CN111859571B - 基于参数化设计的堆垛机安全性评价方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了基于参数化设计的堆垛机安全性评价方法及系统，包括：获取堆垛机的基本参数；根据堆垛机的基本参数建立堆垛机的三维模型；根据三维模型与零部件二维工程图之间的关联关系，生成堆垛机各个零部件的二维工程图；将堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，根据仿真结果做出分析报告，得到堆垛机安全性评价结果。
Description
技术领域
本公开涉及堆垛机设计技术领域，特别是涉及基于参数化设计的堆垛机安全性评价方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
随着社会的不断进步和发展，科技水平的不断提高，经济全球化的趋势日益增强。全球各个国家和地区、各领域的经济交流日益频繁，物流产业已经成为服务全球经济发展不可或缺的关键产业。自动化立体仓库是在现代物流产业的迅速发展中出现的用于存储货物的设施，它主要由货架、堆垛机、搬运系统等组成。堆垛机作为整个自动化立体仓库的核心设备，它的设计研究和创新变革直接影响了物流行业的发展趋势、企业生产效率和经济效益。
在实现本公开的过程中，发明人发现现有技术中存在以下技术问题：
企业在产品设计中大多还在采用传统的设计方法，重复劳动占用时间比例较大，产品开发创新时间不足，另外，产品的设计和分析还处在分离状态，只能在产品设计过程中或者设计完成后通过另外的途径进行安全性分析，并且需要一机一分析一操作，效率及其低下，急需开发新的设计手段。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了基于参数化设计的堆垛机安全性评价方法及系统；
第一方面，本公开提供了基于参数化设计的堆垛机安全性评价方法；
基于参数化设计的堆垛机安全性评价方法，包括：
获取堆垛机的基本参数；根据堆垛机的基本参数建立堆垛机的三维模型；
根据三维模型与零部件二维工程图之间的关联关系，生成堆垛机各个零部件的二维工程图；
将堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，根据仿真结果做出分析报告，得到堆垛机安全性评价结果。
第二方面，本公开提供了基于参数化设计的堆垛机安全性评价系统；
基于参数化设计的堆垛机安全性评价系统，包括：
获取模块，其被配置为：获取堆垛机的基本参数；根据堆垛机的基本参数建立堆垛机的三维模型；
生成模块，其被配置为：根据三维模型与零部件二维工程图之间的关联关系，生成堆垛机各个零部件的二维工程图；
输出模块，其被配置为：将堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，根据仿真结果做出分析报告，得到堆垛机安全性评价结果。
第三方面，本公开还提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行上述第一方面所述的方法。
第四方面，本公开还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。
第五方面，本公开还提供了一种计算机程序(产品)，包括计算机程序，所述计算机程序当在一个或多个处理器上运行的时候用于实现前述第一方面任意一项的方法。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1)通过性能尺寸驱动自动生成零件模型并直接装配形成堆垛机整机。用户仅需选择性能参数，大大简化了设计工程师的工作量，提高工作效率，另外，因无需进行过多的细节参数设置，也可供非专业人士使用，可以为客户提供更加直观的产品信息。
2)对通过自身生成的小型有轨巷道堆垛机模型进行安全性分析，而非对已有产品进行分析。被分析的模型是不确定的，随着用户选择的变化而变化，每生成一个模型软件都可以直接对该模型进行有限元仿真，代替了以往产品设计完成后人工进行校验的过程。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本申请的软件工作流程图。
图2为本申请的软件设计方案。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实施例提供了基于参数化设计的堆垛机安全性评价方法；
如图1和图2所示，基于参数化设计的堆垛机安全性评价方法，包括：
S101：获取堆垛机的基本参数；根据堆垛机的基本参数建立堆垛机的三维模型；所述S102和S103之间是并发进行的关系；
S102：根据三维模型与零部件二维工程图之间的关联关系，生成堆垛机各个零部件的二维工程图；
S103：将堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，根据仿真结果做出分析报告，得到堆垛机安全性评价结果。
作为一个或多个实施例，所述获取堆垛机的基本参数，包括：堆垛机的类型、堆垛机的尺寸、最大起升质量、最大起升高度、水平行走速度和/或货叉行程。
