CN113190928B - 基于知识服务的设备紧固件基于模型的定义的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于知识服务的设备紧固件基于模型的定义的设计方法，结合实际工程需要，针对不同设备场景约定不同形式的紧固件MBD表达方案；基于知识服务的设备实现紧固件选型库构建；智能获取紧固件布置位置和数量；支持紧固件简化形式和三维实体的多态表达需求，并能一键互换；实现紧固件的物料统计、重量计算。本发明实现设备紧固件在三维环境下的快速设计，支撑设备紧固件的物料统计、重量计算，以及后续的工艺仿真。

Description

基于知识服务的设备紧固件基于模型的定义的设计方法

技术领域

本发明属于船舶数字化设计的技术领域，特别涉及一种设备紧固件的MBD设计方法。

背景技术

在传统设计模式中，设备紧固件有数量多、零件小、重量轻的特点，一般不在三维中建模，仅在二维中通过紧固件安装示意图和紧固件明细表实现相关设计选型。针对紧固件的二维设计选型，目前已有一些方法可实现快速的示意图和明细表生成，但二维的形式使其具备太多局限性。例如难以实现多设备紧固件统计，无法支撑后续的工艺仿真等。

随着三维设计的应用普及，设备与基座均已实现MBD(Model Based Definition，基于模型的定义)建模，设备紧固件的MBD设计是精细化设计的重要组成部分。但设备紧固件零件多、数量大，采用人工基于二维设计结果或直接实施三维建模，不仅建模效率低，同时过多的零件数据信息极易导致三维设计系统崩塌。

因此，针对上述问题需要提出一种高效的、满足MBD需求的设备紧固件选型设计方法，使设计师可以直接在三维环境中快速完成设备紧固件设计，提升设计质量，同时不会对三维设计系统造成负担。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术需求而提供一种基于知识服务的设备紧固件MBD设计方法，实现设备紧固件在三维环境下的快速设计，支撑设备紧固件的物料统计、重量计算，以及后续的工艺仿真。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：基于知识服务的设备紧固件基于模型的定义的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)创建设备紧固件知识工程库：分析已设计的型号产品图纸，归纳总结通用安装形式与组成，深入挖掘紧固件选取原则和设计关联关系，清理常用紧固件的规范标准，整理设计表达所需信息，利用设计软件，完成设备紧固件详细模型建库和简化模型建库，紧固件通常以不同安装形式成套布置，因而紧固件零件建库后，基于知识工程组成紧固件装配套件，设计人员以紧固件装配套件为对象完成选型布置，紧固件装配套件中包含套件内各零件的物料信息和各零件装配位置，由于紧固件中某些参数需根据实际布置调整，因而紧固件装配套件本质上是参数化模板；

S2)基于知识工程的设备紧固件智能布置：设备紧固件布置时，由设计人员决定采用详细模型布置或简化模型布置，并选定知识工程库中紧固件型号，通过设备安装孔获得紧固件规格及数量，结合设备机脚和基座面板厚度信息，通过内嵌规则自动计算紧固件长度，获取的实际布置数量、位置、紧固件长度，结合知识工程库中指定的紧固件套件模板，智能设备完成紧固件生成和布置；

S3)紧固件物料统计与重量重心计算：对实体建模的紧固件，其实体模型本身即带有物料信息，具备计算重量重心的条件，对于简化建模的紧固件，其属性中应记录物料信息，包括零件标准、规格、材质、数量、重量，重心使用定位点元素记录，在统计紧固件物料与重量重心计算过程中，自动识别紧固件的状态，分别按照实体紧固件与简化紧固件的方法完成紧固件物料统计与重量重心计算。

按上述方案，步骤S1中所述紧固件建模针对不同设备的紧固件，采用不同形式，具体为：针对主机、齿轮箱安装要求高的重要设备，其紧固件实施三维实体建模；针对其他普通设备，其紧固件以含定位用的点、线元素的简化形式表达，不具备实体元素，其物料信息以属性的形式记录，装配方式以示意图的形式记录。

