基于AutoLISP的汽车散热器产品CAD系统的研制.pdf

18 第 2 7 卷第 7 期2 0 0 5 0 7 制造业自动化 基于 A u t o L I S P 的汽车散热器产品C A D 系统的研制 杜 华 长春工程学院机械系 长春 1 3 0 0 1 2 摘要 介绍了散热器产品C A D 系统的应用开发 论述了该系统开发中涉及到的产品零部件和结构要 素的标准化 产品设计流程的标准化工作 提出了散热器产品 C A D 系统研制的具体内容 关键词 散热器 C A D A u t o L I S P 中图分类号 T P 3 9 1文献标识码 B 文章编号 1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 0 5 0 7 0 0 1 8 0 3 The development of auto radiator CAD system based on AutoLISP D U H u a D e p a r t m e n t o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g T h e I n s t i t u t e o f C h a n g c h u n T e c h n o l o g y C h a n g c h u n 1 3 0 0 1 2 C h i n a A b s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e d e v e l o p m e n t o f t h e a u t o r a d i a t o r C A D s y s t e m I t i n v o l v e d s t a n d a r d o f p r o d u c t i t s e l f s t r u c t u r e a n d t h e d e s i g n p r o c e s s T h e d e t a i l e d c o n t e n t w a s p u t t e d f o r w a r d a b o u t t h e r a d i a t o r p r o d u c t C A D s y s t e m K e y w o r d s r a d i a t o r C A D A u t o L I S P 收稿日期 2 0 0 5 0 3 0 1 作者简介 杜华 1 9 6 3 女 工学硕士 副教授 从事机械设计教学与研究工作 汽车散热器是发动机冷却系统中的重要部件 其功能是将发动机缸体内的部分热量通过冷却系中 的冷却液和风扇传给大气 针对汽车不同型号 散 热器产品的规格也各不相同 在散热器产品设计中 设计参数多 工作量大 由于现代产品更新换代的 要求越来越高 与之相适应 要求设计人员的专业 技术水平较高 设计周期短 因此 将C A D 技术引 入汽车散热器产品设计 可提高设计精度 缩短设 计周期 提高设计质量 目前 C A D 技术的二维设计已得到广泛应用 三 维建模技术也在蓬勃发展 由于传统工程图在制造 业中形成的影响根深蒂固 无论从国家标准 企业 标准还是众多的生产人员和生产过程来看 二维工 程图仍然作为产品设计 制造过程的唯一法定依据 具有不可代替的作用 国内不少企业和科研院所已 建立了二维工程图的数字化图库 充分发挥了C A D 这一资源优势为企业创造效益 由于各个行业标准 和企业标准各具特点 把产品特征和标准结合在一 起 进行C A D 系统的二次开发 才能更好地深入开 展工艺 工装标准化 为下一步的C A P P 及C A M 奠 定基础 一个实用的C A D 系统应能把计算机辅助制 图 包括模拟手工绘图和利用参数化设计出图 计 算机辅助计算和产品优化分析等方面内容结合在一 起 形成 专家系统 运用到实际产品中去 完成 该产品的计算机辅助设计工作 1 汽车散热器产品零部件及结构要素 标准化 对于从事多品种生产的企业 在产品开发设计 过程中 产品零部件及结构要素标准化具有特别重 要的意义 它不仅对C A D 系统开发有极大的支持作 用 同时因为企业产品对于市场需求的适应性取决 于产品设计 而企业内部产品设计的标准化将在很 大程度上决定了企业制造和生产管理工作的质量与 效率 作为市场的竞争力因素 除品种 质量外 还 得满足降低成本和供货及时的要求 这属于企业所 追求的产品对于市场需求可适应性 而不是用标准 化的产品以不变应万变的方式投入市场 后者只能 失去市场 在以计算机技术广泛应用为基础的先进制造过 程中 C A D C A P P C A M 描述出的制造过程的基本 路线 所有的制造部门和制造系统之间通过网络连 接起来 设计制造过程通常为 1 分析市场信息 提出设计任务 进行技术 创建研究 2 设计人员用C A D 