应用UG/KF 的直筒散装水泥罐车 零部件参数化设计

谌炎辉， 梁 辉， 徐武彬， 李 冰

（1. 广西工学院机械系，广西 柳州 545006；2. 广西柳州钢铁集团公司动力厂，广西 柳州 545002）

由于散装水泥车具有运输效率高、有利于安全运输、保持水泥的完好率、减轻装卸强度和改善装卸条件以及降低运输成本等优点[1]，再加上国家促进散装水泥车发展的相关政策法规等原因，导致了对散装水泥车大量需求，成为发展很快的专用车品种之一。为适应市场的需要，专用车生产厂家必须在产品结构上不断改进，在保证罐式车罐体有足够的结构强度的前提下，降低整车自重，增大装载量。此外，由于市场的需求多样化，散装水泥运输车多属于多品种小批量产品，从订货到交车周期只有8至10天。而目前的散装水泥车设计方法，产品设计周期大约为6到 8天，传统的设计理念和方法很难满足设计和生产要求，在现有产品的设计知识基础上降低新产品的开发周期成为重重之重。

基于三维CAD 软件的参数化设计技术已基本实现了标准件等零部件的参数化设计[2-3]，在进行直筒散装水泥罐车参数化设计系统开发时，采用了基于UG/KF 技术的知识模型的参数化设计系统，运用知识规则和推理，能很好的解决这一问题。为了实现友好的人机界面，采用UG/API技术开发了人机接口程序，使得在不了解直筒散装水泥罐车罐体内部参数设计和DFA 程序开发的情况下也能操作设计系统进行产品设计。

1 相关知识

1.1 UG/KF 简介

UG知识熔接 (Knowledge Fusion，简称KF)是建立在Intent之上的基于知识的工程语言[4]，为产品设计者获得和操纵工程规则、设计意图提供了一套强有力的工具。可以让用户开发应用系统，通过工程规则而不仅仅是几何尺寸类参数驱动来控制UG对象，超越了单纯的几何建模。通过知识熔接可以构造完全重复使用的知识库，很容易实现产品的参数化设计。

KF采用创成机制(Generative)和采用机制(Adoption)将知识与CAX系统融合，能访问数据库和电子表格等外部知识数据源，并提供了与分析、优化等模块的接口程序。

UG/KF 中是通过属性参数(Attribute)、类(Class)和函数(Function)来实施工作的，也就是把工作内容和思路用它们表达出来，用记事本写成纯文本文件。UG 系统本身提供了大量的类(Class)和函数(Function)，用户也可以用KF 语言编写自己的类和函数来调用其他的类和函数，或被调用。

1.2 直筒散装水泥罐车简介

直筒散装水泥罐车罐体主要由罐筒、横支撑总成、支撑梁、侧滑料板、多孔板、中间隔仓板、中间滑料板、封头总成等部件组成。如图1 所示，直筒散装水泥罐车的工作原理为：空气压缩机通过多孔板(5)的小孔将空气从下部压入到密封的容积空间中，在主滑料板(4)和副滑料板(3)的共同作用下流化，这时候罐体中的气压大于外界气压，开关打开后，散装水泥在压力差的作用下从罐中排出，从而达到取料的目的。图1 中(1)和(2)分别为横支撑和筋板。

图1 罐体结构图

1.3 基于UG/WAVE 技术参数化设计的缺陷

直筒散装水泥罐车罐体的内部结构复杂、零部件间关联性很强，在设计过程中用到大量的辅助面来实现零部件的修剪、定位等操作，使得在进行参数变化时因为修剪、定位辅助面在实体外而导致设计失败。如图2 为基于WAVE 技术建模的直筒散装水泥罐车罐体模型在进行参数变化时，由于罐筒长度变化引起封头建模时用到的辅助修剪面完全位于封头实体的外面而导致参数更新失败。

