凸輪連桿機(jī)構(gòu)系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

副題名

外文題名

Study on the modular design and application of cam linkage mechanism system

論文作者

葛正浩著

導(dǎo)師

劉宏昭,彭國(guó)勛指導(dǎo)

學(xué)科專(zhuān)業(yè)

機(jī)械設(shè)計(jì)與理論

學(xué)位級(jí)別

d 2001n

學(xué)位授予單位

西安理工大學(xué)

學(xué)位授予時(shí)間

2001

關(guān)鍵詞

凸輪機(jī)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu)

館藏號(hào)

TH112

唯一標(biāo)識(shí)符

108.ndlc.2.1100009031010001/T3F24.002855709

館藏目錄

2005\TH112\4

介紹在產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)Teamcenter PLM系統(tǒng)中結(jié)合NX三維設(shè)計(jì)，以柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)為例，從產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)、配置變量定義、BOM配置管理以及BOM生成等方面，闡述了基于PLM系統(tǒng)的產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)概念及BOM配置管理的應(yīng)用思路和實(shí)現(xiàn)方法。

一、前言

眾所周知，對(duì)于制造企業(yè)特別是壓縮機(jī)制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品生命周期管理是企業(yè)管理的重要部分，與企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益有著至關(guān)重要的關(guān)系。PLM系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)企業(yè)的信息集成、提高企業(yè)的管理水平以及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率等方面發(fā)揮著重要的作用，能有效提高企業(yè)的市場(chǎng)應(yīng)變能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。

概括地說(shuō)，制造企業(yè)實(shí)施PLM系統(tǒng)具有以下重要的意義：

1)企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)資源的分類(lèi)管理，便于快速檢索，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率。

2)采用有效的版本管理和工程變更管理，解決三維設(shè)計(jì)文件版本管理的瓶頸問(wèn)題，保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。

3)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程的規(guī)范化管理。

4)建立統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，工程協(xié)同設(shè)計(jì)。

5)實(shí)現(xiàn)跨部門(mén)的產(chǎn)品信息傳遞，PLM系統(tǒng)提供了產(chǎn)品整個(gè)生命周期的數(shù)據(jù)和模型，是ERP系統(tǒng)中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)源頭。

當(dāng)前PLM系統(tǒng)平臺(tái)有很多種，本文介紹用西門(mén)子Teamcenter系統(tǒng)及集成的NX三維軟件進(jìn)行產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)及BOM配置管理。Teamcenter能與NX高效無(wú)縫集成，兩者都是西門(mén)子公司的產(chǎn)品，具有良好的兼容性。

二、壓縮機(jī)產(chǎn)品架構(gòu)設(shè)計(jì)

以柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)介紹在PLM系統(tǒng)中如何高效地進(jìn)行產(chǎn)品（模塊化）設(shè)計(jì)以及BOM配置方法。

1．產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)概念

為適應(yīng)市場(chǎng)上不同客戶(hù)需求，壓縮機(jī)產(chǎn)品型號(hào)種類(lèi)繁多，同種零部件可能會(huì)衍生出多種不同性能、不同功能，這就使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝和生產(chǎn)數(shù)據(jù)大量增加，極易產(chǎn)生數(shù)據(jù)混亂和數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題。現(xiàn)代化的生產(chǎn)組織方式引入模塊化設(shè)計(jì)管理思想，以模塊為對(duì)象組織產(chǎn)品設(shè)計(jì)，將產(chǎn)品某一具體功能所需要的零部件進(jìn)行特定的組合，通過(guò)相應(yīng)的選擇和組合來(lái)構(gòu)成不同的產(chǎn)品。這些模塊的產(chǎn)品數(shù)據(jù)及配置規(guī)則數(shù)據(jù)量較大，需要依賴(lài)信息化系統(tǒng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模塊的有序性和結(jié)構(gòu)化，從而保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和知識(shí)的重用性。

產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)就是將產(chǎn)品分成幾個(gè)部分，也就是幾個(gè)模塊，每一部分都是具有獨(dú)立功能，具有一致的幾何連接接口和一致的輸入、輸出接口的單元，相同種類(lèi)的模塊在產(chǎn)品族中可以重用和互換，相關(guān)模塊的排列組合就可以形成最終的產(chǎn)品。通過(guò)模塊的組合配置，就可以創(chuàng)建不同需求的產(chǎn)品，滿足客戶(hù)的定制需求；相似性的重用，可以使整個(gè)產(chǎn)品生命周期中的采購(gòu)、物流、制造和服務(wù)資源簡(jiǎn)化。

