圖1 長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司

隨著我國(guó)城市軌道交通的不斷建設(shè)發(fā)展，作為軌道交通車輛的重要部件——座椅也在結(jié)構(gòu)、功能各方面得到快速發(fā)展，技術(shù)先進(jìn)的歐洲國(guó)家也紛紛到中國(guó)采購(gòu)軌道車輛部件，不斷沖擊國(guó)內(nèi)同行業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)。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(fā)展到現(xiàn)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(dāng)車輛起車、剎車時(shí)座椅上的乘客容易受貫性向前竄動(dòng)，破壞了座椅的乘坐的舒適性。長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司設(shè)計(jì)科針對(duì)所設(shè)計(jì)的內(nèi)容發(fā)展趨勢(shì)和潮流，與長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院、長(zhǎng)春熱力集團(tuán)技術(shù)科于2007年成立了課題攻關(guān)小組，針對(duì)座椅關(guān)鍵部位進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，并對(duì)其工作過程進(jìn)行模擬。采用三維設(shè)計(jì)軟件Autodesk Inventor和AutoCAD的配合操作，成功地將三維設(shè)計(jì)運(yùn)用到實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，取得了設(shè)計(jì)理念的飛躍性突破。設(shè)計(jì)工作由抽象化演變?yōu)橹庇^化，對(duì)設(shè)備的動(dòng)作模擬逼真到位。

壓窩不銹鋼座椅的安裝在車體側(cè)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(shè)有加熱器及熱能導(dǎo)流裝置;椅面形狀與人體生理彎曲相符，具有人機(jī)工程學(xué)原理，舒適美觀、安全可靠，當(dāng)車輛起車、剎車時(shí)座椅對(duì)乘客的竄動(dòng)能夠起防滑作用及增加座椅強(qiáng)度，導(dǎo)流裝置能夠?qū)⒆蜗虏考訜崞鳠崮苁鑼?dǎo)，使椅面均布恒溫，其使用壽命長(zhǎng)、防火阻燃性能強(qiáng)、安裝、拆卸、檢修方便靈活。

壓窩不銹鋼座椅的結(jié)構(gòu)由椅面、椅背和座椅支架組成。其特征在于：椅面與側(cè)板焊成一體，椅面上沿設(shè)有散熱孔，椅面下沿向里側(cè)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(shè)有通孔與側(cè)面固定連接側(cè)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(shè)有散熱孔，座椅支架后側(cè)及下部設(shè)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(dǎo)流板、安裝板、拉板組成的熱導(dǎo)流裝置固定在座椅支架上和椅面下部，下設(shè)溫度導(dǎo)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。

經(jīng)過以上分析，課題組成員一致認(rèn)為如果采用現(xiàn)有設(shè)計(jì)軟件來完成壓窩不銹鋼座椅設(shè)計(jì)有幾個(gè)問題有待解決。

沿用傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法，已經(jīng)越來越不適應(yīng)目前研發(fā)新產(chǎn)品的要求。

1、我們?cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品體積稍大，包含的零件數(shù)量較多，裝配關(guān)系復(fù)雜，工程師往往需要多個(gè)視圖才能將設(shè)計(jì)意圖表達(dá)清楚。在對(duì)圖紙的處理過程當(dāng)中，我們需要花費(fèi)大量的時(shí)間繪制剖視圖、局部剖視圖。當(dāng)圖紙某處想要修改，那么與之相關(guān)的視圖全部都要重新編輯。

2、二維軟件是不能靠參數(shù)驅(qū)動(dòng)、而設(shè)計(jì)的過程又不是一蹴而就的，不同視圖和圖紙之間是不關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)變更的時(shí)候，需要反復(fù)修改后才能確定最終的設(shè)計(jì)圖紙?？傃b圖和零件圖之間缺乏關(guān)聯(lián)，修改的過程就變得麻煩，改完一個(gè)還要改另一個(gè)，這樣重復(fù)性的勞動(dòng)容易使人疲倦，很有可能產(chǎn)生錯(cuò)誤，極大的影響了產(chǎn)品研發(fā)和投放市場(chǎng)的速度。

3、座椅產(chǎn)品研發(fā)中存在零件的設(shè)計(jì)，工程師必須根據(jù)設(shè)計(jì)要求計(jì)算出零件的受力、變形的情況。這是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作，期間要根據(jù)公式進(jìn)行許多折彎處釋壓的計(jì)算，而且結(jié)果還不夠精確。并且在二維設(shè)計(jì)環(huán)境中無法準(zhǔn)確計(jì)算出零件的受力、變形，只能用估算的方法，無法準(zhǔn)確確認(rèn)造成零件無法優(yōu)化到合理的數(shù)值，產(chǎn)品的成本也就不是最優(yōu)化的合理的數(shù)值，直接關(guān)系到整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量。

Inventor軟件界面的布局設(shè)置的很合理，把大多數(shù)命令都集成至工具面板，操作非常簡(jiǎn)單。瀏覽器采用樹形結(jié)構(gòu)，查看特征樹或裝配關(guān)系一目了然，使用起來很方便。

