高效的設(shè)計(jì)要與思維互動(dòng)

1、    高效的設(shè)計(jì)要與思維“互動(dòng)”    崔宏達(dá)inventor軟件開發(fā)了大量的簡(jiǎn)單使用功能，這些功能與設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想相輔相成。這些實(shí)用的功能可以大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)中的建模步驟，inventor軟件的知識(shí)驅(qū)動(dòng)模式更是減輕的設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)計(jì)效率。中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十二研究所（北京真空電子技術(shù)總公司）副總經(jīng)理張吉峰不斷發(fā)展的十二所成立于 1957年的中國(guó)電子科技集團(tuán)第十二研究所，是我國(guó)成立最早、規(guī)模較大、體系完備的國(guó)家骨干研究單位。其研究方向以微波電真空器件為主，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于軍事工業(yè)和民用產(chǎn)品。十二所擁有完整的科研生產(chǎn)體系，下設(shè)完備的器件和基礎(chǔ)研

2、究室、機(jī)械加工廠和科研條件保障部門，擁有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的微波測(cè)試分析系統(tǒng)、精加工設(shè)備和精密測(cè)量設(shè)備，以及國(guó)家級(jí)大功率微波電真空器件技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，是國(guó)務(wù)院首批批準(zhǔn)有權(quán)授予博士學(xué)位的單位之一。五十年來，十二所始終致力于國(guó)防工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，在電真空領(lǐng)域不斷探索和研究，已成為我國(guó)具有自行設(shè)計(jì)、自行研發(fā)和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的門類齊全的微波電真空器件研制和生產(chǎn)單位，建所至今共取得科研成果 800余項(xiàng)，其中獲國(guó)家級(jí)科研成果獎(jiǎng) 50余項(xiàng)，獲部級(jí)科研成果獎(jiǎng) 170余項(xiàng)。同時(shí)，作為現(xiàn)代化科研單位，十二所的信息化建設(shè)工作也一直走在行業(yè)前列，對(duì)專業(yè)分析軟件及三維設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)非常豐富，目前所采用的 inventor

3、軟件也有十余年的應(yīng)用歷史了。發(fā)展中的大難題十二所在設(shè)計(jì)生產(chǎn)方面主要傾向于功率器件和開關(guān)器件，功率器件包括行波管、速調(diào)管、磁控管及微波三、四極管；開關(guān)器件有天線開關(guān)管、觸發(fā)管及閘流管等。多種類的產(chǎn)品帶來多樣化的用戶，遍及航空、航天、兵器、電子、船總、醫(yī)療及核工業(yè)的密集用戶體系支撐了十二所的蓬勃發(fā)展。然而，更快的發(fā)展就意味著更大的壓力。由于產(chǎn)品類別多、應(yīng)用廣，加之行業(yè)水平與用戶需求的提升，設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，供貨周期越來越短，只有優(yōu)質(zhì)高效的設(shè)計(jì)才能保證企業(yè)高速穩(wěn)定的發(fā)展。這就給企業(yè)出了一個(gè)大難題，如何既提高設(shè)計(jì)效率又保證設(shè)計(jì)質(zhì)量呢？讓設(shè)計(jì)模型與設(shè)計(jì)者“互動(dòng)”二維設(shè)計(jì)向三維設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)型，是十二

4、所設(shè)計(jì)效率提高的重要一步。隨著設(shè)計(jì)產(chǎn)品和設(shè)計(jì)水平的進(jìn)步，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)很難滿足設(shè)計(jì)工作的需求，常常給設(shè)計(jì)思維帶來很大的局限，設(shè)計(jì)人員的大部分精力都放在了制圖上面。三維設(shè)計(jì)的引入大大改善了這種現(xiàn)象，設(shè)計(jì)師省去了將設(shè)計(jì)構(gòu)想轉(zhuǎn)化為二維圖紙的過程，直接以三維概念開始設(shè)計(jì)。這樣一來，可以說是建立起了設(shè)計(jì)模型與設(shè)計(jì)者之間的“互動(dòng)”：軟件中建立的模型可以直接將產(chǎn)品的全部幾何參數(shù)反饋給設(shè)計(jì)師，同時(shí)，整個(gè)設(shè)計(jì)過程也可以完全在三維模型上進(jìn)行討論，設(shè)計(jì)效率的提高就很容易擴(kuò)大到設(shè)計(jì)的整個(gè)流程。從而達(dá)到優(yōu)化整個(gè)設(shè)計(jì)流程，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率的目的。設(shè)計(jì)實(shí)例中的 inventor應(yīng)用在三維軟件的選型過程中，十二所嘗

5、試了眾多品牌，最終選用了歐特克解決方案，其產(chǎn)品在諸多實(shí)用功能上的突出表現(xiàn)，使設(shè)計(jì)效率有了更進(jìn)一步的提高。下面就以超高真空程控排氣臺(tái)為例，簡(jiǎn)要介紹一下歐特克解決方案在十二所的應(yīng)用中是如何提高設(shè)計(jì)效率，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量的。首先，對(duì)超高真空程控排氣臺(tái)做一個(gè)簡(jiǎn)短的介紹。超高真空程控排氣臺(tái)主要用于電真空器件真空排氣及處理。真空系統(tǒng)主要由機(jī)械泵、分子泵、硅管、連接管道及各個(gè)閥門組成。真空系統(tǒng)的極限真空度為 6×10-6pa，工作的真空度為 5×10-5pa。每套真空系統(tǒng)的外部伴有烘箱加溫烘烤；整個(gè)烘箱采用自動(dòng)升降。整套設(shè)備利用工控機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互及運(yùn)行參數(shù)記錄，全工藝過程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。產(chǎn)品

