（机械制造及其自动化专业论文）固定式球阀三维cad系统的开发与研究.pdf

m a s t e ro fe n g i n e e r i n g m e c h a n ic a lm a n u f a c t u r i n ga n da u t o m a t i o n i nt h e g r a d u a t esc h o o l o f l a n z h o u u n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y s u p e r v i s o r p r o f e s s o r 昕jz h u o m a y ，2 0 1 1 作者签名： 学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 日期_ 年月! 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、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电子版，允许论 文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收 录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名： 导师签名： 日期n 训7 年月岁 日 日期：缈f 年月岁e l 插图索引i v 附表索引v i 第1 章绪论1 1 1c a d 技术的应用与发展1 1 1 1 产品设计创新与c a d 发展历史1 1 1 2c a d 技术的发展方向3 1 2 阀门行业的发展4 1 2 1 阀门行业的发展历史4 1 2 2 阀门应用领域及前景4 1 3 课题来源、研究现状及意义5 1 3 1 课题背景5 1 3 2 阀门设计发展背景一6 1 3 3 课题研究现状6 1 3 4 课题的意义7 1 4 本文的研究内容和方法一8 第2 章固定式球阀零件设计一1 0 2 1 固定式球阀的设计1 0 2 1 1 固定式球阀的分类及特点1 0 2 1 2 球阀的设计及结构分析1 0 2 2 固定式球阀零件的系列化和标准化1 6 2 2 1 阀门的分类方法1 6 2 2 2 球阀的系列化和标准化1 7 2 2 3 系列化和标准化的意义1 7 2 3 本章小结17 第3 章二次开发和s o l i d w o r k sa p i 18 3 1 二次开发和平台的选择1 8 3 1 1 二次开发概述1 8 3 1 2 开发平台的选择1 9 3 2 开发语言及数据库一2 0 第4 章固定式球阀c a d 系统设计规划及构成2 9 4 1 人机交互设计一2 9 4 1 1 用户交互界面设计原则2 9 4 1 2 系统的组织框架一3 0 4 2 系统的用户界面3l 4 2 1 窗体模块3 1 4 2 2 系统用户界面介绍3 1 4 3 固定式球阀c a d 系统的功能简介3 2 4 3 1 密封面比压计算3 3 4 - 3 2 阀体厚度计算3 4 4 3 3 操作扭矩计算一3 6 4 4 阀门材料库3 8 4 4 1 阀门材料库开发3 8 4 4 2 阀门材料库的使用3 9 4 5 本章小结4 0 第5 章系统程序的实现及应用分析4 1 5 1 系统特征参数化建模一4 l 5 1 1 建模关键问题解决的技术方案4 1 5 1 2 系统特征建模的实现一4 2 5 2 系统参数化的实现4 3 5 3 标准件库的建立5 0 5 3 1 标准件库的建立方法5 0 5 3 2 数据库的数据安全5 l 5 4 标准件库的建立实例一5 l i i i 硕十学位论文 摘要 阀门在国民经济各个部门中有着广泛的应用，随着我国生产建设、国防建设、 人民生活等方面的提高对阀门的需求量越来越大，对产品的质量、更新速度以及 产品从设计到投放市场的周期都提出越来越高的要求。而阀门行业的设计手段及 制造相对滞后于市场，很多部分的设计采用二维c a d 软件进行设计工作，无法形 成产品数字化信息化管理，已不能满足现代工业生产发展的要求，为解决以上矛 盾，本文主要研究有以下几个方面： 1 根据固定式球阀的特点，对其功能和特征进行分析，并进行种类的划分和 参数设定，完成基于特征的表达方法和各类标准件结构尺寸参数库的设计。 2 研究人机交互标准件信息输入的方法和相应的界面设计方法，实现标准件 设计信息的全面准确无二义性描述和输入。 3 深入研究s o l i d w o r k s 二次开发技术，其中包括二次开发的原理、方法、工 具等各方面的核心技术。