基于模型的变压器工装设计方法研究

张立健　付健权

摘 要：数字化工装设计解决方案的实现目标是基于MBD的全三维数字化研发模式，讲模块化设计的理念应用到工装设计中，通过对工装的模块化分类应用，实现工装设计知识和经验的累积和重用，促进工装设计的创新设计。实现工装数据的全面管理，工装设计结果在资源库中的管理，便于工装数据查询、参考和重用。从而达到缩短周期、改进质量、减少成本的目的。

关键词：MBD，数字化工装设计；方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.021

1 引言

工艺设计工作作为连接产品设计和产品制造的桥梁，所产生的工艺数据是产品全生命周期中最重要的数据之一，同时是企业编排生产计划、制定采购计划、执行生产调度的重要基础数据，在企业的整个产品开发及生产中起着重要的作用。

随着产品设计理念和设计信息化进程的发展，目前在企业中三维设计系统已经迅速普及，产品的三维数模已经逐渐成为工程应用的标准，二维工程图只是三维设计模型的投影结果。而在工艺系统目前还主要是利用二维工程图进行工艺设计，主要是利用设计部门发布的三维模型投影生成二维工程图，将其导入到二维CAPP系统中进行工艺设计；或者采用屏幕截图的方式，将获得的图片粘贴到工艺文件中，作为工艺设计过程中所使用的工序图；最为繁琐的方式是根据工艺设计的要求重新绘制二维工序图来指导操作工人进行加工或者装配等实际操作。

2 传统工装设计流程

在进行工艺设计时，如果某道工序需要工装，首先需要查询是否有可借用的工装，如果有可直接借用；如果没有，提出工装申请；工装设计人员接到申请后进行工装设计。在设计时需要参考产品设计、工艺设计需求，也要查询以往是否有类似工装可借鉴。工装设计完成后，加入工装库中，供后续查询应用，并将工装设计结果（例如工装号）返回工艺设计。工艺设计完成后，进行数据发放。

工装设计是产品研制过程中的重要环节，目前工装设计面临的业务挑战主要是：

（1）工装种类多、需求类大；（2）工装开发的进度直接影响产品制造；（3）工装的设计模式，目前主要还是沿用传统的习惯进行，已经不能适应对产品制造快速反应的要求；（4）工装设计与工艺设计、产品设计脱节，工装设计未能充分利用三维产品模型；（5）工装设计完成后没有及时给工艺反馈信息，在投产时不能确定工装是否准备好。

为此，需要采用数字化的手段，以产品数据管理软件和三维数字化设计软件为基础，搭建数字化工装设计系统；确定工艺工装设计业务协同管理方案，实现单一数据源的工艺工装设计并行工作模式；将数据管理和流程管理推广到工装设计的各环节，实现工装设计流程及更改流程的有效管理。

3 解决方案

以线圈绕制工序中使用的可调模为例对基于模型的工装设计解决方案作以介绍。

3.1 可调式绕线模

绕线模的种类很多，常见主要有两种：笼型可调模和伞式可调模。本文采用伞式可调模为例进行说明。伞式可调模主要由心轴、滑套、撑杆、驱动机构、基础撑条和辅助撑条等组成，通过调节伞形支撑臂的倾斜角度来调节直径，因此命名伞式可调模。其优点，一是直径调节范围大，最大的可达300mm；二是撑条间隙小于40mm，硬纸板筒即使薄一些线圈也不会成多角形；三是直径调节方便。

3.2 基于模型的工装设计流程

（1）产品设计输入。依据图纸输入产品相关尺寸，线圈高度H，线圈内径D1，线圈外径D2。线圈轴向高度决定可调模撑条的高度，线圈内径决定可调模的变径范围。

（2）工艺设计输入。依据线圈尺寸对需要更新的可调模进行尺寸设计。如可调模撑条高度、变径范围、撑条个数等。为确保设计尺寸合理，需进行干涉检查，防止设计出来的可调模直径过大导致无法满足设计工艺需求，如图1所示。干涉处通过模型可以清晰直观的观察到。

（3）参数信息录入。将可调模设计参数录入至设计表中，方便下次使用相关规格工装时的调用。为加快工装升级改进设计的时效性，工装结构如没有较大变动，可从设计表中直接提取参数化模型，再对局部尺寸进行合理性修改。设计完成后须将相关参数附着在模型属性中，以便调用模型后可读取相关工装信息。

（4）三维模型入库归档。设计完成的三维工装模型归档至工装产品数据库中。

4 工装数据库

工装数据库包括：（1）典型工装模版库；（2）工装标准件库；（3）工装产品数据库；（4）工装设计知识库。

5 结论

实现基于MBD的工装设计，增强工装产品的数据管理。保证工装数据的正确性，提高工装产品、标准件等重用率，减少设计变更影响。另外，数字化工装设计的应用，还可提升工装技术人员的三维设计水平和创新能力，形成工装设计知识和经验积累与重用的机制，不断丰富和完善工装设计知识库，促进技术人员设计水平的提高。同时，将部分工装设计知识通过二次开发的形式置入工装设计软件应用系统，提高工装创新设计的能力。

参考文献：

[1]赵静月，张庆.变压器制造工艺[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]朱英浩.新编变压器使用技术问答[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1999（07）.

[3]谢毓城.电力变压器手册[M].北京：机械工业出版社，2003（01）.

作者简介：张立健（1988-），男，辽宁沈阳人，设计员，研究方向：电力变压器设计。