论文题目：基于P/ROE工艺工装三维标准化设计现专业技术资格：工程师
申报评定资格：高级工程师
单位及部门：
现专业及岗位：工艺设计工艺设计师
姓名：黄梦阳
联系方式：135********
2010年07 月08 日
基于P/ROE工艺工装三维标准化设计
前言
高质量、高效率、低成本已经成为制造业进一步发展的出路和标准，以信息化带动工业化。在近几年的工作中，我们已经感受到了信息化建设带来的便利和好处。通过信息化建设来增强自身的核心竞争力，在项目任务中逐步实现研发、生产、管理的跨越式发展，使信息化建设更好地为企业服务，三维标准化设计正是基于这种情况开展的。
工装设计背景
在工装三维项目具体开展前，PRO/E软件已在冲压件工艺补充、形状特别的冲压件模具设计、复杂的工装空间结构设计等工作中都发挥了一定的作用，但这仅仅是局部应用。随着青汽厂局域网的建立，PDM系统的应用，模具数控加工的数模需求，同时青汽厂研发、设计、管理、生产等方面正逐步走向信息化，工装设计也正是在这种硬件环境的背景下，必须从二维向三维设计过渡，但实行工装三维标准化设计（模具和非标设计）之前没有任何三维设计环境基础配置，PTC公司也不可能提供全面技术支持，因为这要涉及到模具、非标、国家标准、企业标准等专业知识，所以只有自己结合实际情况，通过自身的努力，应用PRO/E基础模块开创先河地开展起冷冲压模具设计。
A.CAD图档管理现状
工装项目实行前使用的CAD工具主要包括Pro/ENGINEER和AutoCAD，管理方面的问题主要包括：设计数据分散，不能实现共享；数据查找困难，借用困难；没有统一的数据管理，数据安全性差；无法保证归档图样和电子版本一致；没有统一的三维基础设计环境，没有统一的标准件库，设计人员重复设计标准件；没有并行设计环境，设计人员无法进行并行设计；无法实现项目状态控制。
B.工装三维标准化设计目标
为了适应变化迅速的市场需求，产品研制周期、质量、成本、服务成为每一个现代企业必须面对的问题。而PRO/E中TOP-DOWN设计、并行设计是对产品及其相关过程集成、并行地进行设计，把一切可能产生的错误和矛盾尽可能及早发现，以缩短工装设计周期，降低成本，提高工装质量，并能在高层实现更改控制，更好的为设计，为企业服务。
结合目前CAD工具使用情况、PDM系统在产品的建立和以后发展的趋势，拟采用PTC公司的工作组级PDM产品——INTRALINK，目标是以该系统为基础：以冷冲压模具为实施项目，建立协同的工作环境和统一的工装设计知识库；制订和建立图档数据管理的标准（最终进入厂级PDM[windchill]系统）；制订和优化设计流程；提高工装设计水平和工作效率，缩短设
计周期；优化相关管理制度等。
◆主要工作内容
A.建立三维设计环境
设定用户的工作环境，让用户在一个符合国标的工作环境中工作
制定三维标准化设计工作流程：
准备工作→工装件结构分析规划→几何建模→设计修改→设计输出
制定文档管理规则：
1).目录管理: 分类目录管理，版本和日期
2).文档命名:确定装配层次（零件所依存的组件）、指定零件唯一编号（零件名称）、
指定零件类型（国标件、企标件、自制件、外购件、备注）。
定义配置文件
1）.CONFIG.PRO：确定PRO/E的工作环境下建立各种模型的标准，如长度单位、公差标注方式、层树的定义、打印的设定等等。 CONFIG.PRO文件配置的是否合理直接影响工作质量和效率，经过多次优化、筛选，最终确定140多项。
2）.PRO.DTL：定义工程图本企业标准设定（以国标为蓝本）。经过多次的优化，最终确定160多项。