系统分析三维实体建模技术，并确立基于特征的参数化 设计技术为系统的设计思想。 4 运用s o l i d w o r k s 提供的参数化特征造型功能，通过基于c o m 组件的二次 开发，建立阀门标准件、企标件的参数化三维造型。 在深入分析球阀设计理论的基础上，通过采用模块化设计技术、参数化特征 建模技术、数据库技术，并开发相应软件的接口程序，使系统平台和支撑软件有 机的结合起来，利用s o l i d w o r k s 的交互功能和二次开发接口来进行驱动所需的几 何信息和拓扑信息，实现系统的设计、参数化绘图平台的分析校核为一体的综合 c a d 系统。 本文以w i n d o w sx p 操作系统为支撑平台，根据软件工程的原理，采用v i s u a l b a s i c 作为二次开发工具，a c c e s s 为数据库实现工具，并以s o l i d w o r k s 为三维建模 支撑平台，充分利用s o l i d w o r k s 强有力的尺寸驱动和建模功能，将阀门参数化设 计与三维建模相联系，实现阀门零件的参数化建模。根据阀门设计的需要，建立 阀门零件的标准件库，实现阀门设计及三维建模的规范化、智能化。这对提高产 品标准化和规范化程度，提高阀门行业的设计水平，推动企业的科技进步具有重 要意义。 关键词：三维建模；参数化；vis u aib a sic ；二次开发；s o d w o r k s a b s t r a c t t h e r ei sab r o a do fv a l v e si na l l s e c t o r si nt h en a t i o n a le c o n o m y w i t ht h e d e v e l o p m e n to fo u rn a t i o n sp r o d u c t i o n ，n a t i o n a ld e f e n s e ，a n d t h ei m p r o v e m e n to f p e p l e ，sl i f e ，m o r ea n dm o r ev a l v e sa r en e e d e d a tt h es a m et i m e ，h i g h e ra n dh i g h e r r e q u i r e m e n t so fp r o d u c t si n c o l u d i n gt h eq u a l i t y o fp r o d u c t s ，u p d a t e s ，a n dp r o d u c t s f r o md e s i g nt om a r k e ta r ed e m a n d e d h o w e v e r ，t h ev a l v e sd e s i g na n dm a n u f a c t u r i n g i n d u s t r y a r e l a g g i n g b e h i n dt h em a r k e t m a n yp a r t s o ft h ed e s i g nu s i n g t w o d i m e n s i o n a lc a ds o f t w a r ec a nn o tf o r mad i g i t a li n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，a n d c a nn o tm e e tt h er e q u i r e m e n t so fm o d e m i n d u s t r i a lp r o d u c t i o n t os o l v ec o n f l i c t s ，t h e p a p e rm a d et h ef o l l o w i n ga s p e c t s ： 1 t h ee x p r e s s i o ni d e a sb a s e do nf e a t u r e sa n dt h ed e s i g nb a s e do na l lk i n d so f s t a n d a r dp a r t sl i b r a r yd e s i g nd i m e n s i o n sa r ea c h i e v e db ya n a l y s i n g t h ev a l v e s f - u n c t i o n sa n dc h a r a c t e r s t i c s ，a n dd i s t i n g