按上述方案，步骤S1中所述紧固件装配套件的装配原点应结合具体安装形式合理设置，确保后续布置时一键生成。

按上述方案，步骤S2中所述紧固件选取首先系统根据设备螺栓孔径推算紧固件公称直径；通过选取设备机脚与基座面板夹持面，获取夹持距离生成螺栓理论长度；再利用数据选取合适的螺栓规格及相应紧固件规格。

按上述方案，步骤S2中所述紧固件生成简化模型中记录有紧固件定位元素、紧固件选型明细、紧固件数量的信息，通过驱动三维参数化模型，能够实现简化形式紧固件一键生成实体模型。

本发明的有益效果是：提供一种基于知识服务的设备紧固件MBD设计方法，三维实体或简化形式紧固件可以直接在三维环境下生成，打破传统二维设计三维翻模模式；MBD的紧固件设计满足物料明细准确统计，实施精细化建模；简化与实体并存的紧固件设计模型，最大程度减少三维平台负担；简化形式紧固件一键生成三维实体模型，满足相关工艺仿真前置需求；紧固件的智能布置提升工作效率，提升紧固件设计质量。

附图说明

图1为本发明一个实施例的紧固件知识工程库的示意图。

图2为本发明一个实施例的基于知识工程的设备紧固件智能布置流程图。

具体实施方式

现结合附图对本发明实施方式进行说明，本发明并不局限于下述实施例。

一种规则驱动的柔性自适应风管附件设计方法，同时约定一种设备紧固件简化表达形式，从而实现设备紧固件在实际工程中进行MBD设计，进一步实现舰船产品的精细化建模，提高设计效率和质量。

技术要点包括：

步骤1：创建设备紧固件知识工程库

分析已设计的型号产品图纸，归纳总结通用安装形式与组成，深入挖掘紧固件选取原则和设计关联关系，清理常用紧固件，如螺栓、螺母、垫圈等零件的规范标准。同时，整理设计表达所需信息，如标准件号、名称、规格、材料、重量等信息。利用设计软件，完成设备紧固件详细模型建库和简化模型建库。

紧固件通常以不同安装形式成套布置，因而紧固件零件建库后，基于知识工程组成紧固件装配套件，设计人员以紧固件装配套件为对象完成选型布置。紧固件装配套件中应包含套件内各零件的物料信息和各零件装配位置。由于紧固件中某些参数需根据实际布置调整，如螺栓长度，螺母位置等，因而紧固件装配套件本质上是参数化模板。

步骤2：基于知识工程的设备紧固件智能布置

设备紧固件布置时，由设计人员决定采用详细模型布置或简化模型布置，并选定知识工程库中紧固件型号。通过设备安装孔获得紧固件规格及数量，结合设备机脚和基座面板厚度信息，通过内嵌规则自动计算紧固件长度。获取的实际布置数量、位置、紧固件长度，结合知识工程库中指定的紧固件套件模板，智能设备完成紧固件生成和布置。

步骤3：紧固件物料统计与重量重心计算

对实体建模的紧固件，其实体模型本身即带有物料信息，具备计算重量重心的条件。对于简化建模的紧固件，其属性中应记录物料信息，包括零件标准、规格、材质、数量、重量等，重心使用定位点元素记录。

在统计紧固件物料与重量重心计算过程中，自动识别紧固件的状态，分别按照实体紧固件与简化紧固件的方法完成紧固件物料统计与重量重心计算。

步骤1中，为减少模型数据信息对三维设计平台的负担，针对不同设备的紧固件，采用不同形式建模。针对主机、齿轮箱等安装要求高的重要设备，其紧固件实施三维实体建模；针对其他普通设备，其紧固件以仅含定位用的点、线元素的简化形式表达，不具备实体元素，其物料信息以属性的形式记录，装配方式以示意图的形式记录。为实现紧固件快速准确布置，紧固件套件的装配原点应结合具体安装形式合理设置，确保后续布置时一键生成。

