（机械电子工程专业论文）电渣炉参数化设计快速响应平台研发.pdf

_i at h e s i si nm e c h a n i c a la n de l e c t r o n i ce n g i n e e r i n g f ! f ! f 趔f r l l f l l l l l l l l j l f i j u f l r f j f r l l l l f f r l l f l y18 4 1 3 3 8 j ， 7 r a p i dr e s p o n s e p l a t f o r m ，sd e v e l o p m e n to f e l e c t r o s l a gf u r n a c e sp a r a m e t r i cd e s i g n b yw a n gh u a l o n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o ry a n gh u i l i n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 8 f ，斌 丫 ；j，ti：；!it*矗 、 堇 i y 独创性l 声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 二 思。 学位论文作者签名：至妣 日 期：勿孵、兀争 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年区一年口一年半口两年口 量 学位论文作者签名：互北笼 导师签名：j 学位论文作者签名：互北龙 导师签名： 签字日期：z 汐汐仄疋午 签字 i 期： 黟祥 0 9 、7 、够 一 t j 。r 彳量墨 bj。#，00露m紧q。一 j o 东北大学硕士学位论文摘要 电渣炉参数化设计快速响应平台研发 摘要 电渣炉是一种利用重熔电流产生热能熔化插入渣池的自耗电极，金属熔滴通过渣 液清洗后，在水冷结晶器中结晶成电渣锭的一种特殊冶炼设备，是特殊钢厂必不可少 的生产设备。它结构复杂，零件数目多，传统的二维设计方法使设计人员做很多重复 性的工作，设计任务重，效率低。 参数化设计和特征建模技术是c a d 技术继续发展和适应工业发展要求的两项重 要技术。参数化设计技术有利于建立和管理产品零件库，极大地提高了产品的开发效 率。而应用特征建模技术建立的产品特征模型，从产品整个生命周期各阶段的不同要 求来描述产品，完整地提供了产品信息，使得各应用系统可以直接从产品模型中抽出 所需的信息，这就极大地满足了c a d c a m c a e 集成系统的要求。 本文首先针对电渣炉产品的特点进行了详尽的功能分解，划分出若干功能模块， 再根据功能模型、原理模型、结构模型之间的映射关系，最终完成满足客户要求的电 渣炉结构模型配置，为参数化设计打下良好的基础。本参数化系统选择v c + + 作为系 统开发的程序设计语言，a c c e s s 2 0 0 3 为数据库管理系统，并通过调用s o l i d w o r k sa p i 和使用a d o 数掘库访问技术，实现各软件平台间的数据交流和互动，丌发出一套基 于产品族模型的电渣炉参数化设计系统，极大地提高了电渣炉产品的设计效率。本参 数化设计系统具有良好的人机交互界面，能够实现电渣炉模块化选型，能够实现电渣 炉零部件的参数化设计和三维模型与二维工程图的联动，能够实现电渣炉各模块的装 配。并由快速响应平台的数据库管理系统管理参数化设计系统数据库中的模块信息、 模型数据和图纸模板等，实现了导出数据和导入数据功能，方便用户问的数据共享。 最终实现了企业快速响应市场和满足客户个性化需求，实现了电渣炉产品的快速设计。 关键词：电渣炉；产品族模型；参数化设计；快速响应设计 一i i 一 一 ，3 、iv 2_ _ 哆 i【童j j 一 j - j 东北大学硕士学位论丈 a b s t r a c t r a p i dr e s p o n s ep l a t f o r m sd e v e l o p m e n t o f e l e c t r o s l a g f u r n a c e ，sp a r a m e t r i cd e s i g n a b s t r a c t e l e c t r o s l a gf u r n a c ei sa k i n do fe s p e c i a ls m e l te q u i p m e n tw h i c hu s e r e m e l t i n ge l e c t r i c i t y m e l ti n s e r t i n gr e s i d u ep o