创建零件的特征信息模型 并对进行功能分析 原理设计和相关的运动和动力 分析 3 M R P I I 系统要求安排生产 4 C A P P 对零件的特征模型进行工艺分析 第 2 7 卷第 7 期2 0 0 5 0 7 19 制造业自动化 5 对零件工艺分析的结果传到C A M 系统 制 造终端进行零件生产 可见 在整个设计制造过程中 产品零部件及 结构要素标准化是设计 生产中的基本指导要素 目前 对汽车散热器产品已经进行了主片 水室 散 热带 冷却管 芯子 放水阀等零部件的标准化工 作 主片是散热器产品中较关键的零件 也是多品 种生产中影响开发速度的瓶颈零件 一般主片在成 形过程中需要3 5 套冲模 所占投资份额较大 对 该产品进行标准化不仅从 C A D系统开发上看意义 重大 而且对下步进行工艺工装标准化具有重要的 意义 钎接式铜水室用主片标准化工作主要从以下 3 方面着手进行 首先 统一各种钎接式铜水室用主片原材料 其中包括统一材料规格 统一材料牌号和统一性能 要求 以求得在满足用户可靠性要求的前提下 便 于制造和原材料的采购供应 其次 总结提炼出钎接式铜水室用主片的各种 结构形式 便于多品种生产中开发设计时选用 进 行结构标准化 另外 对于结构要素进行标准化 其过程是将 一个零件按要素分成几个单元 再根据各单元在零 件中的位置以及在产品中的作用逐一考虑 能固化 的确定最佳形式 不能固化的作为变量单独提出来 具体设计时再考虑 主片标准化工作 不能只单独考虑到散热器 还应广泛征求各方意见 并作为标准化工作经验与 各部门进行交流 其目的在于挖掘各方潜力 降低 成本 多创效益 与整体产品的标准化一致 也同 时也为进一步深入开展好工艺 工装标准化进行 C A P P 及C A M奠定了基础 对于汽车散热器中的各个零部件 都进行了具 体分析 形成了自己的材料 结构形式 结构要素 标准化 该部分内容可以作为一个子模块 在进行 C A D 系统开发时形成整个系统的一个子程序 实现 参数化设计 2 产品设计流程标准化 传统机械产品设计通常是用手工完成的 最终 只要能拿出既满足用户要求 又便于加工制造的产 品图即可 因此不可避免地造成一个人一条设计思 路 一个产品一个设计方法 各种思路与设计方法 参杂在一起 而进行计算机辅助设计 就要在总结 前人设计思路的基础上 通过归纳总结 从中提炼 出最全面 最系统 最简洁的设计思路 来指导系 统开发工作 实现产品设计流程标准化 这是建立 C A D系统的前提条件 在做这项具体工作时 就应该组织有关产品设 计人员把多年来从事散热器产品的设计经验进行归 纳和总结 把隐含在实际工作中的设计思路挖掘出 来 结合散热器系统开发中将要运用的计算机与分 析方法 建立出散热器设计系统流程图 该流程图 应能直观地描述出散热器从设计输入到输出的成图 过程 以及各要素之间的相互关系 同时也可以看 到 哪些零部件及结构要素可以进行标准化选择 和已经标准化及将要标准化的内容 还可以看到设 计过程中将要用到的计算与分析方法 流程图的建 立为进一步进行系统开发奠定了基础 对计算分析 及产品零部件结构要素标准化以及程序设计等工作 具有推动作用 3 散热器产品C A D 系统研制 3 1 散热器产品 零部件参数化系统设计 参数化设计 能够根据参数化的尺寸驱动图 形建立 由于在实际工作中好多设计是通过修改设 计参数完成的 所以参数化设计在本系统中应用甚 广 A u t o C A D 是一个应用普及的软件 它所具有的 强大的二维绘图和与其它语言链接功能 使得本系 统采用在A u t o C A D 2 0 0 0 图形软件作为工作平台 以 A u t o L I S P 语言作为开发语言 研制出其C A D 系统 参数化设计主要体现在建立的各种图形库中 根据产品的类型和应用不同 建立的图形库可分为 下述3 种 刚性图库 参数图库和柔性图库 刚性图库即由一些尺寸不能任意改变 使用 时 可以按定义时的样子直接调用的图形单元组成 的集合 其特点是调用速度快 定义时也比较容易 对于散热器产品中常用的大 中 小口座 其尺寸 己经标准化 类似的还有放水阀 水温器座 水箱 盖 焊接螺母等 都可以定义为刚性的图形单元 供 设计时直接取用 参数图形库 就是在参数绘图程序基础上 加 入了一些查找功能 使设计者仅用少量的参数选择 就能正确生成较复杂的图形 它是更实用化深层次 开发的技术基础 它建立起绘图参数与绘图模式之 间的桥梁 比如 散热器主片的设计与散热带设计 都可以通过用A u t o l i s p 语言编程作为参数图库的单 20 第 2 7 卷第 7 期2 0 0 5 0 7 制造业自动化 元 实现参数化设计 柔性图形库是建立在若干个 有关零部件的参数图库基础之上 的 其本身是在设计参数分析 有 关参数图形库的调用及设计资料 的查找上显出特色 其中可以自 动地出现输入主要参数的提示 如果设计者指定了不规范的参数 它将拒绝接受 这是一个集查询 