专利名称：基于c/s/w体系结构的桥式起重机金属结构参数化设计方法
技术领域：
本发明涉及一种起重机的设计方法，尤其涉及一种基于C/S/W体系结构的桥式起 重机金属结构参数化设计方法。
背景技术：
当前在国家宏观调控政策和装备制造业振兴计划的影响下，我国起重机械装备制 造行业进入了快速发展阶段。起重机的规格繁多，结构、机构复杂多样，各结构间的关系复 杂，设计工作量很重。起重机金属结构是起重机承载载荷的主要部件，由型钢和钢板作为 基本构件，采用铆接、焊接等方法，按照一定的结构形式连接起来。桥式起重机的金属结构 (桥架)主要由主梁、端梁、栏杆、走台、轨道和司机室等构件组成。主梁断面结构形式多种 多样，常采用箱形断面梁或桁架式结构。端梁多采用钢板组焊成箱形结构，主梁与端梁之间 采用焊接或螺栓连接。桥式起重机的金属结构设计是一项知识性、经验性极强的工作，工程 设计人员需要借鉴以往设计经验，查阅各种设计标准和产品实例，并且需要花费大量时间 在技术文档的编制和制图上。重复设计严重，据行业内部统计出图和手工设计计算的时间 占到整个设计时间的60% _80%，这就延长了产品的整个开发周期，同时大量重复的设计 计算工作增大了出错的机率。因而其设计理念和方式直接影响着桥式起重机整机的力学性 能和经济指标。检索中发现，2008年大连理工大学的李鑫在其硕士论文“桥式起重机钢结构参数 化设计系统研究与开发”中，分析了桥式起重机主梁、端梁的钢结构型式及主要设计参数计 算校核方法，利用Access数据库作为标准化产品的数据支持，采用VB. NET在SolidWorks 平台下开发了桥式起重机钢结构参数化设计系统。实现了主梁、端梁的参数化自动造型，减 少了设计人员计算、绘图的重复性工作，缩短了设计周期。其不足在于没有实现整个桥架产 品的三维参数化设计；参数化设计仅局限于三维实体模型的动态更新，其工程图调整效果 并不理想，不能够直接用于生产；而且是单机用户环境下的参数化设计方法，无法完成多用 户之间的实时交换设计数据与信息共享；此外对产品设计文档没有一个有效地管理方法， 存在大量重复性工作，设计资源重用度低，同时无法保证数据的一致性和文档的安全性。针 对上述问题，本发明研究了基于C/S/W体系结构的桥式起重机金属机构参数设计方法的技 术原理及关键技术，并在相关企业的产品设计中得到了成功应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述不足，提供一种基于C/S/W体系结构的桥 式起重机金属结构参数化设计方法，实施方便，可操作性强，具有良好的可扩展性，能够提 高企业设计效率、缩短产品研发周期。本发明的技术方案一种基于C/S/W体系结构的桥式起重机金属结构参数化设计 方法，它包括以下步骤
(1)采用“项目-产品-部件”的整体设计流程，以项目为单位，用树形结构来表示 项目、产品、部件的之间从属关系，确定零部件参数之间的传递方向和主从关系，结合桥式 起重机金属结构的结构特点，按照其功能合理划分模块，正确分析相应模块的参数化变型 关系，确定合理的变参、变型空间，根据模板最大化原则，利用三维CAD软件建立各个模块 的参数化模型模板和工程图模板，参数化模板作为信息载体，集成了客户需求信息、产品特 征信息和设计过程信息；(2)建立“客户端/服务器/工作站(C/S/W)，，网络体系结构，C/S/W网络体系 结构包括客户端、服务器、工作站三部分，其中客户端负责产品设计参数的提交和维护，通 过人机交互界面设置参数，同时通过PDM客户端查看或下载相应的产品设计文档；工作站 负责产品主模型、工程图的生成和工艺信息的统计，从服务器上获取新数据进行模型驱动 及工程图调整，并将生成的产品设计文档检入到服务器；服务器安装SQI^erverfOOS和 Solidfforks Workgroup PDMVaultAdmin软件，负责设计参数与产品设计文档的管理与维 护，并监听客户端和工作站的工作状态，实时发出工作指令；(3)根据参数化原理和数据库技术，自动建立与实时更新企业常用标准件三维模 