o l ss e l f - c o s tp o l e t h em e l tl i q u i dw i l lr i m ee l e c t r o s l a gi n g o ti n w a t e r - c o o l i n gc r y s t a li m p l e m e n tt h r o u g he l e c t r o s l a gl i q u i d sw a s h i n g e l e c t r o s l a gf u r n a c ei s an e c e s s a r ye q u i p m e n ti ne s p e c i a ls t e e lf a c t o r y e l e c t r o s l a gf u r n a c e ss t r u c t u r ei sc o m p l e x ， a n dh a st o om a n yp a r t s s ot r a d i t i o n a l2 dd e s i g nm e t h o dw i l lm a k et h ed e s i g n e r sd om u c h c o m p l e xw o r k t h ed e s i g na s s i g n m e n t i sh e a v ya n di n e f f i c i e n t p a r a m e t r i cd e s i g na n df e a t u r em o l d i n gt e c h n o l o g ya r et h et w oi m p o r t a n tt e c h n o l o g i e si n s u b s e q u e n td e v e l o p m e n to fc a d t h ep a r a m e t r i cd e s i g nt e c h n o l o g yi sf a v o ro fe s t a b l i s h m e n t a n dm a n a g e m e n to fp r o d u c t sa n di tc a ni m p r o v ed e s i g ne f f i c i e n c yo fp r o d u c t s t h ep r o d u c t f e a t u r em o d e le s t a b l i s h e db yf e a t u r em o d e l i n gt e c h n o l o g yd e s c r i b e st h ep r o d u c tf r o mt h e e a c hs t a g ei nl i f e ，a n dp r o v i d e sw h o l ei n f o r m a t i o no ft h ep r o d u c t e v e r ys y s t e mc a ng a i ni t s i n f o r m a t i o nf r o mp r o d u c tm o l da n dt h i sc a ns a t i s f i e dt h er e q u i r e m e n to fc a d c a m c a e s y s t e m t h ep a p e rd o e sf u n c t i o na n a l y t i c si nd e t a i la c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fe l e c t r o s l a g f u r n a c ep r o d u c ta tf i r s t ，a n dt h ep a p e rm a r k so f fs o m ef u n c t i o nm o d u l e s t h e ni tf i n i s h e s e l e c t r o s l a g f u r n a c e ss t r u c t u r em o d e lc o n f i g u r a t i o ni no r d e rt os a t i s f yc u s t o m e r s r e q u i r e m e n ta c c o r d i n gt ot h em a p p e dr e l a t i o n s h i pa m o n gf u n c t i o nm o d e l ，p r i n c i p l em o d e la n d s t r u