3）.PROMAT.DTL：定义图框本企业标准设定（以国标为蓝本）。图框中加入工程图模板的部分参数化信息，使得图幅更换变得非常容易而不丢失用户所需变量，确实提高工作效率。
B.定制三维模型设计所需模板
定义标准的零件、装配、工程图及图框模板，目的是减少重复劳动，并满足标准化要求。
零件PART 模板，PART模板的定制考虑以下因素:
①、定义基准面和视图方向
②、定义零件多个参数
③、定义公差设置
④、必要层的定义，单位的确定，材料库的建立
⑤、关系式的建立
装配ASM模板，ASM模板的定制考虑以下因素:
①、定义基准面和视图方向
②、定义零件多个参数
③、必要层的定义，单位的确定
④、关系式的建立
定制图框模板
依据国标和本企业标准创建了14个标准图框，包括模具和焊夹等非标设计两套，在相应的图框中加入参数和关系，以便图幅无限制的更换时数据不丢失。
定制工程图模板
工程图模板包括各组件、零件的序号、代号、名称、数量、材料、重量、重复件的总重等参数的自动填表；国标、企标、非标件按本厂的标准分别排列在各自的区域；总装配的总重计算；视图的自动产生；序号标注的自动创建等。
工程图模板的定制考虑以下因素：
①、标准图框的调用；②、模板视图定制；③、参数定制；④、BOM表定制；⑤、
关系式的建立
工程图模板包括模具设计和焊夹等非标设计两套（共14个）。
符号库定制
符号库是PRO/E基础环境数据完善的一个有效补充，它主要包括常用非标准符号，基准工程图标注符号，常用文字性描述等三个方面。
pro/e软件应用平台是针对广义的工程设计，具体到某公司甚至某部门，它给予终端用户一个为自身量身定做的工具。因此终端用户可以以国标为蓝本，根据本企业的要求，开发一系列提高实际工作效率的工具。包括pro/e基本工作环境、三维图模板的定制、工程图模板的定制、模具焊夹等工装结构设计的程式化、各种符号的定制等。符号库的定制最终目的是提高工作效率。
C.建立三维标准件，包括国标和企标件
标准件的建立，不是做几个简单的实体零件，其创建的基本思路如下：
①、要加入某些参数，如关联标准件号、标准件名称、重量等等一些参数，跟工程图模板一定要有关联。
②、尽量减少特征，减少零件显示的轮廓线。
③、隐藏不必要的基准显示，如基准面、基准轴等等。
④、多个零件组合使用的标准件，要尽量建装配文件，目的是减少工作量，对族表类零件，给族表子零件的名称要易于查找。总之，标准件的建立要尽量简化还要好用。
标准元件
1）Program/Relation
①、离散而有规律的
②、连续有规律的
③、主要参数随机的，需要用户输入的，如：冲头
2）Family Table
①、离散而尺寸无规律的
②、标准系列化的，如：螺钉、导柱、弹簧
3）一般实体建模
①、离散结构无规律
②、型号较少
常用结构 UDF
①、常用结构特征，如：MB-107 起重臂
②、常用元件排布
现已完成的标准件有：
1、新版《冷冲模标准件》全部零件
2、工装设计常用的部分国标件
3、焊夹等非标设计常用件
共设计完成标准件两百余种，子零件八千余个。
D.模具、焊夹等工装结构分析规划
模具、焊夹等结分析
①、模具结构从大的方面分上模、下模两部分。
②、焊夹结构，对于复杂的焊夹结构，有多个主要定位装置，每个主要定位装置为一级组件。
纵梁模具模板化三维设计
纵梁落冲模具用AUTOCAD二维设计已经是程式化，效率高，如何用PRO/E进行三维设计效率与AUTOCAD等同甚至效率更高？按照纵梁落冲模的结构，每个部件都采用模板化设计，利用PRO/E极强的参数化，关联模具各部件的主要尺寸，通过修改冲压件的主要数据，自动生成模具各零件和其工程图，完成整套模具设计。采用模板化进行三维设计，效率不比AUTOCAD低，但效果大不一样。