步骤2中，紧固件选取首先系统根据设备螺栓孔径推算紧固件公称直径；通过选取设备机脚与基座面板夹持面，获取夹持距离生成螺栓理论长度；再利用数据选取合适的螺栓规格及相应紧固件规格。为支撑工艺仿真，简化形式紧固件可映射生成三维实体模型。简化模型中记录有紧固件定位元素、紧固件选型明细、紧固件数量等信息，通过驱动三维参数化模型，能够实现简化形式紧固件一键生成实体模型。

实施例一

基于3D Experience设计平台，以螺栓套件为例，进行具体实施说明：

步骤1：创建紧固件知识工程库，知识工程库组成详见附图1；

实例紧固件建库，首先使用3D Part或基于3D Part拓展的专有节点完成螺栓零件建模，常用标准主要包括GB/T 5780-2000、GB/T 5781-2000、GB/T 5782-2000等11项螺栓标准，GB/T 6170-2000、GB/T 6172.1-2000、GB/T 6184-2000等9项螺母标准，GB/T 853-1988、GB/T 848-2002、GB/T 93-1987等8项垫圈标准，GB/T 2059-2000、CB/T 3667.3-1995等跨接片标准。

其中螺栓零件长度在建库阶段只有一个范围值，因此使用参数化建模方法设置该参数。同时嵌入知识工程规则，写入螺栓长度值的取值规则，例如只能取整数、限制范围区间、螺栓长度取值规则等。

在零件建模完成后，使用Product节点或基于Product拓展的专有节点，装配常用螺栓套件。螺栓套件中螺母、垫片相对螺栓位置需要根据实际布置场景调整，因此使用参数化装配的方法设置该参数。该对象为螺栓套件知识工程库最终对象。

螺栓套件简化模型建库则相对简单，无需实施螺栓零件建模。使用Product节点或基于Product拓展的专有节点创建螺栓套件，其中插入该类型螺栓套件的安装详图，以及螺栓套件定位点、线。螺栓套件的简化模型节点与实体模型节点原点保持一致位置。简化模型中包含重心点，嵌入知识工程规则，写入螺栓套件重量、重心随螺栓长度及螺母相对螺栓位置变化规则。其属性中记录该螺栓套件各零件明细，包括零件标准、型号、规格、单重、数量、材质、备注等，嵌入知识工程规则，螺栓零件规格随实际布置组要智能变更。

步骤2：基于知识服务的设备紧固件智能布置，流程见附图2；

设备紧固件布置时，手动选择螺栓套件型号，选中安装面，由于MBD场景设备均完成螺栓孔创建，通过安装面可获取螺栓孔个数与开孔值，基于知识工程通过开孔值得到螺栓公称直径；选中设备机脚与基座面板夹持面，通过知识工程获得螺栓长度及螺母相对螺栓位置，该值亦可手动键入。

通过上述方法，螺栓套件型号、规格、数量、布置位置均已获取，包括随布置场景确定的螺栓长度及螺母相对螺栓位置。信息足以调用知识工程库中对应的螺栓套件，按布置位置及数量完成布置。

针对智能布置结果，若是实体建模的螺栓套件，螺栓长度及螺母相对螺栓位置直接反应到螺栓实体中，若是简化建模螺栓套件，螺栓长度及螺母相对螺栓位置记录在属性中。

步骤3：简化形式紧固件一键生成三维实体模型；

为平衡三维平台系统性能与工艺仿真的实际需求，要求简化形式紧固件可一键生成三维实体。

对于简化模型替换为实体模型，简化螺栓套件节点与实体螺栓套件节点本就是一对一的关系，通过命名标识一键实施替换即可。其中螺栓长度及螺母相对螺栓位置信息记录在属性中，替换为实体模型后，将该信息应用到替换后的实体螺栓套件对应的参数中，使其实体相应作出更改。

