基于产品平台的桥式起重机快速设计研究

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快速设计又称敏捷设计，是为了缩短产品开发周期和快速响应市场而提出的 J。据统计，企业设计新产品中的零部件有 40%属于变型设计 ，该类产品与快速设计技术相关性最强。而产品平台是提供变型产品或产品族通用模板的系统，通过产品平台可进行产品的配置和变型，得到产品设计优化解，快速响应市常本论文提出并研究基于产品平台的桥式起重机快速设计体现了起重机设计方、使用者以及检验方对起重机结构、发展趋势以及相关技术的吸收与应用，是-种主动式快速响应设计。

1 快速设计的理论和方法传统的起重机设计以经验和手工劳动为主的静态设计方法，而现代设计方法学是-个集数字化、智能化以及并行化于-体的多学科优化过程，涉及协同设计、数字化设计、拈化设计、公理设计等。

- 8 - 1)协同设计 (计算机支持协同设计)为了某-特定设计目标，通过信息共享、互换以及协调机理，由多名地理领域、知识领域各异的设计专家共同完成设计。协同设计 已成为网络协同工作的重要活动。

2)数字化设计数字化设计设计广泛的产品开发活动与工具，它支持产品全生命周期的开发及产品数据管理。

可以通过 CAD (计算机辅助设计)/CAPP(计算机辅助工 艺规划)/CAE (计算机辅助工程 )/CAM (计算机辅助制造)/RE (逆向工程)/PDM(产品数据管理)等进行产品建模、产品结构与性能有限元分析与优化、产品性能仿真等活动，从而降低产品开发成本、缩短产品开发周期 J。

3)拈化设计拈化设计 自20世纪50年代提出迄今为止已在多个领域得到广泛的应用。它是在对企业产品进行功能分析的基础上，将产品以产品拈的形式通 过拈之 间的接 口组 合拈形 成不 同的盘 口 [3]J 口日 o《起重运输机械》 2013(7) 在对起重机械拈化设计中，为了提高设计成效，首先应对起重机械的功能与性能需求进行市场调研 J。在起重机械的设计中，为了满足个性化客户需求，部分结构经常变动，而有-部分则不能或不必变动。所以，在工程机械的快速设计中如果可以区分好这 2部分，即可极大地节约成本，提高起重机械的设计效率。

4)公理设计公理设计是设计领域对 Shannon信息论的具体应用 J，该设计方法学讲究的是独立公理，即保证设计功能需求之间的独立性；信息公理，即最携信息含量。二者结合起来可认为满足独立公理，能够实现给定功能的设计方案中最佳方案为信息含量最小的方案。

5)有限元分析技术为了使工程机械在制造与操作过程中符合工程需求，对经快速设计开发的产品进行强度与刚度等结构性进行计算机辅助分析是非常必要 的。

有限元分析以其不依赖样机试验的优点，不但提高了产品的可靠性，还降低了产品开发成本，缩短了产品生命周期。

在起重机械的快速设计中，有限元分析-方面用来测试产品进行进-步优化的空间；另-方面，对设计结果进行分析检验是否能投人制造与使用。已有的设计理论和方法，很多都存在其可行性与应用范围的局限性。

2 产品平台的构建本文根据起重机的功能与属性，搭建的桥式起重机产品平台由标准组件、个性组件和设计知识等组成。

标准组件为标准化零部件以-般配件，不需要变型即可在起重机设计中通用，集成体现起重机结构的相似性；个性组件由起重机使用者、制造商以及检验机构决定其结构参数，标志产品之间的差异。设计知识表现为设计约束、设计规则、拈配置准则以及设计实例模板等。研究搭建的桥式起重机产品平台如图 1所示。

桥式起重机产品平台既能满足产品个性化需求，又能以其通用性实现批量生产的规模经济。

因此，标准组件与个性组件是桥式起重机产品平台的核心。设计知识是桥式起重机产品平台高效、《起重运输机械》 2013(7)桥式起重机产品平台标准组件 爪l生组件功能域 。 功能域结构域 结构域设计知识(设计约束、设计规则、拈配置准则等)图 1 桥式起重机产品平台的组成高质地设计出产品的重要保障。本研究采用自底向上的方法构建桥式起重机产品平台，其过程见图 2。

c设 商 、> 磷 图2 桥式起重机产品平台的搭建流程桥式起重机产品平台的搭建以桥式起重机的功能分析和拈化为基础上，以桥式起重机产品平台的通用性与个性为目标 ，并以设计知识体系来保障产品组合与配置的科学性与可靠性。

3 拈的划分桥式起重机拈化设计的关键在于起重机的拈划分。首先要对桥式起重机进行功能分析，确定零部件之间的相关性；然后根据桥式起重机的设计者、制造商与检验方的设计需求确定零部件的拈归属。设计者、制造商与检验方对桥式起重机结构的参数需求是产生拈配置与组合的重要因素。设计者可根据需要通过拈与拈之间的接 口来组合拈，实现产品的多样化设计。

4 参数化设计拈化设计通过拈的划分与组合实现桥式起重机的多样化配置，设计者可进-步通过参数库技术实现拈内的零部件的变型设计。参数化设计是用-组结构参数来表示产品的尺寸值和结构约束，其核心是基于尺寸的模型驱动 。桥式起重机的参数化设计流程为：1)建立桥式起重机三维模型；2)分析桥式起重机的结构，确认设计参数、参数关联集合以及约束集合；3)确定桥式- 9 - 桥式起重机模块体系金属结构拈传动系统拈电气系统拈匦起升机构拈小车运行机构拈大车运行机构拈电机拈(调速拈能量回馈拈图3 桥式起重机拈划分体系起重机的主动设计参数与从动设计参数；4)桥式起重机参数变动；5)基于主动参数的桥式起重机模型重建。

图4 桥式起重机参数化设计流程以M2728桥式起重机的主梁参数化设计为例，设计者通过主动尺寸参数的输入和操作，即可得到符合设计要求的-系列零部件和装配体三维模型。在桥式起重机产品中存有零部件设计信息；设计者根据设计需求，根据尺寸链完成各零件的参数化 (如以主梁跨度和起重量为主要参数，通过参数化设计与计算，逐步完成各个零部件的参数计算)；根据装配约束逐步完成整个主梁的装配，最终实现主梁的参数化设计。参数化设计流程见图4。