功能 输入限制功能 子函数调用 功能 绘图功能 有关测试判断功 能于一体的综合功能 参数图库 柔性图库越多 C A D中可做的设 计就越多 就越具有更大的随意 性 足够数量的有关柔性图库 加上适当的参数计算处理 即可 制成全自动一体化设计软件 比 如 散热器芯部设计 在建立了主 片 散热带 冷却管 支撑板 拉 条等参数图库之后 加上计算机 模拟风洞试验的数据分析系统 便可以形成一套柔性的散热器芯 部设计系统软件 设计时 在输人 冷却管排数 列数 主片 结构形 式 散热带规格 主片间距等参数后 芯部的特征 参数将自动生成 如散热面积值以及在给定工况下 的散热量 风阻 水阻 散热系数等参数 芯部总 成图也能随之自动生成 3 2 计算分析 计算机模拟风洞试验 作为发动机冷却系统中的重要部件的散热器 将发动机缸体内的部分热量传给大气 主要是通过 汽车散热器冷却管和散热带 因此 散热器设计中 关键的一步即为在有限空间内选取合适的冷却管 和散热带 传统设计方式为 初步选定冷却管和散 热带 计算机散热面积并与己有的产品进行类 比 样品试制 样品试验 确定结构 通常 需要两周左右时间 采用计算机模拟风洞试验可以 取消试制阶段 试验过程就为设计者提供准确的设 计依据 大大缩短设计周期和产品开发费用 计算 机模拟风洞试验用相关开发出的计算机仿真软件代 替风洞试验台进行散热性能试验 其主要是针对设 计者预选的结构进行分析 模拟试验结果 计算机 模拟风洞试验的开发要经过以下几个步骤 1 通过进 行大量的试验研究找出各种结构芯子本身的固有特 性 2 建立数据库 数学模型 绘制相应的特性曲线 3 推算每种结构的芯子在不同工况下的散热量 4 进行试验 验证 5 确定优选系列 供设计时选用 计算机模拟散热器风洞试验软件主程序框图如图1 所示 3 3 建立专家系统 专家系统是指利用专家推理方法 来处理现实 实际工作中需要由专家来分析和判断决策的复杂问 题的计算机软件系统 由于汽车散热器产品C A D 系 统还有不完善之处 所以应根据使用情况 逐步调 整完善 最后建立散热器C A D 设计软件中的专家系 统 要总结多年来散热器设计及生产的实际经验 注意知识的积累 应用及继承性 要不断进行散热 器设计理论的研究 不断充实完善系统知识库内容 图1 散热器风洞试验软件程序框图 第 2 7 卷第 7 期2 0 0 5 0 7 21 制造业自动化 4 结论 基于A u t o L I S P 开发出的汽车散热器产品C A D 系统 在设计中已得到应用 在提高设计质量 加 快设计进度方面作用显著 并得到好评 此系统作 为整个汽车产品计算机系统中的一部分 对于计算 机辅助工艺设计和计算机辅助制造都具有重要的支 持作用 参考文献 1 曾刚 江东 A u t o 编程技艺与实用程序 M 成都 四川大学 出版社 1 9 9 7 2 李善平 刘乃若 等 产品数据标准与P D M M 北京 清华 大学出版社 2 0 0 2 3 陈伯雄 A u t o C A D 实用技巧 M 北京 机械工业出版社 1 9 9 5 4 童秉枢 李学志 吴志军 张春凤 机械C A D 技术基础 M 北京 清华大学出版社 1 9 9 4 5 童时中 模块化原理设计方法及应用 M 北京 中国标准出 版社 2 0 0 0 系统采用基于C S 和B S 混合式结构 这两种 模式各有其优缺点 完全采用其中一种都会牺牲另 一种模式的优点 因此有必要将两种模式联合运用 互相补充 以T C P I P 协议为网络通讯协议 在服务 器端以同步实施的E R P 系统的S Y B A S E S Q L S e r v e r s y s t e m 数据库管理系统为核心 为整个系统提供系统 服务和数据服务 在客户机端采用W i n d o w s 2 0 0 0 操 作系统 保证良好的工作站用户界面 软件设计上 系统局域网内的客户端应用程序采用V i s u a l B a s i c n e t 作为前端开发工具 W e b 服务器软件平台采用 I I S 5 0 W e b 客户端采用A S P n e t 实现信息发布 5 其拓扑结构图如图2 所示 4 系统特点 1 先进性 在质量信息技术集成环境下开发 以质量监控和质量管理相结合 其核心在于信息集 成 本系统在设计中采用计算机技术 现场总线技 术及其综合运用实现了与其它系统的有机集成 达 到功能互通 信息共享 2 针对性 专门针对一家企业进行调研开发 针对性强 符合企业实际情况 3 开放性和扩展性 系统从软硬平台到应用程 序均采用开放结构 方便地实现与其它系统的无缝 结合 并为以后系统的升级和二次开发提供了保证 4 标准化及规范化 包括计量信息指标体系 信息采集与质量控制 基本名词术语及定义 信息 分类编码标准 软件工程规范 系统安全与保密 从 系统建设总体的角度 对各个技术环节提出了各种 符合国家或国际标准化的要求 指导系统建设沿着 正确道路开展