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MFG解決方案

SOLUTION

穩中求快,快中求穩
Inventor技術在壓窩不銹鋼座椅設計中的應用



客戶
長春軌道客車股份有限公司

案例
Inventor技術在壓窩不銹鋼座椅設計中的應用

相關軟件及解決方案
Autodesk Inventor

客戶證言
從2005年開始我公司進入Inventor專業輔助設計,運用其參數化設計和Autodesk自適應技術完成了多項產品的開發與研制,使得我們在整個設計的過程中更加感到舒心,也使得我們的產品贏得了越來越多用戶的支持。
——長春軌道客車股份有限公司金豆集團開發部部長,李玉芬

圖1 長春軌道客車股份有限公司

一、公司簡介

長春軌道客車股份有限公司成立于2002年3月,在原長春客車廠主營業務和優良資產的基礎上經改制、重組后組建的新型股份制公司(圖1所示)。公司與國內同行企業相比,具有規模大、技術裝備精、研發能力強、管理平臺新、國際合作廣、歷史業績佳六大優勢。是我國最大的鐵路客車、動車組和城軌客車研發、制造和出口基地。

二、項目背景

隨著我國城市軌道交通的不斷建設發展,作為軌道交通車輛的重要部件——座椅也在結構、功能各方面得到快速發展,技術先進的歐洲國家也紛紛到中國采購軌道車輛部件,不斷沖擊國內同行業產品市場。作為城市軌道車輛的重要部件——座椅,由十幾年前單一的鋼架包布座椅發展到現在有多種多樣,目前較多使用的有玻璃鋼座椅、鋁支架布面座椅、鋼架布面座椅、不銹鋼面鋁架座椅、不銹鋼面耐候鋼架座椅等。目前的座椅存在著當車輛起車、剎車時座椅上的乘客容易受貫性向前竄動,破壞了座椅的乘坐的舒適性。長春軌道客車股份有限公司設計科針對所設計的內容發展趨勢和潮流,與長春職業技術學院、長春熱力集團技術科于2007年成立了課題攻關小組,針對座椅關鍵部位進行三維設計,并對其工作過程進行模擬。采用三維設計軟件Inventor和AutoCAD的配合操作,成功地將三維設計運用到實際的設計工作中,取得了設計理念的飛躍性突破。設計工作由抽象化演變為直觀化;對設備的動作模擬逼真到位。

三、項目內容

壓窩不銹鋼座椅的安裝在車體側墻上及車體地板上,為四人、五人模壓不銹鋼椅面,椅面下部設有加熱器及熱能導流裝置;椅面形狀與人體生理彎曲相符,具有人機工程學原理,舒適美觀、安全可靠,當車輛起車、剎車時座椅對乘客的竄動能夠起防滑作用及增加座椅強度,導流裝置能夠將座椅下部加熱器熱能疏導,使椅面均布恒溫,其使用壽命長、防火阻燃性能強、安裝、拆卸、檢修方便靈活。

壓窩不銹鋼座椅的結構由椅面、椅背和座椅支架組成。其特征在于:椅面與側板焊成一體,椅面上沿設有散熱孔,椅面下沿向里側為弧形,椅面下部與靠骨架粘接,靠骨架為不銹鋼板形狀與椅面截面形狀完全相符,其上設有通孔與側面固定連接側擋板的座椅支架連接,前面用卡簧片及螺釘固定連接有前擋板,前擋板上部安裝有手柄,并設有散熱孔,座椅支架后側及下部設有通孔,與車體通過螺釘連接固定;由連接鉚釘固定連接的導流板、安裝板、拉板組成的熱導流裝置固定在座椅支架上和椅面下部,下設溫度導流裝置椅面溫度適宜,椅面材料為耐腐蝕的不銹鋼板且模具成型。

四、用戶挑戰

經過以上分析,課題組成員一致認為如果采用現有設計軟件來完成壓窩不銹鋼座椅設計有幾個問題有待解決。

沿用傳統的二維設計方法,已經越來越不適應目前研發新產品的要求。

1、我們設計的產品體積稍大,包含的零件數量較多,裝配關系復雜,工程師往往需要多個視圖才能將設計意圖表達清楚。在對圖紙的處理過程當中,我們需要花費大量的時間繪制剖視圖、局部剖視圖。當圖紙某處想要修改,那么與之相關的視圖全部都要重新編輯。

2、二維軟件是不能靠參數驅動、而設計的過程又不是一蹴而就的,不同視圖和圖紙之間是不關聯的系統,在進行設計變更的時候,需要反復修改后才能確定最終的設計圖紙。總裝圖和零件圖之間缺乏關聯,修改的過程就變得麻煩,改完一個還要改另一個,這樣重復性的勞動容易使人疲倦,很有可能產生錯誤,極大的影響了產品研發和投放市場的速度。