型库，建立尺寸参数库，按照国家标准或企业标准规定的尺寸数值，写入Excel表中，用程 序将Excel表中数据导入到SQL数据库中，并自动创建相应的数据表，在“标准件库创建时 间”表中记录了各标准件创建的时间，制定标准件库的更新机制，动态实时的实现标准件库 的更新与维护，通过程序自动将其检入到PDMWorks数据库中，通过设计资源共享实现各零 部件之间的借用和更新替换；(4)将参数化技术与PDM技术有机结合，自动生成和有效管理产品设计文档，将模 块化、参数化设计方法应用于桥式起重机金属结构的设计，对各结构模块开发参数设置程 序，程序应具有一定的参数容错功能和参数记忆功能；根据已确定的变参、变型空间以及零 部件之间的约束关系和关联规则，开发参数化模型驱动程序和工程图调整程序，生成产品 的设计计算说明书、设计参数报告、三维模型、图纸、BOM表、工艺信息统计表；客户端程序 提供了与ANSYS分析软件交互操作的接口，并给出了详细的设计计算说明书供有限元分析 校核时使用；通过对PDMWorks Workgroup进行二次开发，完成产品的设计计算说明书、设 计参数报告、三维模型、图纸、BOM表、工艺信息统计表的批量检入；设定版本控制规则，生 命周期状态以及所选生命周期状态的规则，创建不同的用户和组，设置访问权限，用户通过 PDM客户端检出需要的文档，并完成版本和生命周期状态的控制。步骤(3)中所述的标准件主要包括GB5782_2000六角头螺栓、GB5783_2000大 六角头螺栓、GB1228_91大六角头螺栓、GB5780_2000六角头螺栓、GB41_86六角头螺母C 级、GBT5781_2000六角头全螺栓、GBT6170_2000六角螺母、GBT1230钢结构用高强度垫圈、 GBT1229 螺母、GB!3^6_82 起重机钢轨、GB706 工字钢、GBT11263_2005T 型钢、GB707_65 热轧 槽钢、TO167_65热轧不等边角钢、吊耳、轴端挡板。所述的工程图包括.DWG、. PDF、. TIF、. EDRff四种格式，所述的工艺信息包括材料
定额消耗、油漆表面积、切割线长度。本发明与现有技术相比具有以下有益效果实现了网络化协同设计，用户之间数 据共享，各端通讯流畅；依托PDM平台，实现了产品设计文档的有效管理，提高了知识的可 重用度，保证设计文档的一致性和安全性；实施方便，可操作性强，具有良好的可扩展性。应用结果表明，该方法是现代起重机设计的一个崭新发展方向，能够显著提高企业设计效率、 缩短产品研发周期，使企业能够快速响应市场需求。
图1是本发明整体结构流程图；图2是本发明的应用产品对象桥式起重机金属结构模型；图3是本发明的应用产品对象桥式起重机附属结构模型；图4是本发明应用产品对象的模块划分结构图；图5是本发明C/S/W体系结构流程图。
具体实施例方式如图1所示，一种基于C/S/W体系结构的桥式起重机金属结构参数化设计方法，它 包括以下步骤(1)采用“项目-产品-部件”的整体设计流程，以项目为单位，用树形结构来表示 项目、产品、部件的之间从属关系，确定零部件参数之间的传递方向和主从关系，结合图2、 图3所示桥式起重机金属结构的结构特点，按照其功能合理划分模块，正确分析相应模块 的参数化变型关系，确定合理的变参、变型空间，根据模板最大化原则，利用三维CAD软件 建立各个模块的参数化模型模板和工程图模板，参数化模板作为信息载体，集成了客户需 求信息、产品特征信息和设计过程信息；创建项目过程中包括如下信息项目名称、立项号、工号、合同号、审查、工艺审查、 标准化审查、批准、审核、会签、设计员等。这些信息将会在工程图标题栏、BOM表中体现出 来；根据创建的项目分别设置相对应的产品，创建产品过程中包括如下信息项目名称，起 重机类型，起重机主参数(起重量、跨度、工作级别)，起重机图号，产品名称，产品代码，外 观颜色，产品材质等。参数分析，确定合理的变参、变型空间以及零部件之间的约束关系和关联尺寸，划 分参数等级。