涉及的術(shù)語(yǔ)解釋如下：

(1) BOM。BOM（Bill of Material）是指物料清單，是用來(lái)描述產(chǎn)品零部件組成和零部件相互關(guān)系的重要信息，體現(xiàn)的是具有一定結(jié)構(gòu)關(guān)系的重要信息。它表明了產(chǎn)品組件、零件直到原材料之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，以及每個(gè)組件所需要的各下屬部件的數(shù)量等信息。

(2)產(chǎn)品總圖全BOM，產(chǎn)品總圖也叫全BOM或超級(jí)BOM。它所包含的系統(tǒng)或組件應(yīng)與產(chǎn)品EBOM模塊或子模塊一一對(duì)應(yīng)。

(3) EBOM。 EBOM即（工程設(shè)計(jì)BOM是以工程的模塊化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品總圖進(jìn)行BOM配置管理生成。設(shè)計(jì)BOM是企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門(mén)用來(lái)組織和管理產(chǎn)品所需的零部件物料清單，它是其他BOM視圖的源數(shù)據(jù)。

(4) PBOM或MBOM。工藝部門(mén)再按照EBOM來(lái)進(jìn)行零部件和裝配工藝的設(shè)計(jì)，產(chǎn)生PBOM;制造部門(mén)根據(jù)PBOM制訂工藝計(jì)劃和工序生成計(jì)劃BOM(MBOM)。

2．壓縮機(jī)產(chǎn)品原始架構(gòu)

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中對(duì)于柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)產(chǎn)品分為10多個(gè)系統(tǒng)或零件對(duì)應(yīng)有30多個(gè)模塊，每張裝配圖樣可能對(duì)應(yīng)著多種模塊信息，這樣在做BOM的時(shí)候沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，僅僅靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)去判斷模塊所要包含的零件類(lèi)型及數(shù)量，很容易出錯(cuò)，而且需要手工輸入，BOM的準(zhǔn)確性無(wú)法保證。

比如某個(gè)整機(jī)產(chǎn)品的總圖設(shè)計(jì)及BOM結(jié)構(gòu)見(jiàn)下表。

整機(jī)總圖設(shè)計(jì)與BOM結(jié)構(gòu)詳情

可以看到這種設(shè)計(jì)方式及BOM結(jié)構(gòu)有很多不足：產(chǎn)品架構(gòu)層次不明朗、模塊和裝配圖樣不能一一對(duì)應(yīng)、模塊的數(shù)據(jù)來(lái)源不準(zhǔn)確，后續(xù)的設(shè)計(jì)改進(jìn)及BOM修改效率低。因此需要對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)架構(gòu)、BOM結(jié)構(gòu)規(guī)范進(jìn)行優(yōu)化，并減少手工操作。

3．壓縮機(jī)產(chǎn)品架構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)

按照產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)精髓，結(jié)合原有產(chǎn)品架構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)產(chǎn)品整個(gè)設(shè)計(jì)架構(gòu)做了優(yōu)化，定義出產(chǎn)品總圖、部件系統(tǒng)圖。產(chǎn)品總圖表達(dá)各個(gè)部件系統(tǒng)的安裝位置以及裝配關(guān)系；產(chǎn)品總圖的下級(jí)裝配有各個(gè)部件系統(tǒng)，每個(gè)部件系統(tǒng)具有一定的獨(dú)立功能特點(diǎn)，具有一定的獨(dú)立性；每個(gè)部件系統(tǒng)圖下表達(dá)其下級(jí)所有的零件裝配示意以及零件位置、數(shù)量等。

按照柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)產(chǎn)品特點(diǎn)，把它分成了12類(lèi)部件系統(tǒng)以及對(duì)應(yīng)的12類(lèi)模塊，部件系統(tǒng)圖的名稱(chēng)統(tǒng)一命名為××系統(tǒng)，并與各對(duì)應(yīng)的模塊名稱(chēng)一致，即××系統(tǒng)對(duì)應(yīng)××模塊，如柴油機(jī)壓縮機(jī)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的模塊名稱(chēng)為柴油機(jī)壓縮機(jī)模塊。

壓縮機(jī)產(chǎn)品總圖及產(chǎn)品EBOM的設(shè)計(jì)如圖1所示。

產(chǎn)品總圖和產(chǎn)品EBOM的層次結(jié)構(gòu)完全一致，系統(tǒng)圖、模塊的種類(lèi)數(shù)量完全一樣；每個(gè)系統(tǒng)圖只對(duì)應(yīng)同一種模塊，同一種模塊不會(huì)對(duì)應(yīng)到多個(gè)系統(tǒng)圖，模塊下的零件種類(lèi)數(shù)量完全跟系統(tǒng)圖的明細(xì)一致，避免了原先需要人為判斷、手工操作存在的問(wèn)題，BOM的準(zhǔn)確性可以得到很好的保證。整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)架構(gòu)、BOM結(jié)構(gòu)清晰明了，能有效提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