装配结构规划
①、模具、焊夹工装设计，必须采用TOP -DOWN 设计思
②、一级子组件只分两组，分别装载上模、下模信息，二三级等子组件随情况而定。
③、焊夹一级子组件的数量随情况而定，至少一组，二三级等子组件也随情况而定。
E.PRO/E几何建模规划
Top Down设计基本步骤：
①、在Layout（布局）中规划全局的产品信息。(某些结构需要时针对性的采用)
②、生成初始的装配结构
③、创建skeletons（骨架）来定义产品的3D信息
④、使用blish Geometry（发布几何）特征来发布设计信息
⑤、使用 Copy Geometry（复制几何）特征来传递设计信息
⑥、使用中心设计信息来创建模型几何
⑦、用实体模型实现装配
⑧、建立互换模型以适应不同的设计变动
工装三维设计步骤：
a、建立一新的组成件（顶级ASM）：
选缺省模板（asm_start.asm），给CZNAME赋予字符串值（工装件的中文名称）。
b、创建骨架：
骨架模型构成组件框架，并且包括装配其它元件的图元。骨架只能在组件中创建，但可对其进行检索、处理并另存为普通零件。骨架通常由曲面和基准特征组成，但它们也可具有实体几何。而工装设计中骨架以实体几何的形式存在比较普遍，这主要是由PRO/E软件本身对曲面线框处理模式决定的（对组件式的骨架重叠曲面线框显示太乱）。并且PRO/E软件设定的骨架也只是PART级零件，不能是组件形式，所以工装设计所要创建的骨架有如下情形：
对于只是PART零件级形式的骨架，共享数据来源有两种方法：
①、本身由产品原始数据经过复杂的演变而来的（如工艺补充），而且与原始产品数据无多大关联，工装设计原始信息也加入在其中，这样的骨架其实就是一个零件（取名GJ.PRT），所以在装配模式下，新建骨架时选择复制现有的这个零件（GJ.PRT）, 此时骨架(GJ_SKEL.PRT)与GJ.PRT零件没有关联，若产品变化就直接修改骨架。(或者一开始就在装配模式下选择PART模板建立GJ_SKEL.PRT这个骨架)。模具中用的较多，如
产品给的数据model、igs等无法直接修改的文件；多工序冲压件的工艺补充等。
在模具中骨架结构包括冲压件的信息，模具闭合高度，模架大小，模具加工基准点，各零部件的空间位置、结构及大小,打杆托杆的位置，废料刀的位置等等。
②、从其他模型合并、继承（继承不支持钣金件），从原始产品模型（可修改的数据）中共享数据，此时骨架与原始产品模型关联。
对组件形式的(多个零件)骨架，共享数据来源有四种方法：
①、原始数据是组件类数据转成IGS（STP、MODEL等）后成PART零件数据的，直接将该零件模型元件复制成新的骨架模型。（此时用合并没有多大意义，原始数据本身无法修改）
②、原始数据是组件类的，创建骨架可以用“从其他模型收缩包络”命令，这种方法也与原始数据关联。但数据是以曲面形式存在，且选择质量等级较低时，影响数据传递的精确性。
③、原始数据是组件类的，以复制现有的方式创建多个骨架,把它们装配起来。若要与原始数据关联，创建每个骨架时采用合并、继承命令，然后再按装配关系装配。
④、原始数据是组件类的，创建骨架时对每个所需要原始零件采用合并命令，并再按装配关系放置每个特征。这样每个原始零件就各成为骨架的一个特征。
对只提取部分原始信息的骨架，共享数据来源方法有：发布几何、复制几何等，提取所需要的信息。
c、创建一级子组件，二级子组件，……：