c t u r em o d e l s oi tw i l ld og o o dp r e p a r a t i o nf o rt h ep a r a m e t e r i z e dd e s i g n t h i s p a r a m e t e r i z e ds y s t e mc h o o s e sv i s u a lc + + a st h ep r o g r a m m ed e s i g nl a n g u a g e a n di tc h o o s e s a c c e s s 2 0 0 3t ob ed a t a - b a s em a n a g e m e n ts y s t e m t h i sp a r a m e t e r i z e ds y s t e ma c h i e v e sd a t a c o m m u n i o na m o n ge a c hp l a t f o r mt h r o u g ht r a n s f e r r i n gs o l i d w o r k sa p ia n du s i n ga d o d a t a - b a s ea c c e s s i n gt e c h n o l o g y t h ep a p e re x p l o i t sa ne l e c t r o s l a gf u r n a c ep a r a m e t r i cd e s i g n s y s t e mb a s e do np r o d u c tf a m i l ym o d e lt oi m p r o v ee l e c t r o s l a gf u r n a c e sd e s i g ne n v i r o n m e n t i t g r e a t l yi m p r o v e dt h ed e s i g ne f f i c i e n c yo fe l e c t r o s l a gf u r n a c e t h i sp a r a m e t e r i z e ds y s t e m h a sf r i e n d l yu s e ri n t e r f a c e ，i tc a na c h i e v ee l e c t r o s l a gf u r n a c em o d u l a r i z e dc h o o s i n ga n d p a r a m e t e r i z e dd e s i g no fe l e c t r o s l a gf u r n a c e sp a r t s a n di t c a na l s oa c h i e v et h el i n k a g e b e t w e e n3 dm o d e la n d2 dd r a w i n g i na d d i t i o n ，i tc a na c h i e v ee l e c t r o s l a gf u r n a c e ss u b m o d u l ea s s e m b l a g e t h i ss y s t e mm a n a g e sm o d u l ei n f o r m a t i o n ，m o d e ld a t aa n dd r a w i n g c y c l o s t y l ei np a r a m e t e r i z e dm a n a g ed a t a - b a s ed u et od a t a b a s em a n a g es y s t e mo fr a p i d r e s p o n s ep l a t f o r m i ta l s oa c h i e v e sd a t a sp a s s i n gi na n do u t ，a n di ti sc o n v e n i e n tt od a t as h a r e t h e r a p i dr e s p o n s ep l a t f o r mf i n a l l yc a r r yo u tt h er a p i dr e s p o n s eo fm a r k e ta n d t h es a t i s f a c t i o n o fc u s t o m e r si n d i v i d u a t i o nr e q u i r e m e n t ，a n da c h i e v et h er a p i dd e s i g no fe l e c t r o s l a gf u r n a c e - i i i - l。