【文章內(nèi)容簡介】 成設(shè)計方案和數(shù)據(jù)。而所謂“創(chuàng)新性設(shè)計”，這部分設(shè)計內(nèi)容并無現(xiàn)成可參考、借鑒的東西，而需要設(shè)計者對設(shè)計提出全新的解決辦法，這是設(shè)計工作中的技術(shù)關(guān)鍵所在。由此看來，設(shè)計工作的質(zhì)量管理，必須有針對性地分別對三部分內(nèi)容制造有效的對策以達到質(zhì)量管理的目的。基于以上分析，我們于是提出了“規(guī)范化設(shè)計”的概念。規(guī)范化設(shè)計針對 “一般性設(shè)計”這部分具有共性特點的工作，盡可能全面地明確產(chǎn)品設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以法定、合理的設(shè)計規(guī)范來取代經(jīng)驗設(shè)計，并嚴(yán)格管理規(guī)范的內(nèi)容和執(zhí)行效果，牢牢控制好設(shè)計質(zhì)量。由于“一般性設(shè)計”是整個設(shè)計工作中最繁瑣、最易忽略的內(nèi)容，而它恰恰又是設(shè)計工作中最基本、對質(zhì)量影響最大的部分，因此其質(zhì)量的控制也必然是最主要、最基本的內(nèi)容。正是采用了規(guī)范化設(shè)計，大大減少了“一般性設(shè)計”的復(fù)雜性，使我們的設(shè)計者在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)上有規(guī)范可依，節(jié)省了大量冗余的設(shè)計工作，減少了工作量，因而有更多的精力投入到“創(chuàng)新性設(shè)計”中來，進一步保證了“創(chuàng)新性設(shè)計”的質(zhì)量。為了貫徹高質(zhì)量的設(shè)計決定高質(zhì)量的產(chǎn)品的思想，就必須把產(chǎn)品的高質(zhì)量“設(shè)計進去”，最基本、最有效的方法就是實現(xiàn)可靠性設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。正如之前所述，以一定標(biāo)準(zhǔn)化地設(shè)計統(tǒng)一整個設(shè)計工作中的共性部分，讓“規(guī)范化設(shè)計”成為全部工作的“設(shè)計語言”，設(shè)定統(tǒng)一的圖樣標(biāo)準(zhǔn)，最簡單有效的設(shè)計途徑，明確限定設(shè)計工作中的設(shè)計步驟，減少設(shè)計人員面對“一般性設(shè)計”時各人迥異的設(shè)計手法，用統(tǒng)一可行的方案予以替代。為了嚴(yán)格技術(shù)把關(guān)，規(guī)范還應(yīng)規(guī)定出圖紙資料的審校制度和標(biāo)準(zhǔn)，同時規(guī)范還可為設(shè)計者提供相關(guān)的一些經(jīng)驗設(shè)計參數(shù)等等，這些都是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的內(nèi)容?？梢?，設(shè)計規(guī)范其實就是以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計為主要內(nèi)容，并利用它將設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)和水平控制在預(yù)定的水準(zhǔn)上。如此，既對于規(guī)范化設(shè)計所包含的內(nèi)容可達到一致、快速的管理，也可直觀地掌握設(shè)計的質(zhì)量甚至產(chǎn)品的質(zhì)量。在規(guī)范化設(shè)計法中，設(shè)計規(guī)范本身的質(zhì)量水平對設(shè)計起著極為重要的作用，具體來說，設(shè)計規(guī)范應(yīng)具有很強的技術(shù)設(shè)計要求和特點。因此，它的編制，應(yīng)以工程總體設(shè)計人員為主體。除此之外，如果我們對現(xiàn)行通用的或?qū)Ｓ玫脑O(shè)計要求與標(biāo)準(zhǔn)進一步精選、加工，再結(jié)合本身的設(shè)計內(nèi)容的實際特點，就可編制出針對我們的設(shè)計工作的設(shè)計要求、設(shè)計手冊、標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定以及總體設(shè)計文件等形式的設(shè)計規(guī)范文件。其特點就是具有很強的針對性，且簡單明了，又切實可行，即是對設(shè)計提供嚴(yán)格的要求的標(biāo)準(zhǔn)，又能成為設(shè)計者工作時最為方便地設(shè)計工具。從某個角度看，設(shè)計規(guī)范是將少數(shù)高水平的設(shè)計方法和經(jīng)驗，整理加工成在整個工程“設(shè)計面”上進行指導(dǎo)設(shè)計的規(guī)范。這就體現(xiàn)了規(guī)范化設(shè)計法通過規(guī)范的制定和執(zhí)行，將工程中“點”的高質(zhì)量設(shè)計推廣到全工程的設(shè)計“面”，從而達到全部高設(shè)計水平的目的。