圖1 壓縮機(jī)產(chǎn)品總圖及產(chǎn)品EBOM的設(shè)計(jì)

三、PLM系統(tǒng)中產(chǎn)品總圖設(shè)計(jì)及BOM配置

1．PLM系統(tǒng)主要ITEM類(lèi)型

在此Teamcenter系統(tǒng)中對(duì)工程數(shù)據(jù)定義的ITEM類(lèi)型有很多，與本文相關(guān)的ITEM如下：

(1)產(chǎn)品用于管理企業(yè)產(chǎn)品（總圖和EBOM）的相關(guān)數(shù)據(jù)。

(2)零組件用于管理產(chǎn)品下面層級(jí)的零組件相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)圖、零件圖、模塊等。

(3) View視圖是Teamcenter系統(tǒng)中表示BOM結(jié)構(gòu)的一種方式。

2．產(chǎn)品總圖及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

存PLM系統(tǒng)中按照優(yōu)化后壓縮機(jī)產(chǎn)品總圖架構(gòu)進(jìn)行全新設(shè)計(jì)，結(jié)合PLM系統(tǒng)中集成的3D設(shè)計(jì)軟件搭建出整個(gè)產(chǎn)品的整體架構(gòu)。

1)首先在Teamcenter系統(tǒng)中創(chuàng)建好產(chǎn)品總圖ITEM、各系統(tǒng)圖ITEM、部分主要零件ITEM;然后在NX中將各系統(tǒng)圖裝配到產(chǎn)品總圖下，可結(jié)合自上而下或自下而上的三維設(shè)計(jì)裝配方法進(jìn)行各系統(tǒng)圖下零件圖的設(shè)計(jì)。

具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、零部件裝配方式與PLM系統(tǒng)外的NX裝配設(shè)計(jì)基本一樣，以某個(gè)壓縮機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)為例，裝配設(shè)計(jì)完成后在NX裝配導(dǎo)航器中的示例如圖2所示。

圖2 設(shè)計(jì)示例

整個(gè)產(chǎn)品總圖是88292020-709，其下級(jí)分別有12種部件系統(tǒng)，其中有兩個(gè)柴油機(jī)—壓縮機(jī)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)，分別用于區(qū)別比較火的兩種機(jī)型。

在Teamcenter系統(tǒng)結(jié)構(gòu)管理器中可以看到此產(chǎn)品ITEM的View視圖結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 View視圖結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品總圖全BOM作為各產(chǎn)品機(jī)型EBOM的數(shù)據(jù)源，方便實(shí)現(xiàn)變量配置生成，在裝配設(shè)計(jì)時(shí)有幾個(gè)原則：首先，所有各系統(tǒng)都要裝配到總圖中，如果有多個(gè)同類(lèi)系統(tǒng)也需要裝配，如兩個(gè)電氣系統(tǒng)；其次，每個(gè)系統(tǒng)下級(jí)的所有零件選項(xiàng)都要裝配進(jìn)來(lái)，如柴油機(jī)-電動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)系統(tǒng)中需要有多個(gè)柴油機(jī)、壓縮機(jī)主機(jī)，都必須裝配進(jìn)來(lái)；再者，NX總圖的裝配結(jié)構(gòu)需要符合產(chǎn)品的BOM規(guī)范要求。

3．產(chǎn)品總圖配置和EBOM生成

(1)產(chǎn)品BOM配置管理的基本流程產(chǎn)品BOM配置管理的流和如圖4所示。

圖4 BOM配置管理流程

Teamcenter系統(tǒng)根據(jù)NX總圖裝配結(jié)構(gòu)樹(shù)自動(dòng)生成View視圖，此View視圖就是產(chǎn)品的全BOM。

全BOM經(jīng)過(guò)變量配置，得到各系統(tǒng)及下級(jí)零件的唯一選項(xiàng)。根據(jù)配置好的各系統(tǒng)及下級(jí)零件清單通過(guò)復(fù)制到對(duì)應(yīng)模塊的下級(jí)，最后生成EBOM。生成的EBOM通過(guò)IT程序自動(dòng)傳輸?shù)紼RP系統(tǒng)中，供下游部門(mén)使用。

(2)在產(chǎn)品總圖View視圖上做配置管理。產(chǎn)品總圖作為全BOM，其包含了產(chǎn)品所有機(jī)型的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息，為了準(zhǔn)確獲得指定機(jī)型的BOM清單信息，因此需要結(jié)合Teamcenter系統(tǒng)的配置管理功能，設(shè)定變量參數(shù)并應(yīng)用到有多選項(xiàng)的系統(tǒng)或零件上。

