CN102184285B - 一种数字化样机设计集成开发方法和集成开发*** - Google Patents

Abstract

一种数字化样机集成开发方法包括：在数据库中建立数字化样机参数化设计模型、数字化样机有限元分析优化模型；且模型之间的相同参数同步共享；调用数据库中的数字化样机参数化设计模型进行参数化设计；根据事物特性改动数字化样机参数化设计模型的参数，数字化样机有限元分析优化模型中相同的参数同步变化；调用所述数据库中的数字化样机有限元分析优化模型进行有限元分析优化设计；从数据库中取出数字化样机有限元分析优化模型的参数，并自动形成有限元分析命令流，生成结构几何模型，建立有限元模型，进行结构的分析优化，修改分析优化后对应的参数。本发明提供一种数字化样机集成开发方法和***，用于降低产品设计的工作量。

Description

一种数字化样机设计集成开发方法和集成开发***

技术领域

本发明涉及数字化机械设计领域，特别涉及一种数字化样机集成开发方法和集成开发***。

背景技术

岸边集装箱起重机(简称岸桥)是港口码头前沿用于装卸集装箱的专用起重设备，被广泛应用于各港口集装箱的起重、运输、装卸等作业中。轨道式门式起重机(简称场桥)。

传统的岸桥和场桥设计是根据客户提供的产品技术要求及基本参数进行产品的总体方案设计、详细技术设计、工艺设计、生产制造、安装调试交机。而客户每订购一台要求不一致都需要重新设计。这种订单式小规模配置设计不仅开发设计周期长，而且产品制作维护成本高，重复性劳动大。

随着现代科学技术的迅速发展，工业生产规模的扩大和自动化程度的提高，国外已有许多著名公司采用模块化、参数化设计，使产品中的标准件数量最大化，将定制点后移，产品中的模块可并行制造，缩短设计生产周期，降低成本。模块化、参数化设计是岸桥设计的发展方向之一。参数化设计是通过改动模型某一部分或某几部分的尺寸，自动完成对模型中相关部分的改动，从而实现尺寸对模型的驱动。

目前，参数化设计的研究主要集中在基于CAD软件二次开发的参数化设计，还没有把模块化、参数化、有限元分析及优化、仿真分析、模拟试验、安装仿真等有效地集成在一起，形成一个专家***。

传统的数字化样机的参数化设计、有限元分析及优化、仿真分析、模拟试验、安装仿真等模块都是各自独立的。由于各个模块不兼容，无法实现数据共享和交互，设计人员需要分别进行上述各个模块的设计，重复调节相同参数，设计效率很低。因此，如何提供一种数字化样机集成开发方法及集成开发平台***，可以解决岸桥或场桥产品设计重复性劳动大，设计周期长，制作维护成本高等缺点，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种数字化样机设计集成开发方法及集成开发平台***，用于降低岸桥或场桥产品设计的工作量，保证设计的可靠性，产品安全性。

为解决上述问题，本发明提供一种数字化样机集成开发方法，所述方法包括：

在一个数据库中建立数字化样机参数化设计模型和数字化样机有限元分析优化模型；且两个所述模型之间的相同参数同步共享；

调用所述数据库中的所述数字化样机参数化设计模型进行参数化设计；根据事物特性改动所述数字化样机参数化设计模型的参数，所述数字化样机有限元分析优化模型中相同的所述参数同步变化；

调用所述数据库中的所述数字化样机有限元分析优化模型进行有限元分析优化设计；从所述数据库中取出所述数字化样机有限元分析优化模型的参数，并自动形成有限元分析命令流，生成结构几何模型，建立有限元模型，选择工况、自动加载约束，进行结构的分析优化，修改分析优化后对应的参数，所述数字化样机参数化设计模型中相同的所述参数同步变化。

优选地，所述数据库中进一步建立有数字化样机动力学运动学仿真分析模型；且所述数字化样机动力学运动学仿真分析模型、数字化样机参数化设计模型、数字化样机有限元分析优化模型三者之间的相同参数同步共享；

所述方法进一步包括：

调用所述数据库中的所述数字化样机动力学运动学仿真分析模型进行动力学运动学仿真分析设计；从所述数据库中取出所述数字化样机动力学运动学仿真分析模型的参数，并自动替换需要的主参数，生成结构几何模型，选择工况、自动加载约束，进行动力学分析，修改分析优化后对应的参数，所述数字化样机参数化设计模型、数字化样机有限元分析优化模型中相同的所述参数同步变化。

优选地，所述数据库中进一步建立有数字化样机现场安装仿真模型；且所述数字化样机现场安装仿真模型、数字化样机动力学运动学仿真分析模型、数字化样机参数化设计模型、数字化样机有限元分析优化模型四者之间的相同参数同步共享；

