副標題#e#     一、 重型機器產品設計的特點
    
     重型機器最顯著的特點是大。臂式斗輪取料機一般有30多米長，是一種連續、高效的散狀物料裝卸輸送機械，廣泛應用于火電廠、港口碼頭、鋼鐵冶金、建材水泥、礦山、化工、煤炭與焦化廠等原料儲運場，可實現煤炭、礦石、化工原料等散狀物料的堆取、轉運、裝卸的連續作業。管式皮帶機通常有幾公里長，是近二十年來在帶式輸送機基礎上發展起來的一種新型散狀物料連續輸送設備，它克服了帶式輸送機固有的缺陷與使用范圍的局限性。特別適用于地形條件復雜，必須跨繞建筑物或江河、街道、環保要求高、需封閉輸送的環境。廣泛應用于冶金、建材、化工、火電及港口散貨碼頭等環境，輸送礦石、煤炭、原料、廢渣、垃圾等物料。
     重型機器的制造特點是定制化生產。臂式斗輪取料機和管式皮帶機均需要根據用戶的使用現場進行定制設計，幾乎沒有兩臺完全相同的產品。但是許多零部件是通用的，或者形狀相同或相近，而尺寸大小不一樣。所以，系列化、模塊化設計、配置設計是提高設計效率、降低生產成本的主要手段。
     重型機器的核心設計技術是結構強度分析。大型設備一旦出現安全事故，損失會非常大，必須確保設計的安全性；同時重型機器要消耗大量的鋼材，在保證安全的前提下，要盡可能降低成本。平衡安全與成本的主要手段是有限元分析。
     華泰重工的經營模式是以設計為主導，大量委外加工、到客戶現場裝配。公司的重點是經營品牌，保持設計優勢，所以設計能力是企業最核心的競爭力。在選擇軟件時重點考核軟件支持大裝配的能力、支持配置設計的能力和面向設計過程的結構有限元分析功能。
    
     二、 設計流程的重組
    
     1. 與SolidWorks 軟件相適應的設計流程
    
     傳統的設計流程是基于二維CAD環境建立的，設計流程比較粗放，一般分為"功能設計、概念設計、詳細設計" 三個階段，至于每個階段的定義和所涉及的工作內容，專家們從不同的角度給出了不同的定義，沒有統一的約定。由于三維CAD軟件的應用受到計算機硬件的限制，基于三維CAD軟件的設計思路與基于二維CAD軟件的設計思路有很大的不同，如果按照二維的思維模式和設計流程使用三維CAD軟件，不但不能體現出優勢，可能反而表現出許多劣勢。
     要充分發揮三維CAD軟件的優勢，必須探討一種新的設計流程和設計模式。基于SolidWor ks所蘊涵的現代設計思想和產品建模特點，建議將設計過程分為"功能設計、概念設計、結構設計、詳細設計、出工程圖"五個階段。因功能設計和出工程圖的定義比較清晰和統一，故此處不做討論，下面討論三維CAD模式下概念設計、結構設計、詳細設計的定義。
     概念設計階段的任務是確定各零部件之間的位置關系和運動關系。在SolidWorks中利用布局草圖來實現概念設計，首先建立總裝配圖文件，在裝配文件中繪制一個或多個草圖，用草圖顯示每個零部件的位置，用 "塊"定義零件的尺寸和形狀，拖動零件檢查零部件之間的運動關系。概念設計階段形成的布局草圖是進行方案討論和小組協同設計的基礎。使用布局草圖設計裝配體最大的好處是如果您更改了布局草圖，則裝配體及其零件都會自動隨之更新。您僅需改變一處即可快速地完成修改。
     結構設計階段的任務有兩個，其一是為運動仿真分析和結構有限元分析提供模型，凡是在分析中要忽略的細節（如小孔、倒角等）均不宜出現；其二是提供一個可以參加招投標的原理性設計方案，招投標中需要表達清楚地內容都要清楚地表達，而可以忽略的細節均省略。
     詳細設計階段的任務是清楚地表達與產品加工和裝配有關的每一個細節。如零件模型中的倒角、螺釘孔、銷釘孔，裝配圖中的緊固件、標準件等。
    