图2 参数化设计失败实例

2 基于KF 的水泥罐车罐体系统设计流程

水泥罐车设计系统综合利用VC++、UG/KF、UG/Open 等开发工具，在UG 环境下建立以KF技术为基础的产品设计知识模型，以UG 二次开发技术建立快速设计系统的人机接口和知识模型的参数化设计。能实现水泥罐车的快速参数化设计和创新设计，并能实现设计知识的重复利用。图3 为水泥罐车设计系统的基本框架。

图3 基于KF 的水泥罐车设计系统框架

3 基于KF 的直筒散装水泥罐车零部件参数化设计

根据对水泥罐车罐体结构及其部件间关联关系的分析和设计数据的处理，运用UG/KF技术，把水泥罐车的设计方法、设计步骤和设计计算融合在一起，从而实现水泥罐车罐体零部件的自动设计，然后利用UG提供的虚拟装配技术实现罐体模型的参数化设计。图4为UG/KF环境下直筒散装水泥罐车零部件设计的基本流程。如1.3节中出现的情况，在采用KF设计时可以由罐筒零件的参数以规则的形式控制封头的辅助修剪面的位置，并实现相互之间的相关参数化而解决前面因为辅助修剪面完全位于实体的外面而导致参数更新失败的问题。

图 4 基于KF的零部件设计流程图

下面以横支撑为例，介绍基于UG/KF创成方式的水泥罐车罐体零部件具体设计过程：

（1） 从产品数据库输入产品参数和产品内其它零部件相关参数，由ug_expression 类定义，要输入的参数包括罐筒直径、横支撑的定位参数等。

（2） 定义规则，将产品设计知识以规则实现，由输入参数通过规则变化后得到横支撑设计过程中需要的所有参数并使所有的参数在输入参数变化时能根据产品设计知识进行变化（由规则定义实现）。

（3） 定义横支撑的基本体，由ug_cylinder类定义，参数包括直径、高度和定位参数等。

（4） 定义横支撑的结构特征，由ug_cylinder类或ug_block 类定义并与基本体进行布尔运算得到。

（5） 定义属性，为产品添加必要的属性（如材料、比重等），以便进行产品设计、分析、计算等。

（6） 输出影响其它零部件设计的参数和DFA 文件等。

（7） 生成产品实例（三维实体模型），零部件设计结束，图5 为基于KF 设计的横支撑实例。

相对于一般的参数化设计方法，基于KF 的设计方法将产品的设计知识以规则的形式融入直筒散装水泥罐车零部件模型中，并可以以添加属性的形式将产品设计、计算和分析等需要的知识加入产品零部件模型，从而体现了知识模型的应用。

图5 横支撑的创成设计模型

4 总 结

由于直筒散装水泥罐车罐体的内部结构复杂、零部件间关联性很强，在使用UG 相关参数化设计方法进行设计的过程中用到大量的辅助面来实现零部件的修剪、定位等操作，使得在进行参数变化时因为修剪和定位的辅助面在实体外而导致设计失败。为了解决这一问题，本文在UG 环境下通过综合利用UG/KF 技术和UG/API技术开发了直筒散装水泥罐车参数化设计系统。采用UG/KF 创成法等方法建立水泥罐车罐体的三维模型，并应用UG/API 技术开发了人机接口程序。使得设计过程简洁明了，大大减少了设计时间，同结构类型产品只需要变更参数就可以简单实现参数化设计，新类型产品也可以以DFA文件的形式实现设计知识的重用，在企业要求的时间内开发出合格的产品。该系统已经成功运用于广西柳州运力专用汽车股份有限公司进行产品设计，很好地解决了以前设计周期长、设计工作量大的问题。

[1] 谢开泉. 我国散装水泥车市场情况分析及未来预测[J]. 专用汽车, 2007, (7): 15-17.

[2] 张应中, 罗晓芳. 基于UG/Open API技术的参数化标准件库的开发[J]. 计算机工程, 2003, 29(21): 180-181.

[3] 康荣学, 宋 健, 王语风. UG环境下汽车制动产品标准件数据库的建立[J]. 2004, 26(11): 18-20.

[4] 王 刚, 等. UG 知识熔接技术培训教程[M]. 北京:清华大学出版社, 2002. 1-52.