基于PLM系统的2D截面库管理

郑清晨 陈超强

摘要：在汽车产品设计建模过程中，产品设计工程师需要重复绘制各类型材的2D截面，因此使用2D截面建模的频次非常高。为了使产品设计工程师能够快捷建模并避免重复性建模工作，从提高和充分发挥NX三维建模效率的角度出发，通过产品全生命周期管理系统（PLM）建立2D截面库，实现2D截面库资源共享，并利用西门子Teamcenter的分类库管理功能，产品设计工程师可直接从分类库中调用，大大提高了产品设计开发的工作效率。

关键词：PLM系统;2D截面库;参数化设计;分类库;建模

中图分类号：U463 收稿日期：2022—02—14

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.05.011

汽车产品零部件的设计开发传统上使用AutoCAD软件进行设计，该软件主要由三视图相互投影表达零部件空间形状，因此需要产品设计工程师重复绘制各类型材或管材的截面，该过程花费了技术人员大量的时间和精力。同时，在计算零部件理论净重量时，由线密度结合零部件外观尺寸，计算结果精度不高（非规则几何体误差更大），该过程属于重复、低值的劳动，且与专用车行业订单快速交付要求不相符。因此汽车产品的设计建模迫切需要改变现状，建立2D截面库是解决问题的方式之一。

要形成企业级的2D截面库，可基于西门子PLM系统建立NX三维设计软件的参数化2D截面草图，即将企业所有2D截面草图用参数化设计方法，录入到2D截面库中。通过这种方式，企业可根据组织管理权限，通过专人维护和管理，方便各类产品的设计工程师在产品设计时调用2D截面库资源。

1 2D截面库建模

2D截面包含了国标型材截面、国标管材截面和企业定制专用型材和管材截面，其中国标型材和管材经由专业生产厂家按标准化生产，企标型材和管材截面根据产品设计要求进行了定制化设计。

由于参数化设计是通过改动图形的某一部分或某几部分的尺寸，或者修改已经定义好的参数，自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现对图形的驱动，可以使设计人员从大量琐碎的绘图工作中解脱出来，在提高设计效率、减少信息的存储量的同时，还可以在设计中建立参数库，极大地方便了后续的设计工作。因此，本文以汽车结构件常用的矩形管管材为例，创建矩形管管材的2D截面库。

1.1 参数化变量表达式设置

登录PLM系统的Teamcenter软件，打开集成环境下的NX三维设计软件，在草图环境下定义参数化变量，B代表矩形管的长边，H代表矩形管的短边，r代表矩形管的外圆角，t代表矩形管的厚度。参数化变量表达式设置如图1所示。

1.22D截面草图绘制

绘制矩形管初始值截面草图，并设定已定义的變量表达式，完成2D截面草图的设计。绘制的矩形管管材2D截面草图如图2所示。

2 2D截面库的搭建

2.1 2D截面库库文件的组成

2D截面库库文件由模型PART文件、示例图BMP文件和部件族族表EXCEL文件三部分组成。模型PART文件是2D截面的草图文件，后续设计调用就是这个参数化的2D截面草图文件;示例图BMP文件是在辅助设计工程师调用2D截面库时，起到识别各参数尺寸的标识位置的作用;部件族族表EXCEL文件记录参数化变量表达式的相应值。

2.2示例图BMP文件的设计

使用画图板工具设计模型的示例图片，标注各参数后，将文件保存成24位BMP格式，示例文件像素不大于300x300。示例图BMP文件的设计如图3所示。

2.3 将2D截面库的可重用对象PART文件定义到重用库

完成2D截面草图建模并定义草图的变量参数及变量值后，还需要将2D截面草图定义到重用库中，具体操作如下：在2D截面库模型PART文件草图激活状态下，选择菜单下的工具选项，再选择其中的重用库，选择定义可重用对象，如图4所示。

