PDM技术在机械可靠性设计分析中的应用

2018-03-27石跃朋

中国设备工程 2018年6期

石跃朋

（许昌烟草机械有限责任公司，河南许昌 461000）

1 虚拟样机技术

虚拟样机是基于模型基础上的数字化设计方法。虚拟样机技术使用计算机仿真和集成技术，这样可以将仿真的过程和分散的产品相互结合，在虚拟中对产品进行设计的优化以及性能测试和仿真制造，其核心技术便是性能仿真。对复杂的工程对象来讲，单单依靠几种软件是不可能完成的，同时还要构建多种软件的组合，从而形成复合型仿真的环境，这样才可以对研究对象实行多层面和目标的仿真。虚拟样机的最终目的是要实现仿真数据接口的二次开发，同时依据这些几何特征创建出数值的仿真模型，从而实现动态交换和共享分析数据，同时建模之后可以多次重复使用。本文主要分析虚拟样机中，可以实现各个模块之间数据高效互动、顺畅交流的PDM技术在机械设计中的应用。

2 产品的数据管理

PDM可以在工业的各个领域进行使用，其所涉及的产品数据管理范围非常广泛，凡是能够转变为计算机描述和储存的数据都可以管理。但是由于各个领域又有自己的特点和要求，使用层次和水平又有所不同。

在产品的开发和信息集成中，PDM可以看成是集成框架，其应用程序以及物料需求都要通过各种方法进行二次开发。我们可以开发接口直接作为对象进行集成，这样可以使得企业中各种应用和各类产品得到高度协调和集成，也可以让整个过程得到重组。

3 在PDM基础上的机械产品性能和可靠性综合设计以及分析平台

在PDM软件的框架中，我们可以集成各种软件。本文以机械产品的性能及可靠性为分析目的，并且以仿真为基础，这就决定了产品数据管理的方式。首先建立虚拟样机以及仿真团队的组织形式和协调的环境，实现仿真工具和PDM之间的集成，从而实现PDM的过程管理器对仿真过程的协调和管理。

PDM分析平台的方案和总体思路包括产品设计，分析各产品的性能和可靠性的综合数据、流程综合、综合权衡，每个阶段的信息环等。可靠性技术体系和性能之间的关系在下面进行详细的论述。

3.1 可靠性数据和性能之间的综合

这些主要是指设计中的分析数据综合，在机械产品的数字环境之下，和性能的平台进行交联，以及集成可靠的设计分析工具，可靠设计数据，以及实现性能设计数据的融合和共享。

3.2 性能以及可靠性设计和分析流程之间的综合

在系统性能的设计和分析上一定要结合分析工作的实际要求进行可靠性设计，最后围绕核心项目进行协同设计的流程分析，这样也可以实现可靠性和现实性能之间的分析。

3.3 性能和可靠性特征之间的权衡和综合

性能和可靠性是产品效能中的重要部分，同时也是产品在研制中的重要因素。这个平台是把机械的系统效能作为重要目标，对其性能和可靠性以及多个学科之间的模型优化以及权衡，这样的方法来实现性能和可靠性之间的权衡。

3.4 可靠性设计

机械产品中的可靠性和协同设计的分析基础是包括系统可靠性和故障模式的影响及危害分析、故障树分析。系统可靠性是研究整个产品的系统，其中有动力装置以及控制装置和执行装置和机构，各个部分中的整体系统分析评估和可靠模型分析。危害性分析以及故障模式的影响是定性的分析，我们也可以通过分析掌握产品故障的状况，还可以直接对指导机构进行设计，同时也能为机械产品在可靠性分析和定量分析仿真中打下基础。

3.5 在CAD基础上的可靠性准则是符合性质的检查

我们使用集成环境下可靠性设计和知识库系统，这样我们可以收集一些产品在设计过程中的一些可靠信息，同时还可以使用知识库对设计的准则以及可靠性进行检验。我们通过实例的查询进行CAD和现实之间的系统集成，这样来帮助工艺设计和零件设计，之后再利用可靠性准则的知识库对零件进行可靠性的检查和分析。

3.6 可靠性仿真

在CAD基础上的故障树分析即FTA。在现代的机械设计中，计算机的辅助软件，如Pro/E、UG、SOLIDWOK等不断使用的同时，我们可以在这些主流的CAD工具基础上再次开发，这些开发模块可以实现和CAD软件以及数据的交互设计，这样便可以把FTA的整个过程在性能的设计中进行融合，这样便可以实现可靠性的设计方案。

在产品设计中使用这个系统，可以依据零件对系统的零件信息进行设计，这时还要利用故障知识库使用故障知识对零件中包含的问题进行分析，这样来辅助系统的优化以及零件设计和改进，同时减少在开发的过程中各种重复，从而降低成本。

3.7 在CAE基础上的机构运动和可靠性仿真分析

该分析是在有限元模型和三维数字样机基础上结合一些机械强度和可靠性分析，使用CAE如ANSYS等软件来实现自动化仿真和数据的交互，这样还可以完成机构在运动中的误差以及可靠性分析和仿真，或者是柔性机构可靠性仿真和分析。

3.8 在CAE基础上的机械强度的可靠分析

该分析是在有限元和三维数字样机的基础上对机构运动进行可靠性分析，使用CAE软件来实现自动化仿真，以及机械的静止强度可靠性上的分析以及产品在仿真和热强度上的分析。产品整个系统中，可靠性综合优化和虚拟样机进行结合，把可靠性作为优化的目标，使用零件概率分析以及可靠性仿真相互结合。这样来实现数据交互和自动化优化和分析，在优化的过程中我们可以从两个方面进行分析。第一，要衡量这些因素的强弱或者趋势影响以及问题和产品之间的关系，使用产品的类型和特征来构建起判断要素的手段，同时还要构建起配套的评价准则，使用这样的方法实现综合权衡。第二，评价要素权值和要素的建立。要综合分析各种国内外的成果，同时也要综合衡量各个范围和对象，这样的方法构建起评价的要求和准则。还可以使用专家打分的方法和知识学习的方法来构建起计算方法和逻辑的处理。

4 具体工程上的使用

4.1 三维建模和设计

其中涵盖了所有零件的三维造型和整体装配。零件的三维造型是机械产品设计平台的基础，我们可以依照二维图纸，使用三维软件进行模块的实现。这样生成的实体也会包含零件的几何信息和各种参数信息。同时以这些信息为基础生成的零件能够在以后的质量计算、特征计算、图面绘制上共用。一般我们可以在草图的基础上建模，这样更容易实现标准化和系类化的设计，同时这些也是在设计的过程中最合理的建模方法。

之后还要进行空间锁系部件的建立、设计平台建设和参数数据库建设。这样还可以提升设计的科学性，整个设计的周期也将大大的减少。