起重机敏捷设计平台研究

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3.0 赵德峰 2024-11-19 5 4 13.41MB 117 页 15积分
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摘要
由于订单参数、配套件、市场等多种因素，大部分起重机产品的设计属于面
向订单设计。对于面向订单设计类起重机，传统的设计方法是借用相似历史合同，
修改历史合同，“设计”出符合具体订单参数的起重机。这种设计模式是一项复
杂的重复劳动，设计出的起重机结构不合理，浪费严重。
通过对面向订单设计类起重机设计方法的研究，笔者提出了一种全新的起重
机设计模式——起重机敏捷设计。这种设计方法按照设计流程可以划分为五个基
本模块：内部委托单、机构选型与结构计算模块、报价系统、数字化设计与工程
图优化模块、文档与数据管理平台，其中数字化设计与工程图优化模块是整个系
统的核心。
起重机敏捷设计平台在数字化设计方面运用到三个方面的关键技术：数字化
设计软件、模块化技术以及参数化技术。数字化设计软件具有导入合同参数、创
建合同文档、模型参数驱动等功能；起重机模块化技术是把起重机拆分成若干模
块及若干子模块的一种技术。模块化技术的原则是同一级模块之间留有一定的接
口，同类模块之间在一定条件下具有互换性。模块化技术有利于实现产品的多样
化；起重机参数化技术是将起重机零部件以及模块中的定量信息变量化，使之成
为任意调整的参数的一种技术。参数化技术的优点是对于变量化参数赋予不同数
值，就可得到不同大小和形状的零部件或者模块。参数化技术是变形设计的基础。
起重机零部件标准化与起重机敏捷设计密切相关。国外起重机标准化程度较
高，而且执行的很好；国内起重机标准化程度较低，而且执行力度不够。起重机
标准化工作的开展有利于保证设计的准确性；有利于减少设计的工作量；有利于
提高设计的效率；有利于降低生产成本，提高了生成效率。
起重机敏捷设计平台中，基于模板参照的工程图经常出现位置与内容等方面
的问题，这些问题主要体现在视图比例、视图位置、尺寸位置、尺寸精度、注解
位置、注解内容、线形比例等方面。对于这些问题，笔者提出了基于添加辅助线
（点）装配草图的数字化工程图模板的制作方法；以SolidWorks工程图API为工具，
结合Access数据库技术，很好地解决了这些问题；在工程图的处理过程中采用了
数据库技术，使得该方法简单精确，容易操作，有利于该技术的实施。
起重机敏捷设计平台中PDM思想的应用主要体现在三个方面：文档管理、数据
管理与协同设计。文档管理要实现的功能有模型发布、模型引用以及模型文档的
查看功能；数据管理要实现的功能有数据发布、数据引用以及数据查看功能；协
同设计基于模型引用、数据引用实现的。
起重机敏捷设计平台彻底改变了国内普遍采用的起重机传统设计模式，采用
这种设计模式，将是对公司现有ERP系统的冲击。首先要解决的问题就是与ERP系
统的连接问题，导出中间表格与中间数据可以很好地解决这些问题。
关键词：起重机 敏捷设计 面向订单设计 数字化设计 模块化设计
参数化设计 标准化 工程图优化 PDM ERP
ABSTRACT
For the reason of different order parameters, different bought-in components, the
market and so on, most of cranes product's design are Engineer-to-Order. The
traditional design method of these Engineer-to-Order cranes is simply revising the
similar historical contract, and though this way, the designers “design” the concrete
craner for order parameters. This kind of design pattern is an item of complex
redundant work, the crane structure is unreasonable, and could make serious waste.
Through the reseach of design method for these Engineer-to-Order cranes, I
proposed a new crane design method - Crane agile design. In accordance with the
design process, this design method can be divided into five basic modules: Within
Commission, Mechanism and Structure Calculation Module Selection, Quotation
System, Digital Design and Drawing’S Optimization Module, Document and Data
Management Platform, Digital Design and Drawing’S Optimization Module is the core
of the system.