首先找到此產(chǎn)品總圖并進(jìn)入結(jié)構(gòu)管理器，并打開(kāi)“數(shù)據(jù)面板”建進(jìn)行變量定義及配置（見(jiàn)圖5）。

1)定義變量選項(xiàng)，從最底層有多選項(xiàng)的零組件的父級(jí)開(kāi)始定義變量，逐層往上定義。

對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)，如果其下級(jí)有多選項(xiàng)如多個(gè)柴油機(jī)（功率、頻率、防護(hù)等級(jí)等不同），則就要先選定此系統(tǒng)然后通過(guò)“新建選項(xiàng)”來(lái)定義對(duì)應(yīng)變量。

對(duì)于一個(gè)總圖，如果其下級(jí)有多選項(xiàng)如多個(gè)柴油機(jī)壓縮機(jī)系統(tǒng)，則就要先選定此總圖然后定義對(duì)應(yīng)變量。

在總圖上設(shè)置和各系統(tǒng)的一樣變最，重復(fù)的相同變量名稱(chēng)只設(shè)1個(gè)即可。變量名稱(chēng)、變量值都需完全一樣。

2)定義總圖上變量選項(xiàng)和各系統(tǒng)變量選項(xiàng)的鏈接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)從總圖配置驅(qū)動(dòng)下級(jí)系統(tǒng)配置。

3)定義總圖或系統(tǒng)下級(jí)有多選項(xiàng)的變量顯示條件。

(3)按產(chǎn)品總圖配置生成EBOM及模塊內(nèi)容

1)產(chǎn)品總圖在完成了以上的配置管理后，就能根據(jù)具體機(jī)型的配置信息選擇相關(guān)變量值，查看其詳細(xì)的BOM信息。

2)根據(jù)此產(chǎn)品總圖包含的機(jī)型，征Teamcenter系統(tǒng)中分別創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品EBOM以及下級(jí)模塊ITEM。每個(gè)產(chǎn)品總圖根據(jù)變量選項(xiàng)的不同，會(huì)對(duì)應(yīng)有多個(gè)產(chǎn)品EBOM;每個(gè)系統(tǒng)圖根據(jù)變最選項(xiàng)的不同，會(huì)對(duì)應(yīng)有多個(gè)模塊，需要分別創(chuàng)建。

3)分別將不同的模塊掛在相應(yīng)的產(chǎn)品EBOM下，每個(gè)EBOM 下類(lèi)似產(chǎn)品總圖有相關(guān)數(shù)量的模塊；模塊下的內(nèi)容暫時(shí)為空。

4)存結(jié)構(gòu)管理器中拆分為兩個(gè)窗口，左邊為產(chǎn)品總圖，右邊為具體產(chǎn)品EBOM，經(jīng)過(guò)配置后復(fù)制系統(tǒng)圖下的數(shù)據(jù)到相對(duì)應(yīng)的右邊模塊中，即可完成BOM內(nèi)容。

按照以上方式，依次設(shè)置選項(xiàng)值，打開(kāi)對(duì)應(yīng)的EBOM，從而完成所有EBOM及模塊的內(nèi)容。

圖5 配置管理

5)保存各選項(xiàng)變量值的配置結(jié)果，配置名稱(chēng)用對(duì)應(yīng)的EBOM號(hào)，以后可以隨時(shí)加載此配置結(jié)果，方便查看機(jī)型信息，對(duì)比BOM的正確性。

6)在完成EBOM的內(nèi)容生成后，按照Teamcenter系統(tǒng)中相關(guān)工作流程自動(dòng)傳輸EBOM信息到ERP系統(tǒng)中，供下游部門(mén)使用生成相關(guān)PBOM或MBOM。

四、結(jié)語(yǔ)

壓縮機(jī)產(chǎn)品作為一種重要的通用設(shè)備，使用應(yīng)用范圍很廣；特別是螺桿式空氣壓縮機(jī)的制造批量大，每個(gè)產(chǎn)品可以衍生出很多不同型號(hào)機(jī)型但是大同小異，因此充分利用產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)概念，BOM設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合PLM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理及BOM配置功能，能大大提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率及產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，不斷提升壓縮機(jī)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

當(dāng)前PLM系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用范圍已經(jīng)越來(lái)越廣泛，雖然各個(gè)PLM系統(tǒng)的管理及設(shè)計(jì)流程不盡相同，相關(guān)的操作流程也會(huì)有相應(yīng)的變化，希望本文可以對(duì)于廣大工程設(shè)計(jì)人員有借鑒參考作用，從而使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程更加完善，使產(chǎn)品整個(gè)生命管理周期更加具有價(jià)值。