所述方法进一步包括：

调用所述数据库中的所述数字化样机现场安装仿真模型进行现场安装仿真设计；确定吊装方案，搭建吊装仿真现场、施工环境、吊装设备、吊装件，输出吊装虚拟仿真动画。

优选地，所述参数化设计具体步骤包括：

第一步：细分数字化样机，将数字化样机细分为结构设计件、机构设计件和标准件三部分，建立数字化样机整体及三部件之间的事物特性表，存放在数据库中；

第二步：输入设计参数，查询数据库并优化选择数字化样机结构形式；

第三步：进行结构和机构子模块参数化驱动设计，建立三维可参数化驱动模型；

第四步：提取主要结构的质量、质心、零部件主尺寸、材料密度存入数据库；

第五步：将所述主要结构的质量、质心、零部件主尺寸、材料密度导入到计算辅助分析***进行数字化样机整机和零部件的性能分析；

第六步：提取分析结果，查看分析结果是否符合设计要求；如果不符合设计要求则根据提出的优化解决方案返回到第三步重新设计各机构和结构，如果符合要求则执行第七步；

第七步：输出设计的技术文档，将其存储为设计成功案例。

优选地，所述有限元分析优化的步骤具体包括：

第一步：根据数字化样机结构形式，选取代表性的设计尺寸作为参数化设计变量，实现结构形式之间的变化，实现几何尺寸参数化；

第二步：根据标准中规定的载荷组合情况，把各基本载荷进行参数化表示同时编写出数字化样机不同工况下约束条件，供选择，实现边界条件的参数化；

第三步：对材料属性以变量形式表示，实现材料属性的参数化；

第四步：根据不同的分析内容对分析所需要的参数化内容进行打包，以便自动调用，完成整体金属结构性能分析；

第五步；根据分析结果，自动判断是否优化，若有优化必要进入优化模块，否则输出报告；

第六步：进行局部强度分析，利用整体分析中的相关技术，对整体中分析结果进行提取、调用转换实现局部强度分析，输出报告。

优选地，所述动力学运动学仿真分析的步骤具体包括：

第一步：利用Adams建模提供的命令语言编程，建立数字化样机整机的参数化模型；

第二步：根据数字化样机实际工作状况，各部件间的运动关系编写数字化样机约束程序，驱动程序，计算程序；

第三步：根据数字化样机实际工作中的工况编写动力学运动学分析平台专用菜单项和对话框；

第四步：通过界面对话框与数据库的连接，进行参数化建模，约束载荷的自动加载，仿真分析；

第五步：自动输出仿真分析结果。

优选地，所述现场安装仿真的步骤包括：

第一步：根据数字化样机结构形式，常规安装方案标准化吊装组件，并参数化建模组件；

第二步：根据吊装现场环境约束条件，确定岸桥吊装方案，选择散吊或滚装，若滚装则选择辅助吊装设备，输出滚装方案及虚拟仿真滚装动画；若散吊，根据吊装组件特性优化选择吊装设备；

第三步：从数据库中读取数字化样机部件信息，驱动标准化吊装组件，采用分析软件对吊装组件进行受力分析；

第四步：通过受力分析后，输出散吊方案及虚拟仿真散吊动画。

优选地，所述数字化样机为岸桥。

本发明还提供一种数字化样机集成开发***，所述***包括：

数据库，所述数据库中建立数字化样机参数化设计模型和数字化样机有限元分析优化模型；且两个所述模型之间的相同参数同步共享；

数字化样机参数化设计单元，调用所述数据库中的所述数字化样机参数化设计模型进行参数化设计；根据事物特性改动所述数字化样机参数化设计模型的参数，所述数字化样机有限元分析优化模型中相同的所述参数同步变化；

数字化样机有限元分析优化单元，调用所述数据库中的所述数字化样机有限元分析优化模型进行有限元分析优化设计；从所述数据库中取出所述数字化样机有限元分析优化模型的参数，并自动形成有限元分析命令流，生成结构几何模型，建立有限元模型，选择工况、自动加载约束，进行结构的分析优化，修改分析优化后对应的参数，所述数字化样机参数化设计模型中相同的所述参数同步变化。

优选地，所述***进一步包括数字化样机动力学运动学仿真分析单元；

所述数据库中进一步建立有数字化样机动力学运动学仿真分析模型；且所述数字化样机动力学运动学仿真分析模型、数字化样机参数化设计模型、数字化样机有限元分析优化模型三者之间的相同参数同步共享；

数字化样机动力学运动学仿真分析单元，调用所述数据库中的所述数字化样机动力学运动学仿真分析模型进行动力学运动学仿真分析设计；从所述数据库中取出所述数字化样机动力学运动学仿真分析模型的参数，并自动替换Adams建模需要的主参数，生成结构几何模型，选择工况、自动加载约束，进行动力学分析，修改分析优化后对应的参数，所述数字化样机参数化设计模型、数字化样机有限元分析优化模型中相同的所述参数同步变化。

优选地，所述***进一步包括数字化样机现场安装仿真单元；

所述数据库中进一步建立有数字化样机现场安装仿真模型；且所述数字化样机现场安装仿真模型、数字化样机动力学运动学仿真分析模型、数字化样机参数化设计模型、数字化样机有限元分析优化模型四者之间的相同参数同步共享；

数字化样机现场安装仿真单元，调用所述数据库中的所述数字化样机现场安装仿真模型进行现场安装仿真设计；确定吊装方案，搭建吊装仿真现场、施工环境、吊装设备、吊装件，输出吊装虚拟仿真动画。

本发明实施例所述数字化样机集成开发方法相对现有技术，具有以下技术效果：

由于在一个数据库中建立有数字化样机参数化设计模型和数字化样机有限元分析优化模型；且两个所述模型之间的相同参数同步共享；当需要进行数字化样机参数化设计时，可以通过调用所述数据库中的所述数字化样机参数化设计模型进行参数化设计；根据事物特性改动所述数字化样机参数化设计模型的参数，所述数字化样机有限元分析优化模型中相同的所述参数同步变化。当需要数字化样机有限元分析优化时，可以通过调用所述数据库中的所述数字化样机有限元分析优化模型进行有限元分析优化设计，减少了数字化样机产品设计的工作量，而且可以保证设计的可靠性，产品安全性。

本发明实施例所述数字化样机集成开发方法，就可以实现在物理样机生产出来之前，利用数字化样机代替物理样机对产品进行创新设计、测试和评估。

本发明实施例所述数字化样机集成开发方法采用数字化样机集成技术对产品进行设计，使在产品开发设计的不同阶段能对产品进行参数化设计、有限元分析优化，保证设计的可靠性，产品安全性等。

