塔式起重機CAD整體信息模型體系研究

2013-05-21 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

建立塔式起重機CAD整體信息模型,在整機性能參數(shù)的統(tǒng)一控制下完成總體布局、外觀造型設計、整機穩(wěn)定性計算、鋼結構強度和剛度優(yōu)化設計、零部件的結構優(yōu)化、可靠性分析、整機模型動態(tài)試驗等設計過程,并對設計結果進行計算機評價,結合運用資源庫、繪圖CAD等,繪制塔式起重機的整套設計文件,自動生成產品的工藝文件。這些過程基于對塔式起重機設計時CAD信息空間進行分析,構造出整機的CAD信息模型,為設計過程中的信息交換、數(shù)據(jù)共享提供基礎。

CAD世界來源:CAD世界
關鍵字:塔式起重機 CAD 整體信息模型整體協(xié)調性

建筑機械CAD技術在國內正逐步得到應用。對塔式起重機來說,其產品開發(fā)目前仍以傳統(tǒng)設計方法為主。雖然塔式起重機局部設計已采用CAD方法,但其總體布局優(yōu)化、整機性能規(guī)劃、各主要部件優(yōu)化、運動的約束分析、結構強度和剛度優(yōu)化設計與計算、可靠性分析與計算、人機工程及模型試驗等總體性問題,CAD技術研究尚較少。筆者對塔式起重機CAD整體信息模型進行研究。

    1 整體信息模型結構與功能

    根據(jù)廣義優(yōu)化設計理論,筆者構造的塔式起重機設計軟件系統(tǒng)結構見圖1。

塔式起重機CAD整體信息模型體系研究autocad應用技術圖片圖片1
圖1 塔式起重機CAC整體信息模型軟件系統(tǒng)結構

    1.1 主系統(tǒng)

主系統(tǒng)用于整體信息模型的管理與控制,對各部分信息中相關信息進行處理與傳輸。如在塔式起重機的性能參數(shù)輸入后,訪問模型庫,獲得產品結構型式;通過接口調用計算軟件包(有限元計算等),或當過程設計結果出現(xiàn)矛盾時,根據(jù)重要性等級進行判別和合理取舍;在外觀設計或結構設計時,出現(xiàn)與性能參數(shù)控制下的配套件選擇結果相矛盾時,服從性能參數(shù)作用的結果,或提出改進意見。在設計過程中,隨時可進行相關訪問和數(shù)據(jù)調用,以保證設計的合理性,減少設計失誤,節(jié)約時間,提高設計質量。

    1.2 資源庫

資源庫向系統(tǒng)提供塔式起重機產品信息和數(shù)據(jù)。模型庫貯存塔式起重機的結構型式和現(xiàn)有產品的成套設計圖形與技術文件;數(shù)據(jù)庫儲存塔式起重機產品的相關數(shù)據(jù),如國家標準、設計用標準數(shù)據(jù)、常用外購件數(shù)據(jù)等,以及已開發(fā)產品和正在開發(fā)產品所需的各種基本數(shù)據(jù);知識庫是為了便于設計人員掌握塔式起重機行業(yè)發(fā)展動態(tài)建立的產品信息庫,如塔式起重機各部分工作原理、結構組成、名詞術語、行業(yè)技術情報資料等;優(yōu)化方法庫提供常用的優(yōu)化設計方法,用于產品的造型、結構、運動分析及局部模型等的優(yōu)化;專家系統(tǒng)庫對開發(fā)的產品進行高層次評價,計算出設計產品的可靠性指標,按國家標準和行業(yè)標準進行全方位驗收和考核,提出問題和改進措施,針對生產過程中可能涉及到的工藝問題給出適當?shù)膶Σ?。對系統(tǒng)的資源庫可以通過接口隨時補充和修改,以便于掌握行業(yè)動態(tài),適應行業(yè)發(fā)展和標準更新,吸納國內外其他產品優(yōu)點,保持系統(tǒng)的先進性。

    1.3 接口

圖形的輸入和輸出功能可向系統(tǒng)錄入圖形模型、外購件模型等,也可與繪圖機相連以輸出產品的設計文件和工藝文件圖等。計算軟件包的調用可在設計過程中的任一時刻進行,既有大型的有限元計算分析程序,也有塔式起重機設計計算中涉及到的各種專門化計算軟件。同時,可對最終設計的產品進行模擬試驗和產品性能測試。試驗結果可直接輸出,也可送至專家?guī)爝M行分析、審定。

