力分析 的后处理工作 。  
设计 人员能利用 该 模块 很容 易 的完 成对 包装 箱较  为准确 的应力分析 , 而对包装箱安全 与否有 直观的认  从
识, 能利 用此结果对包装箱 进行改进 。   2 3 图纸 、 . 文档 生成及管理模块  图纸 、 文档 生成及管理模 块主要有 3大功能 : 工  ①

程 图纸 自动生成 , 该功 能是在 U G本身 的三维模 型映射 
二维 图的功能基础 上 , 用 U P 中 的标 注 函数 实现  利 GA I 了标 注完全 自动 化 , 而实 现 _ 程 图纸 生成 的 自动化 , 进 T   图 3为 自动生成工程 图实例 。 零件 清单生成 , ② 该功能  主要是把设计 过程 中生 成 的零部 件 明细 表信 息记 录到 
图 3 自动 生成 的二 维 T程 罔示 例   
F g 3 Ble rn  ra e   u o t al  i.   u p i tc e t d a t mai l c y

数据库 中 , 在需 要 的时候从 数据库 中读 取出来 , 通过 O B D C接 口输入到 E cl 中 , xe 表 生成符合需 要 的零 件清 

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江苏科技大学学报 ( 自然 科 学 版 )  

单 。③ 文档 、 图纸管 理 , 此功能利 用系统 图文档管理 功能对 文档和 图纸进 行有效管 理 。  

3 应 用实例   
以设计某 内尺寸为 48 0mmX33 0mm×10 0m 的铁 木结构箱 为例 , 由底 座 、 面 、  0    0      0  m 它 侧 端面 、 顶盖 

四大构件组 成 。设 计 时设计人员 首先在设计 对话框 内输入 尺寸参数 、 载重 量 、 装箱信 息 。参数输 入完 成后 
系统 自动生成三维模 型 , 图 4  见 。 应力分析模块 根据确定 好的分 析方案对模 型进行前 处理 , 该模 型载重量 1 , 9t底座 材料 为 Q 3 钢 , 2 5 其  它构件材 料为杉木 。图 5 为模 型经过前处理 后 的结 果 。用 户交互式对 求解 结果进 行后 处理 工作 。计 算结  果显示 铁木结构箱 最大应力分 布在 底部 的槽 钢 上 , 整个压 力 作用 下 , 应 力 的最大 值 为 6.  a 在 其 35MP 。而  槽钢 的屈服极限为 2 5MP , 以槽 钢的安全 系数 S . 4 2  a所 >3 5 。该设 计安全 系数较高 , 以满足需要 , 需要  可 不 对模 型进行修改 。同时把模 型转化为二 维工程 图 , 零件清单 输 出为 E cl xe 表并保存 。  

图 4 自动 生成 的三 维 模 型 图   
F g 4 3 mo e c e td a t maial  i.   D  d l r a e   u o t l   c y

图 5 包 裟 箱模 型 自动 前 处 理结 果 
F g 5 Re u t r m  r- r c s i g o   a kn   a e i.   s l f o p e p o e s   fp c ig c s     n

4 结  论   
包装箱专用 C D C E系统 , A /A 通过 C D C A / AE功能 集成 , 即实现 了  维模 型 、 程 图纸和零 件 清单 的 工   自动 生成 , 实现 了包装箱 应力 分析前 处理 工作 的 自动化 , 又 避免 了设计 过程 中 的重 复劳 动 , 大缩 短 了包  大 装箱 的设计 时间 , 对提 高零 部件 的发送效率 , 降低成本有 积极意 义 。  
参 考 文献 :  

[ 1] 白英才, 唐治文 , 巍.计算机集成制造 系统——c Ms概论[ . 余 I M] 北京 : 清华出版社 ,97 19 .   [ 2] 沈启或, 虞春 , 卫原平 , 金属板料成形工艺 C D C 等. A / AE智能化集成研究[] J .锻压技术,20 ( )1 —2 . 00 1:7 O   [   于春生, 3] 孙凌玉 , 陈南 , 轻型客车车身结构设计 C D C 等. A / AE信 息集成系统[] 汽车T程 , 0 02 :2 —18 J. 20 ()1 5 2.   [   易际明, 4] 吴莉华. 注射模 C D C A / AM/ AE集成技术研究[] 计算机辅助设计与制造 ,00 1) 3 一3. C J. 20 (2 :o 2   [ 5] 邢邦圣. 机械 C D参数化造型设计的研究[]煤矿机械 ,0 2 1 )8 o A J. 20 ( 1 :—1 .   [ 6] 何发祥. 有限元法前处理技术的发展[]水利水 电科技进展 ,00 2 ( )1 —1. J. 20 ,0 6 :5 8   [ 7] 马秋成, 韩利芬 , 罗益宁.uG—C E篇[ . A M] 北京 : 机械工业出版社 ,0 2 20 .   [ 8] 黄雪 , 张俊 , 李雪龙 , GB T 78 —19 , 等. /  24 98 中国国家框 架木箱标准[ ]北京 : S. 中国标准出版社 ,98 19 .  
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( 任编辑: 责 顾

琳)  




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