     2. 基于SolidWorks的重型機器設計流程
    
     以此對應，將產品設計過程分解為五個階段。以臂式斗輪取料機的設計為例討論理想的設計流程、各階段的任務及人員職責。
     功能設計階段的任務是根據用戶的地理環境、輸送需求，確定斗輪機的結構形式及主要功能模塊。
     概念設計由項目負責人完成，首先對產品進行模塊劃分、確定各功能模塊是采用標準模塊，還是通過對已有的模塊添加新配置進行變形設計，還是進行新設計，然后采用布局草圖確定各功能部件之間的關系，重點是確定各運動連接副的位置坐標或各運動副之間的位置關系尺寸。
     結構設計一般由6-10人協同完成，每人負責1-2個功能模塊的設計，每個功能模塊作為一個獨立的裝配體。每個成員以總布局草圖為基礎進行派生設計、項目負責人根據總布局草圖對各功能模塊進行總裝配設計。
     結構設計的結果傳遞給工業設計師進行產品的美化設計，傳遞給仿真分析工程師進行運動仿真和結構強度分析，結構設計、工業設計、仿真分析三者之間不斷地迭代，使產品的結構趨于完美。
     結構設計的結果被確定后再進行詳細設計，出工程圖。
    
     三、 產品設計策略
    
     1. 設計與制造過程中產品配置
    
     在設計與制造中，不同階段常需要不同的產品模型，SolidWorks的配置功能有效地解決了這個問題。創建零件和裝配體時，模型會自動生成一個缺省配置，正常情況下，一個缺省配置便能滿足要求。但一些特殊的零件，根據模型使用目的的不同，可能需要添加多個配置。下面是一些常用的配置。
     缺省配置是零件與裝配體的基本配置，沒有特殊要求時，模型通常只有一個缺省配置。當模型有多個配置時，缺省配置一般用于保存詳細設計的結果。
     裝配配置是為了實現大裝配體建模而添加的配置，為了減少模型的存儲量，裝配配置壓縮了所有與裝配關系表達無關的特征。
     結構配置是用于運動仿真分析和結構強度分析用的配置，壓縮了所有與分析無關的細節特征。
     工程圖配置是用于出工程圖的配置，在傳統的二維工程圖中，有些約定成俗的畫法是不符合投影關系的，為了畫出這些約定成俗的畫法，須對模型做一些修改，生成一個工程圖配置。
     工藝配置是為了描述制造過程中某道工序的中間結果而增加的配置、如用于鑄造工藝的毛坯配置、對數控加工工序中被加工特征進行描述的工藝配置。
    
     2. 配置設計與參數化設計
    
     臂式斗輪取料機、圓管帶式輸送機是典型的定制化產品，也是系列化產品，產品設計工作量很大，如果能實現參數化的系列設計和配置設計，則能極大地提高設計效率。SolidWorks的參數化設計與配置設計功能滿足了這種需求。
     盡管SolidWorks是參數化設計軟件，但必須合理地規劃零部件的建模過程，才能有效地實現參數化設計。幾何建模時應保證，修改模型的參數時模型不會出錯；只需改變很少的尺寸便能實現對模型的修改，而且不引起其它特征的更改。要有效地進行參數化設計，必須對模型的尺寸進行深入的分析。一般將尺寸分為四類。功能尺寸、結構強度尺寸、結構布局尺寸和關聯尺寸。
     功能尺寸是根據產品功能需求確定的尺寸，在設計系列產品時，對功能尺寸取一系列的值，構成產品的系列。在優化設計時，功能尺寸一般不改變。
     結構強度尺寸是反映零部件強度的尺寸，強度尺寸的值決定了產品的安全性，其值越大，產品越安全，成本也越高。為了平衡安全與成本的矛盾，常對結構強度尺寸取不同的值，采用有限元分析的方法進行多方案對比優化，確定其最佳值。
     結構布局尺寸確定零件或特征在產品模型中的位置關系。結構尺寸的值也將構成產品的系列。
     關聯尺寸描述特征之間的尺寸對應關系，一般根據功能尺寸的系列值確定。以螺釘為例，螺釘的直徑和長度是功能尺寸，螺釘頭的尺寸是根據螺紋直徑確定的關聯尺寸。
     對尺寸進行分類便于了解尺寸之間的關系，確定參數化設計時的主動尺寸和從動尺寸，以便正確的建模和尺寸標注。
     在SolidWorks軟件中，零件的系列化設計一般通過插入EXCEL表來實現，也可以通過添加新配置來實現。部件系列化設計的過程一般是先添加新配置，再為該配置中的每個零件指定不同的零件配置，構成產品系列。除了可以對尺寸進行配置外，還可以對零件的材料、生產廠家等自定義屬性進行配置，構成豐富的產品系列。