參數(shù)化設(shè)計是在對零部件結(jié)構(gòu)形狀分析的基礎(chǔ)上, 通過尺寸參數(shù)和約束來定義有明顯對應(yīng)關(guān)系的幾何圖形, 以此達到驅(qū)動幾何圖形的目的, 即改變尺寸或約束, 對應(yīng)的幾何圖形就會發(fā)生相應(yīng)的變化。參數(shù)化設(shè)計能夠反映設(shè)計者設(shè)計過程中的設(shè)計理念。
針對三維軟件的參數(shù)化設(shè)計的研究十分廣泛。結(jié)合實例, 研究了UG系統(tǒng)二次開發(fā)過程中的特點和實現(xiàn)方法;基于UG二次開發(fā)對參數(shù)化零件族系統(tǒng)進行了研究;L and Zhao為了提高飛機發(fā)動機三維管道布局系統(tǒng)的效率, 基于UG二次開發(fā), 建立了參數(shù)化組件庫, 實現(xiàn)了自動化布管和實時修改的功能;Wang基于UG/KF二次開發(fā)技術(shù), 實現(xiàn)了葉輪模型的參數(shù)化設(shè)計;運用UG設(shè)計了汽輪機葉片夾具、球面漸開線弧齒錐齒輪、蝸桿傳動參數(shù)化系統(tǒng)。
管殼式換熱器在化工食品等行業(yè)應(yīng)用廣泛。運用基于Pro-Engineer的骨架模型設(shè)計方法, 實現(xiàn)了管殼式換熱器的參數(shù)化及系列化設(shè)計;對換熱器進行模塊化、參數(shù)化研究, 并進行了動態(tài)建模仿真。管式換熱器種類非常多, 設(shè)計人員需要根據(jù)物料及殺菌的要求進行換熱器類型的選擇及具體結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計, 如何快速實現(xiàn)不同型號換熱器的選擇與設(shè)計成為制約企業(yè)殺菌機設(shè)計效率提高的關(guān)鍵因素。本文運用UG提供的UG/Open開發(fā)工具和Microsoft Visual Studio 2013開發(fā)平臺, 完成管殼式換熱器的參數(shù)化設(shè)計建模, 能夠快速設(shè)計出符合要求的管式殺菌機, 有利于減少飲料殺菌機的設(shè)計周期, 提高設(shè)計效率, 降低生產(chǎn)成本。
Microsoft Visual Studio是綜合性開發(fā)工具產(chǎn)品, 由美國微軟公司開發(fā), 包含了整個SDLC (軟件生命周期即開發(fā)、測試、發(fā)布等) 中的大部分開發(fā)工具, 如源代碼管理、持續(xù)集成、單元測試與TDD等, 而且所編寫的代碼對所有微軟支持平臺適用, 其中包括NET Framework、Windows Mobile、Compact Framework等。具有諸多優(yōu)秀的特征, 包括自動檢查代碼錯誤, 多字節(jié)與寬字節(jié)間的轉(zhuǎn)換, 對Active X空間的支持以及與NX等三維軟件良好的接口關(guān)系和調(diào)試功能。因此在選擇平臺時, 選用Microsoft Visual Studio系列。
NX中不僅包含強大的一體化CAD/CAE/CAM功能, 還提供了一整套用于NX二次開發(fā)的軟件模塊, 其中有幾種與NX二次開發(fā)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù), 如表1。
在UG安裝目錄UGOPEN文件夾下面找到vs_files文件夾里面的所有文件夾 (VB、VC、VC#) 拷貝到Microsoft Visual Studio2013安裝錄下。然后用記事本打開Microsoft Visual Studio2013下的VB/VC/VC#中的NX-VC#.vsz, 修改行“Wizard=Vs Wizard.Vs Wizard Engine8.0。然后重新打開Microsoft Visual Studio2013, 會在選項中出現(xiàn)NX8.0Open Wizard。
管式殺菌機是間接加熱殺菌設(shè)備的一種, 是管式換熱器在食品工業(yè)中的應(yīng)用。管式殺菌機有立式與臥式兩種, 食品工業(yè)中常用臥式。管式殺菌機主要由換熱部分、平衡罐、加壓泵、熱水處理系統(tǒng)以及管道附件等組成。其中換熱部分主要包括了預(yù)熱段、殺菌段、冷卻段3個階段, 采用多個管殼式換熱器串聯(lián)實現(xiàn)換熱。殺菌機中的管殼式換熱器與一般的化工管殼式換熱器在結(jié)構(gòu)上存在不少差異。該管殼式換熱器主要由換熱管, 外套管, 端頭, 接頭, 折流板以及法蘭組成?；ぎa(chǎn)品中多采用固定管板固定換熱管, 由于實際生產(chǎn)需要, 殺菌機中采用端頭固定換熱管, 端頭再與法蘭、接頭連接, 接頭與外套管連接, 折流板安裝在外套管中, 以增加殼程中流體的流速, 提高殼程的傳熱膜系數(shù)。實際生產(chǎn)中, 客戶需求不一樣, 換熱計算后得到的換熱器具體參數(shù)也不一樣。以端頭的具體結(jié)構(gòu)為例, 主要參數(shù)有端頭直徑、內(nèi)孔直徑、孔中心距, 內(nèi)孔數(shù)量等, 當一個參數(shù)改變, 就需要重新建模, 使得設(shè)計周期變長。先用UG自身的建模功能, 根據(jù)端頭的外形結(jié)構(gòu), 快速繪出端頭的三維模型, 再基于UG的二次開發(fā)進行參數(shù)設(shè)計, 可以快速設(shè)計出不同用戶需求的端頭模型。
