一种阀门系列化设计系统及设计方法与流程

1.本发明属于计算机辅助设计技术领域，具体涉及一种基于solidworks的阀门系列化设计。


背景技术：

2.随着cad软件的广泛应用，越来越多的设计人员利用其进行产品设计。solidworks软件因其特有的参数化特性被更多的设计者青睐。传统的设计方法是根据二维图先绘制零件，然后再将零件组装起来形成装配体。
3.这样的方法一个大的缺陷就是当要求生产一系列该产品时，需要从绘制二维图开始重新画零件然后装配，如果一个系列产品较多时，那么这将会是非常巨大的工作量，从而造成设计效率的降低，产品投放市场不及时造成损失。另外，因为一个产品就有一套图纸，所以这些图纸的管理需要耗费管理人员大量的精力。
4.中国发明专利公开号cn109033665a公开了一种基于cae仿真计算球阀转动扭矩的方法，包括以下步骤：1、包括以下步骤：利用三维建模软件分别建立球阀各个零部件三维模型，将建立好的零部件三维模型进行装配并保存；对建立好的球阀装配模型行几何处理；对几何处理后的球阀装配模型进行静态分析；对几何模型进行区别划分网格；通过边界条件设置对阀门各部件的自由度；对阀门之间的各个部件进行接触设置；在ansys mechanical post中进行结果后处理。该专利是利用cae模拟阀门在实际工况下的转动过程，并精确的计算出各个开度下的转动扭矩。并不涉及图纸工作量的优化。


技术实现要素：

5.本发明是为了解决现有设计方法中存在的问题，提供一种阀门快速系列化的设计系统及其方法，以期能够根据已经绘制好的一个模型，通过修改主动尺寸数值快速得到一个新的产品，并且同时得到新产品的部件、零件及所对应的工程图，从而极大地提高生产效率，降低新产品的设计成本。
6.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种阀门系列化设计系统，其特征是，包括：材料库、标准件设计模块、装配体设计模块和流体分析模块；所述材料库中包含各个类型的参数化零件模型、零件工程图、预装配体模型和装配体工程图；所述参数化零件模型为预先对零件模型进行建模设计、内部尺寸约束和尺寸关联后，留出能代表零件规格的一个或数个主动尺寸后形成的零件模板；所述零件工程图为所述零件模板对应的工程图；所述预装配体模型是根据阀门的装配关系使用所述材料库中的对应参数化零件模型进行装配，生成装配体文件；所述装配体工程图为所述预装配体模型对应的工程图；所述标准件设计模块包括：零件数据库、零件参数化单元、图片预览单元和工程图
单元；所述零件数据库包含若干零件表，所述若干零件表用于存储零件名称、参数化尺寸值以及参数化尺寸名称；每个零件表对应于一类零件模型，每个零件表中的各个零件模型均具有各自的编号并与所述图片预览单元中的零件编号相对应；所述零件参数化单元一方面根据所选择的零件类型选定参数化零件模型，并获取所选定的参数化零件模型的编号发送给所述图片预览单元，另一方面根据所选定的参数化零件模型从相应的零件表中获取所选定的参数化零件模型的零件名称、参数化尺寸值以及参数化尺寸名称，并根据所选定的参数化零件模型的零件名称和参数化尺寸名称激活所选定的零件模型尺寸，从而根据用户输入的尺寸值修改所选定的零件模型的参数化尺寸值，进而完成所选定的零件模型的更新以及所选定的零件模型所在零件表的更新并发送给所述标准件设计模块；所述图片预览单元根据所选定的零件模型的编号找到相应编号的零件图片并进行显示；所述工程图单元用于激活所选定的零件模型的工程图，并将更新后的零件模型的零件工程图另保存pdf格式；所述装配体设计模块包括：装配单元和bom表另存单元；所述装配单元包含阀门预装配文件，所述阀门预装配文件根据阀门的装配关系使用所述材料库中的参数化零件进行装配，生成装配体文件，在装配体设计模块中，将标准件设计模块中参数化驱动过的零件放在同一文件夹内，再将相应的阀门预装配文件存入，通过装配体零件的路径重建，形成新的装配体；所述bom表另存单元用于导出装配体工程图的材料明细表，并另存为excel文件；所述流体分析模块包括：阀门的流体分析模板；所述阀门的流体分析模板以标准件设计模块和装配体设计模块的模板为基础，并在模型封闭处添加流体分析所需要的封口，形成封闭模型。