u i s h i n gd i f f e r e n tk i n d sa n ds e t t i n gp a r a m e t e r s a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fb a l lv a l v e s 2 t h ec o m p l e t e ，a c c u r a t ea n du n a m b i g u o u sd e s c r i p t i o na n dt h ei n p u to f s t a n d a r d p i e c e s ，d e s i g ni n f o r m a t i o na r ea c h i e v e db yr e s e a r c h i n gt h ei n t e r a c t i v ei n f o r m a t i o n i n p u tm e t h o do fs t a n d a r dp a r t sa n d t h ec o r r e s p o n d i n gi n t e r f a c ed e s i g nm e t h o d s 3 r e s e a r c ho ns e c o n d a r yd e v e l o p m e n t a b o u ts o l i d w o r k si n c l u d i n g t h e s e c o n d a r yd e v e l o p m e n to ft h ep r i n c i p l e s ，m e t h o d s ，t o o l sa n do t h e ra s p e c t so f t h ec o r e t e c h n 0 1 0 9 yi s c a r r i e do u t t h e nt h es y s t e m d e s i g np h i l o s o p h yi sf o r m u l a t e db y a n a l y z i n gt h et h r e e d i m e n s i o n a l s o l i dm o d e l i n gt e c h n o l o g ya n de s t a b l i s h i n gt h e p a r a m e t i cd e s i g nt e c h n o l o g yb a s e d o nf e a t u r e s 4 ap a r a m e t e r i z e dt h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l i n gu s i n gt h es o l i d w o r k sp a r a m e t r i c f e a t u r em o d e l i n gw h i c hp r o v i d e sf u n c t i o n a l i t yd e v e l o p e do nt h ec o m c o m p o n e n to f s t a n d a r dv a l v e sa n ds t a n d a r de n t e r p r i s e s p a r t si se s t a b l i s h e d i n - d e p t ha n a l y s i so fb a l lv a l v ed e s i g nb a s e do nt h et h e o r y ，a ni n t e g r a t e dc a d s v s t e r mi n c l u d i n gs y s t e md e s i g n ，p a r a m e t e rp a r a m e t r i ca n a l y s i si sb u i l d e du pb yu s i n g m o d u l a rd e s i g nt e c h n i q u e s ，p a r a m e t r i c f e a t u r e m o d e l i n gt e c h n o l o g y ，d a t a b a s e t e c h n o l o g ya n dt h ed e v e l o p m e n to fc o r r e s p o n d i n gs o f t w a r ei n t e r f a c ep r o