船舶錨鉸機智能設計工業(yè)APP
一、企業(yè)簡介
南京維拓科技股份有限公司專注于制造業(yè)十年，在國防軍工、航天航空、電子高科技、工業(yè)產品、交通運輸等行業(yè)里擁有上千家的用戶，目前已在國內多個不同行業(yè)的標桿企業(yè)中部署落地，并取得了良好的使用效果。
維拓科技擁有自主核心且全球領先的工業(yè)云、智能設計、智能制造和物聯(lián)網技術，專注于為制造企業(yè)、雙創(chuàng)園區(qū)、政府公共服務平臺提供業(yè)界一流的基于互聯(lián)網+的智能設計、智能制造和智能服務解決方案，為進入工業(yè)4.0時期的企業(yè)提供完整的數字化工廠服務，構建互聯(lián)網+時代的虛擬創(chuàng)新企業(yè)，實現先進制造業(yè)與互聯(lián)網+的深度融合。
維拓科技著力于實現在產品全生命周期內的工業(yè)APP研究和應用，實現在智能設計工業(yè)APP中對效率提升、人力節(jié)省、成本降低、信息共享、數據分析和預測的需求所涉及的關鍵技術，技術的研發(fā)從底層做起，力求掌握最底層的核心技術，如實現GaaS（圖形即服務）核心技術。
維拓科技實現工業(yè)APP與工業(yè)應用的深度融合，將設計、制造和運維服務形成閉環(huán)，形成真正的互聯(lián)網+應用，在設計過程中，研發(fā)人員可以直接獲取產品在制造和運維服務中各類物理量參數，以直接驅動產品持續(xù)改進優(yōu)化和創(chuàng)新，可以直接仿真制造和運維服務的各類制造和操作動作。以客戶的需求為基本出發(fā)點，以持續(xù)的技術創(chuàng)新和我們多年的最佳的行業(yè)實踐相融合，不斷推出新的行業(yè)解決方案和產品軟件。
二、工業(yè)APP簡介
（一）、問題定位
船舶錨鉸機智能設計工業(yè)APP著力解決如下問題：
1、結構設計問題
（1） 、生產識圖困難，容易造成生產錯誤；
（2） 、干涉檢查靠人為的控制，容易出錯；
（3） 、零件圖、裝配圖、明細表不能關聯(lián)驅動，導致設計變更修改效率低、失誤多；
（4） 、一個產品的變形設計需要修改多處，不能做到全關聯(lián)；
（5） 、生產成本難以控制，材料浪費嚴重；
（6） 、復雜的設計知識無法顯性化和承載。
2、 產品優(yōu)化分析問題
（1）、以往工具不能進行強度分析，以及結構優(yōu)化設計；
（2）、以往工具不能進行機構運動仿真、動態(tài)干涉檢查、動力學分析；
（3）、高度依賴于設計人員的經驗和能力，設計過程質量不穩(wěn)定。
船舶錨鉸機智能設計工業(yè)APP致力于為船用錨絞機提供快速設計、智能仿真、數據和權限管理為一體的智能設計系統(tǒng)，使設計出來的錨絞機產品達到輕量化、高效節(jié)能、減振降噪、低成本的要求。
（二）、創(chuàng)新點
1、使傳統(tǒng)船舶錨鉸機CAD交互式設計轉變?yōu)樽詣踊拖驅街悄茉O計，完全顛覆傳統(tǒng)設計模式；
2、設計結果確保設計的正確性和制造的可行性；
3、專家知識和經驗以結構化方式轉變?yōu)槠髽I(yè)知識和經驗，知識得到有效傳承；
4、設計效率提升80%以上，材料成本可降低20%以上。
（三）、功能介紹
1、機械設計工業(yè)APP組
（1）、總體設計工業(yè)APP
此步驟可通過平臺傳遞相關參數信息，同時也可定義整體模型中相關虛擬軸的軸徑等信息。
圖1 總體設計界面
（2）、產品設計工業(yè)APP
1) 方案設計
“模板設計”，基于當前xml定義的設計方式為模板設計，點擊“模板設計”，可調出相關模板三維數據；
“模塊設計”，基于當前xml定義的設計方式為模塊設計，點擊“模塊設計”，可調出相關產品結構模板；
“提交文檔”，在評審階段，可通過當前xml定義的信息，通過之前的“導出文件”導出的相關數據，將數據提交到服務器中，主要用于評審使用；
2) 技術設計
“打開”，通過打開功能，可快速定位到工作目錄下，通過選擇打開總成裝配；
“提交詳細模型”，通過該按鈕，可在設計階段，將詳細模型提交到工作站用于分析使用；