3、座椅產品研發中存在零件的設計,工程師必須根據設計要求計算出零件的受力、變形的情況。這是一項費時費力的工作,期間要根據公式進行許多折彎處釋壓的計算,而且結果還不夠精確。并且在二維設計環境中無法準確計算出零件的受力、變形,只能用估算的方法,無法準確確認造成零件無法優化到合理的數值,產品的成本也就不是最優化的合理的數值,直接關系到整個產品的質量。

五、解決問題

Inventor軟件界面的布局設置的很合理,把大多數命令都集成至工具面板,操作非常簡單。瀏覽器采用樹形結構,查看特征樹或裝配關系一目了然,使用起來很方便。

1、項目組采用至頂向下的設計方法不變,在部件環境創建基礎零件,根據設計意圖,基于裝配關系,逐步創建其余零部件。建模過程直觀地反映出工程師的設計思路,把人腦中的構思真實地再現。模型尺寸通過參數控制,修改時雙擊尺寸,輸入新的數值,模型即自動修改,這是二維設計所不能比擬的。

2、項目組采用Inventor軟件,緊緊跟隨客戶產品的變化,相應地變化我們的生產線,可以讓客戶直接看到我們為客戶量身定做的服務,大大提升了公司的形象。產品進入市場時間大大加快,這讓我們贏得更多客戶的信任。

3、壓窩不銹鋼座椅,由椅面、座椅支架、椅面靠骨架、前擋板、側擋板和導流板組成,對于座椅的設計,Inventor也能很好的支持。在開始設計之前,需要先設置一系列參數,軟件可以自動創建零件展開圖。

4、座椅安裝時項目組利用Inventor自有的焊接模塊對產品中大量的組焊件進行計算,如:強度校核、應力校核、焊縫重量統計等。計算的速度提高數倍,計算結果極為精確,從面減少了大量的設計失誤。

5、壓窩不銹鋼座椅的結構由椅面、椅背和座椅支架組成;其特征在于:椅面與側板焊成一體,椅面上沿設有散熱孔,椅面下沿向里側為弧形,椅面下部與靠骨架粘接,靠骨架為不銹鋼板形狀與椅面截面形狀完全相符,靠骨架上設有通孔與座椅支架連接,座椅支架的側面固定連接側擋板,前面用卡簧片及螺釘固定連接有前擋板,前擋板上部安裝有手柄,前擋板上設有散熱孔,座椅支架后側及下部設有通孔,與車體通過螺釘連接固定;由連接鉚釘固定連接的導流板、安裝板、拉板組成的熱導流裝置固定在座椅支架上和椅面下部。其椅面形狀符合人體工程學;下設溫度導流裝置椅面溫度適宜;椅面材料為耐腐蝕的不銹鋼板且模具成型,增加強度提高壽命。在Inventor中可以方便地進行BOM的處理,可以直接將Inventor里面所生成的BOM數據轉到Excel中進行編輯和使用。從而把讓我們的工程師頭疼的問題變得如此的輕松,在BOM表的處理上提高工作效率一倍。

六、成果展示

項目組引入三維設計,使用Inventor設計座椅總成結構(圖2、圖3所示)、椅面結構(圖4所示)、導流裝置結構(圖5所示)。

圖2 座椅總成結構圖

圖3 座椅總成結構圖

圖4 椅面結構圖

圖5 導流裝置結構圖

這樣的設計不但可以克服縱橫交錯的網狀結構的困擾,而且可以通過鼠標拖動、旋轉就可觀察三維模型,設計合理的座椅結構。結構設計完成后,將零件面板切換至“環境”面板,選擇“應力分析”功能即可進入應力分析模塊,通過施加載荷和固定約束,軟件就可以自動計算產品的等效應力和最大變形量,來驗證我們設計的壓窩不銹鋼座椅產品是否符合技術要求。

隨著現代輔助設計的發展,我公司還協同長春職業技術學院創新工作室共同利用Inventor技術來完成多項產品的創新設計,如自行車(圖6)、減速器(圖7)等產品在相關企業和院校都得到廣泛的好評。

圖6 自行車

圖7 減速器

七、未來展望

幾十年來,我國的制造業一直尋求一套更好的方法來用于設計、制造和效益之間的完美組合,讓設計師的思想表達和制造師們緊密結合。知識驅動的自動化和無紙化生產將是未來企業發展的必然方向。

“從2005年開始我公司進入Inventor專業輔助設計,運用其參數化設計和Autodesk自適應技術完成了多項產品的開發與研制,使得我們在整個設計的過程中更加感到舒心,也使得我們的產品贏得了越來越多用戶的支持。”長春軌道客車股份有限公司金豆集團開發部部長李玉芬評價道。我們可以看到跟別的三維軟件不一樣的是,Inventor提供了許多專業輔助設計的功能,如專業的公差概念、螺紋、設計拼湊、強大的工程圖功能和自適應技術等等。同時,Inventor還提供了巨大的數據管理和并行設計支持功能,為我公司提供了一個PLM(Product Lifecycle Management)系統,通過計算機管理來提高企業的產品研發能力和市場競爭能力。

詳細請見:

http://www.autodesk.com.cn/adsk/servlet/pc/item?siteID=1170359&id=20124844

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