0 引言
當(dāng)今社會(huì)，為了對(duì)企業(yè)進(jìn)行有效的信息化管理，增強(qiáng)企業(yè)的市場競爭力，許多企業(yè)逐步引入了各種計(jì)算機(jī)管理軟件。對(duì)于機(jī)械生產(chǎn)而言，PDM技術(shù)的引進(jìn)顯著提高了機(jī)械生產(chǎn)的效率，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)信息的集成管理。可以說，企業(yè)對(duì)PDM的使用程度決定了企業(yè)的成效，其在機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)中的運(yùn)用效果尤為明顯。機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，以虛擬樣機(jī)的形式對(duì)機(jī)械的荷載能力和使用失效情況進(jìn)行分析，從而為可靠性設(shè)計(jì)提供資料。
1 PDM的概念和主要功能
PDM是Product Data Management的縮寫，稱作產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，是近年來計(jì)算機(jī)領(lǐng)域開發(fā)的新型軟件技術(shù)，主要涉及產(chǎn)品相關(guān)信息及相關(guān)過程的管理。其中，產(chǎn)品的相關(guān)信息包括產(chǎn)品零件信息、配置、CAD建模、結(jié)構(gòu)和權(quán)限信息等，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程包括設(shè)計(jì)形式和產(chǎn)品材料信息等幾部分。
PDM的主要功能是為機(jī)械生產(chǎn)的產(chǎn)品提供一個(gè)宏觀管理和控制的信息數(shù)據(jù)體制及結(jié)構(gòu)，其具體功能可以大致劃分為電子存儲(chǔ)功能、工作流程管理功能、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置的數(shù)據(jù)管理功能、產(chǎn)品數(shù)據(jù)查看及調(diào)閱功能、產(chǎn)品掃描成像功能、設(shè)計(jì)文件及產(chǎn)品零件資料檢索功能、項(xiàng)目管理功能、電子協(xié)作功能和工具的集成功能這9個(gè)部分。
2 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)中PDM的應(yīng)用
PDM是通過各種數(shù)據(jù)集成軟件對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在機(jī)械產(chǎn)品性能及可靠性設(shè)計(jì)中，PDM一般是通過系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)建立虛擬樣機(jī)，并將虛擬樣機(jī)集成，以虛擬仿真團(tuán)隊(duì)的組織形式進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)和管理的分析，并通過PDM的過程監(jiān)管功能實(shí)現(xiàn)整體性、并行化的仿真過程的管理。對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品而言，PDM系統(tǒng)對(duì)其可靠性的影響大致可以分為可靠性設(shè)計(jì)和可靠性分析仿真2部分，本文將針對(duì)這2部分及動(dòng)力學(xué)分析仿真進(jìn)行具體敘述。
2.1 可靠性設(shè)計(jì)
機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)主要包括建模、故障影響分析和危害性分析，其研究對(duì)象是整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的體系，包括對(duì)機(jī)械動(dòng)力裝置、控制設(shè)備、執(zhí)行中樞等產(chǎn)品運(yùn)作系統(tǒng)的可行性分析和估量。對(duì)于故障影響分析，由于企業(yè)在設(shè)計(jì)之初往往缺乏相關(guān)的失敗經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此一般都是以產(chǎn)品的定性分析為主，通過分析掌握機(jī)械產(chǎn)品發(fā)生故障時(shí)的情況，進(jìn)行相應(yīng)的修改設(shè)計(jì)，并再次重復(fù)機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的步驟；直到掌握了一定的產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再進(jìn)行相應(yīng)的定量分析以及對(duì)產(chǎn)品的深度剖析和使用。
2.2 可靠性分析仿真
在機(jī)械產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械產(chǎn)品的虛擬樣機(jī)數(shù)據(jù)，對(duì)機(jī)械零件的可靠性進(jìn)行仿真與分析，該操作是以可靠性為優(yōu)化目標(biāo)，可以說是可靠性設(shè)計(jì)的監(jiān)測方式，一般需要對(duì)幾個(gè)軟件部分進(jìn)行分析。(1)CAD軟件的FMECA/FTA功能。在機(jī)械生產(chǎn)方面有許多的計(jì)算機(jī)輔助軟件，CAD就是比較常見的輔助軟件之一。將產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模塊與CAD分析數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，并將FMECA/FTA功能加入到可靠性分析的過程中，可以實(shí)現(xiàn)可靠性設(shè)計(jì)方案與產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的統(tǒng)一。(2)CAE軟件可靠性分析的仿真內(nèi)容。CAE可以通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真模式，以三維數(shù)字樣機(jī)和仿真元模型的方式，對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的可靠性進(jìn)行分析，針對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的誤差進(jìn)行調(diào)整，并分析產(chǎn)品在運(yùn)行中可能造成的損傷。CAE產(chǎn)品還可以監(jiān)測機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)行中的疲勞情況，預(yù)測機(jī)械產(chǎn)品的使用壽命或確定其維修時(shí)效。