作为一个或多个实施例，所述根据堆垛机的基本参数建立堆垛机的三维模型，是运用SolidWorks三维设计系统建立堆垛机的三维模型。
作为一个或多个实施例，所述根据堆垛机的基本参数建立堆垛机的三维模型；具体包括：
S1010：根据输入的堆垛机的类型和堆垛机的性能参数，生成堆垛机的初始三维模型；
S1011：对堆垛机的初始三维模型的各个部件进行干涉检查，如果没有问题就进入S1012，如果有问题，就返回获取堆垛机的基本参数步骤；
S1012：对堆垛机的初始三维模型的整机进行干涉检查，如果检查没有问题就进入S1013，如果有问题，就返回获取堆垛机的基本参数步骤；
S1013：生成堆垛机最终的三维模型。
进一步地，所述S1010中，生成堆垛机的初始三维模型，具体步骤包括：
新建堆垛机的三维装配图；
完成装配图中各个零件的参数化设计；
生成新的装配图，即生成堆垛机的初始三维模型。
进一步地，S1011中，对堆垛机的初始三维模型的各个部件进行干涉检查，包括：行走机构模块、立柱机构模块、升降机构模块、货叉机构模块和上横梁机构模块的内部零件间的配合是否存在干涉。
进一步地，S1012中，对堆垛机的初始三维模型的整机进行干涉检查，包括：行走机构模块、立柱机构模块、升降机构模块、货叉机构模块和上横梁机构模块各部件间的配合是否存在干涉。
作为一个或多个实施例，所述堆垛机各个零部件的二维工程图，是指：用于指导加工的堆垛机所需加工零件的工程图图纸，和/或用于指导装配的堆垛机各部件及整机的装配图图纸。
作为一个或多个实施例，所述根据三维模型与零部件二维工程图之间的关联关系，生成堆垛机各个零部件的工程图；具体步骤包括：
首先，建立二维工程图模板；
然后，建立三维模型的各个零部件与二维工程图模板各个零部件之间的关联关系；
然后，对各个零部件的二维工程图设立相应的调整方式，包括：对工程图明细表的调整、对视图比例的调整、对视图位置的调整、对尺寸位置的调整和对注解符号位置调整；
最后，根据三维模型的变化，对堆垛机各个零部件的二维工程图进行相应的更新。
进一步地，所述对工程图明细表的调整，是把明细表按照从下到上降序的顺序重新排列，对于行高和列宽分别进行调整；
进一步地，所述对视图比例的调整，一种是直接修改视图比例，另一种是通过修改图纸比例属性来间接改变视图比例。
进一步地，所述对于视图位置的调整，是在制作工程图模板的时候，每个工程图中的每个视图都绘制了一个包络框，然后用程序将每个包络框的中心坐标记录。对视图位置进行调整实质上就是利用程序调用View对象的Position属性将重置模型后的视图包络线坐标改为重置模型前的视图包络线中心坐标。
进一步地，所述对于尺寸位置的调整，是引进尺寸层这一概念，将不同的尺寸层到视图中心的距离设置为不同的数值。
进一步地，所述对于注解符号位置的调整，是将注解调整到之前的位置，如果模型重置前后视图变化不大，也可以给注解位置赋固定值，使其始终保持不变。
作为一个或多个实施例，S103中，将堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，根据仿真结果做出分析报告；具体步骤包括：
对堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，包括：模型的应力云图分析、模型总变形分析、模型安全系数分析、模型疲劳寿命分析和模型疲劳安全系数分析。
按照默认工作条件进行仿真分析，或者，根据实际工况需求填写相应仿真参数后进行仿真分析。
仿真分析过程中，对堆垛机不同工作状态(静力状态、加速状态、减速状态)分别进行仿真：
在静力状态下仅分析模型的应力、模型的总变形、模型的安全系数；
在加速和减速状态下分析模型的应力、模型的总变形、模型的安全系数、模型的疲劳寿命和模型的疲劳安全系数；
然后将三种状态下的分析数值进行比较，仿真分析结束后，将仿真分析结果各项的最值和仿真分析结果图像反馈到仿真结果显示界面；
将各项数值与设计标准相比较，如果均符合设计要求，则该产品设计合格，否则判定设计不合格。
仿真分析结果数值，包括但不限于：最大应力值、最大总变形值、最小安全系数值和预估寿命值。
本公开系统通过性能尺寸驱动自动生成零件模型并直接装配形成堆垛机整机，系统仅需获取堆垛机性能参数，便可完成堆垛机设计及建模，大大简化了设计工程师的工作量，另外，因无需进行过多的细节参数设置，也可供非专业人士使用，可以为用户提供更加直观的产品信息。
本公开对通过自身生成的小型有轨巷道堆垛机模型进行安全性分析，而非对已有产品进行分析，被分析的模型是不确定的，随着用户选择的变化而变化，每生成一个模型软件都可以直接对该模型进行有限元仿真，代替了以往产品设计完成后人工进行校验的过程。
所述基于参数化设计的堆垛机安全性评价系统用于堆垛机的设计，通过获取堆垛机的性能参数，从而改变堆垛机模型的功能尺寸(零件中与功能参数直接相关的尺寸，例如立柱零件的高度)，非功能尺寸(零件中与功能参数不直接相关的尺寸或者与功能参数不直接相关的零件的尺寸，例如立柱零件的宽度、壁厚，与立柱相连接法兰盘零件的所有尺寸)根据建立的函数关系(比例关系、差和关系、先取比例再取整的关系等，例如：D1@凸台-拉伸1@SC1-03-03导轨<1>.Part＝"高度@凸台-拉伸1@SC1-03-02立柱<1>.Part"-180)随功能尺寸的变化而变化，从而生成新的三维模型，实现堆垛机模型随性能参数的变化而变化，减少了重复性的工作，大大地提高了堆垛机的设计效率。