选缺省模板(asm_start.asm)。对于非自制的外购组件，在三维组件中加cbz、wbz 字符型参数，字符串值分别为wg、zj。不允许再在子组件中加入骨架。
d、创建PRAT零件：
选缺省模板(start.prt)。给字符型参数cname一个字符串值（当然，在工程图bom 标中名称栏也可直接填写），在编辑设置中指定cmat材料。对于外购零件，在三维零件中加cbz字符型参数，字符串值为wg。
在哪级组件中加入零件，就激活哪级组件。同时随时隐藏(显示)不需要(需要)的元素。零件建模的参照尽量单一化，选择适当的共享方法，骨架优先；零件特征严格上要求功能相同的归为一特征，便于修改；参照的轮廓边、线，圆弧类的尽量草绘时不用偏距这一命令，直接画圆，这样能直接在工程图中显示圆心。草绘尺寸标注尽量符合国标。
e、装配标准件：
当然可以在设计的开始就使用特定的正确的库标准件根据骨架信息放到装配中。但
大多数是后装配的。此时要注意标准件装配在哪级组件中。
f、视图管理：
给视图定向，不论是组件还是零件，在三维模式下必须确定随后的工程图中第一个主视图定向，取名front，方便工程图中各视图的自动产生。视图管理模式有简化表示、显示样式、剖面和区域、爆炸视图。这里不详细阐述。
F.标准件的调用
标准件的形式多种多样，设计的方法也千差万别，因此标准件的调用也不相同。
企业标准件
a、族表类零件：选自己所需要的规格，有组合件的优先选组合件
①、模具类：如MB-07 MB-08 等共134种。
②、焊夹类：如HJ01等共23种.
b、相关尺寸随机给定类零件
对此类零件，先打开，点击再生图标，根据提示选择所要的尺寸，然后保存中性格式文件[*.neu]，文件名在原有名称前加上模具编号，如需多个不同尺寸的零件，再在最后加序号，如：p40-6666-mb-21-1 p40-6666-mb-21-2等，目的是避免在Intralink 环境中文件名重复，导致文件不能检入。中性文件不要检入到Intralink环境中。
①、模具类：如MB-21等37种
②、焊夹类：如HJ09等9种
c、标准模座的选用
选用标准模座时，先分别打开上、下模座子组件，从族表里选择所要的规格,然后另保存组件(*.asm)，给这个子组件一个新的名称，(取名原则如中性文件的命名)，在弹出的对话框中再把模座重新命名，其他重复使用。
d、其他：
MB-107 起重臂用继承命令作为一个特征加入到模架上，方便此尺寸标注。
国标
目前涉及到的国标件主要是螺钉、螺母、销钉、垫片、轴承、角轮等,都属于族表类零件。国标件可根据需要逐渐增加。
外购件
对于外购件，在part零件中，参数CBZ字符串值设置为“wg”。
备注
对于族表类零件，公共区间都有，调用时从公共区间检入到工作区间，再装配。揉性类零件装配时注意揉性变化值,对现有揉性类零件原则上取值方式按距离。
G.纵梁模具模板化三维设计操作指导
纵梁落冲模三维设计，完全是模板化设计，具体设计操作指导详见《PROE工装设计规范》
H.PRO/INTRALINK系统三维数据库的建立
所有工装三维标准件都已检入INTRALINK系统，按照文档管理规则，在服务器上构建三维设计系统环境，并在INTRALINK中实现并行设计。在进行这些环境构建的同时，根据工装设计的实际情况进行了一系列的定制：
①、设置用户和组。
②、建立项目文件夹结构。
③、给文件夹分配用户权限。
④、确定项目管理者权限。
⑤、CAD图档编码。根据青汽厂的企业标准，保证入库图样编号唯一。
I.确定三维设计修改与借用的方法
设计修改：