7.上述方案中所述阀门的流体分析模板通过导入参数驱动后的模型，在输入入口流量参数后，可直接运行解算进行流体分析，根据分析结果判断模型是否符合要求。
8.上述方案的改进是还包括属性添加模块，所述属性添加模块用于添加零件模型的属性信息或添加装配体的属性信息。
9.上述方案中所述属性添加模块包括：组件查看单元、零部件属性单元；所述组件查看模块用于查看装配体的零件模型组成，并将结果存放于树状数据表中显示出来；所述零部件属性单元分为零件属性子单元和装配体属性子单元，所述零件属性子单元用于添加零件模型的属性信息；所述装配体属性子单元用于添加装配体的属性信息。
10.一种阀门系列化设计系统的设计方法，按如下步骤进行：步骤1、在材料库中载入各个类型的零件模型、零件工程图和装配体工程图；步骤2、利用零件数据库将各个类型的零件模型的零件名称、参数化尺寸值以及参数化尺寸名称存入相应的零件表中；每个零件表对应于一类零件模型，每个零件表中的各个零件模型均具有各自的编号并与所述图片预览单元中的零件编号相对应；步骤3、利用图片预览单元，根据所选定的零件模型从相应的零件表中获取所选定
的零件模型的编号；根据所述选定的零件模型的编号找到相应编号的零件图片并进行显示；步骤4、利用零件参数化单元，根据所选定的零件模型从相应的零件表中获取所选定的零件模型的零件名称、参数化尺寸值以及参数化尺寸名称，并根据所选定的零件模型的零件名称和参数化尺寸名称激活所选定的零件模型尺寸，从而修改所选定的零件模型的参数化尺寸值，进而完成所选定的零件模型的更新以及所选定的零件模型所在零件表的更新；步骤5、利用bom表另存单元，将更新后的零件模型的零件工程图另保存为pdf格式；步骤6、利用装配单元，根据阀门装配体所需的所有零件，将各个更新后的零件存于同一文件夹内，再根据所设计的阀门种类，将对应的阀门预装配体存入该文件夹内，通过装配体零件的路径重建完成装配体的更新；步骤7、根据原有的装配体工程图的重建，生成新的装配体工程图，并将工程图的零件明细表导出为excel表格；步骤8、利用所述阀门的流体分析模板，根据已完成更新的零件模型对流体分析的模板模型进行更新替换，将流体分析的模型变更为新设计的模型；步骤9、根据设计要求输入入口流量参数后进行流体分析解算；步骤10、根据流体分析结果判断当前各零件参数是否合适，若不合适，重新输入参数，更新模型。
11.上述方案的进一步改进是所述设计方法还包括：步骤11、利用属性添加模块添加零件模型的属性信息或添加装配体的属性信息。
12.与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：1、本发明采用零件参数化设计模块和装配体设计模块对阀门进行系列化设计，零件的参数化可以快速提高设计效率与质量，从而缩短了产品的研发周期，降低了设计成本。
13.2、本发明采用标准件设计模块，将标准件进行合理的分类，并且各类零件的设计独立进行，相互之间没有影响。标准件设计模块改变了以往零件设计从二维到三维、从无到有的方式的思路，设计人员只需根据现有模型，输入参数化的尺寸值就可以得到新的零件。并且可以将多组数据保存在数据库中，当设计人员使用设计该零件时只需点击数据库中一组数据就可以一步完成尺寸的赋值操作，相对于手动一个个输入来说，减少了设计人员的操作步骤，提高了设计效率。
14.3.本发明采用装配体设计模块对设计过的阀门零件进行自动装配。以往装配阀门装配体都是手动添加零件进行装配，每个装配体都需要一步一步去设置各种约束装配关系，这个过程大部分都是重复劳动，耗时耗力。而本发明通过对零件参数化模板进行装配，创建预装配体模板，相当于将零件装配关系记录在一个文件内，后续设计过程中通过更新零件路径的方式，达到对新零件装配的效果，极大简化了装配步骤。
15.4.本发明采用流体分析模块检验参数化驱动后的模型。该模块包含流体分析的模板，用前述步骤生成的模型替换流体分析模板的模型，流体分析所需设置的流体类型、大气压强、边界条件等参数不会发生变化，即不用手动再进行设置或者输入。向该模块输入设计所需的入口流量参数后运行解算，根据出入口静压、最大静压等结果判断零件的参数是否
合理。