参数分析主要包括产品总体参数分析、零件参数分析和参数间的关联分析，其 中产品总体参数分析目的是分析影响整个产品功能、结构的主要性能参数，从产品整体上 进行把握，如桥式起重机的跨度；零件参数分析目的在于对零件参数进行分类，并在零件参 数中提取能直接驱动结构的主参数；关联分析的目的是建立参数间的关联，主要包括零部 件之间的参数关联和零件内的参数关联两部分。将参数分为四个级别一级参数、二级参数、从动参数、无关参数。从产品角度出 发，影响多个部件结构尺寸的参数为一级参数，它能实现各模块之间几何尺寸的相互关联; 只决定本部件结构尺寸的参数为二级参数；受制于二级参数、一级参数的结构尺寸参数为 从动参数；不对其它零部件产生任何影响的或影响可以忽略的参数为无关参数。据此确定 组成桥式起重机金属结构的各个零部件的参数级别，根据图4由上到下完成各个参数的定 义和关联尺寸之间的读取。(2)建立“客户端/服务器/工作站(C/S/W)”网络体系结构，如图5所示，C/S/W网 络体系结构包括客户端、服务器、工作站三部分，其中客户端负责产品设计参数的提交和维 护，通过人机交互界面设置参数，同时通过PDM客户端查看或下载相应的产品设计文档；工作站负责产品主模型、工程图的生成和工艺信息的统计，从服务器上获取新数据进行模型 驱动及工程图调整，并将生成的产品设计文档检入到服务器；服务器安装SQLServerfOOS 和SoIidWorksWorkgroup PDM VaultAdmin软件，负责设计参数与产品设计文档的管理与维 护，并监听客户端和工作站的工作状态，实时发出工作指令；三者均需一定的软件支撑，具体如下①胃 P Microsoft ExceU Microsoft Word、Microsoft Access R Solidfforks2010,Solidfforks PDMWorks Client ；②服务器端MicrosoftSQL Server 2008、SolidWorks Workgroup PDMVaul tAdmin ；(3)1^ :Solidfforks2010> Microsoft Excels Microsoft Access。(3)根据参数化原理和数据库技术，自动建立与实时更新企业常用标准件三维模 型库，建立尺寸参数库，按照国家标准或企业标准规定的尺寸数值，写入Excel表中，用程 序将Excel表中数据导入到SQL数据库中，并自动创建相应的数据表，在“标准件库创建时 间”表中记录了各标准件创建的时间，制定标准件库的更新机制，动态实时的实现标准件库 的更新与维护，通过程序自动将其检入到PDMWorks数据库中，通过设计资源共享实现各零 部件之间的借用和更新替换；(4)将参数化技术与PDM技术有机结合，自动生成和有效管理产品设计文档，将 模块化、参数化设计理论应用于桥式起重机金属结构的设计当中，对各结构模块开发参数 设置程序，程序应具有一定的参数容错功能和参数记忆功能；根据已确定的变参、变型空间 以及零部件之间的约束关系和关联规则，开发参数化模型驱动程序和工程图调整程序，生 成产品的设计计算说明书、设计参数报告、三维模型、图纸、BOM表、工艺信息统计表；客户 端程序提供了与ANSYS分析软件交互操作的接口，并给出了详细的设计计算说明书供有限 元分析校核时使用；通过对PDMWorks Workgroup进行二次开发，完成产品的设计计算说明 书、设计参数报告、三维模型、图纸、BOM表、工艺信息统计表的批量检入；设定版本控制规 则，生命周期状态以及所选生命周期状态的规则，创建不同的用户和组，设置访问权限，用 户通过PDM客户端检出需要的文档，并完成版本和生命周期状态的控制。
权利要求