在弹出的可重用对象对话框中设置相关参数：文件类型菜单选择2D截面，选择对象栏激活后，圈选2D截面草图，并指定锚点位置。文件夹视图选项选择存放2D截面库的文件夹，部件文件名一栏的文件名称与设计的相应2D截面的模型PART文件名称保持一致，预览视图的输入栏，选择类型为文件，在图像文件栏，单击右侧的文件夹按钮，选择对应的示例图BMP文件，保存后退出，完成定义可重用对象到重用库的设置，如图5所示。

2.4部件族族表EXCEL的设计

部件族族表记录的是驱动2D截面参数化变量的具体值。由于矩形管管材采用的标准是GB/T 6728—2002《结构用冷弯空心型钢尺寸、外形、重量及允许偏差》，根据该标准检索相关参数，整理到部件族族表对应列中并保存。部件族族表设计如图6所示。

3 2D截面库的Teacenter集成及分类

2D截面库的模型PART文件、示例图BMP文件和部件族族表EXCEL文件需要上传到PLM系统的Teamcenter软件里，统一放在2D截面库文件夹下便于后期管理（图7）。在Teamcenter系统下创建分类，建立2D截面库分类，并将模型PART文件发送到分类库，方便集成环境下NX三维软件调研（图8）。

42D截面库的TC集成在线设计调用

4.12D截面在线设计调用

设计人员在进行数模设计时，可通过Teamcenter集成环境下的NX三维软件直接调用已创建好的参数化2D截面，从重用粘贴对话框截面特征的值一栏中，选择合适的截面草图，拖放到三维设计窗口，不需再另行创建2D截面草图数模（图9）。

4.2基于材质库支持下的理论净重量计算

在NX三维软件定制了材料库，并赋予密度等信息。以液罐车罐体顶部封闭式围板为例，调用2D截面库的封闭式围板草图（图10）。调用的2D截面经拉伸后生成三维模型，几何体积已经确定，即可调用材质库信息赋予材质（图11）。对生成的三维模型赋予材质信息，保存后系统将自动计算出零部件的理论净重量，避免设计人员人工计算重量（图12）。

4.3扩充2D截面库成员

将常用的2D截面整理后维护到2D截面库，丰富2D截面库成员。同时，在2D截面参数化建模的基础上，利用草图抑制功能，根据条件控制不同的2D截面草图生效，实现同一个模型PART文件下按條件生成不同的2D截面，拉伸后生成不同特征的零部件（图13）。

5 2D截面库的维护

5.12D截面新增

由于新产品开发及产品升级换代，需要对2D截面库持续维护。当2D截面库中的截面草图不能满足产品设计要求时，设计人员可在PLM系统中提交“2D截面新增流程”，经审批通过后，由Teamcenter关键用户对2D截面库进行新增2D截面的建模、录入和维护。

5.22D截面退出

Teamcenter关键用户定期检查2D截面库中2D截面的引用情况，若最近三年时间以来一直未被引用，可判定为此2D截面应从2D截面库中退出，即可发起“2D截面终止流程”，经审批通过后，退出的2D截面将不能被再次引用，若需要引用时，需要重新申请后再添加到2D截面库里。

5.32D截面的修改

如果对已经生效的2D截面进行修改，首先要将2D截面的模型PART文件或EXCEL文件的版本进行升版选择要修改的文档，通过对模型PART文件的尺寸标注位置等进行修改，或对EXCEL文件中的关键变量参数值进行修改，确认修改后按规定重新执行“2D截面审批流程”，审批通过后，文档状态自动转变为发布状态，新版本生效。

6结语

通过建立企业级的2D截面库，为每种型材的截面建立并录入参数化的2D草图模型，产品设计开发工程师只需从分类库中调入2D截面草图即可在建模环境拉伸生成实体模型，节省了设计数模的时间。同时，2D截面库中的截面草图都是经过标准化审核后的截面草图，可使设计效率大大提高。通过建立企业级2D截面库的有效管理体系，减少了产品设计工程师无效、重复或低值的劳动时间，降低了产品开发设计成本，提高了产品设计的质量和效率。

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