16.5.本发明专利采用的属性添加模块的组件查看单元主要用于查看部件或总装的一级组件，以往设计软件在查看装配体都会给出设计树，但是由于用户的操作，设计树经常展开造成了设计人员阅读极大地不方便，所以组件查看单元通过搜索设计树，并将一级组件传递给树状表并显示出来，并且其一级部件的显示不会因为设计人员的操作而改变，这样对于查看组件来说就相当的便利。
17.6. 本发明专利采用的属性添加模块的零部件属性单元是用于快速对零部件进行属性添加操作，改变了以往属性添加是需设计人员一个一个去手动填写的方式，此方式不仅效率低下而且容易出错。现今，设计人员只需要单击属性表中所存储的信息就可以将属性值快速的传递给零部件，有效的保证了高效性和准确性。通过实践表明，该单元对于零部件属性添加操作效率极高，相同时间内其工作总量要远远超过传统方式的工作量，提高了设计效率，降低了新产品的开发成本。
附图说明
18.图1为本发明系统结构示意图；图2为本发明整体流程图；图3为本发明零件参数化流程图；图4为本发明流体分析流程图；图5为本发明属性添加流程图；图6为参数驱动的零件模型；图7为零件的工程图；图8为阀门装配体；图9为流体分析部分结果；图10为属性添加效果。
具体实施方式
19.本实施例中，一种阀门系列化设计系统，包括：标准件设计模块、装配体设计模块、流体分析模块、材料库以及属性页模块，如图1所示。其中，产品的系列化主要由标准件设计模块和装配体设计模块完成。材料库用于放置已经绘制好的零部件三维图或者二维图模板，由一个专门的文件夹进行存储和管理，如“f:\铜陵天海系列化系统\三维模型”。
20.该阀门系列化设计系统的总体流程如图2所示，各流程具体内容见下文。
21.材料库中包含各个类型的零件模型、零件工程图、预装配体模型和装配体工程图。为了方便设计人员的使用，一般一套阀门的所有文件即零件模型和零件工程图、部件模型和工程图以及总装的模型和工程图全部存储在一个文件夹中。
22.标准件设计模块包括：零件数据库、图片预览单元、零件参数化单元和工程图单元；零件数据库包含若干零件表，零件表用于存储零件名称、参数化尺寸值以及参数化尺寸名称；每个零件表对应于一类零件模型，图片览单元中的预览图片根据其表示的零件不同，绑定不同的变量名称；
图片预览单元首先将所有预览图片进行隐藏，零件参数化单元根据所选定的零件模型从相应的零件表中获取所选定的零件模型名称并发送给图片预览单元；图片预览单元根据所选定的零件模型的名称，确定相应名称变量的零件图片并进行显示。
23.零件参数化单元根据所选定的零件模型从相应的零件表中获取所选定的零件模型的零件名称、参数化尺寸值以及参数化尺寸名称，并根据所选定的零件模型的零件名称和参数化尺寸名称激活所选定的零件模型尺寸，从而修改所选定的零件模型的参数化尺寸值，进而完成所选定的零件模型的更新，具体操作流程如图3所示。
24.工程图单元用于激活所选定的零件模型的工程图，如果当前设计人员打开的是一个工程图，那个该工程图就会被选定，然后根据设计人员的需要将更新后的零件模型的零件工程图另保存为pdf格式；装配体设计模块包括：装配单元即图1的装配体设计单元、bom表另存单元即图1的bom表导出单元；装配单元包含阀门预装配文件，阀门预装配文件根据阀门的装配关系使用所述材料库中的参数化零件模板进行装配，生成装配体文件。在装配体设计模块中，将零件设计模块中参数化驱动过的零件放在同一文件夹内，再将相应的阀门预装配文件存入，通过装配体零件的路径重建，形成新的装配体。在装配体单元进行零件装配时，设计人员根据需求可以设计出一系列相同结构的阀门。
25.bom表另存单元用于导出装配体工程图的材料明细表，并另存为excel文件。
26.流体分析模块包括：阀门的流体分析模板。