v 、l， 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t p r o d u c t k e yw o r d s ：e l e c t r o s l a gf u r n a c e ；p r o d u c tf a m i l ym o d e l ( p f m ) ；p a r a m e t e r i z e dd e s i g n ；r a p i d r e s p o n s ed e s i g n l i v 东北大学硕士学位论文目录 目录 独创性声明。i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 课题相关技术国内外研究历史及现状1 1 1 1 电渣炉国内外研究历史及现状一l 1 1 2 参数化技术国内外发展与现状3 1 1 3 面向产品族快速设计技术国内外研究现状5 1 2 课题研究的目的和意义7 1 3 论文主要工作8 第2 章电渣炉产品族模型构建9 2 1 产品族相关概念9 2 1 1 模块化9 2 1 2 产品族9 2 1 3 产品族模型1 0 2 2 基于模块化的产品族模型研究1 1 2 2 1 基于模块化的产品构成模式：一1 1 2 2 2 基于模块化的产品族模型研究一1 2 2 3 电渣炉模块划分1 4 2 3 1 模块划分的原则1 4 2 3 2 电渣炉产品功能分解1 5 2 4 电渣炉产品族觇划1 7 第3 章参数化设计快速响应平台总体方案设计2 1 3 1 开发工具选择2 1 3 1 1 三维c a d 平台的选择2 l 3 1 2 程序设计语吉的选择一2 1 一v 一 一 ，t鼍卜 东北大学硕士学位论文 目录 3 1 3 数据库及其访问技术的选择一2 2 3 2 快速响应平台总体设计思想2 4 3 2 1 快速响应平台系统各软件平台问的联系一2 4 3 2 2 快速响应平台总体设计思想2 4 3 3 快速响应平台的基本功能与要求2 5 第4 章参数化设计快速响应平台功能模块设计2 8 4 1 数据库创建2 8 4 2 界面功能设计2 9 4 2 1 电渣炉选型与公称容量选择功能模块设计3 0 4 2 2 电渣炉模块选型与参数化功能模块设计一3 1 4 2 3 电渣炉装配过程演示功能模块设计一3 6 4 3 系统调试3 6 第5 章电渣炉快速响应平台的功能实现3 9 5 1 电渣炉选型与公称容量选择界面功能实现3 9 5 1 1 界面控件功能实现3 9 5 1 2 界面功能程序实现4 0 5 2 电渣炉模块选型与参数化设计界面功能实现4 0 5 2 1 电渣炉主要参数计算功能实现4 0 5 2 2 电渣炉模块选型树状控件功能实现一4 2 5 2 3 电渣炉零件参数化功能实现2 4 3 5 2 4 电渣炉工程图参数化功能实现一4 6 5 3 电渣炉虚拟装配过程实现：4 8 5 4 数据库功能实现4 9 5 4 1 数据的读取与保存4 9 5 4 2 数据库访问接口a d o 的实现5 l 第6 章结论与展望5 4 6 1 结论5 4 6 2 展掣5 4 一v i ： - 、 ， 、， 东北大学硕士学位论文目录 参考文献5 6 致谢6 0 v i i 一 、嘈， l _ ， 蓝 擎0ihnmt女； 一 i f 、 ，- 、 。多 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 第l 章绪论 1 1 课题相关技术国内外研究历史及现状 1 1 1 电渣炉国内外研究历史及现状 电渣炉是一种利用重熔电流产生热能熔化插入渣池的自耗电极，金属熔滴通过渣液 清洗后，在水冷结晶器中结晶成电渣锭的一种特殊冶炼设备。由于渣液的去夹杂作用和 良好的结晶条件，电渣重熔金属具有良好的纯净度，铸态组织细致均匀，无白点及年轮 状偏析，硫含量极低，夹杂物细小弥散等优良性能。因此，电渣重熔在大中型锻件、模 块毛坯生产中处于垄断地位，在优质工具钢、优质模具钢、马氏体时效钢、双相钢管坯、 冷轧轧辊电渣钢占绝对优势，电渣熔铸异形件有独特之处，国内电渣钢年产量已达几十 万吨。电渣炉是特殊钢厂必不可少的生产设备。 电渣冶金发展史可追溯到美国霍普金斯( r k h o p k i n s ) 于1 9 4 0 年提出的“凯洛电铸 锭”专利( 美国专利号：n o l2 1 9 1 4 7 0 ) ，但由于独家封闭性生产，技术落后，成分不均 匀，一直未获推广【l 】。1 9 5 8 年乌克兰扎波洛市德聂泊尔特钢厂p 9 0 9 型工业电渣炉( 1 t ) 投 产并建车间【2 j 。