In the digitized design aspect, three aspect key technologies are employed in the
crane agile design system: Digitized Design Software, Modular Technology and
Parametrization Technology. The Digitized Design Software has organized functions
such as contract parameter migration, foundation contract documents, model parameter
actuation and so on. The Crane Modulation Technology is one kind of technology
which divides the crane into certain modules and certain submodule. The Modular
Technology's principle is leeway certain connection with the same-level module,
between the similar modules has the interchangeability under the controlled condition.
The Modular Technology is advantageous in realizes the product diversification.The
Crane Parametrization Technology is one kind of technology which changes
quantification in the crane part and in the module into parametrization, and let
parameter becomes adjusts willfully. The Parametrization Technology's merit is make
the shape-change design became possible.
Crane part standardization and crane agile design are closely related. The overseas
crane standardization is in high level, and has been carried out vell.The domestic crane
standardization level is low, and has been carried out vell insufficiently. The crane
standardization work's development is advantageous to the guarantee design accuracy;
advantageous in the reduced design work load; advantageous in the enhancement
design efficiencyand; advantageous in reduces the production costandraised the
production efficiency.
In the crane agile design system, the drawing which based on the template always
with problems on many aspects,such as position and content and so on, these questions
mainly manifest in the view proportion, the view position, the size position, the size
precision, explain aspects and so on position, illustration content, linear proportion. In
order to solve this problem, the method of making digital Drawing template based on
Assembly Draft with addition line (point) was proposed.Take SolidWorks drawings
API as a tool, unifies the Access data bank technology, these problems has been solved
well. Database Technology was employed during the whole process, which is
conducive to the implementation of the technology and makes the method simple and
precise, easy to operate.
In the crane agile design system the PDM idea's application mainly manifests in
three aspects: Documents management, data management and coordination design. The
documents administration realize there functions: model issue, model quotation and the
model documents examination function.The data management realize there functions:
data issue, data quotation as well as the data examination function.The coordination
design based on the model quotation and the data quotation.
The crane agile design system, if being emplayed, will totally change the tradition
design pattern, which is widely used in our country at present. It will be impact to the
company existing ERP system.the first problem is crane agile design systems
connection with the ERP systems, derives the middle form and the middle datas from
crane agile design system for ERP system may solve these problems well.
Key Words：Crane, Agile Design, Engineer-to-Order, Digital Design,
Modular Design, Parameterization Design,
Standardization，Drawing’S Optimization, PDM, ERP
目 录
中文摘要
ABSTRACT
目 录
第一章 绪论.....................................................................................................................1
§1.1 研究背景及研究意义........................................................................................1
§1.2 国内外研究现状................................................................................................2
§1.2.1 国内外起重机设计概况.........................................................................2
§1.2.2 国内起重机设计现状.............................................................................3