设计中失败在所难免，出现失败不要以立刻删除方式处理，往往去解决失败事半功倍。失败处理一般从以下几个方面考虑：参考丢失、参考更改、零件丢失或移除、细小边或间隙的临界问题。
设计借用：
设计过程中，有时会遇到类似件的工装设计，此时可考虑整个工装件的借用，在INTRALINK设计环境中借用方法如下：
①、从公共区间检出目标到指定的工作区间
②、在工作区间选择所要借用的目标，同步复制-重命名（依存关系选“无”）-原始目标文件从工作空间删除
③、用PROE打开总装配图的重命名文件、工程图-更新文件
④、修改骨架，修改其他设计
目的：骨架模型中合并或继承过来原始件的名称也更改(由A变为B)。有的骨架模型是以外部合并或继承过来的，这个骨架中合并（继承）特征的基础模型是隐形的，但它却是最原始的数据（如A）。修改原始数据骨架自动更改。
J.设计输出
图纸设计完成最终要送到车间加工生产，输出方式有两种，一是打印出图纸，二是数模输出给数控机床。选择图纸打印，设计工程图时，选择标准工程图模板。
工程图的创建
一套完整的工装件，原则上只创建一个工程图文件（*.drw），这样便于修改，自动排版打印。创建的方法是，首先创建总装配工程图，然后创建子装配工程图、零件图，（子装配图、零件图可不保存，进程中选择加入），在绘图模式下插入共享数据，选子装配工程图、零件图文件，最后再进行编辑、尺寸标注等。
打印文件的创建
配置打印文件前，文件只能单张打印，而且不能自动排版，一度浪费大量图纸，三维标准化设计启动后为HP700打印机配置了HP700的打印文件，现使用新打印机HPT1100,新创建打印文件hpt110。系统自动排版打印，节约时间和大量图纸。
打印文件的方法
选择默认打印机为HPT1100，在弹出的打印对话框中选“确定”即可，若要选择打印，指定范围或当前页，系统会自动排版打印。
K.PRO/E三维设计有关参数约定
为选用标准工程图模板正确自动填写BOM表，对有关PRO/E文件参数做如下约定：
L.PRO/E三维标准化设计技术规范的确立
三维标准化设计必须规范设计过程，让用户以一个科学的，正确的方式设计产品，提高设计效率。技术规范内容详见《PROE工装设计技术规范》。
◆项目的关键技术及创新点
A.基于PRO/E三维系统基础环境的体系建设
PRO/E只有针对注塑模设计专用模块和外挂程序EMX。对于用PRO/E基础模块设计冷冲压模具，软件本身只是提供一个操作平台，要把PRO/E软件打造成一款服务于工装设计的工具，必须建设基于PRO/E一整套三维系统基础环境，所以它是一个复杂体系的建设过程。
B.参数化、模板化、标准化设计
充分利用PRO/E技术的
全参性，尽可能实现建模自
动化，设计标准程度最大
化。从设计零件开始到工程
图BOM表自动生成设计，相
关参数通过程序设计建立
各自的关联，贯穿始终。目
的是规范零件模型参数，减
少人工参与过程，提高工作效率。
参数化管理各个构件图
图框（FORMAT）参数化：系统参数＋自定义参数
零件（PART）模板
零件模板中包含这些信息：定义好的基准面和视图方向，多个参数，公差设置，必要层，单位，材料库，关系式等。
参数层
材料库
装配（ASM）模板
装配模板中包含这些信息：定义好的基准面和视图方向，多个参数，公差设置，必要层，单位，关系式等。（图略）
工程图模板
工程图模板包含这些信息：视图定制、参数定制、BOM表定制。模板的定义非常重要，也比较繁琐。包括非标零件的序号、代号、名称、数量、材料、重量、重复件总重的自动填表；国标、企标、非标件按本厂的标准分别排列在各自的区域；总装配的总重计算；视图的自动产生；序号标注的自动创建等等，同时实现图幅随时更换而标题栏从新自动填写。