27.阀门的流体分析模板以标准件设计模块和装配体设计模块的模板为基础，并在模型封闭处添加流体分析所需要的封口，形成封闭模型。通过导入参数驱动后的模型，在输入入口流量参数后，可直接运行解算进行流体分析，得到入口体积流量、出口体积流量、入口静压、出口静压以及一些图表等结果，根据分析结果判断模型是否符合设计要求，流程如图4所示；属性添加模块包括：组件查看单元、零部件属性单元；组件查看模块用于遍历当前模型，以查看当前模型为零件或者装配体，得到装配体的零件组成，并将结果存放于树状数据表中；对于装配体来说，通过函数循环遍历，组件查看单元首先从上至下依次检索装配体的设计树，如果检索结果不为“原点”，则抛弃该结果，检索下一个值，直到结果为“原点”，然后自“原点”以下结果作为部件保存到树状控件中，如果检索结果与上一次检索结果相同，则不保存该结果，即同一个零件插入多个零件的情况下也只作为一个部件进行保存，没检索到一个正确结果，树状控件更新数据一次。检索结果值为空，即完全遍历时，检索结束，跳出循环并将树状控件信息传递给零部件属性单元。
28.零部件属性单元分为零件属性子单元和装配体属性子单元，零件属性子单元用于添加零件模型的属性信息；装配体属性子单元用于添加装配体的属性信息。当将一个零件或部件添加进solidworks设计界面时，本系统将检索该零件后缀，如若后缀为sldasm或者sldasm时则表示该组件为装配体，应使用装配体属性子模块为其添加属性信息，当后缀为sldprt或者sldprt时表示该组件为零件，应使用零件属性子模块添加属性信息，如后缀为其它，则为其它类型的零件，不对其进行属性添加操作，流程如图5所示。
29.本实施例中，一种阀门系列化设计方法是通过对阀门零件进行合理的分类，然后对零件进行参数化操作，并配合装配体设计操作，可以快速的得到新产品的三维模型及其工程图，再通过流体分析模块，对新模型进行分析判断合理性，最后快速的对产品零部件中的属性进行添加，具体的说，是按如下步骤进行：步骤1、在材料库中载入各个类型的零件模型、零件工程图、装配体工程图，一套产品的所有文件放置在一个文件夹中。
30.步骤2、首先根据阀门的结构对零件进行合理的分类，将各个类型的零件模型的零件名称、参数化尺寸值以及参数化尺寸名称存入相应的零件表中，存放的数据类型为字符串型，每个零件表对应于一类零件模型，每个零件表中的各个零件模型均具有各自的变量编号并与图片预览单元中的零件位图相对应。
31.步骤3、初始隐藏所有的图片，根据所选定的零件模型从相应的零件表中获取所选定的零件模型的编号，根据选定的零件模型的编号找到相应编号的零件图片并进行显示。
32.步骤4、根据所选定的零件模型从相应的零件表中获取所选定的零件模型的零件名称、参数化尺寸值以及参数化尺寸名称，并根据所选定的零件模型的零件名称和参数化尺寸名称激活所选定的零件模型尺寸，从而修改所选定的零件模型的参数化尺寸值，进而完成所选定的零件模型的更新以及所选定的零件模型所在零件表的更新，需要注意的是，零件尺寸修改并更新零件模型之后，零件的工程图也相应发生同样的改动，生成的新模型及工程图如图6、图7所示。
33.步骤5、将更新后的零件模型的零件工程图另保存为pdf格式。pdf格式为了保证打印的准确性，避免图纸出现乱码、缺失等问题；步骤6、根据阀门装配体所需的所有零件，将各个更新后的零件存于同一文件夹内，再根据所设计的阀门种类，将对应的阀门预装配体存入该文件夹内，通过装配体零件的路径重建完成装配体的更新；装配设计模块中的预装配体文件使用阀门零件的参数化模板创建，其内相当于保存了阀门零件的装配关系，生成的新装配体如图8所示。
34.步骤7、根据装配体的重建，与其对应的装配体工程图也相应更新，生成新装配体的工程图，并将工程图的零件明细表导出为excel表格；步骤8、根据已完成更新的零件模型对流体分析的模板模型进行更新替换，将流体分析的模型变更为新设计的模型。因模板同源，流体分析模板所设定的相关参数在这个过程中不会发生变化；步骤9、根据设计要求输入入口流量参数后进行流体分析解算，得到入口体积流量、出口体积流量、入口静压、出口静压以及一些图表等结果，如图9所示；步骤10、根据流体分析结果判断当前各零件参数是否合适，若不合适，修改尺寸参数，重新输入参数，更新模型。
35.步骤11、添加零件模型的属性信息或添加装配体的属性信息。遍历新模型，显示其结构树，其上节点即代表零件或装配体。点选某节点，判断文件后缀，若文件后缀为sldasm或者sldasm时则使用装配体属性子模块为其添加属性信息；若后缀为sldprt或者sldprt时使用零件属性子模块添加属性信息；若后缀为其它，则不对其进行属性添加操作，添加效果如图10所示。