§1.3 本文的主要研究内容.......................................................................................7
第二章 面向订单设计类起重机设计方法研究.............................................................9
§2.1 面向订单设计的概念.......................................................................................9
§2.1.1 大批量定制..............................................................................................9
§2.1.2 面向订单设计........................................................................................10
§2.2 面向订单设计类产品敏捷设计系统敏捷设计流程.....................................10
§2.2.1 传统设计方法设计流程.......................................................................10
§2.2.2 面向订单设计类产品敏捷设计系统敏捷设计流程...........................11
§2.3 起重机敏捷设计平台设计主要模块.............................................................13
第三章 起重机敏捷设计平台数字化设计关键技术研究...........................................17
§3.1 起重机数字化设计技术研究.........................................................................17
§3.1.1 零件库...................................................................................................17
§3.1.2 数据库...................................................................................................19
§3.1.3 模板库...................................................................................................19
§3.1.4 项目汇总...............................................................................................22
§3.2 起重机模块化技术研究.................................................................................22
§3.2.1 起重机模块化的必要性.......................................................................22
§3.2.2 起重机模块化实例...............................................................................24
§3.2.3 起重机敏捷设计平台模块化...............................................................25
§3.3 起重机参数化技术研究.................................................................................26
§3.3.1 参数化设计在 CAD 中的应用............................................................ 26
§3.3.2 SolidWorks 参数化实现方法 ............................................................... 26
§3.3.3 起重机参数化与模块化之间的关系...................................................30
§3.4 起重机数字化设计难点探讨.........................................................................31
§3.4.1 机构模型构建方法...............................................................................31
§3.4.2 焊接件的建模及其参数化...................................................................35
§3.4.3 装配体中同名文件的问题...................................................................38
§3.4.4 减速器建模原则及调用方法...............................................................40
第四章 起重机敏捷设计与起重机零部件标准化.......................................................42
§4.1 起重机标准化的现状......................................................................................42
§4.2 国内起重机标准化方面面临的困难.............................................................42
§4.2.1 客户要求的多样化...............................................................................42
§4.2.2 配套产品的多样化...............................................................................43
§4.2.3 起重机用户消费误区以及由此引发的行业行业畸形发展................45
§4.3 起重机标准化在起重机敏捷设计平台中的作用.........................................45
§4.3.1 起重机参数化设计与起重机标准化的关系.......................................45
§4.3.2 起重机零部件标准化与设计准确性...................................................46
§4.3.3 起重机零部件标准化与设计工作量...................................................47
§4.3.4 起重机零部件标准化与设计效率.......................................................47
§4.3.5 起重机零部件标准化与生产...............................................................48
§4.3.6 起重机敏捷设计与起重机标准化的结合...........................................49
第五章 起重机敏捷设计平台中工程图技术研究.......................................................50
§5.1 工程图技术在起重机敏捷设计平台中的作用.............................................50
§5.2 制作工程图模板.............................................................................................51
§5.3 起重机敏捷设计平台中工程图经常出现的问题.........................................52