欧美各国发展电渣冶金先后均引进前苏联巴顿电焊研究院的技术。世界 上独立发展电渣冶金技术仅有中国和英国。1 9 6 5 年英国设菲尔德一布朗公司，将一台7 吨真空电弧重熔炉改为电渣重熔炉，英国电渣冶金从此揭开序幕【3 j 。 电渣重熔在2 0 世纪6 0 年代得到飞速发展。当时，除前苏联、美国和中国外，英国、 奥地利、德国和日本等也对电渣冶金技术进行了深入研究。2 0 世纪7 0 年代初到8 0 年代 中期是世界各国电渣冶金迅速发展的重要时期，其主要表现为电渣炉的数量、生产能力 显著增加，电渣钢品种不断扩大，电渣冶金技术出现了许多新分支，应用范围明显扩大， 电渣炉的装备水平大幅度提高，并相继建成许多大型的电渣炉。当时比较重要的电渣炉 有：德国r 6 h l i n 9 2 b u r b a e h 公司1 6 0 t 的电渣炉，美国e r i e 市n a t i o n a i f o r g e 公司的9 2 t 电渣炉，日本神户制钢公司高砂厂的7 0 t 电渣炉，韩国h u n d a i 国际公刊的9 2 t 电渣炉， 印度的8 8 t 电渣炉，英国不列颠钢铁公司的5 0 t 三相板坯电渣炉，前苏联y i i i 1 0 7 型多 流电渣炉及y i i i 1 0 6 电渣熔铸专用电渣炉。根据有关资料推算，世界上电渣钢的年生产 能力约2 0 0 万吨。世界最大的电渣炉是我i 司上海重型机器厂的2 0 0 t 电渣炉，最大的板坯 电渣炉是俄罗斯义义极串联7 0 t 板坯电渣炉。世界上最大的电渣车间是乌克兰扎波洛什市 东北大学硕士学位论丈第1 章绪论 德聂泊尔特钢厂电渣车间，有电渣炉2 2 座。2 l 世纪电渣炉建设速度加快，产量年增长 1 0 以上。 我国冶会工作者在电渣焊的基础上开发出电渣重熔技术，于1 9 5 8 年1 2 月9 日炼成 合金工具钢和高速钢锭，我国电渣冶金从此诞生【4 j 。1 9 5 9 年1 1 月北京钢铁学院和冶金 部建筑研究院合作，采用电渣重熔法研制成功航空轴承钢。1 9 6 0 年初北京钢铁学院设计 了1 5 0 k g 工业性电渣炉，由北京钢厂制造并在该院投产。1 9 6 0 年6 月冶金部建筑研究院 设计了o 5 t 双电极支臂连续抽锭电渣炉，该设备在重庆特殊钢厂建成，于1 9 6 0 年8 月 重熔出o 5 t 优质合金钢锭。1 9 6 1 年1 1 月冶金部在重庆召开了第l 届全国电渣冶金会议， 总结了批量生产经验，并推荐双支臂电极交替连续抽锭及单臂固定式两种炉型，成立了 全国电渣冶金协调组。1 9 6 3 年1 1 月国家科委发布科学技术发展1 0 年规划，冶金部 负责9 项，第5 项为电渣冶金。1 9 6 3 年底冶金部将建筑研究院电渣组人员及设备调入钢 铁研究院，成立电渣专业组，继续用同位素方法研究电渣过程去除夹杂机理，并研究新 炉型三相电渣炉，为太原钢铁公司5 5 t 三相电渣炉、齐齐哈尔1 0 t 三相电渣炉、上 钢三厂板坯电渣炉的建立提供技术设计。1 9 6 0 年北京钢铁学院建成5 k g 密封式氩气保护 电渣炉，1 9 6 4 年与抚顺钢厂。合作建成2 0 0 k g 密封式氩气保护电渣炉( 真空电渣炉) 。从1 9 6 0 年丌始东北工学院电冶金教研室在电渣重熔工艺参数优化匹配计算及电渣重熔热平衡 计算方面做了系统的研究，并提供诺模图供合理选择工艺参数。有衬电渣炉是我国开创 的电渣冶金新分支。江西南昌江东机床厂于1 9 6 0 年采用单相单电极炉底导电式有衬电 渣炉，冶炼合金钢。1 9 6 0 年北京钢铁学院帮助北京量具刃具厂建立了单相双极有衬电渣 炉，1 9 6 1 年又试验成功了三自耗电极三相有衬电渣炉，分别在北京带钢厂和北京钢丝厂 进行工业性生产。三相有衬电渣炉在北京钢丝厂成功地生产3 0 多年，取得了巨大经济 效益。1 9 7 2 年昆明工学院在西南地区推广有衬电渣炉时，改进单相双极有衬电渣炉，采 用b i f i l a r 供电在炉底接零线，从而解决了双电极熔化4 i 均匀的问题，于1 9 8 2 年双自耗 电极单相有衬电渣炉项目获国家发明奖。上海重型机器厂与北京钢铁学院合作，于1 9 8 1 年创建了2 0 0 t 级电渣炉，结晶器直径2 1 8 m ，若抽锭可7 i 产2 4 0 t 的大锭，这是目前世界 上最大的电渣炉，实际生产锭重已达2 0 5 t 。 日前我国所有特殊钢厂都建立了电渣重熔车间，拥有工业电渣炉上百台，年生产能 力儿十万吨，小型电渣炉星罗棋布，产量近3 万吨年。我幽电渣冶会技术领先，产量在 世界 ：名列前茅【5 。三相有衬电渣熔炼技术己出口美国、马来西哑等国【2 j 。日本n t n 轴 承株式会社测定了我国各厂电渣重熔轴承钢的疲劳寿命测定结果均超过日本n t n 轴 承株式会社用v a d 精炼的轴承钢。