一、引言

    大型鋼結(jié)構(gòu)是武昌造船廠民品的重要組成部分，主要包括大型橋梁產(chǎn)品和成套設(shè)備等渡贾。目前武昌造船廠在國內(nèi)大型鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)迅速崛起，放眼不斷開拓的市場雄右，要爭取絕對的競爭優(yōu)勢空骚，提升自主創(chuàng)新能力成為關(guān)鍵。鑒于此不脯，引進(jìn)了PTC公司的PRO/E三維設(shè)計(jì)軟件府怯，以不斷推進(jìn)工廠在傳統(tǒng)大型鋼結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域內(nèi)設(shè)計(jì)模式和管理理念創(chuàng)新。

    2005年底防楷，武昌造船廠用PRO/E軟件相繼對珠江黃埔北汊斜拉橋牺丙、杭州灣南航橋、彭水承船廂以及杭州市江東大橋等大型鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品進(jìn)行了三維設(shè)計(jì)复局，穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)了由二維向三維設(shè)計(jì)工作模式的轉(zhuǎn)變冲簿，并在PRO/E三維設(shè)計(jì)取得初步成效的基礎(chǔ)上集成了數(shù)據(jù)管理軟件、套料軟件等系統(tǒng)軟件屏糊，建立了企業(yè)制造信息管理平臺(tái)吓缴，從而增強(qiáng)了對產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過程的組織、管理和控制力度唯诞。

    二少迁、大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)

    PRO/E三維設(shè)計(jì)軟件通過與傳統(tǒng)大型鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的結(jié)合應(yīng)用，形成的大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)相比有了很大飛躍植嚼，集中體現(xiàn)在以下三方面：

    (1) 設(shè)計(jì)思路的開拓遏貌。基于PRO/E軟件的三維設(shè)計(jì)采取自頂向下的設(shè)計(jì)思路钾非，即先構(gòu)架產(chǎn)品的整體框架模型获玻，再依次進(jìn)行單元件和零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)。由于框架模型中多層次分布的骨架包含了整個(gè)產(chǎn)品的主要定位和參考信息巨均，因此這種設(shè)計(jì)思路提升了產(chǎn)品主管對產(chǎn)品的整體把握能力缕兄。

    (2) 技術(shù)含量的提升。在PRO/E參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)下测捎，由于所有點(diǎn)弓洒、線而芥、面及實(shí)體等特征均通過可變尺寸參數(shù)和約束來控制，施工圖的基本圖面信息由三維模型自動(dòng)生成诽嘉，而且以骨架為首的尺寸和約束的改變將能快速驅(qū)動(dòng)相關(guān)三維模型及二維工程圖的關(guān)聯(lián)性變更蔚出，因此與二維CAD技術(shù)下相對松散的圖面信息組合方式相比，設(shè)計(jì)的嚴(yán)密性虫腋、精度及變更響應(yīng)能力明顯增強(qiáng)。

    (3) 可視化效果和過程控制力度的增強(qiáng)稀余。三維設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)人員專業(yè)的三維空間想象變?yōu)橹庇^的三維數(shù)字模型悦冀，使設(shè)計(jì)更貼近產(chǎn)品實(shí)物；而三維建模本身是對產(chǎn)品制造和裝配過程的數(shù)字化模擬睛琳，可使產(chǎn)品建造環(huán)節(jié)中的潛在工藝和技術(shù)問題在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)得到提前發(fā)現(xiàn)和解決盒蟆。

    三、自頂向下的大型鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)化三維設(shè)計(jì)流程

    在PRO/E軟件自頂向下的參數(shù)化設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想下师骗，大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)在流程上大體可分圖1所示的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備历等、模型構(gòu)造和圖表生成三大節(jié)拍。

圖1 大型鋼結(jié)構(gòu)三維參數(shù)化設(shè)計(jì)主流程

    3.1 大型鋼結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

    在以PRO/E軟件為技術(shù)平臺(tái)的大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)過程中辟癌，設(shè)計(jì)準(zhǔn)備節(jié)可按設(shè)計(jì)策劃寒屯、方案設(shè)計(jì)和框架設(shè)計(jì)三個(gè)子環(huán)節(jié)依次進(jìn)行。

    3.1.1 大型鋼結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)策劃

    在正式接到產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)后滩哥，為保證后續(xù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)正確有序的進(jìn)行下桃，需要進(jìn)行包括以下四項(xiàng)主要內(nèi)容的設(shè)計(jì)策劃：

    (1) 審圖，首先應(yīng)明確并及時(shí)消除設(shè)計(jì)院藍(lán)圖中潛在疏漏之處和不定因素溃恼，再針對鋼結(jié)構(gòu)橫縱剖面的定位基準(zhǔn)及板厚分布規(guī)律進(jìn)行重點(diǎn)分析磅愤，然后簽署審圖意見，使設(shè)計(jì)藍(lán)圖具備三維設(shè)計(jì)條件追粉。