“提交文檔”，通過提交文檔功能，可通過當前xml定義的信息，通過之前的“導出文件”導出的相關數據，將數據提交到服務器中，主要用于評審使用；
3) 生產制造
“打開”，通過打開功能，可快速定位到工作目錄下，通過選擇打開總成裝配；
“歸檔”，在詳細設計評審結束后，通過歸檔按鈕，可將數據保存到數據服務器中。
4) 導出文件
根據當前設計流程節(jié)點，可輸出不同的結果集，包括：
三維模型、三維模型PDF、二維工程圖、二維工程圖PDF、二維工程圖tiff與BOM清單明細，復選框不可自行定義，必須根據當前設計流程節(jié)點定義；
可在list列表中選擇需要導出的文件，可定義“全選”與“全不選”，并可以定義導出圖紙是否要“輸出到同一PDF中（該功能主要用于設計評審階段）”。
（3）、齒輪箱設計工業(yè)APP
圖2 齒輪箱設計界面
“齒輪箱傳動模式”，當前定義為二級傳動、三級傳動（后期可擴展），在list列表中，可選擇按檔劃分的齒輪箱。在選擇不同的齒輪箱時，可通過圖片預覽當前減速箱結構。在此列表中將讀取數據中定制的可變參數，齒輪箱為分檔設計，可在模型中做細微調整，原則上不允許修改此列表中的尺寸。
（4）、齒輪/鏈輪設計工業(yè)APP
齒輪設計共分為：一級齒輪組設計、二級齒輪組設計、三級齒輪組設計、四級齒輪組設計、開式齒輪組設計、一級鏈輪組設計以及二級鏈輪組設計。
（5）、齒輪箱輔件設計工業(yè)APP
圖3 齒輪箱輔件界面
齒輪箱輔件包含：馬達法蘭盤、刮油器油盒以及力矩限制儀三部分。
（6）、卷筒設計工業(yè)APP
1) 卷筒尺寸設置
“模板類型”，通過該選項，可選擇所需種類，當前包括“不帶中間法蘭”、“帶繩槽”以及“帶中間法蘭”，種類可擴充；
“卷筒選型”，通過該選項，可選擇在不同種類下的子類型；
“總體計算數據”，可選擇當前需要定義的信息來源；
表中包含來自總體計算尺寸與自定義尺寸兩種類型，來自總體計算尺寸不可修改，自定義尺寸可以自行根據需要修改；上方為不可修改部分，下方為可修改部分；
界面右側為圖片預覽，可根據需要調整圖片。
2) 功能按鈕
在此界面下：“裝配”、“提取參數”、“修改”以及“刪除”功能，與齒輪 箱 功能 按鈕 解釋相同 ；
“總體計算”，在重新定義卷筒時，需要從總體計算中讀取相關信息；具體操作方法如下：
首先點擊“提取參數”，將需要修改的對象提取出來，點擊“總體計算”即可將總體計算的結果傳遞到軟件界面，通過“修改”命令將數據傳遞到模型中.
（7）、軸承裝置組工業(yè)APP
圖4 軸承組設計界面
軸承裝置組分為軸承裝置組與軸承組設計兩個部分。
對于軸承裝置組：在選型中選擇需要的軸承裝置組類型在子類型中選擇需要的子類型在規(guī)格選型中選擇需要的規(guī)格。
（8）、離合器設計工業(yè)APP
離合器的設計方法是分檔與參數化模型相結合的方式，即把非常常用的幾種尺寸規(guī)格做出來，對于特殊的尺寸，我們可以自定義相關參數值。
離合器選型。根據當前種類進行分類，當前分為：A型離合器、內漲式離合器與常規(guī)離合器，種類可擴展。在選型旁邊為參數列表，我們可通過此處修改模型尺寸。
添加后綴以重命名。由于同一種規(guī)格的離合器，可能會應用在不同的地方，需要通過模型名字加以區(qū)分，故在裝配離合器時需要添加一個后綴，具體的后綴可根據實際的應用情況定義，如與卷筒相關，可定義后綴JT。
（9）、聯(lián)軸器設計工業(yè)APP
聯(lián)軸器的設計界面如下：
圖5 離合器/聯(lián)軸器設計界面
聯(lián)軸器選型。在此區(qū)域可選擇聯(lián)軸器樣式，當前分為焊接式與整體式，當前同樣采用分檔與參數化模型相結合的方式創(chuàng)建聯(lián)軸器庫；在list欄中可選擇各種類別的聯(lián)軸器，在最右側list欄中可定義相關參數值。
（10）、撥叉設計工業(yè)APP
撥叉設計中包含撥叉以及止動銷總成兩部分，撥叉中又細分為錨機撥叉以及系泊撥叉；撥叉設計的初始界面如下：
圖6撥叉設計界面
通過選型的可根據需要選擇自己需要的撥叉，在選型框下方為各大類細分的具體數據，在列表中選擇需要的規(guī)格；在選型對話框下面是相關截圖預覽；在尺寸設計框中，可修改相關參數，以變化模型。