附图说明

图1是本发明实施例所述数字化样机集成开发方法流程图；

图2是本发明实施例所述岸边集装箱起重机数字化样机集成开发方法流程图；

图3是本发明实施例所述参数化设计流程图；

图4是本发明实施例所述参数化设计细化流程图；

图5是本发明实施例所述有限元分析优化流程图；

图6是本发明实施例所述有限元分析优化细化流程图；

图7是本发明实施例所述动力学运动学仿真分析流程图；

图8是本发明实施例所述动力学运动学仿真分析细化流程图；

图9是本发明实施例所述现场安装仿真流程图；

图10是本发明实施例所述现场安装仿真细化流程图；

图11是本发明所述岸边集装箱起重机数字化样机设计平台结构图。

具体实施方式

本发明提供一种数字化样机集成开发方法和集成开发***，用于降低岸桥、场桥产品设计的工作量，保证设计的可靠性，产品安全性。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1，该图是本发明实施例所述数字化样机集成开发方法流程图。

本发明实施例所述数字化样机集成开发方法，包括以下步骤：

S1000、在一个数据库中建立数字化样机参数化设计模型和数字化样机有限元分析优化模型；且两个所述模型之间的相同参数同步共享。

S2000、调用所述数据库中的所述数字化样机参数化设计模型进行参数化设计；根据事物特性改动所述数字化样机参数化设计模型的参数，所述数字化样机有限元分析优化模型中相同的所述参数同步变化。

参数化设计具体可以Pro/E等三维软件实现。

S3000、调用所述数据库中的所述数字化样机有限元分析优化模型进行有限元分析优化设计；从所述数据库中取出所述数字化样机有限元分析优化模型的参数，并自动形成有限元分析命令流，生成结构几何模型，建立有限元模型，选择工况、自动加载约束，进行结构的分析优化，修改分析优化后对应的参数，所述数字化样机参数化设计模型中相同的所述参数同步变化。

有限元分析优化设计可以利用VB.net程序从所述数据库中提取所述数字化样机有限元分析优化模型的参数。

优选方案，所述数据库中可以进一步建立有数字化样机动力学运动学仿真分析模型；且所述数字化样机动力学运动学仿真分析模型、数字化样机参数化设计模型、数字化样机有限元分析优化模型三者之间的相同参数同步共享。

所述方法就可以进一步包括：

调用所述数据库中的所述数字化样机动力学运动学仿真分析模型进行动力学运动学仿真分析设计；从所述数据库中取出所述数字化样机动力学运动学仿真分析模型的参数，并自动替换Adams建模(Adams建模是动力学仿真分析软件)需要的主参数，生成结构几何模型，选择工况、自动加载约束，进行动力学分析，修改分析优化后对应的参数，所述数字化样机参数化设计模型、数字化样机有限元分析优化模型中相同的所述参数同步变化。

动力学运动学仿真分析设计可以利用VB.net程序从所述数据库中提取数字化样机动力学运动学仿真分析模型的参数。

优选方案，所述数据库中还可以进一步建立有数字化样机现场安装仿真模型；且所述数字化样机现场安装仿真模型、数字化样机动力学运动学仿真分析模型、数字化样机参数化设计模型、数字化样机有限元分析优化模型四者之间的相同参数同步共享。

此时，所述方法就可以进一步包括：

调用所述数据库中的所述数字化样机现场安装仿真模型进行现场安装仿真设计；确定吊装方案，搭建吊装仿真现场、施工环境、吊装设备、吊装件，输出吊装虚拟仿真动画。

现场安装仿真设计具体可以Pro/E等三维软件实现。

由于在一个数据库中建立有数字化样机参数化设计模型和数字化样机有限元分析优化模型；且两个所述模型之间的相同参数同步共享；当需要进行数字化样机参数化设计时，可以通过调用所述数据库中的所述数字化样机参数化设计模型进行参数化设计；根据事物特性改动所述数字化样机参数化设计模型的参数，所述数字化样机有限元分析优化模型中相同的所述参数同步变化。当需要数字化样机有限元分析优化时，可以通过调用所述数据库中的所述数字化样机有限元分析优化模型进行有限元分析优化设计，减少了数字化样机产品设计的工作量，而且可以保证设计的可靠性，产品安全性。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面以岸桥作为数字化样机为例，结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图2，该图是本发明法实施例所述岸边集装箱起重机数字化样机集成开发方流程图。

本发明实施例所述岸边集装箱起重机数字化样机集成开发方法，所述方法包括：

S10、在一个数据库中建立岸桥数字化样机参数化设计模型、岸桥数字化样机有限元分析优化模型、岸桥数字化样机动力学运动学仿真分析模型，及岸桥数字化样机现场安装仿真模型；且所述岸桥数字化样机现场安装仿真模型、岸桥数字化样机动力学运动学仿真分析模型、岸桥数字化样机参数化设计模型、岸桥数字化样机有限元分析优化模型四者之间的相同参数同步共享。

S100、调用所述数据库中的所述岸桥数字化样机参数化设计模型进行参数化设计，根据事物特性改动所述岸桥数字化样机参数化设计模型的参数，进行岸桥总体方案设计，将岸桥分解成各子***，通过共用设计变量进行子***并行参数化设计，再进行***集成完成整机参数化设计。

参数化设计是通过与Pro/E连接输出主要部件二维图及设计计算说明书实现的。

S200、调用所述数据库中的所述岸桥数字化样机有限元分析优化模型进行有限元分析优化，从所述数据库中取出所述岸桥数字化样机有限元分析优化模型的参数，并自动形成有限元分析命令流，生成结构几何模型，建立有限元模型，选择工况、自动加载约束，进行结构的分析优化，输出分析结果文件。