    (2) 工藝拆分举库，即產(chǎn)品主管應(yīng)結(jié)合廠內(nèi)的工藝生產(chǎn)條件，進(jìn)一步明確鋼結(jié)構(gòu)分/節(jié)段類型短硼，并對各分/節(jié)段的橫向和縱向進(jìn)行板單元拆分及優(yōu)化翩性。

    (3) 制訂出圖計(jì)劃，計(jì)劃中應(yīng)包含詳細(xì)圖紙目錄枯昂、相關(guān)責(zé)任人及交圖期醇帅。

    (4) 通用件規(guī)劃，主要對在各分/節(jié)段間通用的零部件進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)霸瘾。

    3.1.2 鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品三維框架模型的方案設(shè)計(jì)

    在PRO/E軟件平臺(tái)下隐听，由于鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的三維框架模型實(shí)質(zhì)上是一個(gè)自頂向下由裝配件和骨架兩類文件通過一定層次和一系列虛擬裝配關(guān)系組裝起來的模型樹，因此相應(yīng)框架設(shè)計(jì)方案應(yīng)主要包括裝配樹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)唆涝、骨架設(shè)計(jì)和裝配關(guān)系設(shè)計(jì)三部分找都。

    第一：產(chǎn)品框架模型樹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)唇辨。

    在大型鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的裝配樹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，主裝配結(jié)構(gòu)通常為產(chǎn)品→分/節(jié)段→單元件三個(gè)裝配級(jí)能耻，骨架應(yīng)分別布局于這三級(jí)裝配組件下赏枚；同時(shí)結(jié)合產(chǎn)品的具體工藝及生產(chǎn)組織等特點(diǎn)，主裝配結(jié)構(gòu)可作適當(dāng)調(diào)整晓猛。

    第二：產(chǎn)品框架模型骨架設(shè)計(jì)饿幅。

    在裝配樹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，首先應(yīng)根據(jù)骨架的布局及聯(lián)系和自頂向下的思路明確各裝配級(jí)骨架之間的繼承方案戒职，保證骨架對整個(gè)產(chǎn)品模型具有足夠的控制能力栗恩，然后針對典型骨架進(jìn)行建模方案的總體規(guī)劃，最后分別對各具體骨架的建模方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)洪燥。

    第三：產(chǎn)品框架模型樹裝配關(guān)系設(shè)計(jì)磕秤。

    為確保產(chǎn)品框架模型結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)按照以下規(guī)則進(jìn)行裝配關(guān)系設(shè)計(jì)：

    (1) 按缺省裝配捧韵、坐標(biāo)系對齊裝配景姓、正裝配(指三對裝配面均對齊)和反裝配(指兩對裝配面匹配、一對裝配面對齊)順序依次選用裝配類型社衰；

    (2) 裝配特征優(yōu)先參考骨架瘫盹；

    (3) 根據(jù)零部件(在斜軸側(cè)視角下)獨(dú)立顯示時(shí)結(jié)構(gòu)側(cè)可見的原則確定與上級(jí)裝配體的正反裝配關(guān)系。

    3.1.3 鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品三維框架模型設(shè)計(jì)

    產(chǎn)品框架模型的方案設(shè)計(jì)完成后稻漏，可進(jìn)行框架模型的三維設(shè)計(jì)愈秕，通常相對完整的框架設(shè)計(jì)依次可分為以下兩個(gè)主要流程：

    (1) 架構(gòu)產(chǎn)品頂級(jí)裝配，依次包括創(chuàng)建產(chǎn)品總裝配體俗运、創(chuàng)建并編輯產(chǎn)品的縱言盼、橫向總骨架、創(chuàng)建并裝配產(chǎn)品的各分/節(jié)段裝配件帜贝；

    (2) 對各分/節(jié)段進(jìn)行框架設(shè)計(jì)筐成，依次包括在分/節(jié)段下創(chuàng)建并編輯分/節(jié)段骨架、創(chuàng)建并裝配各橫縱向單元件以及在各單元件下創(chuàng)建并編輯相應(yīng)骨架示谐。

    對于復(fù)雜產(chǎn)品谣皇，在保證對產(chǎn)品有效控制力度的前提下，可對分/節(jié)段以下框架設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行并行設(shè)計(jì)分工拔调，以縮短設(shè)計(jì)周期并有助于設(shè)計(jì)人員平穩(wěn)進(jìn)入設(shè)計(jì)角色朴沿。

    3.2 大型鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品三維實(shí)體模型構(gòu)造

    根據(jù)大型鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品零件特征簡單而裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系復(fù)雜的特點(diǎn)，分/節(jié)段三維實(shí)體建模應(yīng)遵循以下規(guī)則：