NX/Open Menu Script是NX/Open中的重要組成部分, 用于菜單腳本。用戶可以通過Menu Script, 實現(xiàn)UG菜單條的增加、刪除、修改等功能, 因此用戶可以建立個人菜單條, 實現(xiàn)UG菜單個性化。本文主要用了一級菜單與二級菜單的用戶定制。
為了設(shè)計出用戶個人菜單, 首先要進行開發(fā)環(huán)境的設(shè)置。在E盤中建立Huan Re Qi文件夾, 并在該文件夾下建立2個文件夾, 并分別命名為startup和application, 在我的電腦屬性中, 新建環(huán)境變量, 變量名為UG_USER_DIR, 變量值為E:/Huan Re Qi, 最終在startup文件夾下新建文件Huan Re Qi.men, 并輸入以下內(nèi)容:
為了提高開發(fā)效率, UG/Open UIStyler提供豐富的窗口制作功能, 避免了用戶在開發(fā)過程中的GUI (用戶界面) 繁瑣操作。用戶只需簡單地選擇所需的控件然后進行添加操作就可以快速創(chuàng)建界面, 在用戶創(chuàng)建對話框之后, UG會自動生成3個文件, 分別是xxx.dlx、xxx.hpp和xxx.cpp, 并且將其存放到相應(yīng)的目錄下。這些文件在開發(fā)中體現(xiàn)了不同的功能, xxx.dlx是對話框的源文件, 主要存放用戶添加的對話框的樣式和各個控件的響應(yīng)函數(shù)名稱以便調(diào)用。xxx.hpp是對話框在C++中的頭文件, 主要是對所用控件響應(yīng)函數(shù)的一個聲明和控件的標識作用。xxx.cpp是所用開發(fā)語言的文件模板, 設(shè)計開發(fā)所用的是C++, 因此是C++的語言文件模板, 主要包括回調(diào)函數(shù)的定義, 并且提供了對話框的程序框架, 這個程序框架通過調(diào)用UG本身的API函數(shù)和通過訪問對話框的資源文件, 來實現(xiàn)對話框界面功能。
通過對飲料殺菌機管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)分析, 以端頭為例, 選管子排列為正三角形排列, 設(shè)計端頭參數(shù)化設(shè)計對話框, 設(shè)計過程分為4個步驟:
1) 進入UG系統(tǒng), 在所有應(yīng)用模塊中進入塊UI樣式編輯器;
2) 應(yīng)用Block UI Styler, 進行對話框界面的布局排版 (參數(shù)、主視圖視圖、側(cè)視圖) 和相應(yīng)回調(diào)函數(shù)的設(shè)置;
3) 搭建Microsoft Visual Studio開發(fā)平臺;
4) 創(chuàng)建向?qū)А?/p>
以端頭的參數(shù)化為例, 因為端頭為非標準件, 各種端頭的尺寸不盡相同而且要進行裝配, 就需要盡可能準確地反映出端頭的三維實體模型, 所以本文端頭的主要參數(shù)有25個, 主視圖21個, 側(cè)視圖4個, 分別控制了端頭的長度和直徑大小, 管道的大小和個數(shù), 考慮到實際的加工工藝可以調(diào)整端頭倒角尺寸。通過這些參數(shù)的控制便可以控制整個端頭的三維模型的變化, 減少了手動操作的繁瑣過程。
以端頭參數(shù)化編程為例, 部分核心程序如下:
完成編程后, 打開之前快速建模好的端頭模型, 進入用戶自定義菜單, 輸入不同的結(jié)構(gòu)參數(shù), 可以快速得到相應(yīng)的三維模型, 如圖2所示。
經(jīng)過對管殼式換熱器各個主要部件的參數(shù)化設(shè)計, 根據(jù)實際生產(chǎn)需要, 輸入19根換熱管, 管外徑12 mm的管殼式換熱器的實際參數(shù), 生成各主要部件的三維模型, 如圖3所示。
UG自帶強大的裝配功能, 將管殼式換熱器各部件根據(jù)裝配關(guān)系, 主要用到的裝配關(guān)系有軸的同心、共面等, 完成管殼式換熱器模型的裝配, 如圖4所示。
基于UG的二次開發(fā), 運用Microsoft Visual Studio2013開發(fā)平臺, 對飲料殺菌機中的管殼式換熱器進行菜單個性化定制、參數(shù)驅(qū)動的三維模型搭建、三維模型的虛擬裝配的參數(shù)化設(shè)計。該參數(shù)化設(shè)計具有如下的優(yōu)勢與前景:
1) 與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比, 設(shè)計工作量小, 根據(jù)不同客戶的不同要求, 能夠快速完成管殼式換熱器的三維建模, 大幅度地減少了設(shè)計周期, 提高了生產(chǎn)效率, 節(jié)約了成本, 給企業(yè)帶來了實際效益;
2) 與其他的管殼式換熱器參數(shù)化設(shè)計方法相比, 從一個新的角度, 綜合運用UG二次開發(fā)工具NX/Open MenuScript、NX/Open UIStyler、NX/Open API、NX/Open C++以及Microsoft Visual Studio 2013, 對整個管殼式換熱器進行了參數(shù)化設(shè)計, 更加全面;
3) 基于UG二次開發(fā)的管殼式換熱器參數(shù)化設(shè)計, 在實際生產(chǎn)中, 有著非常好的應(yīng)用前景, 同時也為整個管式飲料殺菌機的參數(shù)化設(shè)計提供了快速建模的方法。