有限元分析优化是：包括基于数据库***集成的金属骨架结构分析、金属结构优化技术、主要局部件强度分析技术，将基于模块化、参数化的模型通过与CAE连接输出CAE分析计算书实现的。

S300、调用所述数据库中的所述岸桥数字化样机动力学运动学仿真分析模型进行动力学运动学仿真分析设计；从所述数据库中取出所述岸桥数字化样机动力学运动学仿真分析模型的参数，并自动替换(Adams建模)需要的主参数，生成结构几何模型，选择工况、自动加载约束，进行动力学分析，修改分析优化后对应的参数，所述岸桥数字化样机参数化设计模型、岸桥数字化样机有限元分析优化模型中相同的所述参数同步变化。

动力学运动学仿真分析是：包括基于数据库***集成的参数化模型仿真分析技术，将基于模块化、参数化的模型通过与Adams连接输出工况系数和分析报告。

S400、调用所述数据库中的所述岸桥数字化样机现场安装仿真模型进行现场安装仿真设计；确定吊装方案，搭建吊装仿真现场、施工环境、吊装设备、吊装件，输出吊装虚拟仿真动画。

现场安装仿真设计采用的技术方案是：包括基于数据库***集成的吊装设备优化选型技术，虚拟动画仿真技术，将基于此技术的吊装过程通过与二次开发界面连接输出吊装报告和虚拟动画。

实施例所述岸边集装箱起重机数字化样机集成开发方法通过对数据库的调用能高效快捷地开发设计、仿真分析、模拟装配该产品，保证设计的可靠性安全性，做到结构最优，重量最轻。若已有模块不能满足产品要求，可通过该集成***，数据共享，采用网络技术使不同功能模块调用基础数据，进行参数化设计修改，形成新的产品数据库，再存储于共享数据库中，为后续产品开发设计提供基础数据。随着产品设计的不断增加，数据库也在不断的完善、充实，最终形成全系列化的岸桥数字化样机专家设计***。

参见图3，该图是本发明实施例所述参数化设计流程图。

本发明实施例所述的岸边集装箱起重机数字化样机集成开发方法的步骤S100参数化设计步骤具体包括以下步骤：

S110、细分岸桥，将岸桥细分为结构设计件、机构设计件和标准件三部分，建立岸桥整体及三部件之间的事物特性表，存放在数据库中；

S120、输入设计参数，查询数据库并优化选择岸桥结构形式；

S130、进行结构和机构子模块参数化驱动设计，建立三维可参数化驱动模型；

S140、提取主要结构的质量、质心、零部件主尺寸、材料密度存入数据库；

S150、将所述主要结构的质量、质心、零部件主尺寸、材料密度导入到计算辅助分析***进行整机和零部件的性能分析；

S160、提取分析结果，查看分析结果是否符合设计要求；如果不符合设计要求则根据提出的优化解决方案返回到S130，重新设计各机构和结构；如果符合要求则执行S170；

S170、输出设计的技术文档，将其存储为设计成功案例。

参见图4，该图是本发明实施例所述参数化设计细化流程图。

参数化设计***是在数据库集成的基础上，首先根据事物特性进行岸桥总体方案设计，其次经过专家***的推理分析把岸桥整机分解成各子***，通过共用设计变量进行子模块并行参数化设计，子模块设计完成后再进行***集成完成整机设计。

具体实施步骤结合附图4说明如下：

第一步：细分岸桥，把岸桥细分为结构设计件、机构设计件和标准件三部分，建立岸桥整体及各部件的事物特性表，存放在数据库中。这些反映事物特性的参数包括结构件，机构件的结构形式、设计主参数、材料属性、标准件生产厂家、型号等。

事物特性表示例见下表。

第二步：输入设计参数，查询数据库并优化选择出岸桥结构形式。

第三步：进入结构和机构子模块参数化驱动设计，建立三维可参数化驱动模型。

在结构和机构子参数化驱动模块中，可以利用VB.NET对Pro/E进行二次开发，通过专业开发的三维设计界面，可以简化操作，提高设计效率。

第四步：经结构和机构参数化驱动子模块建立的三维模型后，提取主要结构的质量、质心、零部件主尺寸、材料密度等特性参数存入数据库供有限元分析和动力学模块使用。

第五步：把第四步提取的参数导入到计算辅助分析***进行整机和零部件的性能分析，分析强度、刚度、疲劳、屈曲和稳定性等性能。

第六步：提取分析结果，查看分析结果是否符合要求。如果不符合要求则根据提出的优化解决方案返回到第三步重新设计各机构和结构，如果符合要求则进行下一步，组装整机三维模型。

第七步：输出设计计算报告，二维施工图等技术文档，完成设计，存储为成功产品型号。

参见图5是本发明实施例所述有限元分析优化流程图。

本发明实施例所述有限元分析优化的步骤具体可以包括以下步骤：

S210、根据岸桥结构形式，选取代表性的设计尺寸作为参数化设计变量，实现结构形式之间的变化，实现几何尺寸参数化；

S220、根据标准中规定的载荷组合情况，把各基本载荷进行参数化表示同时编写出岸桥不同工况下约束条件，供选择，实现边界条件的参数化；

S230、对材料属性以变量形式表示，实现材料属性的参数化；

S240、根据不同的分析内容对分析所需要的参数化内容进行打包，以便自动调用，完成整体金属结构性能分析；

S250、根据分析结果，自动判断是否优化，若有优化必要进入优化模块，实施步骤S260；否则输出报告；

S260、进行局部强度分析，利用整体分析中的相关技术，对整体中分析结果进行提取、调用转换实现局部强度分析，输出报告。

参见图6，该图是本发明实施例所述有限元分析优化细化流程图。

本发明实施例所述有限元分析优化***可以利用VB.net程序从数据库中将参数取出，并自动形成有限元分析命令流，生成结构几何模型，通过专业有限元分析软件，自动建立有限元模型，选择工况、自动加载约束，进行结构的分析优化，最后输出分析结果文件。