    (1) 缺省裝配和骨架參照優(yōu)先：即對新創(chuàng)建的零部件盡可能采用缺省裝配败砂，以降低裝配難度赌渣；零件的實(shí)體特征設(shè)計(jì)及裝配盡可能參照骨架，以保證骨架對模型自頂向下的有效控制昌犹。 

某橋的三維模型

    (2) 零件實(shí)體特征的生成以拉伸為主坚芜、挖補(bǔ)為輔：即對于矩形板或型材览芳，通常根據(jù)橫截面特征拉伸生成實(shí)體；而對于異形板鸿竖，通常先按基本外形輪廓沿板厚方向拉伸成實(shí)體沧竟，再通過局部挖補(bǔ)得到異形實(shí)體特征。

    在以上建模規(guī)則下缚忧，分/節(jié)段的三維實(shí)體建奈虮茫可按以下流程進(jìn)行：

    (1) 創(chuàng)建并用缺省裝配關(guān)系裝配首次出現(xiàn)的單元件；

    (2) 完成各單元件下零部件的創(chuàng)建裝配及特征建模闪水；

    (3) 引入并裝配重復(fù)出現(xiàn)的單元件和通用件魁袜；

    (4) 完成分/節(jié)段散件的創(chuàng)建、裝配及特征建模逸渤；

    (5) 填寫分/節(jié)段三維模型的材質(zhì)、規(guī)格及工藝路線等工藝信息仆腐；

    (6) 對三維模型進(jìn)行完整性和正確性檢查及模型完善骂间；

    3.3 大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)的圖表生成

    根據(jù)大型鋼結(jié)構(gòu)由零件→單元件→分/節(jié)段的制造模式，設(shè)計(jì)人員需依次提供下料鉴凸、裝配制作施工圖伞买。

    3.3.1 完善零件圖的出圖流程

    目前下料施工圖主要由自主開發(fā)的套料軟件通過套料設(shè)計(jì)生成，PRO/E軟件主要通過零件分離向套料軟件提供帶有工藝信息和標(biāo)識(shí)的零件平面圖驴涡，零件分離主要包括三個(gè)流程：

    (1) 零件后處理：按產(chǎn)品裝焊工藝要求肯坊，對零件邊緣加放余量、補(bǔ)償量等工藝信息觅符，得到零件的下料輪廓诉拔；

    (2) 生成零件平面視圖；

    (3) 完善零件圖：在零件二維平面圖上增加坡口深吠、關(guān)鍵尺寸等標(biāo)識(shí)信息增厢。

    3.3.2 制作施工圖的出圖流程及主要技術(shù)方案

    目前制作施工圖均采用規(guī)定形式，以下列以單元件圖冊的出圖流程：

    (1) 創(chuàng)建圖冊文件并添加各單元件三維模型作為對象關(guān)聯(lián)桑孩；

    (2) 生成各單元件視圖拜鹤；

    (3) 完善單元件圖面信息，包括創(chuàng)建球標(biāo)流椒、畫輔助線敏簿、出示意圖、標(biāo)注尺寸宣虾、符號(hào)和插入注釋等惯裕。

    前一頁單元件圖完成后，后續(xù)單元件出圖可按照(2)→(3)步驟依次進(jìn)行安岂。

    分/節(jié)段制作圖的出圖特點(diǎn)主要在于關(guān)聯(lián)對象為分/節(jié)段三維模型轻猖，有專門配套表內(nèi)頁帆吻，且三維模型與圖冊頁面呈一對多關(guān)系。

    在用PRO/E出單元件和分/節(jié)段總成圖過程中咙边，針對常見技術(shù)問題提出以下解決方案：

    (1) 復(fù)雜視角和剖面的定義：通過在三維建模環(huán)境下分別通過重定向視圖工具和視圖管理器中實(shí)現(xiàn)猜煮，當(dāng)視角方向與剖面垂直時(shí)，可在同一視圖中配合使用败许；

    (2) 視圖輔助信息的生成：首先在繪圖環(huán)境下根據(jù)BOM表球標(biāo)王带，實(shí)現(xiàn)了視圖中各零部件的快速自動(dòng)關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)，其次通過線草繪或偏置視圖邊界獲得視圖的輔助線信息檐射，解決了輔助尺寸的標(biāo)注問題铜那，再者通過建立標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)庫解決了焊縫等符號(hào)的標(biāo)識(shí)問題；

    (3) 示意圖的生成：由于示意圖通常包含工藝信息洪防，在理論三維模型中體現(xiàn)代價(jià)很大甚至無法體現(xiàn)杉抑，為此提出兩種解決方案：第一，三維模型關(guān)聯(lián)生成法沛摩，即先根據(jù)示意圖的特征建立相應(yīng)三維模型在搀，然后將三維模型關(guān)聯(lián)到繪圖中，生成相應(yīng)視圖帽遏；第二搓纠，圖元繪制法，即在繪圖環(huán)境下通過線草繪等功能獲取示意圖圖元信息祷鼎。