（11）、墻架設計工業(yè)APP
墻架共分為兩種類型，一種是帶圍板，一種是不帶圍板，設計界面如下：
圖7 墻架設計界面
選型。在該功能區(qū)域，可通過“類別”選取圍板為【墻架-帶圍板】或者【墻架-無圍板】；再通過“選型”選擇需要的類別；在此界面下方為圖片預覽區(qū)域；
尺寸設置。可通過“提取參數”，將信息提取到當前表中，可修改表中的參數值，點擊“修改”后，可更新模型。
（12）、底座設計工業(yè)APP
底座設計為分檔定義，當前名稱定義為dizuo1、dizuo2等，可通過自定義方式修改文件夾名稱；設計界面如下：
圖8 底座設計界面
在“底座類型”中，可通過下拉菜單選擇需要的底座模型，下方為圖片預覽。可通過此尺寸列表，修改模型中的相關尺寸信息，具體操作方式為：點擊“提取參數”在模型樹中選擇底座總成選擇完成后將會在此表中將模型中可調整的參數顯示出來修改尺寸信息在功能按鈕區(qū)域點擊“修改”，通過此流程將可以修改相關尺寸信息。
（13）、錨鏈輪設計工業(yè)APP
目前錨鏈輪共有A、C、E三種類型，其他種類可擴展。錨鏈輪的設計界面如下：
圖9 錨輪設計界面
可選擇需要的錨鏈輪種類，錨鏈輪均為族表樣式，可進行新建裝配，替換選型以及刪除動作；可及時看到當前設計要求選用的錨鏈直徑是多少，可根據此數值作為選型參考；在此功能區(qū)，可自定義截圖作為選型參考。
（14）、齒輪罩/鏈輪罩設計工業(yè)APP
齒輪罩以及鏈輪罩均通過參數化方式定義結構模型，其設計界面如下：
圖10 齒輪罩鏈輪罩設計界面
在選型界面可選擇需要的齒輪罩類型，類型可擴展。可通過“提取參數”功能，將當前模型中的數據提取到尺寸設計表中，可自定義相關尺寸，點擊“修改”可將當前值傳遞到模型。
（15）、錨機輔件工業(yè)APP
錨機附件共細分為分鏈器與錨鏈管頭部兩個部分；分鏈器為分結構的參數化模型庫，錨鏈管頭部為族表形式，其具體的設計界面如下：
圖11 錨機輔件設計界面
在選型預覽界面，可選擇需要的結構，下方為自定義的截圖顯示，可作為結構選型參考；在分鏈器界面，選型確定后，進行裝配動作，可通過“提取參數”，將當前選擇的分鏈器進行尺寸調整，點擊“修改”后，可將參數信息傳遞到模型中，并更改模型。在錨鏈管頭部界面，可直接選擇族表中的類屬模型，點擊“裝配”可將當前選擇項裝配到組件中。
（16）、剎車設計工業(yè)APP
剎車目前共分為十大類，每個種類都有相關的結構參數化模型，其設計界面如下：
圖12 剎車設置界面
在剎車設置對話框下，首先是剎車選型，其中包含當前定制的剎車選型結構，可擴展。在剎車選型下方是參數界面，可對相關參數進行微調，點擊“修改”，可將當前參數信息傳遞到模型中并更新模型。
（17）、剎車輔件工業(yè)APP
在剎車輔件中，主要包含螺桿、手輪、導力桿、導軸、剎車支撐以及緊邊拉板設計。其他輔件包含：吊耳、距離圈、滑動軸承、銷軸、圓搭子、頂升板、銘牌類、彈簧、板類無圖件。
（18）、絞纜筒設計工業(yè)APP
絞纜筒設計界面如下：
圖13 絞纜筒庫界面
絞纜筒為族表形式，在左側對話框中選擇絞纜筒的結構，在右側對話框中選擇具體的規(guī)格，在右側對話框中可了解到當前具體的子類型中的內孔直徑以及鍵數等關鍵參數信息。
在選擇不同的絞纜筒時，可定義對應結構的絞纜筒圖片預覽，可實時看到當前所選擇的類型是否滿足要求。
（19）、軸設計工業(yè)APP
在軸設計界面，可以自定義一根軸，同時可以定義軸上的相關特征，如六方、鍵槽、軸用擋圈槽以及花鍵等，軸設計界面如下：
圖14 軸設計界面
根據對話框中要求定義的項，填寫相關參數值，即可創(chuàng)建特征。
（20）、緊固件裝配替換工業(yè)APP
緊固件裝配替換功能，主要用于緊固件的裝配以及替換，其設計界面如下：
圖15 緊固件裝配替換界面
對選擇進行了篩選，主要包括：型號、材料、等級以及尺寸；在“型號”里選擇需要的緊固件國標號，在“材料”中選擇需要的材料，在“等級”中選擇需要的等級，在“尺寸”中選擇需要的尺寸；篩選結束后，在右側的對話框中選擇需要的規(guī)格；點擊“裝配”，可同時選擇多個坐標系對象進行批量裝配；如需要替換，可在篩選好之后，點擊“替換”，可同時選擇多個模型對象進行批量裝配替換。