本发明实施例所述有限元分析优化***具体实施步骤结合附图5说明如下：

第一步：根据国内外主要岸桥结构形式，选取代表性的设计尺寸作为参数化设计变量，通过一定的语法来实现结构形式之间的变化，实现几何尺寸参数化；

第二步：根据GB3811和FEM等相关标准中规定的载荷组合情况，把各基本载荷进行参数化表示同时编写出岸桥不同工况下约束条件，供程序进行选择，实现边界条件的参数化；

第三步：对材料属性以变量形式表示，实现材料属性的参数化；

第四步：根据不同的分析内容对分析所需要的参数化内容进行打包，以便程序进行相关内容分析时进行自动调用，完成整体金属结构性能分析。

第五步：根据分析结果，自动判断是否需要优化，若需要优化必要进入优化模块通过修改截面属性进行优选，不需要优化则可形成计算数，输出报告。

优化模块优化后，进行局部强度分析，利用局部强度分析中的相关技术，对整体中分析结果如力的大小、方向进行提取、调用转换实现局部强度分析，输出报告。

参见图7，该图是本发明实施例所述动力学运动学仿真分析流程图。

本发明实施例所述动力学运动学仿真分析的步骤具体可以包括以下步骤：

S310、利用Adams建模提供的命令语言编程，建立岸桥整机的参数化模型；

S320、根据岸桥实际工作状况，各部件间的运动关系编写岸桥约束程序，驱动程序，计算程序；

S330、根据岸桥实际工作中的工况编写动力学运动学分析平台专用菜单项和对话框；

S340、通过界面对话框与数据库的连接，进行参数化建模，约束载荷的自动加载，仿真分析；

S350、自动输出仿真分析结果。

参见图8，该图是本发明实施例所述动力学运动学仿真分析细化流程图。

本发明实施例所述动力学运动学仿真分析***可以利用VB.NET程序从数据库中将参数取出，并自动替换Adams建模需要的主参数，生成结构几何模型，选择工况、自动加载约束，进行动力学分析，最后输出分析结果报告。

本发明实施例所述动力学运动学仿真分析***具体实施步骤结合附图8说明如下：

第一步：利用Adams提供的命令语言编程，建立岸桥整机的参数化模型；

第二步：根据岸桥实际工作状况，各部件间的运动关系编写岸桥约束程序，驱动程序，计算程序；

第三步：根据岸桥实际工作中的工况编写动力学运动学分析平台专用菜单项和对话框；

第四步：通过界面对话框与数据库的连接，进行参数化建模，约束载荷的自动加载，仿真分析；

第五步：自动输出仿真分析结果及报告。

参见图9，该图是本发明实施例所述现场安装仿真流程图。

本发明实施例所述现场安装仿真的步骤具体可以包括以下步骤：

S410、根据岸桥结构形式，常规安装方案标准化吊装组件，并参数化建模组件；

S420、根据吊装现场环境约束条件，确定岸桥吊装方案，选择散吊或滚装，若滚装则选择辅助吊装设备，输出滚装方案及虚拟仿真滚装动画；若散吊，根据吊装组件特性优化选择吊装设备；

S430、从数据库中读取岸桥部件信息，驱动标准化吊装组件，采用分析软件对吊装组件进行受力分析；

S440、通过受力分析后，输出散吊方案及虚拟仿真散吊动画。

参见图10是本发明实施例所述现场安装仿真细化流程图。

本发明实施例所述现场安装仿真的步骤利用基于产品信息的所述数据库，优化选择标准吊装模式。根据吊装设备数据库，确定吊装方案。利用Pro/E搭建吊装仿真现场、施工环境、吊装设备、吊装件等，输出吊装虚拟仿真动画。

本发明实施例所述现场安装仿真具体实施步骤结合附图10说明如下：

第一步：根据岸桥结构形式，常规安装方案标准化吊装组件，并参数化建模组件；

第二步：根据吊装现场环境约束条件，确定岸桥吊装方案，可选择散吊或滚装，若滚装选择辅助吊装设备，输出滚装方案及虚拟仿真滚装动画；

第三步：若散吊，根据吊装组件特性优化选择吊装设备，包括汽车起重机、履带起重机、浮吊等起重机；

第四步：从数据库中读取岸桥部件信息，驱动标准化吊装组件，采用分析软件对吊装组件进行受力分析；

第五步：通过受力分析后，输出散吊方案及虚拟仿真散吊动画。

岸边集装箱起重机数字化样机设计***是通过对以上二次开发***的集成，数据共享，将CAD/CAE/CAPP/PD技术相融合，提供一种全新的数字化样机集成开发方法和***。

本发明实施例所述岸边集装箱起重机数字化样机设计***，包括：参数化设计***，有限元分析优化***，动力学运动学仿真分析***和现场安装仿真***。

参数化设计***，在数据库集成的基础上，根据事物特性进行岸桥总体方案设计，将岸桥分解成各子***，通过共用设计变量进行子***并行参数化设计，再进行***集成完成整机参数化设计；

有限元分析优化***，从数据库中将参数取出，并自动形成有限元分析命令流，生成结构几何模型，建立有限元模型，选择工况、自动加载约束，进行结构的分析优化，输出分析结果文件；

动力学运动学仿真分析***，从数据库中将参数取出，并自动替换Adams建模需要的主参数，生成结构几何模型，选择工况、自动加载约束，进行动力学分析，输出分析结果报告；