所述基于参数化设计的堆垛机安全性评价系统中，所述堆垛机零件配置清单和二维工程图可随三维堆垛机模型变化而变化，即每生成一个新的三维模具随即自动生成对应的堆垛机零件配置清单和二维工程图，实现堆垛机零件配置清单和二维工程图的随动变化，无需人工调整，简化堆垛机设计工序，减少重复性的工作，使之更为快捷、精准和智能化。
所述基于参数化设计的堆垛机安全性评价系统，运用C#语言编制系统，系统通过SolidWorks和ANSYS Workbench提供的接口技术，与两者建立通信关系，调用SolidWorks三维建模软件建立可参数化的小型有轨巷道堆垛机三维模型，建立所有零件及装配图的二维工程图模板，调用ANSYS Workbench对所建立的堆垛机三维模型进行仿真分析，最终得到基于参数化设计的堆垛机安全性评价系统。
将模型的部分尺寸与主要功能尺寸建立函数关系，可以选择不同的性能参数，使堆垛机的模型随之相应改变。
建立所有零件的二维工程图，当堆垛机的三维模型结构参数发生变化时，二维工程图相应的做出变化。
把经过参数化设计的模型导入ANSYS Workbench进行有限元仿真分析，根据仿真结果做出分析报告，评估其使用年限。
实施例二
本实施例提供了基于参数化设计的堆垛机安全性评价系统；
基于参数化设计的堆垛机安全性评价系统，包括：
获取模块，其被配置为：获取堆垛机的基本参数；根据堆垛机的基本参数建立堆垛机的三维模型；
生成模块，其被配置为：根据三维模型与零部件二维工程图之间的关联关系，生成堆垛机各个零部件的二维工程图；
输出模块，其被配置为：将堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，根据仿真结果做出分析报告，得到堆垛机安全性评价结果。
此处需要说明的是，上述获取模块、生成模块和输出模块对应于实施例一中的步骤S101至S103，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
上述实施例中对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分可以参见其他实施例的相关描述。
所提出的系统，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如上述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时，可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另外一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
实施例三
本实施例还提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行上述实施例一所述的方法。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
实施例一中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
实施例四
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例一所述的方法。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于参数化设计的堆垛机安全性评价方法，其特征是，包括：
获取堆垛机的基本参数；根据堆垛机的基本参数建立堆垛机的三维模型；
根据三维模型与零部件二维工程图之间的关联关系，生成堆垛机各个零部件的二维工程图；
将堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，根据仿真结果做出分析报告，得到堆垛机安全性评价结果；
所述根据三维模型与零部件二维工程图之间的关联关系，生成堆垛机各个零部件的二维工程图；具体步骤包括：
首先，建立二维工程图模板；
然后，建立三维模型的各个零部件与二维工程图模板各个零部件之间的关联关系；
然后，对各个零部件的二维工程图设立相应的调整方式，包括：对工程图明细表的调整、对视图比例的调整、对视图位置的调整、对尺寸位置的调整和对注解符号位置调整；
最后，根据三维模型的变化，对堆垛机各个零部件的二维工程图进行相应的更新；
所述将堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，根据仿真结果做出分析报告；具体步骤包括：
对堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，包括：模型的应力云图分析、模型总变形分析、模型安全系数分析、模型疲劳寿命分析和模型疲劳安全系数分析；