隨著信息技術(shù)在各領(lǐng)域的迅速滲透，CAD/CAM/CAE技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，從根本上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)、組織模式，對推動現(xiàn)有企業(yè)的技術(shù)改造、帶動整個產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革、發(fā)展新型技術(shù)、促進經(jīng)濟增長都具有十分重要的意義。作為目前應(yīng)用最為廣泛的CAD/CAM/CAE軟件，UG NX已然成為產(chǎn)品設(shè)計的一大應(yīng)用工具，正是基于這種不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展?fàn)顩r，規(guī)范化設(shè)計也必然要應(yīng)用到基于NX軟件的產(chǎn)品設(shè)計工作的整個過程中去。然而現(xiàn)狀是，要完全掌握這款功能強大的軟件需要有較長時間的學(xué)習(xí)與實踐，方可能在設(shè)計過程中做到輕車熟路，否則不僅延緩了設(shè)計工作的進度，甚至可能由于缺乏對NX軟件的熟練應(yīng)用而降低設(shè)計質(zhì)量。另一個難以回避的問題是，大多數(shù)設(shè)計工作難以為新手提供足夠的時間，可以說工程本身就是時間緊迫，而較大的工作量又不得不招募適當(dāng)人數(shù)的設(shè)計者加入，這種矛盾的局面在采取規(guī)范化設(shè)計方案后基本就能迎刃而解。利用規(guī)范化設(shè)計的特點，就有可能實現(xiàn)由少量高水平的設(shè)計人員指導(dǎo)大量的設(shè)計新手來完成的大型工程項目設(shè)計的高質(zhì)量。這在我們當(dāng)前高水平設(shè)計與質(zhì)量管理人員較缺乏，而新參加設(shè)計的成員又逐年增多的情況下，是具有重要意義的。 本課題研究的內(nèi)容及方法本次畢業(yè)設(shè)計，是以模擬一個設(shè)計團隊協(xié)助共同設(shè)計某款水輪機為工作環(huán)境，由本人來負責(zé)該款水輪機其中的主軸密封的規(guī)范化設(shè)計。假設(shè)情形是團隊中其他隊員已經(jīng)完成了該水輪機的包括導(dǎo)水機構(gòu)、主軸等的設(shè)計，本人則依據(jù)這些已設(shè)計完成部件，以規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化為設(shè)計要求，運用三維CAD/CAE/CAM軟件為設(shè)計工具，完成該主軸密封的開發(fā)設(shè)計。本次設(shè)計所應(yīng)用到的三維CAD/CAE/CAM軟件為UG NX（也稱SIEMENS NX）。首先，根據(jù)設(shè)計圖紙的要求，繪制主軸密封的二維草圖，并為零件草圖添加設(shè)計要求的尺寸約束與幾何約束。而后根據(jù)草圖，運用適當(dāng)?shù)奶卣鹘９ぞ?，?chuàng)建實體模型。當(dāng)零件三維模型設(shè)計好了之后，利用NX軟件提供的用于裝配設(shè)計的裝配模塊，將零部件通過配對條件在產(chǎn)品各零部件之間建立合理的約束關(guān)系，確定相互之間的位置關(guān)系和連接關(guān)系等，將這些零部件組裝成完整的主軸密封三維模型。同時，為了清晰表達模型在加工時需要達到的尺寸加工精度和粗糙度等相關(guān)加工信息，還利用了NX軟件強大的工程制圖功能，根據(jù)關(guān)聯(lián)性來創(chuàng)建各零部件實體模型的工程圖。本次主軸密封的規(guī)范化設(shè)計是在NX的CAD模塊下完成的。由于此次運用到的CAD/CAE/CAM軟件是本人不十分熟悉的UG ，對其的應(yīng)用未能十分嫻熟，何況這是本人第一次接觸到水輪機，第一次接觸到水輪機主軸密封，在這種情況下需本人獨立完成對主軸密封的規(guī)范化設(shè)計，工作量偏大，時間也并不十分充裕，種種原因?qū)е卤救舜舜蔚脑O(shè)計可能存在不足之處，例如某些產(chǎn)品組件建模手法略顯生疏，所謂產(chǎn)品設(shè)計的規(guī)范化也可能存在一定的不嚴(yán)謹(jǐn)之處。雖然如此，這整個設(shè)計過程中本人卻是極盡全力，全部獨立完成，盡管存在美中不足，卻也基本達到了此次設(shè)計的各種要求，設(shè)計也達到了一定程度的標(biāo)準(zhǔn)化，整個設(shè)計過程也完全貫徹了規(guī)范化的設(shè)計理念。第2章 CAD的發(fā)展與NX軟件介紹　 計算機輔助設(shè)計指利用計算機及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進行設(shè)計工作，簡稱CAD。 在工程和產(chǎn)品設(shè)計中，計算機可以幫助設(shè)計人員擔(dān)負計算、信息存儲和制圖等項工作。