2、液壓系統(tǒng)工業(yè)APP組
圖16 液壓系統(tǒng)架構
（1）、泵站設計工業(yè)APP
泵站設計界面如下：
圖17 液壓泵站設計界面
在“泵站類型”中可選擇當前定義的泵站結構，目前有“上置式泵站”與“旁置式泵站”，類型可擴展；在“子類型”中可選擇“雙泵”或者“多泵”，種類可擴展；在“泵站名稱”列表中，可選擇當前類型下的所有泵站種類。
（2）、閥組設計工業(yè)APP
閥組設計界面如下：
圖18 閥組設計界面
在“閥組選型”中可選擇當前定義的泵站結構，目前有“操縱臺-閥組”、“馬達-閥組”與“支架-閥組”，類型可擴展；在“閥組文件名稱”列表中，可選擇當前類型下的所有閥組種類。
（3）、輸出管理工業(yè)APP
可將當前工作目錄下的所有二維工程圖羅列到當前列表中，可通過【全選】或者【全不選】來快速選擇對象；
通過“導出文件”，可導出項目的BOM清單（前提是定制好總成圖的二維工程圖，包含相關明細欄）、三維模型PDF、二維工程圖tiff以及二維工程圖的PDF文件；
通過“提交”，可將當前模型文件與導出的文件，根據自己的需要進行提交。
（四）、功能和技術指標優(yōu)勢
1、實現錨絞機各個模塊的智能協(xié)同設計：
實現錨絞機機械及其液壓系統(tǒng)的向導式、半自動化的產品設計、仿真管理;實現機械及其液壓系統(tǒng)設計人員協(xié)同并行設計。
2、設計效率提升80%以上：
系統(tǒng)地構建企業(yè)標準件、外購件，通用件庫，提高了基礎數據可重用性、設計質量和設計效率；
實現系列的輕量化錨絞機（包括機械部分和液壓部分）向導式、參數化、模塊化設計，并自動生成相關的二維工程圖和數據交換格式。
3、材料成本可降低20%以上：
實現輕量化錨絞機動力學仿真分析、結構分析優(yōu)化，以達到重量和能耗降低指標，材料成本可降低20%以上；
實現輕量化錨絞機數字化樣機模擬試驗（含液壓系統(tǒng)驅動）；
實現船舶錨鉸機智能設計過程中與主數據系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)集成；
實現錨絞機設計流程和數據的管理工作優(yōu)化與提升。
三、技術方案說明
（一）、工業(yè)APP架構
系統(tǒng)架構如下圖所示：
圖19船舶錨鉸機智能設計工業(yè)APP系統(tǒng)架構圖
（二）、工業(yè)APP關鍵技術
船舶錨鉸機智能設計工業(yè)APP的關鍵技術：
數字化模型參數驅動技術；
動態(tài)模擬與仿真知識和技術；
人類知識的結構化表達與描述；
知識庫自注冊與服務管理技術；
Web Services技術、基于J2EE的Struts技術、Velocity技術，微服務抽象與封裝。
四、應用情況描述
（一）、應用場景描述
船舶錨鉸機智能設計工業(yè)APP包括一組工業(yè)APP，如任務管理、流程管理、模型設計和仿真、數據管理和資源數據庫管理等。
錨絞機設計總負責人和技術專家根據錨絞機設計的特點，對設計過程進行高度抽象，總結出設計過程的知識和特性，采用結構化的、自描述的、自注冊的知識匯聚管理，將設計知識、流程知識顯性化，并應用面向對象的軟件設計方法對設計任務進行微服務封裝，并集成于任務模板庫，供協(xié)同設計平臺調用。
按照錨絞機設計的實際業(yè)務工作流程，通過流程建模工具定義好流程中各活動的執(zhí)行順序關系、邏輯關系及數據傳遞關系，實現設計過程的流程化，并將標準化的設計流程，按照調度引擎，實現相關微服務接口。
承擔具體設計任務和流程的工程師，接收任務并應用設計工具，進行具體的三維模型的向導式、自動化或半自動化式的模型設計、裝配和仿真工作。
整組工業(yè)APP實現基于知識驅動、基于模型驅動、基于微服務的船舶錨鉸機智能設計協(xié)同與管理。
（二）、商業(yè)化情況
船舶錨絞機智能設計工業(yè)APP主要應用于船舶制造行業(yè)，目前核心客戶是中船綠洲機器有限公司。
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