国产电渣重熔高速铡达到国际名牌奥地利l s o d i c s 一2 一 o - # 1 f ， ： ： 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 的水平，变高速钢刀具的进口为出口，年创汇3 6 0 0 万美元【2 1 。 但是中国电渣冶金仍存在的问题就是设备落后。多数电渣炉建于2 0 世纪7 0 年代至 8 0 年代。设备陈旧，受国内机电制造水平及自动控制水平限制，没有完善的闭环系统( 包 括熔速v m 、渣池电阻r s 及电压波动u = 2 3 v 等) ，虽引进了美国c a n s a r e 及德国 l o y b o l d 2 h e r e a u s 公司三台先进电渣炉，但未能消化吸收。而且电渣重熔电耗偏高，国内 各特殊钢厂电渣重熔平均电耗1 5 6 3 k w h t ，高于世界平均水平，美国材料咨询局给总 统的a d 报告，要求控制在1 2 0 0 k w h t t 2 1 。 。 如上所述，我国电渣冶金技术世界领先，产量在世界上名列前茅，但现有的电渣炉 设备陈旧。如果我国电渣冶金产品想继续在国际市场上占据领先位置就必须在硬件即电 渣炉设备上更新换代，采用具有高自动控制水平、低能耗、结构合理的电渣炉产品。 基于上述情况，导师与鞍钢合作开发了这套具有高自动控制水平、液压传动方式、 结构紧凑合理、功能先进、操作方便、低电耗的电渣炉设备。由于它具有广阔的市场前 景，为了满足不同钢厂对电渣炉设备的不同需求，作者研发了这套基于产品族模型的电 渣炉参数化设计快速响应平台，该平台能够实现满足客户个性化需求的基于产品族功能 模块的参数化快速三维实体建模、自动装配、自动出工程图。让客户能够在很短的时间 里看到满足客户个性化需求的j 维实体模型和工程图纸。 1 1 2 参数化技术国内外发展与现状 近年来，市场竞争日趋激烈，为了适应变化迅速的市场需求，产品研制周期、质量、 成本、服务是每一个现代企业必须面对的问题。近二十年来实践证明，将信息技术应用 于新产品研制以及实施途径的改造，是现代企业生存、发展的必由之路。同时，人们逐 步认识到先进的产品研制方法、手段以及实施途径，实际上是产品研制质量、成本、设 计周期等方面最有利的保证。企业若想求得成功必须对市场做出快速响应，尤其是在企 业的生产技术和组织形式由过去的单一品种大批量生产模式向多品种小批量的柔性、高 效生产模式转变的今天，需要产品设计者建立产品的专有数据库，并能够充分利用已有 的产品信息，并能够建立起一个既能反映产品生命周期各阶段数据需求，又能反映各阶 段数据关系的可变型产品模型，以实现产品的参数化，并快速响应用户订单需求。因此 产品建模理论和方法以及产品的参数化设计的研究近年来己经成为了企业界和学术界 关注的热点之一。参数化设计是基于信息理论和计算机技术，以一定的数据模式定义和 表达在产品活动中的有关产品数据的内容、过程和联系的数字化信息模型。尤其足参数 化( p a r a m e t r i c ) 设计目前己成为计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n c a d ) 技术中最 一j 一 东北大学硕士学位论丈；第1 章绪论 ， ! 热门应用技术之一。 随着计算机软硬件技术的迅速发展以及工程技术的深入与发展，计算机辅助设计一 c a d 已经日益完善，在各个领域都得到了广泛的应用。并且随着c a d 与计算机技术研 究的深入与发展，不断出现了面向产品多样化的参数化设计、虚拟设计、虚拟制造等先 进的技术；而这些技术的提出与发展又推动了c a d 软件的自动化水平，极大地提高了 产品质量，缩短了生产周期，提高了生产效率，节约了生产成本，提高了产品的经济效 益，加快了产品的更新换代。 在c a d 技术发展早期，设计人员在绘制产品图形时，往往采用人机交互标注尺寸的 方式，其尺寸标注值都是固定的，所生成的图形只有图素本身的几何信息，而设计过程 中的设计知识、设计约束、功能条件等并没有保留下来【2 0 1 。此外产品内部组件之间没有 约束关系，设计大多为改进型设计，不能实现尺寸变动与系列化设计。为了克服这些缺 点，研究人员提出了参数化设计的方法。 参数化设计就是采用预定义的办法建立图形的几何约束集，指定一组尺寸作为参数 与几何约束集相关联，并将所有的关联式融入到应用程序中，然后采用人机交互方式通 譬过对话框修改参数尺寸，最终由程序根据这些参数顺序地执行表达式来实现的方法。参 ：数化设计极大的改善了图形的修改手段，提高了设计的柔性，在概念设计、动态设计、 实体造型、装配、公差分析与综合、机构仿真、优化设计等领域发挥着越来越大的作用， 体现出很高的应用价值。 参数化技术发展至今已有四十多年的历史了，在这期间众多学者对其进行了不懈的 研究与探索。 