6、完成后的實(shí)物圖，如圖 1所示。本設(shè)計(jì)采用自上而下的設(shè)計(jì)方式，根據(jù)真空設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，機(jī)械泵、分子泵、硅管、連接管道及各個(gè)閥門均為標(biāo)準(zhǔn)件，因此各個(gè)部件的位置布局是設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮的問題。本產(chǎn)品的三維數(shù)字樣機(jī)是在 autodesk inventor軟件環(huán)境中完成設(shè)計(jì)的。采用數(shù)字樣機(jī)可以在生產(chǎn)加工之前對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行仿真和分析，提前了解設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功能在真實(shí)條件下是否可能達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果。inventor提供了用于創(chuàng)建零件和部件的數(shù)字建模設(shè)計(jì)環(huán)境，在設(shè)計(jì)中 inventor對(duì)智能零部件的自動(dòng)創(chuàng)建功能發(fā)揮了很大的作用。主體裝配結(jié)構(gòu)，如圖 2和圖 3所示。使用 inventor軟件的結(jié)構(gòu)件生成器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框架，結(jié)構(gòu)

7、件生成器使用方便，操作簡(jiǎn)單，用結(jié)構(gòu)件生成器為機(jī)器創(chuàng)建內(nèi)部結(jié)構(gòu)件和外部結(jié)構(gòu)件部件?？梢栽诓考h(huán)境或焊接件環(huán)境中使用結(jié)構(gòu)件生成器。要一個(gè)“骨架”零件以在其上面插入結(jié)構(gòu)件。具體操作步驟這里不一一介紹了。框架設(shè)計(jì)完成后，接下來的工作就是機(jī)械泵、分子泵的位置排布。在設(shè)計(jì)過程中，由于方案的調(diào)整，更換了機(jī)械泵的型號(hào)，使用零部件替換功能，很容易地實(shí)現(xiàn)了裝配的調(diào)整。如圖4所示。在 inventor軟件中，設(shè)計(jì)加速器的使用大大提高了設(shè)計(jì)效率。設(shè)計(jì)中有大量的螺栓連接結(jié)構(gòu)，螺栓聯(lián)接零部件生成器的使用，及強(qiáng)度計(jì)算、螺栓聯(lián)接校核該計(jì)算，可以使設(shè)計(jì)者輕松應(yīng)對(duì)繁瑣的螺栓聯(lián)接及配合孔設(shè)計(jì)，如圖 5和圖 6所示。該設(shè)計(jì)計(jì)算的目的

8、是在指定要求的工作載荷后選擇適當(dāng)?shù)穆菟?lián)接，如圖 7所示（如連接緊固和操作過程中螺紋的壓力和螺栓應(yīng)力）。傳動(dòng)電機(jī)的墊塊設(shè)計(jì)，分子泵的支架設(shè)計(jì)等都使用了 inventor軟件在位零部件設(shè)計(jì)功能，自適應(yīng)功能的應(yīng)用使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的事實(shí)變化調(diào)整成為可能，如圖 8和圖 9所示。inventor軟件的ipart也是設(shè)計(jì)當(dāng)中必不可少的功能。設(shè)計(jì)部門把經(jīng)常使用的標(biāo)準(zhǔn)泵、閥、連接件等零部件建成自己的自定義零部件庫(kù)，作為公共庫(kù)放置在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，設(shè)計(jì)時(shí)只需按型號(hào)調(diào)用即可。ipart庫(kù)的使用為建模設(shè)計(jì)節(jié)省了大量的時(shí)間。inventor軟件還可以直接從三維模型快速正確地輸出可立即用于生產(chǎn)的 gb標(biāo)準(zhǔn)的工程圖紙。這對(duì)于依靠

9、圖紙加工的加工部門是非常重要的。筆者在多年的使用過程中發(fā)現(xiàn) inventor軟件的強(qiáng)大的二維工程圖輸出功能更是優(yōu)于其他的三維設(shè)計(jì)軟件。inventor軟件的渲染和動(dòng)畫功能也為設(shè)計(jì)者提高數(shù)字樣機(jī)的可視性給予很大的幫助。inventor與 autodesk數(shù)據(jù)管理應(yīng)用程序緊密集成在一起。這樣便使得數(shù)字設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可以高效安全地交換，并且促使設(shè)計(jì)工作組和制造工作組之間更早地開始了協(xié)同合作。不同工作組可使用 autodesk design review軟件來管理和跟蹤數(shù)字樣機(jī)的所有零部件。該軟件以全數(shù)字方式檢查、測(cè)量、標(biāo)記和跟蹤設(shè)計(jì)更改。在本設(shè)計(jì)中只結(jié)合了較為具體的應(yīng)用案例來說明 inventor軟件的實(shí)用性，并未