§5.4 工程图技术.....................................................................................................53
§5.4.1 视图比例及其位置调整.......................................................................53
§5.4.2 尺寸标注优化.......................................................................................60
§5.4.3 零件序号优化.......................................................................................66
§5.4.4 注释优化...............................................................................................68
§5.4.5 形位公差符号优化...............................................................................72
§5.4.6 表面粗糙度符号优化...........................................................................75
§5.4.7 焊接符号优化.......................................................................................77
§5.5 工程图输出.....................................................................................................79
§5.5.1 视图比例问题.......................................................................................79
§5.5.2 线形比例问题.......................................................................................81
第六章 起重机敏捷设计平台中 PDM 思想的应用及其与 ERP 系统的连接 ...........83
§6.1 PDM 在起重机敏捷设计平台中的应用 ........................................................83
§6.1.1 PDM 简介 ..............................................................................................83
§6.1.2 PDM 思想在系统中的运用 ..................................................................83
§6.1.3 文档管理方法探索...............................................................................85
§6.2 起重机协同设计的实现.................................................................................86
§6.3 起重机敏捷设计平台与 ERP 系统的连接 ................................................... 86
§6.3.1 ERP 简介 ............................................................................................... 86
§6.3.2 本系统与 ERP 系统的连接 ................................................................. 86
§6.4 材料明细表.....................................................................................................87
第七章 起重机敏捷设计平台实例...............................................................................89
§7.1 订单处理.........................................................................................................89
§7.2 计算选型与报价.............................................................................................89
§7.2.1 通用计算选型模块...............................................................................89
§7.2.2 专用计算选型模块...............................................................................90
§7.2.3 报价模块...............................................................................................91
§7.3 数字化设计.....................................................................................................91
§7.3.1 模型构建原则.......................................................................................91
§7.3.2 模型构建流程.......................................................................................91
§7.3.3 卷筒模型构建.......................................................................................92
§7.3.4 小车模型构建.......................................................................................95
§7.3.5 桥式起重机总装...................................................................................97
§7.4 工程图处理.....................................................................................................98
§7.4.1 工程图交互界面...................................................................................98
§7.4.1 工程图处理效果.................................................................................100
§7.5 起重机文档、数据管理与查询系统...........................................................102
第八章 总结与展望.....................................................................................................104
§8.1 全文总结.......................................................................................................104