参数化研究工作最早可追溯到6 0 年代早期，这一阶段以s u t h e r l a n d 为代表，他在 s k e t e h p a d ( 1 9 6 3 ) 系统【2 1j 中提出利用约束作为辅助手段进行零件的生成，其对模型的修改 只是一个单向过程，没有使用约束定义和修改几何模型，一旦模型生成后约束不能反过 来限制模型。 7 0 年代末，h i l l y a r d 提出变量几何和几何约束思想，并最终由g o s s a r d 及其研究小 组进一步发展和完善这种思想，在此期问也形成了一些不同的参数化方法。美国的 r o b e r tl i g h t 和d a v i dg o s s a r d ( 1 9 8 2 ) 提出修改实体的变量几何法【2 2 1 ，将尺寸约束等式划 分为水平距离、垂直距离、线性距离、点线距离和角度尺寸等多种类型，利用以柔性过 程来定义和修改几何模型，t 寸变量决定几何模型的形状和大小，通过修改尺寸变量来 修改模型，并将该方法应用f ：草图和系列化零件的设计。 8 0 年代中期剑9 0 年代卡j j 期，a i 技术引入参数化设计中，人们分别将几何推理、神 一4 一 - r 东北大学硕士学位论丈第1 章绪论 经网络等人工智能方法应用到设计中去。同时，将参数化技术应用到实体造型，形成了 特征造型技术，以a l d e f e l d 、s u z u k i 、v e r r o u s t 提出的基于专家系统的方法为主要代表。 他们对约束与模型操作、基于约束的几何推理机制、基于约束的构造过程参数化设计方 法进行了探讨。 9 0 年代以来，由韩国p o h a n g 大学l e ej a e y e o l ( 1 9 9 6 ) 提出利用图表示基于知识的几 何推理方法，将完备的约束设计模型和几何规则表示成图，从设计图选择出适当的子图 以得到新的事实，并在规则图中搜索子规则图去匹配模型中的子图，此种方法改善推理 过程，并节省了推理时间f 2 3 1 。中科院系统所g a ox i a o s h a n 和美国w i c h i t a 国立大学c h o u s h a n g c h i n g ( 1 9 9 8 ) 在几何约束求解系统中，提出了一种全局传播法和代码计算法，该方 法对局部传播方法进行扩展，全局传播法在确定一个几何元素对象的位置时是从几何元 素集中的已知元素推理而来的，推理过程中不仅使用了显式约束，而且还有约束信息中 的隐含约束，并且能判定几何对象是过约束，还是欠约刺2 4 】。 国内众多学者近年来对参数化的研究也显示出较高的热情，相继开发出一些具有较 高技术水平的商品化软件，在几何约束的表示和求解方面，提出了各种新方法和思路。 参数化自诞生至今，其理论得到逐渐完善，参数化方法在实践中得到“泛应用，其应用 价值也日益显现出来。 上世纪8 0 年代以来，随着经济建设的持续调整发展，以前落后陈旧的电渣炉设备 急需更新换代，电渣炉需求量越来越大，技术要求越来越高。电渣炉作为一种冶金设备， 必须要根据工厂的生产能力、厂房规格的不同而相应发生变化。虽然电渣炉会有几种标 准的型号供客户选择，但这些标准型号的电渣炉远远不能满足用户的需求。而重新为客 户设计符合他们要求的电渣炉，在设计和加工、安装的过程中，既浪费了大量的人力和 时间，还不可避免的产生设计错误，造成不必要的损失。因此，利用三维c a d 技术， 对电渣炉进行参数化设计可以大大提高电渣炉的设计效率，减轻设计人员的工作量，加 快没计周期。 1 1 3 面向产品族快速设计技术国内外研究现状 国外工业发达国家对面向产品族快速设计技术的研究己有很多年的历史，应用比较 广泛，并己取得了大量的应用成果，企业己形成了从产品设计、工艺、生产到销售管理 的整套面向产品族的产品全生命周期制造管理体系。产品制造企业能在很短的时间内 完成产品的方案设计任务，从而进行快速应标剐报价，为食业赢得更多的客户和商业机 遇。进干j ：面向产品族的快速设计，产品方案设汁剧期缩短到几天，进而使得产品的整个 二j 茧至卜 e d一非结构化数据 b _ ( 电子邮件： - - ( 地理信息： g e t s w a p p 0 一 i n e w d o c u m e n t 2 0 调入图纸 利用指针函数p d r a w i n g d o c - c r e a t e l a y e r 0 设置线型和图层 使用p d r a w i n g d o e - s e tc u r r e n tl a y e r ( a u t ( “无 ) ，& r e t v a l ) 设置当前图层 p m o d e l d o c s k e t c h m i r r o r 0 可以生成当前实体新的镜像 p