1 一种基于C/S/W体系结构的桥式起重机金属结构参数化设计方法，其特征是它包括 以下步骤(1)采用“项目-产品-部件”的整体设计流程，以项目为单位，用树形结构来表示项目、 产品、部件的之间从属关系，确定零部件参数之间的传递方向和主从关系，结合桥式起重机 金属结构的结构特点，按照其功能合理划分模块，正确分析相应模块的参数化变型关系，确 定合理的变参、变型空间，根据模板最大化原则，利用三维CAD软件建立各个模块的参数化 模型模板和工程图模板，参数化模板作为信息载体，集成了客户需求信息、产品特征信息和 设计过程信息；(2)建立“客户端/服务器/工作站(C/S/W)”网络体系结构，C/S/W网络体系结构包括 客户端、服务器、工作站三部分，其中客户端负责产品设计参数的提交和维护，通过人机交 互界面设置参数，同时通过PDM客户端查看或下载相应的产品设计文档；工作站负责产品 主模型、工程图的生成和工艺信息的统计，从服务器上获取新数据进行模型驱动及工程图 调整，并将生成的产品设计文档检入到服务器；服务器安装SQLServerfOOS和SolidWorks Workgroup PDMVaultAdmin软件，负责设计参数与产品设计文档的管理与维护，并监听客户 端和工作站的工作状态，实时发出工作指令；(3)根据参数化原理和数据库技术，自动建立与实时更新企业常用标准件三维模型库， 建立尺寸参数库，按照国家标准或企业标准规定的尺寸数值，写入Excel表中，用程序将 Excel表中数据导入到SQL数据库中，并自动创建相应的数据表，在“标准件库创建时间”表 中记录了各标准件创建的时间，制定标准件库的更新机制，动态实时的实现标准件库的更 新与维护，通过程序自动将其检入到PDMWorks数据库中，通过设计资源共享实现各零部件 之间的借用和更新替换；(4)将参数化技术与PDM技术有机结合，自动生成和有效管理产品设计文档，将模块 化、参数化设计方法应用于桥式起重机金属结构的设计，对各结构模块开发参数设置程序， 程序应具有一定的参数容错功能和参数记忆功能；根据已确定的变参、变型空间以及零部 件之间的约束关系和关联规则，开发参数化模型驱动程序和工程图调整程序，生成产品的 设计计算说明书、设计参数报告、三维模型、图纸、BOM表、工艺信息统计表；客户端程序提 供了与ANSYS分析软件交互操作的接口，并给出了详细的设计计算说明书供有限元分析校 核时使用；通过对PDMWorks Workgroup进行二次开发，完成产品的设计计算说明书、设计 参数报告、三维模型、图纸、BOM表、工艺信息统计表的批量检入；设定版本控制规则，生命 周期状态以及所选生命周期状态的规则，创建不同的用户和组，设置访问权限，用户通过 PDM客户端检出需要的文档，并完成版本和生命周期状态的控制。
2.根据权利要求1所述的基于C/S/W体系结构的桥式起重机金属结构参数化设计 方法，其特征是步骤(3)中所述的标准件包括GB5782_2000六角头螺栓、GB5783_2000大 六角头螺栓、GB1228_91大六角头螺栓、GB5780_2000六角头螺栓、GB41_86六角头螺母C 级、GBT5781_2000六角头全螺栓、GBT6170_2000六角螺母、GBT1230钢结构用高强度垫圈、 GBT1229 螺母、GB!3^6_82 起重机钢轨、GB706 工字钢、GBT11263_2005T 型钢、GB707_65 热轧 槽钢、TO167_65热轧不等边角钢、吊耳、轴端挡板。
3.根据权利要求1所述的基于C/S/W体系结构的桥式起重机金属结构参数化设计方 法，其特征是所述的工程图包括.DWG、. PDF、. TIF、. EDRW四种格式，所述的工艺信息包括材料定额消耗、油漆表面积、切割线长度。
全文摘要
本发明涉及一种基于C/S/W体系结构的桥式起重机金属结构参数化设计方法，采用“项目-产品-部件”的整体设计流程，通过建立“客户端/服务器/工作站(C/S/W)”网络体系结构，根据参数化原理和数据库技术，自动建立与实时更新企业常用标准件三维模型库，将参数化技术与PDM技术有机结合，自动生成和有效管理产品设计文档。本发明实施方便，可操作性强，具有良好的可扩展性，能够提高企业设计效率、缩短产品研发周期。
文档编号G06F17/50GK102096745SQ20111005775
公开日2011年6月15日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者何喜东, 吴淑芳, 姚立民, 李平安, 王宗彦, 秦慧斌, 虞国军, 陆春月 申请人:中北大学