1、項(xiàng)目組采用至頂向下的設(shè)計(jì)方法不變，在部件環(huán)境創(chuàng)建基礎(chǔ)零件，根據(jù)設(shè)計(jì)意圖，基于裝配關(guān)系，逐步創(chuàng)建其余零部件。建模過程直觀地反映出工程師的設(shè)計(jì)思路，把人腦中的構(gòu)思真實(shí)地再現(xiàn)。模型尺寸通過參數(shù)控制，修改時(shí)雙擊尺寸， 輸入新的數(shù)值，模型即自動(dòng)修改，這是二維設(shè)計(jì)所不能比擬的。

2、項(xiàng)目組采用Inventor軟件，緊緊跟隨客戶產(chǎn)品的變化，相應(yīng)地變化我們的生產(chǎn)線，可以讓客戶直接看到我們?yōu)榭蛻袅可矶ㄗ龅姆?wù)，大大提升了公司的形象。產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)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(cè)擋板和導(dǎo)流板組成，對(duì)于座椅的設(shè)計(jì)，Inventor也能很好的支持。在開始設(shè)計(jì)之前，需要先設(shè)置一系列參數(shù)，軟件可以自動(dòng)創(chuàng)建零件展開圖。

4、座椅安裝時(shí)項(xiàng)目組利用Inventor自有的焊接模塊對(duì)產(chǎn)品中大量的組焊件進(jìn)行計(jì)算，如：強(qiáng)度校核、應(yīng)力校核、焊縫重量統(tǒng)計(jì)等。計(jì)算的速度提高數(shù)倍，計(jì)算結(jié)果極為精確，從面減少了大量的設(shè)計(jì)失誤。

5、壓窩不銹鋼座椅的結(jié)構(gòu)由椅面、椅背和座椅支架組成;其特征在于：椅面與側(cè)板焊成一體，椅面上沿設(shè)有散熱孔，椅面下沿向里側(cè)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(shè)有通孔與座椅支架連接，座椅支架的側(cè)面固定連接側(cè)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(shè)有散熱孔，座椅支架后側(cè)及下部設(shè)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(dǎo)流板、安裝板、拉板組成的熱導(dǎo)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(xué);下設(shè)溫度導(dǎo)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(qiáng)度提高壽命。在Inventor中可以方便地進(jìn)行BOM的處理，可以直接將Inventor 里面所生成的BOM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到Excel中進(jìn)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。

項(xiàng)目組引入三維設(shè)計(jì)，使用Inventor設(shè)計(jì)座椅總成結(jié)構(gòu)(圖2、圖3所示)、椅面結(jié)構(gòu)(圖4所示)、導(dǎo)流裝置結(jié)構(gòu)(圖5所示)。

圖2 座椅總成結(jié)構(gòu)圖

圖3 座椅總成結(jié)構(gòu)圖

圖4 椅面結(jié)構(gòu)圖

圖5 導(dǎo)流裝置結(jié)構(gòu)圖

這樣的設(shè)計(jì)不但可以克服縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的困擾，而且可以通過鼠標(biāo)拖動(dòng)、旋轉(zhuǎn)就可觀察三維模型，設(shè)計(jì)合理的座椅結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，將零件面板切換至“環(huán)境”面板，選擇“應(yīng)力分析”功能即可進(jìn)入應(yīng)力分析模塊，通過施加載荷和固定約束，軟件就可以自動(dòng)計(jì)算產(chǎn)品的等效應(yīng)力和最大變形量，來驗(yàn)證我們?cè)O(shè)計(jì)的壓窩不銹鋼座椅產(chǎn)品是否符合技術(shù)要求。

隨著現(xiàn)代輔助設(shè)計(jì)的發(fā)展，我公司還協(xié)同長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院創(chuàng)新工作室共同利用Inventor技術(shù)來完成多項(xiàng)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，如自行車(圖6)、減速器(圖7)等產(chǎn)品在相關(guān)企業(yè)和院校都得到廣泛的好評(píng)。

圖6 自行車

圖7 減速器

幾十年來，我國(guó)的制造業(yè)一直尋求一套更好的方法來用于設(shè)計(jì)、制造和效益之間的完美組合，讓設(shè)計(jì)師的思想表達(dá)和制造師們緊密結(jié)合。知識(shí)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化和無紙化生產(chǎn)將是未來企業(yè)發(fā)展的必然方向。

“從2005年開始我公司進(jìn)入Inventor專業(yè)輔助設(shè)計(jì)，運(yùn)用其參數(shù)化設(shè)計(jì)和Autodesk自適應(yīng)技術(shù)完成了多項(xiàng)產(chǎn)品的開發(fā)與研制，使得我們?cè)谡麄€(gè)設(shè)計(jì)的過程中更加感到舒心，也使得我們的產(chǎn)品贏得了越來越多用戶的支持。”長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司金豆集團(tuán)開發(fā)部部長(zhǎng)李玉芬評(píng)價(jià)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(yè)輔助設(shè)計(jì)的功能，如專業(yè)的公差概念、螺紋、設(shè)計(jì)拼湊、強(qiáng)大的工程圖功能和自適應(yīng)技術(shù)等等。同時(shí)， Inventor還提供了巨大的數(shù)據(jù)管理和并行設(shè)計(jì)支持功能，為我公司提供了一個(gè)PLM(Product Lifecycle Management)系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)管理來提高企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

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