§8.2 工作展望.......................................................................................................105
§8.2.1 系统的交互性......................................................................................105
§8.2.2 与当前主流 PDM、ERP 系统的矛盾................................................105
§8.2.3 系统开发流程探讨..............................................................................106
参考文献.......................................................................................................................107
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果...........................................111
致 谢.............................................................................................................................112
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1 研究背景及研究意义
由于订单参数、配套件、市场等多种因素，大部分起重机产品的设计属于面
向订单设计。对于面向订单设计类起重机，传统的设计方法是借用相似历史合同，
修改历史合同，“设计”出符合具体订单参数的起重机。这种设计模式是一项复杂
的重复劳动，设计出的起重机结构不合理，浪费严重。
笔者实际考察了国内某起重机厂的技术部，并查阅了一些相关资料，认为国
内大部分起重机企业在技术上面临以下问题：
1.设计周期长。使用二维设计软件，采用传统经验公式，不能满足部分客户
交货期提前的要求。
2.标准化程度不高。虽然严格执行《起重机设计手册》中的标准，但是未能
有效地执行其它零部件的国家标准，对新出台的起重机标准重视不够，企业没有
自己的标准。
3.数据管理不善。
2000 年之前按合同以图纸的形式保存；2000 年开始保存电
子文档，但是没有保存合同参数。这种情况导致历史合同查询困难，新合同的设
计无处借鉴。
4.重复出图。由于文件管理混乱，无法借鉴；以及两维设计软件在某些功能
上的局限性。促使设计人员极少去参考历史项目，导致多次重复出图。
5.信息流不通畅。使用纸质文件传递信息，导致工作流减慢，促使整个设计
部门之间不能很好地协调工作。
6.知识、经验流失。大多数公司的新老员工“青黄不接”，老员工要退休，新
员工工作换的频繁。老员工积累的经验没有很好的办法保留下来。
起重机敏捷设计平台尝试了一种新的起重机设计模式。这种设计模式包括三
个部分：订单处理与计算选型、数字化设计、工程图处理；这个设计系统自始至
终贯穿着 PDM 的核心思想；系统的每个模块都采用了数据库技术，这给系统的
维护，数据的添加提供了便利。它的部分模块在起重机设计中的成功应用证明了
该系统的优越性，笔者相信起重机设计方法的大变革即将到来。
起重机敏捷设计平台研究
2
§1.2 国内外研究现状
§1.2.1 国内外起重机设计概况
国 外 起 重 机 行 业 除 了 长 期 致 力 于 起 重 机 的 标 准 化 工 作 之 外 ， 随 着
CAE/CAD/CAM/CAPP 以及 PDM/ERPP 技术的广泛应用，国外起重机设计已经达
到了到模块化、系列化、参数化的高度，将起重机功能基本相同的零部件划分成
有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的组合，形成
不同类型和规格的起重机系列。
国外起重机的设计可以概括为三个主要特点：标准化、模块化和系列化。
1.标准化
纵观整个国际起重机行业，业内有这么一句话：一流企业卖标准；二流企业
买标准；三流企业没标准。
国际起重机巨头们，像芬兰科尼起重机国际公司一直积极参与国际标准的制
定和修订：在欧洲，参与欧洲 FEM 协会并于 2002 年2004 年出任协会理事长单
位，参与欧盟标准化组织 CEN/CENELEC，并承担相关工作组的活动；在美洲，
科尼起重机集团美国分公司参与 CMAA 美洲物料搬运协会并成为其中重要的一
员；在中国，科尼积极参与国标行标的制修订工作，并成为全国标准化委员起重
机械专业委员会 SAC/TC227 组织的成员单位；同时，科尼起重机集团也是
ISO/TC96 起重机标准组织的成员，并成为 SC9——工作组桥式和门式起重机分技
术委员会的秘书处单位；此外，在钢丝绳葫芦，葫芦桥式起重机，集装箱正面吊，
空箱堆高机等产品的国标行标的制修订过程中，科尼作为成员单位积极参与相关
国际标准的转化。
通过这些工作，科尼将自己的行业标准成功地写入国际标准和地区标准，从
设计的角度来讲，标准化程度高了，有两点好处：一是有了统一的标准，设计过
程就固定下来，并相对简化，从而降低了设计的难度，提高了设计的速度；另一
方面，配套件厂家，如吊钩厂家、钢丝绳厂家、减速器厂家，如果执行统一的标
准，那么配套件的供应商就会增多，而且设计人员不需要按照配套件去设计上一
层装配体，在保证设计的准确性的同时，提高了整机的设计速度。
2.模块化
模块化设计是起重机设计发展的方向之一。它根据模块化原则，设计一些基
本模块单元，通过不同的组合形成不同的产品，以满足用户的多种需求。国外起
重机厂商为了能迅速制造和装配出品种多样化的产品来，要求企业之间密切联系
和协调，产品设计走向模块化。目前，德国、英国、法国、美国和日本的著名起
第一章 绪论
3
重机公司普遍采用模块化设计技术，以功能分析为基础，将起重机上同一功能的
基本零部件设计成具有不同用途、不同性能的模块，这些模块具有相同的连接要
素，可以互换，选用不同模块进行组合可形成各种不同类型和规格的通用或专用
起重机。起重机采用模块化设计，不仅是一种设计方法的改革，同时会影响到整
个起重机行业的技术、生产和管理，使整个起重机行业的技术、生产和管理水平、
产品的更新换代、新产品的研制速度大大加快。
德国德马格公司的标准起重机系列改用模块化设计后，比单件设计的设计费
用下降 12％，生产成本下降 45％。此外，德国德马格公司还开发了一种 KBK 柔
性组合式悬挂起重机，起重机运行线路可沿生产工艺流程任意布置，可有叉道、
转弯、过跨、变轨距。所有部件都可实现大批量生产，再根据用户的不同需求在
短时间内将各种部件组合搭配即成。
芬兰科尼起重机国际公司为客户提供了桥式起重机定制设计方案，客户可以
通过科尼网站进行定制化设计，在网站界面上输入起重机运行方式，结构形式，
起重量，跨度，厂房高度，起升高度等参数，公司根据这些参数提供适合的起重
机型号详细参数，客户同意即可从网上下订单定购产品。
3.系列化
国际起重机设计的系列化包括订单参数系列化和模块及整机系列化两个方
面。
订单参数系列化指的是起重量、起升高度、跨度等客户订单中的参数的系列
化，这是实现模块和整机系列化的基础。
模块和整机参数化是在订单参数系列化的基础之上设计与之对应的系列化的
零部件。系列化的零部件一次设计，多处使用。
国外起重机厂家小规格起重机已实现整机系列化，大规格起重机的模块也已
经系列化。德马格公司针对系列桥式起重机系列开发了专用的用户选型系统，用
户只要选择基本型号、基本参数以及基本模块，计算机立即进行计算选型和模块
拼装，最终提供起重机总图及各主要技术参数，并给出整机以及详细的报价表。
§1.2.2 国内起重机设计现状
1.传统起重机设计流程
目前国内绝大部分起重机厂家，除太原起重机厂和大连重工等技术实力雄厚
的起重机厂家以外外，大部分还是在使用传统的起重机设计方法进行设计。
传统设计方法的设计步骤如下：
第一步 查找历史合同。根据订单的主参数，搜索历史合同，检索出相似历史
摘要：

摘要由于订单参数、配套件、市场等多种因素，大部分起重机产品的设计属于面向订单设计。对于面向订单设计类起重机，传统的设计方法是借用相似历史合同，修改历史合同，“设计”出符合具体订单参数的起重机。这种设计模式是一项复杂的重复劳动，设计出的起重机结构不合理，浪费严重。通过对面向订单设计类起重机设计方法的研究，笔者提出了一种全新的起重机设计模式——起重机敏捷设计。这种设计方法按照设计流程可以划分为五个基本模块：内部委托单、机构选型与结构计算模块、报价系统、数字化设计与工程图优化模块、文档与数据管理平台，其中数字化设计与工程图优化模块是整个系统的核心。起重机敏捷设计平台在数字化设计方面运用到三个方面的关...

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