现场安装仿真***，利用基于产品信息的数据库，和吊装设备的数据库，确定吊装方案，搭建吊装仿真现场、施工环境、吊装设备、吊装件，输出吊装虚拟仿真动画。

所述参数化设计***具体可以包括：

细分岸桥细分单元，细分岸桥，将岸桥细分为结构设计件、机构设计件和标准件三部分，建立岸桥整体及三部件之间的事物特性表，存放在数据库中；

优化结构单元，输入设计参数，查询数据库并优化选择岸桥结构形式；

三维模型建立单元，进行结构和机构子模块参数化驱动设计，建立三维可参数化驱动模型；

提取单元，提取主要结构的质量、质心、零部件主尺寸、材料密度存入数据库；

性能分析单元，将所述主要结构的质量、质心、零部件主尺寸、材料密度导入到计算辅助分析***进行整机和零部件的性能分析；

判断单元，提取分析结果，查看分析结果是否符合设计要求；如果不符合设计要求则根据提出的优化解决方案返回到所述三维模型建立单元重新设计三维可参数化驱动模型，如果符合要求通过存储单元保存；

存储单元，输出设计的技术文档，将所述技术文档存储为设计成功案例。

所述有限元分析优化***具体可以包括：

几何尺寸参数化建立单元，根据岸桥结构形式，选取代表性的设计尺寸作为参数化设计变量，实现结构形式之间的变化，实现几何尺寸参数化；

边界条件参数化建立单元，根据标准中规定的载荷组合情况，将各基本载荷进行参数化表示同时编写出岸桥不同工况下约束条件，供选择，实现边界条件的参数化；

材料属性参数化建立单元，对材料属性以变量形式表示，实现材料属性的参数化；

金属结构性能分析单元，根据不同的分析内容对分析所需要的参数化内容进行打包，以便自动调用，完成整体金属结构性能分析；

优化判断单元，根据分析结果，自动判断是否优化，若有优化必要进入优化模块，否则输出报告；

局部强度分析单元，进行局部强度分析，利用整体分析中的相关技术，对整体中分析结果进行提取、调用转换实现局部强度分析，输出报告。

所述动力学运动学仿真分析***具体可以包括：

建模单元，利用Adams建模提供的命令语言编程，建立岸桥整机的参数化模型；

程序编写单元，根据岸桥实际工作状况，各部件间的运动关系编写岸桥约束程序，驱动程序，计算程序；

菜单生成单元，根据岸桥实际工作中的工况编写动力学运动学分析平台专用菜单项和对话框；

第四步：通过界面对话框与数据库的连接，进行参数化建模，约束载荷的自动加载，仿真分析；

输出单元，自动输出仿真分析结果。

所述现场仿真***具体可以包括：

安装建模单元，根据岸桥结构形式，常规安装方案标准化吊装组件，并参数化组件；

吊装方案选择单元，根据吊装现场环境约束条件，确定岸桥吊装方案，选择散吊或滚装，若滚装则选择辅助吊装设备，输出滚装方案及虚拟仿真滚装动画；若散吊，根据吊装组件特性优化选择吊装设备；

受力分析单元，从数据库中读取岸桥部件信息，驱动标准化吊装组件，采用分析软件对吊装组件进行受力分析；

仿真输出单元，通过受力分析后，输出散吊方案及虚拟仿真散吊动画。

本***研发平台结构见附图11。

本***研发平台包括项目管理、参数化驱动平台、装配检测平台、有限元分析优化平台、动力学仿真平台、现场安装实验平台、零件库扩展。

项目管理下面进一步包括用户权限***、任务管理***和产品查询***。

参数化驱动平台下面进一步包括总体设计方案、机构设计***和结构设计***。

装配检测平台下面进一步包括工艺自动装配和干涉检查***。

有限元分析优化平台下面进一步包括有限元分析平台和有限元优化平台。

动力学仿真平台下面进一步包括动力学分析平台和动力学仿真平台。

现场安装实验平台下面进一步包括吊装方案***和吊装动画平台。

零件库扩展下面进一步包括标准件库扩展和产品形式扩展。

项目管理、参数化驱动平台、装配检测平台、有限元分析优化平台、动力学仿真平台、现场安装实验平台和零件库扩展的全部下一级单元或模块均连接到知识推理库、产品模型库、专家***、标准件库、规则库等。

本发明实施例所述数字化样机(岸桥)集成开发方法及集成开发***可以利用岸边集装箱起重机数字化样机专家设计***平台；设计***数据管理平台。

本发明实施例所述数字化样机集成开发方法及集成开发平台***可以设计数据驱动实体模型，实体模型数据驱动分析模型方法。

本发明实施例所述数字化样机集成开发方法及集成开发平台***可以实现各平台间实现数据共享，可实时进行迭代修改方法，参数化设计***及方法，以及现场安装仿真***及方法。

本发明是基于采用Visual Studio+SQL Server+Pro/E+Ansys+Adams软件，构建参数化的三维模型及仿真分析模型，形成基础数据库，通过***集成，数据共享，实现各***的设计分析仿真等功能，进行参数化驱动设计。

其他三维软件如：Inventor，UG-NX，CATIA等，分析软件如：Hyperworks、Patran/Nastran等，仿真软件如：RecurDyn、LMS.motion等也能通过此技术集成，完成本发明所属的数字化样机设计***。

上述所述方法和***可以同样适用于场桥，具体不再详述。

本发明所述方法及***的主要特点：

①采用模块化技术，构建面向产品族的参数化设计体系架构，将产品设计过程分成理论方法层、***开发层和结果输出层。在给定基础模型的基础上，通过开发面向产品族的参数化设计***，建立面向产品族的产品功能模型、原理模型和结构模型。并在此基础上针对特定客户需求进行快速产品配置设计，来协调产品个性化需求和规模经济性之间的矛盾，以满足大批量定制生产的目标，即提供高效率、低成本的个性化产品设计。