    2 系統(tǒng)建模技術問題

    2.1 整體信息模型的建立

采用IDEF1x方法建立信息模型。具體方法如下:①對塔式起重機設計、生產制造的信息資料分析對比,合理歸類,列出每一任務之間的流向清單,建立整體模型;②由各種任務抽象出整機布局,確立功能設計、造型設計的技術路線,定義零部件自身的設計特征和設計變量;③劃分信息實體、確立信息實體之間的關系,這一部分除了用語言描述外,應盡可能實現(xiàn)量化計算;④定義信息屬性;⑤排列出信息的空間結構。

信息空間在縱向平面內的層次采用塔型結構:最低層為各種信息層;節(jié)點層為各階段各層次結構模型層;最高層為塔式起重機CAD整體信息模型(見圖2)。

塔式起重機CAD整體信息模型體系研究autocad design圖片2
圖2 縱向平面信息塔型結構圖

    2.2 系統(tǒng)信息分解與綜合

(1)系統(tǒng)信息分解根據(jù)塔式起重機CAD整體信息的功能要求,首先將信息分解為系統(tǒng)信息和功能塊信息。然后將功能塊信息分解為子系統(tǒng)信息和子功能塊信息,如此劃分直至最小功能塊信息。同時,將所有信息分解為獨立信息和關聯(lián)信息。按一定的規(guī)則,給各種信息以編碼。如系統(tǒng)信息代碼為a,b,c,……,一級功能塊信息分別用一位數(shù)字編為1,2,3,……, 二級子功能塊分別在前一級功能塊代碼后后綴一位數(shù)碼,如功能塊3的第5子功能塊,其編碼為35,以此類推。

系統(tǒng)信息用信息相關系數(shù)來區(qū)分控制信息與相關信息:全相關時為1,獨立時為0,其他情況用0~1之間的相關系數(shù)表示。

(2)信息綜合關系在塔式起重機CAD過程中,信息綜合主要是處理各種信息的制約關系,以分清主次,尤其是出現(xiàn)在某一約束下,一部分設計任務與另一部分設計任務存在矛盾或干涉時而決定取舍,從而達到整體設計的高度協(xié)調。為了保證這種信息協(xié)調關系,在信息關系確定后,獨立信息可直接處理,相關信息則按信息關系取大原則從大到小,順序處理設計流程中的信息,取大原則優(yōu)先考慮重要的、相關系數(shù)大的信息。

令塔式起重機CAD整體信息中全部信息的總體論域為U,論域U的元素分別用x1,x2,…,xn表示塔式起重機設計過程中的各種信息。信息相關重要性分為“極重要、非常重要、相當重要、比較重要、略重要、稍微重要、不重要”。對應的系數(shù)分別為1、0.9、0.8、0.7、0.5、0.3、0。由此,可用關系矩陣來處理信息[2]。

建立關系矩陣便于信息的查詢。信息處理控制規(guī)則由條件語句來描述。最終按“取大原則”,優(yōu)先考慮相關系數(shù)大的情況。這種模糊控制的思想比較符合設計人員的傳統(tǒng)習慣。

    3 軟件研制與應用

塔式起重機CAD整體信息模型以計算機為核心,硬件配置選用現(xiàn)行的通用設備。軟件包括圖形處理、數(shù)據(jù)計算、信息處理、優(yōu)化設計及專家系統(tǒng)等。對于塔式起重機這種專業(yè)產品,除了采用有限元分析程序、常用的優(yōu)化程序、CAG等軟件外,大多數(shù)軟件是結合塔式起重機產品專門開發(fā)和研制的,由各部分程序匯集成整體系統(tǒng)。

本課題的開發(fā)應用首先選擇了QTZ200型塔式起重機作為應用研究對象?？紤]到數(shù)據(jù)共享及其適應性,系統(tǒng)設計時,主系統(tǒng)、接口以及資源庫部分內容并不局限于QTZ200型塔式起重機,同樣適用于同類型其他系列產品的開發(fā)應用。模型庫中建立了4種塔式起重機模型,圖形豐富。根據(jù)設計要求,QTZ200型塔式起重機性能參數(shù)可通過人機界面以對話方式錄入,部分基本參數(shù)見表1。

塔式起重機CAD整體信息模型體系研究autocad design圖片3

在總體性能參數(shù)要求下,設計過程中錄入系統(tǒng)所需其它結構參數(shù)變量。系統(tǒng)運行后的結果與行業(yè)標準JG/T5037《塔式起重機分類》中對該機型要求相比,具有明顯的優(yōu)越性。按國標 GB9462《塔式起重機技術條件》中分等規(guī)定,其自重系數(shù)、能耗系數(shù)和作業(yè)空間系數(shù)3項考核指標均優(yōu)于現(xiàn)有優(yōu)等品的規(guī)定。其主要性能指標優(yōu)于處于國內領先水平的同類機型,接近QTZ250型塔式起重機性能指標。

開放分享：優(yōu)質有限元技術文章,助你自學成才