以P40-8084为例，BOM表和球标自动产生(见下页)
BOM表、标题栏自动填写
C.标准件创新建立方法
关键尺寸随机给定的变量，形状异形，如凹模MB-31
难点就是它包含完全是两种不同的外形特征，它要区分凹模是A型还是B型，刃口尺寸如何转为BOM表中的cname，以及刃口尺寸如何变为用户随机给定的变量。如图，蓝色部分是自动填写，它反应到BOM表中。
CNAME参数自动填写MB-31标准件复杂关系式的建立，CNAME参数是通过特殊关系式由数值型转变字符串
型，同时考
虑A、B两种
形状和小数
位数的四舍
五入原则加
入适当的关
系，如下图：
复杂族表类零件的创建，如导板MB-111
此零件看起来很简单，但具体建模的时候是比较繁琐的，思路要清晰。族表里总共加入了17项，子零件之间的数据关联不是很有规律，这为族表的建立带来麻烦。
MB-111族表
零件普通模型与子零件
组合类标准件，如限制器 MB-74
此标准件是由5种零件组合，按照我厂的企业标准，没有给总成件的标准号，零件要一个一个装配，尤其是限制器MB-74长度变化，链条也随着存放块MB-73-1位置变化而变化时不太好处理，如何既要达到目的还要好调用？考虑此标准有两种规格，所以还
要添加族
表。 建此
类零件必
须使用参
数传递设
计意图。
揉性类标准件，如扁弹簧MB-127
此类标准件要做的逼真，就得认真考虑考虑，需要增加哪些变量参数，变量之间的关系如何建立，族表中参数值的如何赋予，同时还要兼顾BOM表的自动产生，所以加入的参数与前面的标准件又有所不同，对比一下与常规做法的揉性件：
弹簧中包含的部分关系、参数及族表如下：
D.TOP DOWN设计高级应用
对调用标准模座，考虑到互换麻烦，采用
布局控制装配位置。在模具设计过程中，设
计者往往可能多次试调用标准模座，这样在
模具设计过程中会带来很多麻烦，造成零件
设计失败，装配失败等后果。
利用PRO/E布局技术，把模座位置设计
信息文档化，在布局文件里控制，这样便于
设计修改，有利于自动装配和参数传递。设
计者就可以把注意力集中到自己的设计任务中而不必要考虑自己的模型将来和整个结构的配合问题。
E.纵梁落冲模模板化创新设计
前面已简单陈述，按照纵梁落冲模的结构，每个部件都采用模板化设计，利用PRO/E 极强的参数化，关联模具各部件的主要尺寸，通过修改冲压件的主要数据，自动生成模具各零件和其工程图，完成整套模具设计。用PRO/E进行三维设计效率应该比用AUTOCAD 效率更高。
纵梁模板化设计创新措施
1）、纵梁孔由产品二维图直接导入
2）、模座支柱孔直接改工程图尺寸
3）、300坐标线自动生成
4）、螺钉孔自动生成
5）、模座、冲头固定板、凹模套固定板、垫板、退料板长度自动生成
6）、孔坐标生成孔表
7）、弹簧窝座孔自动生成
8）、减重孔自动生成
9）、压导套平台自动生成
10）、螺钉避让孔自动生成
11）、工程图自动完成
◆结束语
通过三维标准化体系的建设，制订了PROE工装设计技术规范，标准化模板的设计，TOP-DOWN设计思路的构建，并行设计工作方式的确立，冷冲模设计思路的构建，焊夹和非标设计思路的构建，Intralink工作环境的建立，标准件库的建立，工程图符号库的建立，纵梁模具模板化设计，图纸排版打印文件的创建等，使设计者在冷冲模、焊夹、非标等设计中大大提高工装三维设计水平和工作效率，更好地为工艺工装设计工作服务，为PDM系统管理图档服务，为数控加工生产服务，为企业建设发展服务。