g r a mw h i c h m a k et h es v s t e mp l a t f o r m sa n ds u p p o r ts o f t w a r e c o m b i n eo r g a n i c ，a n du s i n g i n t e r a c t i v ef e a t u r e ss o l i d w o r k ss e c o n d a r y g e o m e t r ya n dt o p o l o g yr e q u i r e di n f o r m a t i o n d e v e l o p m e n t i n t e r f a c et od r i v et h e t h i sp a p e ri ss u p p o r t e db yw i n d o w sx po p e r a t i n gs y s t e mp l a t f o r m a c c o r d i n gt o i i 硕士学位论文 i l l ll t h e p r i n c i p l e s o fs o f t w a r e e n g i n e e r i n g ，i t u s e sv i s u a lb a s i ca sas e c o n d a r y d e v e l o p m e n tt o o l s ，a c c e s sa s d a t a b a s ei m p l e m e n t a t i o nt o o l s ，a n ds o l i d w o r k sa s t h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l i n gp l a t f o r m t h ev a l v ep a r to ft h ep a r a m e t r i cm o d e l i n gi s a c h i e v e db ym a k i gf u l lu s eo fp o w e r f u ld r i v ea n ds o l i d w o r k sm o d e l i n g ，w h i c h a s s o c i a t e sp a r a m e t r i cd e s i g no ft h ev a l v ew i t ht h et h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l i n g a s t a n d a r dp a r t sl i b r a r ya c h i e v i n gt h es t a n d a r d l i z a t i o na n di n t e l l i g e n to fd e s i g na n d3 d m o d e l i n gi se s t a b l i s h e d as t a n d a r da c c o r d i n gt h en e e do fd e s i g np a r t sl i b r a r y a c h i e v i n g t h es t a n d a r d l i z a t i o na n di n t e l l i g e n to fd e s i g na n d3dm o d e l i n gi s e s t a b l i s h e d a n di th a s g r e a ti m p o r t a n c e t oi n c r e a s et h el e v e lo fp r o d u c t s s t a n d a r d i z a t i o na n dr e g u l a t i o n ，i m p r o v et h ed e s i g no ft h ev a l v ei n d u s t r ys t a n d a r d s ， p r o m o t es c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a lp r o g r e s so fe n t e r p r i s e s k e yw o r d s ：3 dm o d e l i n g ；p a r a m e t r i c ；v i s u a lb a s i c ；s e c o n dd e v e l o p m e n t ；s o l i d w o r k s 图3 1s o l i d w o r k sa p i 对象一2 5 图4 1c a d 软件层组成3 0 图4 2c a d 系统总体框架3 0 图4 3c a d 系统加载界面一3 1 图4 4 球阀c a d 设计系统初始界面一3 2 图4 5 球阀c a d 设计系统主界面一3 2 图4 6 固定式球阀设计与校核主界面3 3 图4 7 固定式球阀密封面计算比压主界面3 3 图4 8 固定式球阀密封面计算比压计算结果界面3 4 图4 9 固定式球阀阀体厚度计算主界面3 5 图4 1 0 固定式球阀阀体材料选择代码一3 5 图4 图4 图4 图4 固定式球阀操作扭矩计算选择界面3 6 固定式球阀操作扭矩m m 计算界面一3 6 固定式球阀操作扭矩m t 计算界面3 7 固定式球阀操作扭矩计算界面3 7 图4 1 5 阀门材料库文件3 9 图4 1 6 阀门材料库加载界面3 9 图4 1 7 阀门材料库编辑材料界面一3 9 图5 1 阀体3 d 图的绘制4 3 图5 2 宏录制的代码4 4 图5 3 修改后的宏录制代码4 6 图5 4 固定式球阀三维绘制进入界面4 6 图5 5 固定式球阀三维绘制选择界面4 6 图5 6 浮动式关闭件绘图界面4 7 图5 7 浮动式关闭件绘图结果4 7 图5 8 直通式关闭件绘图界面4 7 图5 9 直通式关闭件绘图结果4 7 图5 1 0 三通l 式关闭件绘图界面4 7 图5 1 1 三通l 式关闭件绘图结果4 7 i v 硕十学何论文 图5 1 2 三通t 式关闭件绘图界面一4 8 图5 1 3 三通t 式关闭件绘图结果一4 8 图5 1 4 套筒三维图对话框主界面4 8 图5 1 5 套筒三维图绘图结果4 8 图5 1 6 压盖三维图对话框主界面4 9 图5 1 7 压盖三维图绘图结果4 9 图5 18o 型圈绘图界面5 0 图5 19o 型圈绘图结果5 0 图5 2 0 弹簧三维绘图界面一5 0 图5 2 l 弹簧三维绘图结果5 0 图5 2 2 阀门垫片标准件建模5 2 图5 2 3 阀门数据库选择界面一5 3 图5 2 4 数据库选择对话框5 3 图5 2 5 球体尺寸数据表5 3 图5 2 6 球体尺寸查询表5 3 图5 2 7 阀门结构长度表5 4 图5 2 8 启动s w 提示窗口5 4 图5 2 9 球阀结构长度数据页建立步骤5 4 图5 3 0 球阀结构长度查阅对比5 5 图5 3 1 球阀填料系数表5 5 图5 3 2 阀门垫片标准件库5 5 图5 3 3 垫圈数据分类文件5 5 图5 3 4 圆柱销数据库5 6 图5 3 5 标准件数据表文件5 6 图5 3 6 螺母标准件数据表一5 6 图5 3 7 标准件垫圈数据表文件5 7 图5 3 8 查阅标准件数据表5 7 图5 3 9 垫片数据库驱动生成3 d 图5 7 v v i 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 c a d 技术的应用与发展 c a d 是计算机科学工程与设计学科相结合形成的新兴并高速发展的技术，是 计算机工程与机械设计工程中最有影响的应用技术之一，也是先进制造技术的重 要组成部分，作为先进制造技术的一个重要组成部分，是促进科研成果的开发和 转化，促进传统产业和学科的更新和改造，实现设计自动化，增强企业及其产品 在市场上的竞争力，加速国民经济发展和国防现代化的一项关键性技术，也是进 一步向计算机集成制造( c i m s ) 发展的重要技术基础n 1 。 1 1 1 产品设计创新与c a d 发展历史 企业的产品开发通常分为两种类型：新产品设计与产品改型设计。不论哪种 设计，其设计过程都是一个创造性思维的过程乜1 。当设计师接到一个新的设计任 务时，首先要进行产品的总体方案的构思。通过分析设计要求，参考比较国内外 同类产品的性能特点，确定出新设计的总体方案、结构和实现方法，然后分别进 行各个零部件的详细设计。c a d 作为现代设计师拥有强有力的工具，大大减少了 工作量，减少了产品的设计时间，为设计师在创造性思维提供了更多的时间。 c a d 发展史是c a d 技术四次革命性的技术创新史，c a d 技术每次重大进展， 无一不带动了c a d c a e c a m 整体技术的提高及制造手段的更新。正是这种此消 彼长的互动与交替，造就了今天c a d 技术兴旺与繁荣，促进了工业的高速发展阳1 。 c a d 技术起步于5 0 年代后期，进入6 0 年代，随着在计算机屏幕上绘图变为可 行而开始迅速发展。人们希望借助此项技术来摆脱繁琐、费时、绘制精度低的传 统手工绘图。