按照默认工作条件进行仿真分析，或者，根据实际工况需求填写相应仿真参数后进行仿真分析；
仿真分析过程中，对堆垛机不同工作状态分别进行仿真：
在静力状态下仅分析模型的应力、模型的总变形、模型的安全系数；
在加速和减速状态下分析模型的应力、模型的总变形、模型的安全系数、模型的疲劳寿命和模型的疲劳安全系数；
然后将三种状态下的分析数值进行比较，仿真分析结束后，将仿真分析结果各项的最值和仿真分析结果图像反馈到仿真结果显示界面；
将各项数值与设计标准相比较，如果均符合设计要求，则产品设计合格，否则判定设计不合格；
仿真分析结果数值，包括但不限于：最大应力值、最大总变形值、最小安全系数值和预估寿命值；
将模型的部分尺寸与主要功能尺寸建立函数关系，可以选择不同的性能参数，使堆垛机的模型随之相应改变。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述获取堆垛机的基本参数，包括：堆垛机的类型、堆垛机的尺寸、最大起升质量、最大起升高度、水平行走速度和/或货叉行程；
或者，
所述根据堆垛机的基本参数建立堆垛机的三维模型，是运用SolidWorks三维设计系统建立堆垛机的三维模型。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述根据堆垛机的基本参数建立堆垛机的三维模型；具体包括：
根据输入的堆垛机的类型和堆垛机的性能参数，生成堆垛机的初始三维模型；
对堆垛机的初始三维模型的各个部件进行干涉检查，如果没有问题就进入下一步，如果有问题，就返回获取堆垛机的基本参数步骤；
对堆垛机的初始三维模型的整机进行干涉检查，如果检查没有问题就进入下一步，如果有问题，就返回获取堆垛机的基本参数步骤；
生成堆垛机最终的三维模型。
4.如权利要求3所述的方法，其特征是，生成堆垛机的初始三维模型，具体步骤包括：
新建堆垛机的三维装配图；
完成装配图中各个零件的参数化设计；
生成新的装配图，即生成堆垛机的初始三维模型。
5.如权利要求3所述的方法，其特征是，对堆垛机的初始三维模型的各个部件进行干涉检查，包括：行走机构模块、立柱机构模块、升降机构模块、货叉机构模块和上横梁机构模块的内部零件间的配合是否存在干涉；
或者，
对堆垛机的初始三维模型的整机进行干涉检查，包括：行走机构模块、立柱机构模块、升降机构模块、货叉机构模块和上横梁机构模块各部件间的配合是否存在干涉。
6.基于参数化设计的堆垛机安全性评价系统，其特征是，包括：
获取模块，其被配置为：获取堆垛机的基本参数；根据堆垛机的基本参数建立堆垛机的三维模型；
生成模块，其被配置为：根据三维模型与零部件二维工程图之间的关联关系，生成堆垛机各个零部件的二维工程图；
输出模块，其被配置为：将堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，根据仿真结果做出分析报告，得到堆垛机安全性评价结果；
所述根据三维模型与零部件二维工程图之间的关联关系，生成堆垛机各个零部件的二维工程图；具体步骤包括：
首先，建立二维工程图模板；
然后，建立三维模型的各个零部件与二维工程图模板各个零部件之间的关联关系；
然后，对各个零部件的二维工程图设立相应的调整方式，包括：对工程图明细表的调整、对视图比例的调整、对视图位置的调整、对尺寸位置的调整和对注解符号位置调整；
最后，根据三维模型的变化，对堆垛机各个零部件的二维工程图进行相应的更新；
所述将堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，根据仿真结果做出分析报告；具体步骤包括：
对堆垛机的三维模型进行有限元仿真分析，包括：模型的应力云图分析、模型总变形分析、模型安全系数分析、模型疲劳寿命分析和模型疲劳安全系数分析；
按照默认工作条件进行仿真分析，或者，根据实际工况需求填写相应仿真参数后进行仿真分析；
仿真分析过程中，对堆垛机不同工作状态分别进行仿真：
在静力状态下仅分析模型的应力、模型的总变形、模型的安全系数；
在加速和减速状态下分析模型的应力、模型的总变形、模型的安全系数、模型的疲劳寿命和模型的疲劳安全系数；
然后将三种状态下的分析数值进行比较，仿真分析结束后，将仿真分析结果各项的最值和仿真分析结果图像反馈到仿真结果显示界面；
将各项数值与设计标准相比较，如果均符合设计要求，则产品设计合格，否则判定设计不合格；
仿真分析结果数值，包括但不限于：最大应力值、最大总变形值、最小安全系数值和预估寿命值；
将模型的部分尺寸与主要功能尺寸建立函数关系，可以选择不同的性能参数，使堆垛机的模型随之相应改变。
7.一种电子设备，其特征是，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行上述权利要求1-5任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征是，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-5任一项所述的方法。
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