    四世雄、系統(tǒng)集成環(huán)境下的大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)

    在與傳統(tǒng)大型鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的結(jié)合應(yīng)用過程中，PRO/E作為設(shè)計(jì)軟件映僚，主要提供更先進(jìn)的設(shè)計(jì)平臺(tái)和產(chǎn)生更好的信息載體寞竭，而三維設(shè)計(jì)價(jià)值的充分體現(xiàn)還有賴于整個(gè)設(shè)計(jì)管理體系的架構(gòu)。鑒于此制圈，采取了先將PRO/E軟件與數(shù)據(jù)管理軟件集成们童，然后以數(shù)據(jù)管理軟件為信息管理中樞，實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)信息對套料軟件等系統(tǒng)軟件有效控制的總體集成方案鲸鹦。通過系統(tǒng)集成慧库，大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)尤其在組織工作模式和套料管理方面產(chǎn)生了積極影響。

    4.1 大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)組織工作模式的改善

    在僅有PRO/E軟件的環(huán)境下馋嗜，大型鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)主要采用文件共享的工作模式齐板。即在共享工程項(xiàng)目文件夾中建立框架模型總裝配體、各分/節(jié)段和通用件子文件夾葛菇，各團(tuán)隊(duì)成員然后在共享文件夾上進(jìn)行相應(yīng)分/節(jié)段的三維設(shè)計(jì)甘磨。

    而在系統(tǒng)集成的環(huán)境下，團(tuán)隊(duì)三維設(shè)計(jì)主要采取本機(jī)建模與定期入庫相結(jié)合的方式。即先將產(chǎn)品的框架模型入庫到數(shù)據(jù)庫济舆，再通過數(shù)據(jù)管理軟件將分/節(jié)段設(shè)計(jì)任務(wù)分給設(shè)計(jì)人員卿泽，設(shè)計(jì)人員通過身份驗(yàn)證訪問數(shù)據(jù)庫，找到相應(yīng)設(shè)計(jì)任務(wù)并提取相應(yīng)的框架模型到本機(jī)滋觉，便可在本機(jī)進(jìn)行三維建模挨究，待建模到一定階段再將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)送回?cái)?shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新苇赊。這種系統(tǒng)集成的三維設(shè)計(jì)工作模式更有助于提高團(tuán)隊(duì)三維設(shè)計(jì)整體效率和數(shù)據(jù)管理控制力度韵慷。

    4.2 大型鋼結(jié)構(gòu)套料管理模式的改進(jìn)

    在系統(tǒng)集成前，PRO/E軟件主要向套料軟件提供完善零件圖忠辛，套料設(shè)計(jì)的管理主要通過經(jīng)驗(yàn)控制蜀契；而在實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)集成后，由PRO/E軟件產(chǎn)生的三維設(shè)計(jì)信息作為信息載體的作用在套料設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)得到了充分的發(fā)揮哎闻。通過管理軟件的數(shù)據(jù)處理敏卦，套料任務(wù)的創(chuàng)建、套料零件清單的編輯以及套料零件裝焊去向的記錄均可在產(chǎn)品三維模型的模型樹上進(jìn)行枚林，而套料任務(wù)中零件的篩選也可嚴(yán)格按照產(chǎn)品三維模型中定義的材質(zhì)抹寿、板厚等工藝參數(shù)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)了三維設(shè)計(jì)信息對套料設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確管理控制敏握。

    五、結(jié)語

    通過PRO/E軟件與大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)的結(jié)合應(yīng)用骨唇，傳統(tǒng)大型鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)思路泼舱、技術(shù)含量以及組織工作模式等方面上都有明顯提升。隨著應(yīng)用的不斷深入枷莉，PRO/E軟件的技術(shù)潛力和集成優(yōu)勢將得到不斷的挖掘和顯現(xiàn)娇昙，三維設(shè)計(jì)流程將得到進(jìn)一步優(yōu)化，三維設(shè)計(jì)的技術(shù)含量將得到進(jìn)一步提高笤妙，三維設(shè)計(jì)信息的使用價(jià)值將得到不斷提升冒掌，傳統(tǒng)大型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造的精益程度、集約程度及經(jīng)濟(jì)效益也將得到明顯提高蹲盘。與此同時(shí)股毫，設(shè)計(jì)管理人員應(yīng)注重不斷增強(qiáng)軟件應(yīng)用能力、自主創(chuàng)新能力召衔、組織管理和協(xié)調(diào)工作能力铃诬，以充分發(fā)揮大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)的團(tuán)隊(duì)并行協(xié)作優(yōu)勢。世界第二苍凛，增幅均超過100%趣席。

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