②采用数字化样机设计技术，节省了实际试验的次数，达到了节能减排的效果。设计人员可以在计算机里进行装配试验，运行试验，性能测试，计算刚度和强度，提高了设计质量，减少了物理试验次数，达到了节能减排的效果。

③采用模块化、参数化设计，提高企业设计能力。针对岸桥这一特殊产品，分析其功能结构，制定合适的模块划分、编码等原则，实现模块化、参数化设计，从而减少设计人员重复工作的强度，缩短设计周期，提高企业的设计能力。

④采用结构特性分析，提高产品的可靠性。通过实验模态参数校验解析结果等方法优化其有限元模型，进行有限元静、动态特性分析，在设计阶段保证产品的可靠性。

⑤采用轻量化设计理论。在保证刚度、强度、可靠性的前提下，按照仿生学原理或拓扑优化设计，通过改变梁截面形式或对结构件的布置形式进行调整，节省材料，达到结构的轻量化。

本发明的优点和积极效果是：采用数字化样机技术，把产品按照结构和配置进行模块化、系列化、标准化，建立各种数据库、模板库、计算库，梳理、归纳和总结产品的最优化设计流程和方法，建立一套快速、最优、标准的产品设计专家集成***。该***具有参数化驱动设计、有限元分析优化、仿真分析、虚拟装配等优势。从而降低研发成本、缩短研发周期、提高产品质量。

以上所述仅是本发明所述方法和***的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种数字化样机集成开发方法，其特征在于，所述方法包括：

在一个数据库中建立数字化样机参数化设计模型和数字化样机有限元分析优化模型；且两个所述模型之间的相同参数同步共享；

调用所述数据库中的所述数字化样机参数化设计模型进行参数化设计；根据事物特性改动所述数字化样机参数化设计模型的参数，所述数字化样机有限元分析优化模型中相同的所述参数同步变化，其中，所述参数化设计具体步骤包括：第一步：细分数字化样机，将数字化样机细分为结构设计件、机构设计件和标准件三部分，建立数字化样机整体及三部件之间的事物特性表，存放在数据库中；第二步，输入设计参数，查询数据库并优化选择数字化样机结构形式；第三步，进行结构和机构子模块参数化驱动设计，建立三维可参数化驱动模型；第四步，提取主要结构的质量、质心、零部件主尺寸、材料密度存入数据库；第五步：将所述主要结构的质量、质心、零部件主尺寸、材料密度导入到计算辅助分析***进行数字化样机整机和零部件的性能分析；第六步：提取分析结果，查看分析结果是否符合设计要求；如果不符合设计要求则根据提出的优化解决方案返回到第三步重新设计各机构和结构，如果符合要求则执行第七步；第七步：输出设计的技术文档，将其存储为设计成功案例；

调用所述数据库中的所述数字化样机有限元分析优化模型进行有限元分析优化设计；从所述数据库中取出所述数字化样机有限元分析优化模型的参数，并自动形成有限元分析命令流，生成结构几何模型，建立有限元模型，选择工况、自动加载约束，进行结构的分析优化，修改分析优化后对应的参数，所述数字化样机参数化设计模型中相同的所述参数同步变化，其中，所述有限元分析优化的步骤具体包括：第一步：根据数字化样机结构形式，选取代表性的设计尺寸作为参数化设计变量，实现结构形式之间的变化，实现几何尺寸参数化；第二步：根据标准中规定的载荷组合情况，把各基本载荷进行参数化表示同时编写出数字化样机不同工况下约束条件，供选择，实现边界条件的参数化；第三步：对材料属性以变量形式表示，实现材料属性的参数化；第四步：根据不同的分析内容对分析所需要的参数化内容进行打包，以便自动调用，完成整体金属结构性能分析；第五步：根据分析结果，自动判断是否优化，若有优化必要进入优化模块，否则输出报告；第六步：进行局部强度分析，利用整体分析中的相关技术，对整体中分析结果进行提取、调用转换实现局部强度分析，输出报告。

2.根据权利要求1所述的数字化样机集成开发方法，其特征在于，所述数据库中进一步建立有数字化样机动力学运动学仿真分析模型；且所述数字化样机动力学运动学仿真分析模型、数字化样机参数化设计模型、数字化样机有限元分析优化模型三者之间的相同参数同步共享；

所述方法进一步包括：

调用所述数据库中的所述数字化样机动力学运动学仿真分析模型进行动力学运动学仿真分析设计；从所述数据库中取出所述数字化样机动力学运动学仿真分析模型的参数，并自动替换Adams建模需要的主参数，生成结构几何模型，选择工况、自动加载约束，进行动力学分析，修改分析优化后对应的参数，所述数字化样机参数化设计模型、数字化样机有限元分析优化模型中相同的所述参数同步变化。

3.根据权利要求2所述的数字化样机集成开发方法，其特征在于，所述数据库中进一步建立有数字化样机现场安装仿真模型；且所述数字化样机现场安装仿真模型、数字化样机动力学运动学仿真分析模型、数字化样机参数化设计模型、数字化样机有限元分析优化模型四者之间的相同参数同步共享；

