參數化設計是在對零部件結構形狀分析的基礎上, 通過尺寸參數和約束來定義有明顯對應關系的幾何圖形, 以此達到驅動幾何圖形的目的, 即改變尺寸或約束, 對應的幾何圖形就會發生相應的變化。參數化設計能夠反映設計者設計過程中的設計理念。
針對三維軟件的參數化設計的研究十分廣泛。結合實例, 研究了UG系統二次開發過程中的特點和實現方法;基于UG二次開發對參數化零件族系統進行了研究;L and Zhao為了提高飛機發動機三維管道布局系統的效率, 基于UG二次開發, 建立了參數化組件庫, 實現了自動化布管和實時修改的功能;Wang基于UG/KF二次開發技術, 實現了葉輪模型的參數化設計;運用UG設計了汽輪機葉片夾具、球面漸開線弧齒錐齒輪、蝸桿傳動參數化系統。
管殼式換熱器在化工食品等行業應用廣泛。運用基于Pro-Engineer的骨架模型設計方法, 實現了管殼式換熱器的參數化及系列化設計;對換熱器進行模塊化、參數化研究, 并進行了動態建模仿真。管式換熱器種類非常多, 設計人員需要根據物料及殺菌的要求進行換熱器類型的選擇及具體結構參數的設計, 如何快速實現不同型號換熱器的選擇與設計成為制約企業殺菌機設計效率提高的關鍵因素。本文運用UG提供的UG/Open開發工具和Microsoft Visual Studio 2013開發平臺, 完成管殼式換熱器的參數化設計建模, 能夠快速設計出符合要求的管式殺菌機, 有利于減少飲料殺菌機的設計周期, 提高設計效率, 降低生產成本。
Microsoft Visual Studio是綜合性開發工具產品, 由美國微軟公司開發, 包含了整個SDLC (軟件生命周期即開發、測試、發布等) 中的大部分開發工具, 如源代碼管理、持續集成、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。具有諸多優秀的特征, 包括自動檢查代碼錯誤, 多字節與寬字節間的轉換, 對Active X空間的支持以及與NX等三維軟件良好的接口關系和調試功能。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二次開發的軟件模塊, 其中有幾種與NX二次開發相關的關鍵技術, 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NX8.0Open Wizard。
管式殺菌機是間接加熱殺菌設備的一種, 是管式換熱器在食品工業中的應用。管式殺菌機有立式與臥式兩種, 食品工業中常用臥式。管式殺菌機主要由換熱部分、平衡罐、加壓泵、熱水處理系統以及管道附件等組成。其中換熱部分主要包括了預熱段、殺菌段、冷卻段3個階段, 采用多個管殼式換熱器串聯實現換熱。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構上存在不少差異。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。化工產品中多采用固定管板固定換熱管, 由于實際生產需要, 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。實際生產中, 客戶需求不一樣, 換熱計算后得到的換熱器具體參數也不一樣。以端頭的具體結構為例, 主要參數有端頭直徑、內孔直徑、孔中心距, 內孔數量等, 當一個參數改變, 就需要重新建模, 使得設計周期變長。先用UG自身的建模功能, 根據端頭的外形結構, 快速繪出端頭的三維模型, 再基于UG的二次開發進行參數設計, 可以快速設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。
為了設計出用戶個人菜單, 首先要進行開發環境的設置。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, 并輸入以下內容:
為了提高開發效率, UG/Open UIStyler提供豐富的窗口制作功能, 避免了用戶在開發過程中的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建界面, 在用戶創建對話框之后, 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的目錄下。這些文件在開發中體現了不同的功能, 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函數名稱以便調用。xxx.hpp是對話框在C++中的頭文件, 主要是對所用控件響應函數的一個聲明和控件的標識作用。xxx.cpp是所用開發語言的文件模板, 設計開發所用的是C++, 因此是C++的語言文件模板, 主要包括回調函數的定義, 并且提供了對話框的程序框架, 這個程序框架通過調用UG本身的API函數和通過訪問對話框的資源文件, 來實現對話框界面功能。
通過對飲料殺菌機管殼式換熱器的結構分析, 以端頭為例, 選管子排列為正三角形排列, 設計端頭參數化設計對話框, 設計過程分為4個步驟:
1) 進入UG系統, 在所有應用模塊中進入塊UI樣式編輯器;
2) 應用Block UI Styler, 進行對話框界面的布局排版 (參數、主視圖視圖、側視圖) 和相應回調函數的設置;
3) 搭建Microsoft Visual Studio開發平臺;
4) 創建向導。
以端頭的參數化為例, 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有25個, 主視圖21個, 側視圖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, 考慮到實際的加工工藝可以調整端頭倒角尺寸。通過這些參數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, 輸入不同的結構參數, 可以快速得到相應的三維模型, 如圖2所示。
經過對管殼式換熱器各個主要部件的參數化設計, 根據實際生產需要, 輸入19根換熱管, 管外徑12 mm的管殼式換熱器的實際參數, 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裝配關系, 主要用到的裝配關系有軸的同心、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, 運用Microsoft Visual Studio2013開發平臺, 對飲料殺菌機中的管殼式換熱器進行菜單個性化定制、參數驅動的三維模型搭建、三維模型的虛擬裝配的參數化設計。該參數化設計具有如下的優勢與前景:
1) 與傳統的設計方法相比, 設計工作量小, 根據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, 大幅度地減少了設計周期, 提高了生產效率, 節約了成本, 給企業帶來了實際效益;
2) 與其他的管殼式換熱器參數化設計方法相比, 從一個新的角度, 綜合運用UG二次開發工具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化設計, 更加全面;
3) 基于UG二次開發的管殼式換熱器參數化設計, 在實際生產中, 有著非常好的應用前景, 同時也為整個管式飲料殺菌機的參數化設計提供了快速建模的方法。
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