步骤4：紧固件物料统计与重量重心计算；

对于简化螺栓套件的物料统计，其零件明细信息均已写入套件属性中，直接提取该信息，结合简化螺栓套件节点布置数量，即可实现。对于重量重心的计算，简化螺栓套件中创建有重心点，重量根据其内嵌的知识工程智能变化，因此可以将布置的各个简化螺栓套件当做质点，统计出总的紧固件重量重心。

对于实体螺栓套件，由于套件中各零件完成实体建模和布置，因此直接提取实体物料清单即可。对已重量重心的计算，紧固件零件一般为均质材料，且各零件均有材料属性，使用当前主流三维平台原生重量重心计算功能即可完成。

Claims (5)

1.基于知识服务的设备紧固件基于模型的定义的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1）创建设备紧固件知识工程库：分析已设计的型号产品图纸，归纳总结通用安装形式与组成，深入挖掘紧固件选取原则和设计关联关系，清理常用紧固件的规范标准，整理设计表达所需信息，利用设计软件，完成设备紧固件详细模型建库和简化模型建库，紧固件以不同安装形式成套布置，因而紧固件零件建库后，基于知识工程组成紧固件装配套件，设计人员以紧固件装配套件为对象完成选型布置，紧固件装配套件中包含套件内各零件的物料信息和各零件装配位置，由于紧固件中某些参数需根据实际布置调整，因而紧固件装配套件本质上是参数化模板；

S2）基于知识工程的设备紧固件智能布置：设备紧固件布置时，由设计人员决定采用详细模型布置或简化模型布置，并选定知识工程库中紧固件型号，通过设备安装孔获得紧固件规格及数量，结合设备机脚和基座面板厚度信息，通过内嵌规则自动计算紧固件长度，获取的实际布置数量、位置、紧固件长度，结合知识工程库中指定的紧固件套件模板，智能设备完成紧固件生成和布置；

S3）紧固件物料统计与重量重心计算：对实体建模的紧固件，其实体模型本身即带有物料信息，具备计算重量重心的条件，对于简化建模的紧固件，其属性中应记录物料信息，包括零件标准、规格、材质、数量、重量，重心使用定位点元素记录，在统计紧固件物料与重量重心计算过程中，自动识别紧固件的状态，分别按照实体紧固件与简化紧固件的方法完成紧固件物料统计与重量重心计算。

2.根据权利要求1所述的基于知识服务的设备紧固件基于模型的定义的设计方法，其特征在于步骤S1中所述紧固件建模针对不同设备的紧固件，采用不同形式，具体为：针对主机、齿轮箱安装要求高的重要设备，其紧固件实施三维实体建模；针对其他普通设备，其紧固件以含定位用的点、线元素的简化形式表达，不具备实体元素，其物料信息以属性的形式记录，装配方式以示意图的形式记录。

3.根据权利要求2所述的基于知识服务的设备紧固件基于模型的定义的设计方法，其特征在于步骤S1中所述紧固件装配套件的装配原点应结合具体安装形式合理设置，确保后续布置时一键生成。

4.根据权利要求3所述的基于知识服务的设备紧固件基于模型的定义的设计方法，其特征在于步骤S2中所述紧固件选取首先系统根据设备螺栓孔径推算紧固件公称直径；通过选取设备机脚与基座面板夹持面，获取夹持距离生成螺栓理论长度；再利用数据选取合适的螺栓规格及相应紧固件规格。

5.根据权利要求4所述的基于知识服务的设备紧固件基于模型的定义的设计方法，其特征在于步骤S2中所述紧固件生成简化模型中记录有紧固件定位元素、紧固件选型明细、紧固件数量的信息，通过驱动三维参数化模型，能够实现简化形式紧固件一键生成实体模型。

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