此时c a d 技术的出发点是用传统的三视图方法来表达零件，以图纸 为媒介进行技术交流，也就是二维计算机绘图技术。在c a d 软件发展初期，c a d 存在的意义仅仅是图板的替代品，即：意指c o m p u t e ra i d e dd r a w i n g ( o rd r a f t i n g ) 而非现在我们经常讨论的c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 所包含的全部内容。 第一次c a d 技术革命一一曲面造型系统 6 0 年代出现的三维c a d 系统只是简单的线框式系统，它只能表达基本的几何 信息，不能有效地表达几何数据问的拓扑关系。由于缺乏形体的表面信息，c a e 及c a m 均无法实现。进入7 0 年代，正值飞机和汽车工业蓬勃发展的时期，此间飞 机及汽车制造中遇到的大量的自由曲面问题，在当时只能用多截面视图和特征纬 线的方式来进行表达。由于三视图方法表达的不完整性以及工业上应用需求的推 动，法国数学家p i e r r eb 6 z i e r 提出了贝赛尔算法使得计算机处理曲线及曲面问题变 的可行。法国达索飞机制造公司基于此算法，在二维绘图系统c a d c a m 的基础 同定式球阀三维c a d 系统的开发与研究 上，开发出以表面模型为特点的三维造型系统c a t i a 。c a t i a 的出现，标志着计 算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现以计 算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得c a m 技术的开发有了实现的基 础，曲面造型系统c a t i a 为c a d 技术带来了第一次革命。 第二次c a d 技术革命一一曲面造型技术 7 0 年代末到8 0 年代初，由于计算机技术的大跨步前进，c a d c a m 技术也开 始有了较大发展。由于价格原因，c a d 技术无法拥有更广阔的市场。尽管有了表 面模型，c a m 的问题可以基本解决，但由于表面模型只能表达形体的表面信息， 难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心、惯性矩等，对c a e 十分不利，分 析的前处理基本无法实现。 在这段技术跌宕起伏的时期，c v 公司最先在曲面算发上取得突破，计算速度 得到提升。由于c v 公司提出集成各种软件，为企业提供全方解决的思路，并采取 了将软件的运行平台向价格较低的小型机转移等有利措施，一举成为c a d 领域的 领导者。基于对于c a d c a e - - 体化技术发展的探索，实体造型技术的普及应用标 志着c a d 发展史上的第二次技术革命。 第三次c a d 技术革命一一参数化技术 进入8 0 年代中期，c v 公司内部以高级副总裁为首提出了一种比无约束自由造 型更新颖、更好的算法一一参数化实体造型方法，这种算法主要有以下特点：基 于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。 由于c v 公司内部否决了参数化方案，策划参数化技术的这些人在新思想无法 实现的情况下集体离开了c v 公司，令成立了一家参数化技术公司( p a r a m e t r i c t e c h n o l o g yc o r p p t c ) ，开始研制名为p r o e 的参数化软件。早期的p r o e 软件性能 很低，只能完成简单的工作，但由于第一次实现了尺寸驱动零件设计修改，使人 们看到了它给设计者带来的极大的便捷性。 8 0 年代末，计算机技术迅猛发展，硬件成本大幅度下降造就了参数化技术的 应用主导，成为c a d 发展史上的第三次技术革命方向标。 第四次c a d 技术革命一一变量化技术 s d r c 公司在19 9 0 前摸索了几年参数化技术后，开发人员积数年的参数化研 究经验，发现参数化技术有许多不足。首先，全尺寸约束的硬性规定干扰和制约 着设计者创造力和想象力的发挥；其次，如在设计中关键的拓扑关系发生改变， 失去了某些约束特征也会造成系统数据混乱。 基于以上的原因，s d r c 的开发人员大胆地提出了一种更为先进的实体造型 技术一一变量化技术( v g x ：v a r i a t i o n a lg e o m e t r ye x t e n d e d ) 作为今后的开发方 向。从1 9 9 0 年到1 9 9 3 年，s d r c 公司投资一亿美元，于1 9 9 3 年推出了全新体系结 构的i d e a sm a s t e rs e r i e s 软件。