m o d e l d o c i n s e r t h a t c h e d f a c e 0 在当前选择的封闭草图内打剖面线 p m o d e l d o c - a d d d i m e n s i o n ( o p x l ，o p y l ，0 ，& r e t v a l ) 对当前的所选位置进行尺寸标注 p m o d e l d o c e d i t d i m e n s i o n p r o p e r t i e s 2 0 具体地修改尺寸属性 一4 7 东北大学硕士学位论文 i 第5 章电渣炉快速响应平台的功能实现 p m o d e l d o c i l n s e r t g t o l ( & p g t 0 1 ) 生成新的尺寸公差符号 p m o d e l d o c - i n s e r t s u r f a c e f i n i s h s y m b o l 2 0 生成粗糙度，对粗糙度进行具体赋值 p m o d e l d o e - i l n s e r t d a t u m t a 9 2 ( & p d a t u m t a g ) 插入基准符号特征 p m o d e l d o e - i n s e r t n e w n o t e 3 0 可以进行新注释，如添加技术要求、文字标注等说明 电极央持模块下的弧板工程图模板经参数化后未经手动修改的工程图如图5 7 所 示，可以看到工程视图的大小已经随三维模型的改变而变化，尺寸标注也随之产生了改 变，但参数化的工程图并不能完全符合工程要求，里面的一些标注还需要设计者手动修 改。如图5 7 中的尺寸标注位置、比例大小、加工要求等需要根据实际情况手动修改。 否 图5 8 电渣炉模块装配步骤 f i g 5 8t h ea s s e m b l ep r o c e s so fe l e c t r o s l a gf u r n a c em o d u l e 5 3 电渣炉虚拟装配过程实现 电渣炉参数化快速响应平台设计系统中，电渣炉模块的虚拟装配造型要根据实际装 配过程建立不同零部件之间的相对位置，一般通过装配约束、装配尺寸和装配关系式三 种手段将电渣炉的零部件组织到装配体中。s o l i d w o r k s 既提供自底向上的装配方法，同 时还提供自顶向下的装配方法。自顶向下的装配方法使工程师能够在装配环境中参考装 配体其他零件的位置及尺寸设计新零件；对于大型的、已确定的零件通常采用自底向上 的装配方法，先建立零件，然后装配环境中调用已成型的零件来实现的装配。电渣炉的 零部件装配采用自底向上的装配方法，先建立零件，然后在装配环境中调用已成型的零 m 4 8 r 嚏- ， ， ， 、 r k 东北大学硕士学位论文第5 章电渣炉快速响应平台的功能实现 件来实现模块装配，再在装配环境中调用已装配的模块来实现电渣炉整体装配。 电渣炉的装配步骤需要条理清晰，这样才便于用户在结构复杂的电渣炉模型成型的 拓扑图中检查细节，具体模块装配步骤如图5 8 所示。首先分析模块结构确定零件顺序， 再打开第一个零件读入零件数据实现参数化建模，然后将该零件调入；接下来调入第二 个零件读入零件数据实现参数化建模，将该零件调入装配体并添加约束：依此循环，直 到该模块的零件全部装配完毕。 对于电渣炉的自动装配过程演示的程序具体的代码简介如下： m _ i s l d w o r k s - i n e w d o c u m e n t 2 ( _ _ b s t r _ t ( ”e ：p r o g r a m f i l e s s o l i d w o r k s d a t a t e m p l a t e s 装配体a s m d o t ”) ，0 ，0 ，0 ，& m _ p a s s ) ； s o l i d w o r k s 默认安装目录下新建一个装配体 s n a m e f o r m a t ( ”e 客户定制立柱s s l d a s m , s t i m e ) ； 为装配体按一定规律取名 m _ p a s s - s a v e a s 4 ( _ _ b s t r _ t ( s n a m e ) ，s w s a v e a s c u r r e n t v e r s i o n ，s w s a v e a s o p t i o n s s i l e n t ， & e r r , & w a r n ，& r e t v a l ) ； 保存装配体 m _ i s l d w o r k s 一 o p e n d o c 6 ( _ b s t r _ t ( ”客户定制立柱下底座s l d p r t ”) ，s w d