所述方法进一步包括：

调用所述数据库中的所述数字化样机现场安装仿真模型进行现场安装仿真设计；确定吊装方案，搭建吊装仿真现场、施工环境、吊装设备、吊装件，输出吊装虚拟仿真动画。

4.根据权利要求2所述的数字化样机集成开发方法，其特征在于，

所述动力学运动学仿真分析的步骤具体包括：

第一步：利用Adams建模提供的命令语言编程，建立数字化样机整机的参数化模型；

第二步：根据数字化样机实际工作状况，各部件间的运动关系编写数字化样机约束程序，驱动程序，计算程序；

第三步：根据数字化样机实际工作中的工况编写动力学运动学分析平台专用菜单项和对话框；

第四步：通过界面对话框与数据库的连接，进行参数化建模，约束载荷的自动加载，仿真分析；

第五步：自动输出仿真分析结果。

5.根据权利要求3所述的数字化样机集成开发方法，其特征在于，

所述现场安装仿真的步骤包括：

第一步：根据数字化样机结构形式，常规安装方案标准化吊装组件，并参数化建模组件；

第二步：根据吊装现场环境约束条件，确定岸桥吊装方案，选择散吊或滚装，若滚装则选择辅助吊装设备，输出滚装方案及虚拟仿真滚装动画；若散吊，根据吊装组件特性优化选择吊装设备；

第三步：从数据库中读取数字化样机部件信息，驱动标准化吊装组件，采用分析软件对吊装组件进行受力分析；

第四步：通过受力分析后，输出散吊方案及虚拟仿真散吊动画。

6.根据权利要求1至5任一所述的数字化样机集成开发方法，其特征在于，所述数字化样机为岸桥。

7.一种数字化样机集成开发***，其特征在于，所述***包括：

数据库，所述数据库中建立数字化样机参数化设计模型和数字化样机有限元分析优化模型；且两个所述模型之间的相同参数同步共享；

数字化样机参数化设计单元，调用所述数据库中的所述数字化样机参数化设计模型进行参数化设计；根据事物特性改动所述数字化样机参数化设计模型的参数，所述数字化样机有限元分析优化模型中相同的所述参数同步变化，所述数字化样机参数化设计单元包括：细分岸桥细分单元，用于细分数字化样机，将数字化样机细分为结构设计件、机构设计件和标准件三部分，建立数字化样机整体及三部件之间的事物特性表，存放在数据库中；优化结构单元，用于输入设计参数，查询数据库并优化选择数字化样机结构形式；三维模型建立单元，用于进行结构和机构子模块参数化驱动设计，建立三维可参数化驱动模型；提取单元，用于提取主要结构的质量、质心、零部件主尺寸、材料密度存入数据库；性能分析单元，用于将所述主要结构的质量、质心、零部件主尺寸、材料密度导入到计算辅助分析***进行数字化样机整机和零部件的性能分析；判断单元，用于提取分析结果，查看分析结果是否符合设计要求；如果不符合设计要求则根据提出的优化解决方案返回到三维模型建立单元重新设计三维可参数化驱动模型，如果符合要求则通过存储单元保存；存储单元，用于输出设计的技术文档，将其存储为设计成功案例；

数字化样机有限元分析优化单元，调用所述数据库中的所述数字化样机有限元分析优化模型进行有限元分析优化设计；从所述数据库中取出所述数字化样机有限元分析优化模型的参数，并自动形成有限元分析命令流，生成结构几何模型，建立有限元模型，选择工况、自动加载约束，进行结构的分析优化，修改分析优化后对应的参数，所述数字化样机参数化设计模型中相同的所述参数同步变化，所述数字化样机有限元分析优化单元包括：几何尺寸参数化建立单元，用于根据数字化样机结构形式，选取代表性的设计尺寸作为参数化设计变量，实现结构形式之间的变化，实现几何尺寸参数化；边界条件参数化建立单元，用于根据标准中规定的载荷组合情况，把各基本载荷进行参数化表示同时编写出数字化样机不同工况下约束条件，供选择，实现边界条件的参数化；材料属性参数化建立单元，用于对材料属性以变量形式表示，实现材料属性的参数化；金属结构性能分析单元，用于根据不同的分析内容对分析所需要的参数化内容进行打包，以便自动调用，完成整体金属结构性能分析；优化判断单元，用于根据分析结果，自动判断是否优化，若有优化必要进入优化模块，否则输出报告；局部强度分析单元，用于进行局部强度分析，利用整体分析中的相关技术，对整体中分析结果进行提取、调用转换实现局部强度分析，输出报告。

8.根据权利要求书7所述的数字化样机集成开发***，其特征在于，所述***进一步包括数字化样机动力学运动学仿真分析单元；

所述数据库中进一步建立有数字化样机动力学运动学仿真分析模型；且所述数字化样机动力学运动学仿真分析模型、数字化样机参数化设计模型、数字化样机有限元分析优化模型三者之间的相同参数同步共享；

数字化样机动力学运动学仿真分析单元，调用所述数据库中的所述数字化样机动力学运动学仿真分析模型进行动力学运动学仿真分析设计；从所述数据库中取出所述数字化样机动力学运动学仿真分析模型的参数，并自动替换Adams建模需要的主参数，生成结构几何模型，选择工况、自动加载约束，进行动力学分析，修改分析优化后对应的参数，所述数字化样机参数化设计模型、数字化样机有限元分析优化模型中相同的所述参数同步变化。

9.根据权利要求书8所述的数字化样机集成开发***，其特征在于，所述***进一步包括数字化样机现场安装仿真单元；

所述数据库中进一步建立有数字化样机现场安装仿真模型；且所述数字化样机现场安装仿真模型、数字化样机动力学运动学仿真分析模型、数字化样机参数化设计模型、数字化样机有限元分析优化模型四者之间的相同参数同步共享；

数字化样机现场安装仿真单元，调用所述数据库中的所述数字化样机现场安装仿真模型进行现场安装仿真设计；确定吊装方案，搭建吊装仿真现场、施工环境、吊装设备、吊装件，输出吊装虚拟仿真动画。

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