在早期的大型c a d 软件中，这是唯一一家在9 0 年 2 硕七学位论文 代将软件彻底从写的公司。 变量化技术既保持了参数化技术的原有优点，同时又克服了它的许多不足之 处。它的成功应用，为c a d 技术的发展提供了更大得空间和机遇，无疑也驱动了 c a d 发展史上的第四次技术革命h 7 3 。 1 1 2c a d 技术的发展方向 随着计算机技术和网络技术的发展，进入2 1 世纪c a d 技术的发展趋势将主 要围绕在智能化、集成化、网络化、并行化等几个方面。可以肯定的是，以设计 为导向、分析功能高级化、面向制造的分析、人性化及智能化、知识工程、开放 性等将成为c a d c a e 系统设计仿真一体化趋势的典型特征哺1 。 1 以设计为导向 在制造型企业中c a e 的目的在于优化和改进产品设计，因此分析应该无缝融 入到设计过程中。因此，单一无缝的c a d c a e 界面是使用的基础。另外，仿真分 析如何无缝地融入设计过程，减少设计人员使用c a e 系统的难度也是目前发展的 方向。仿真向导等技术精彩体现了“以设计为导向 的先进思路。 2 智能化 在引入知识工程和专家系统技术后，以“知识+ 推理的方式，运用专家丰富 经验和创造性思维来解决设计中的决策性和创造性活动，构成智能c a d ( i c a d ) ， 提高了设计的效率和质量，使c a d 技术更加实用和有效。 3 集成化 c a d 系统的集成化是c a d 技术在工程方向上的深化。集成化可分为两方面： 一是将一些彼此独立的局部c a d 软件有机的组合成一个统一的面向全过程的集 成化c a d 系统，系统内部的各个c a d 软件可以进行自动的数据传输，共同完成产 品或工程设计任务：二是计算机集成制造系统( c i m s ) 将c a d c a p p ( 计算机辅助工 艺规划设计) c a m ( 计算机辅助制造) c a e ( 计算机辅助工程分析) 按照一定的生产 组织原理集成起来，建立一个设计、生产、分析及技术管理为一体的高效生产模 式。比如s o l i d w o r k s 2 0 0 9 推出的s p e e d p a k 技术，解决了大型装配体设计、装配和 工程图性能的问题。其c a e 产品线更是在大装配、多g p u 多核等的f e a 分析、运 动学及c f d 方面做了极大改善。 4 网络化 随着计算机网络的飞速发展，计算机辅助设计系统的网络化已经是不可阻挡 的历史潮流。c i m s n e t 面向制造业虚拟网络的发展，充分利用不同地区的人力资 源和生产设备，并提高企业整体的技术水平。基于通用系统的专用平台是很多企 业提高其使用能力和效率的方法，因此c a d c a e 平台的开放性是必须的，而且必 须能支持最先进的n e t 技术，并且能提供基于n e t 的s d k 开发包。 5 并行化 3 固定式球阀三维c a d 系统的开发与研究 新一代c a d c a m 系统的核心是并行产品设计新技术环境( c o n c u r r e n ta r tt o p r o d u c te n v i r o n m e n t ，c a p e ) 。c a p e 是在计算机网络环境内对产品开发的整个设 计和管理过程进行描述建模，采用p d m ( 产品数据管理) 技术，从软件结构、产品 数据、面向目标的开发技术、产品建模和智能设计、质量控制等方面有所突破， 为实现并行工程提供更完美的环境。 1 2 阀门行业的发展 1 2 1 阀门行业的发展历史 几十年来，随着大型成套装置技术的发展，国外出现了一系列新的成套设备 和样机，与之配套的阀门也表现为大型化、高参数化、自动化和成套化。而且系 列新品种还在不断增加。如紧急切断阀、快速关闭阀、防火阀和水冷阀等。阀门 基本参数有很大的提高，如闸阀最大口径达到4 2 0 0 m m ，温度1 0 5 0 ，压力为 1 0 5 m p a 。球阀3 0 5 0 m m ，温度1 2 0 0 ，压力7 0 m p a 。且国外阀门产品，品种多， 性能好，密封可靠，寿命较长。如球阀能达到1 0 万次以上无泄漏，铸铁闸阀开关 3 万次，动作可靠，开关迅速。近几年来，国外阀门科研院所的发展较快，仅美 国就有近3 0 个研究所，一般为公司所属。例如r o c k w e l l 公司有一个十分完善的 科研与测试基地，能对产品进行热态、动态、耐磨、抗震、防火和可靠性等多方 面的性能测试。近几年来有限元法和计算机辅助设计得到广泛应用，使阀门的结 构设计更趋于合理。 