2.3 動(dòng)力學(xué)分析仿真
在對(duì)機(jī)械可靠性進(jìn)行設(shè)計(jì)及分析的過程中，引入了空間結(jié)構(gòu)鎖系三維實(shí)體模型。這種三維實(shí)體模型利用對(duì)邊界和運(yùn)動(dòng)實(shí)體的約束以及施加的工作載荷，采用MSC公司研制的機(jī)械自動(dòng)分析動(dòng)力軟件對(duì)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行建模和仿真分析。這種自動(dòng)分析軟件可以仿真分析出空間結(jié)構(gòu)鎖系的動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)運(yùn)動(dòng)仿真的位移、速度、運(yùn)動(dòng)軌跡、力矩等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和干涉計(jì)算。這種建立在空間結(jié)構(gòu)鎖系三維實(shí)體模型基礎(chǔ)上的分析仿真，采用高級(jí)離散體進(jìn)行建模，可以將原來需要很長時(shí)間才能完成的實(shí)體整機(jī)物理實(shí)驗(yàn)，在計(jì)算機(jī)上幾個(gè)小時(shí)完成，其效果已得到工程驗(yàn)證，在很大程度上提高了動(dòng)力學(xué)分析效率。
3 可靠性設(shè)計(jì)與仿真分析實(shí)例
下面以鎖鉤中的變形故障為例進(jìn)行說明。根據(jù)鎖鉤的結(jié)構(gòu)和工作要求選擇鎖鉤的荷載值、材料彈性模量、屈服強(qiáng)度極限和力學(xué)泊松比作為隨機(jī)變量，忽略溫度對(duì)鎖鉤的影響，相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 主動(dòng)鎖鉤可靠性分析的麓機(jī)變量
根據(jù)相關(guān)的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行G(E，γ，R，F(xiàn))=R-f(E，γ，F(xiàn))的函數(shù)運(yùn)算，其中，(E，γ，F(xiàn))通過PDM平臺(tái)中相應(yīng)的NASTRAN以及ADAMS(動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件)分析得出，最后通過外部的有限元和PDM中的動(dòng)力學(xué)分析軟件對(duì)鎖鉤零件的可靠性進(jìn)行計(jì)算，不同的仿真計(jì)算分析對(duì)比如表2所示。
表2 不同仿真算法的計(jì)算及其對(duì)比結(jié)果
理論上說，蒙特卡羅法的計(jì)算精確度是估算法中最精確的，但是其需要進(jìn)行反復(fù)多次實(shí)驗(yàn)，對(duì)零件的損耗太大，一般不建議使用。而RSM法雖然效率高，但是精度較低。在精確度上，AMV+的計(jì)算結(jié)果與蒙特卡羅法相近，企業(yè)可以通過相應(yīng)的CPU工作站對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，是一種比較精確且經(jīng)濟(jì)的計(jì)算方式。
在仿真計(jì)算后，需要對(duì)鎖鉤的靈敏性進(jìn)行分析，找出發(fā)生失效情況的原因及其相關(guān)變量，反饋到設(shè)計(jì)組進(jìn)行設(shè)計(jì)和修改。主動(dòng)鎖鉤異常變形失效的靈敏度分析如圖1所示，其中黑色柱狀圖是變量均值擾動(dòng)的靈敏度，灰色柱狀圖是隨機(jī)變量變異系數(shù)擾動(dòng)的靈敏度。分析結(jié)果表明，鎖鉤對(duì)外荷載和材料屈服強(qiáng)度極限這2個(gè)變量的靈敏度較大，在設(shè)計(jì)中應(yīng)將二者作為主要的影響因素進(jìn)行控制。
圖1 主動(dòng)鎖鉤異常變形失效的靈敏度分析
4 結(jié)語
對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品而言，建立實(shí)體樣機(jī)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)是很不經(jīng)濟(jì)的，且其所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)往往存在偶然性，十分不可靠。PDM是現(xiàn)今機(jī)械設(shè)計(jì)中較為常見的計(jì)算機(jī)軟件，其改變了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整體運(yùn)轉(zhuǎn)流程，為機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)和可靠性分析仿真提供了數(shù)據(jù)和便利，減少了企業(yè)的成本開銷和產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間，對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)有著重要的意義。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://m.hanmeixuan.com/
本文標(biāo)題：機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)中PDM的應(yīng)用研究
本文網(wǎng)址：http://m.hanmeixuan.com/html/solutions/14019310966.html
相關(guān)文章