相比之下，我国阀门行业的技术相对落后，阀门产品主要集中于中低端市场， 对于高端产品的研发水平不高。差距主要表现在：目前国内阀门行业技术水平只 相当于国外9 0 年代初的水平，成套水平低，如目前仅能满足2 0 3 0 万k w 的火 电站和4 5 万t a 乙烯装置配套用阀，而6 0 万k w 的火电站用阀，7 0 万t a 甚至1 0 0 万t a 乙烯装置用阀，仍然需大量进口。 世界范围内阀门的驱动装置品种多( 电动、气动、液动、电一液联动或气一液联 动等) ，规格齐全，安全可靠。近几年来，又发展了智能型的驱动装置，在这一方 面，国内还是空白，国内阀门行业总体上与国外的差距比较大，表现在技术上， 产品设计落后，多年不变，新产品开发能力弱，规格品种少，不能满足各行各业 的工艺要求。产品在跟踪国外技术发展，工艺发展上下的功夫不够，制造工艺较 落后17 | 。 1 2 2 阀门应用领域及前景 改革开放以来，特别是最近十几年，我国阀门行业得到了长足发展，在低端 产品的产量发展很快，但高精尖技术和国外差距很大，尤其在设计领域基本上以 模仿甚至直接使用外国的高新技术及文献资料。 4 硕十学何论文 未来阀门的发展将向扩大产品参数，发展节能、省力和自控阀门，改进结构、 采用新材料和新工艺，提高阀门的使用寿命，以及发展专用阀门系列等方面发展， 如用于液氧、液氢和液化天然气等的低温阀、真空阀、核工业用阀、安全阀、调 节阀、疏水阀和阀门驱动装置等。 根据阀门技术的发展、阀门市场的变化以及今后一段时间国家开发项目和开 发政策的发展情况，未来阀门企业的技术和产品开发应注重以下几方面： 首先，注重大型项目配套阀门的生产开发，针对大型开发项目，一是开发成 套工程阀门，二是注重产品的多品种和多规格生产。根据当前国家重点工程发展 规划，阀门行业“十二五 期间和以后几年的需求情况主要在长线管道阀门、“南 水北调工程 等领域。仅长线管道阀门，“十二五 及未来若干年预计还要建设 2 0 0 0 0 k m 的输气管道，对大型管线球阀有很大的需求。“十二五”期间预计新建 原油高压管线5 0 0 0 k m ，需要高压大口径阀门3 0 0 0 多台。“南水北调”工程是我 国跨世纪骨干工程，东、中、西三线总投资需要超过4 5 0 0 亿元，在工程中需要大 量大口径闸阀、特殊方形闸阀、特殊蝶阀及水泵站配套阀门n 引。 开发高性能和高参数的大型电站、核电站用阀。核电阀门方面，我国约拥有 l1 台核电机组，这1 l 台核电机组全部运行时，核电约占发电量的3 左右，与发 达国家还有很大差距n 引。目前，我国有资格设计和制造核电阀门的厂家，据不完 全统计有1 3 家，在“十二五”期间必须进一步开发核电阀门新产品、提高产品质 量和扩大生产能力，才能满足核电阀门国产化的需要。 此外，未来一段时间内还应开发相应性能和参数的内地石油和海上石油开采 用阀；冶金、大型乙烯、高压聚乙烯等工程要求的专用特殊阀门及大口径阀门； 开发城市建设用的低压阀和平衡阀以及各种环保阀。 1 3 课题来源、研究现状及意义 1 3 1 课题背景 随着全球化市场、日益激烈的国际化竞争对快速产品开发和产品创新的巨大 需求等因素推动了制造业的信息化、数字化。目前在工业技术先进国家，数字化 制造技术已经成为提高企业技术创新能力和产品竞争力的重要手段阳1 。 可持续发展策略、知识经济爆炸、信息化数字化技术飞速发展迫使制造技术 人员思考制造技术创新的问题和策略。全球性的经济竞争，为数字化时代的工业 化过程中的国家或地区制造企业，提供了新的发展机遇n 0 1 。 当前世界正处在由资源消耗型的工业经济向信息知识为基础的知识经济转变 的过程中，可持续发展策略、知识经济趋势为制造技术的发展提出新的问题。知 识一一技术一一产品的更新周期不断缩短。为提高技术的生命周期，减少风险， 提高竞争力等问题的解决，数字制造日趋成为提高产品创新能力的重要手段。 同定式球阀三维c a d 系统的开发与研究 我国的阀门制造业与国际先进水平相比还存在着阶段性差距，突出表现在： 产品创新能力较差，开发周期较长，制造工艺装备落后，成套能力不强。因此开 发出一套较为可靠的阀门c a d 系统是缩短中国与先进国家发展的基础。 鉴于此时制造业的高度竞争，缺乏自主创新能力使我国只是一个制造大国 ( m a d ei nc h i n a ) ，还远远不是一个制造强国( r & di nc h i n a ) 。随着微电子技术的 飞速发展及基于新操作系统的百家争鸣，制造业建立在数字化基础上必将对制造 领域产生极其深远的影响隅1 。 1 3 2 阀门设计发展背景 工业用阀门的大量应用，是从瓦特发明蒸汽机以后才开始的。二十世纪初出 现了铸钢、锻钢和锻焊结构的阀门，此时阀门的设计采用简单的手工绘