在設(shè)計中通常要用計算機對不同方案進行大量的計算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設(shè)計信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計算機的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索；設(shè)計人員通常用草圖開始設(shè)計，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計算機完成；由計算機自動產(chǎn)生的設(shè)計結(jié)果，可以快速作出圖形顯示出來，使設(shè)計人員及時對設(shè)計作出判斷和修改；利用計算機可以進行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。CAD 能夠減輕設(shè)計人員的勞動，縮短設(shè)計周期和提高設(shè)計質(zhì)量。 CAD的產(chǎn)生以及發(fā)展史到目前，CAD的發(fā)展經(jīng)歷了四次技術(shù)革命。 第一次CAD技術(shù)革命──曲面造型系統(tǒng)， 在60年代出現(xiàn)的三維CAD系統(tǒng)只是極為簡單的線框式系統(tǒng)，它只能表達基本的幾何信息，不能有效表達幾何數(shù)據(jù)間的拓撲關(guān)系。進入70年代，只能采用多截面視圖、特征緯線的方式來近似表達所設(shè)計的自由曲面。隨著計算機的發(fā)展，當(dāng)三維曲面造型系統(tǒng)出現(xiàn)時，標(biāo)志著計算機輔助設(shè)計技術(shù)從單純模仿工程圖紙的三視圖模式中解放出來，首次實現(xiàn)以計算機完整描述產(chǎn)品零件的主要信息的方式。促使了第一次CAD技術(shù)革命的發(fā)生 第二次CAD技術(shù)革命──實體造型技術(shù)， 從70年代末到80年代初，隨著計算機技術(shù)的前進，同時在CAD技術(shù)方面也進行了許多開拓，1979年世界上出現(xiàn)了第一個完全基于實體造型技術(shù)的大型CAD軟件──IDEAS。由于實體造型技術(shù)能夠精確表達零件的全部屬性，在理論上有助于CAD的模型表達，給設(shè)計帶來了驚人的方便性。它代表著未來CAD技術(shù)的發(fā)展方向。 第三次CAD技術(shù)革命 ─—參數(shù)化技術(shù)，在實體造型技術(shù)逐漸普及時CAD技術(shù)研究又有重大進展。80年代中期，人們提出參數(shù)化實體造型方法。90年代，參數(shù)化技術(shù)變得成熟起來，充分體現(xiàn)出其在通用件、零部件設(shè)計上的簡便易行的優(yōu)勢。 第四次CAD技術(shù)革命──變量化技術(shù)，由于計算機技術(shù)的不斷成熟，使現(xiàn)在的CAD技術(shù)和系統(tǒng)都具良好的開放性。圖形接口、圖形功能日趨標(biāo)準(zhǔn)化。CAD系統(tǒng)中，綜合應(yīng)用正文、圖形、圖像、語音等多媒體技術(shù)和人工智能、專家系統(tǒng)等技術(shù)大大提高了自動化設(shè)計程度，出現(xiàn)了智能CAD新學(xué)科。智能CAD把工程數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)、知識庫及其專家系統(tǒng)、擬人化用戶接口管理系統(tǒng)集于一體。在CAD發(fā)展史中我們可以看到其技術(shù)一直于不斷的發(fā)展與探索中，促使了CAD技術(shù)的繁榮。 目前CAD技術(shù)仍在不斷發(fā)展，未來的CAD技術(shù)將為新產(chǎn)品設(shè)計提供一個綜合性的環(huán)境支持系統(tǒng)，它能全面支持異地的，數(shù)字化的，采用不同的設(shè)計哲理與方法來設(shè)計工作。CAD系統(tǒng)既可以按系統(tǒng)的功能分類，也可以按系統(tǒng)中使用的計算機的性能和類型分類。目前，CAD 已在電子和電氣、科學(xué)研究、機械設(shè)計 、軟件開發(fā)、機器人、服裝業(yè)、出版業(yè)、工廠自動化、土木建筑、地質(zhì)、計算機藝術(shù)等各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 CAD技術(shù)發(fā)展趨勢CAD技術(shù)作為成熟的普及技術(shù)已在企業(yè)中廣泛應(yīng)用，并已成為企業(yè)的現(xiàn)實生產(chǎn)力。圍繞企業(yè)創(chuàng)新設(shè)計能力的提高和網(wǎng)絡(luò)計算環(huán)境的普及，CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢主要圍繞在標(biāo)準(zhǔn)化、開放性、集成化、智能化四方面。 除了CAD支撐軟件逐步實現(xiàn)ISO標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，面向應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件（零部件庫）、標(biāo)準(zhǔn)化方法也已成為CAD系統(tǒng)中的必備內(nèi)容，且向著合理化工程設(shè)計的應(yīng)用方向發(fā)展。CAD軟件一般應(yīng)集成在一個異構(gòu)的工作平臺上，為了支持異構(gòu)跨平臺的環(huán)境，就要求它是一個開放的系統(tǒng)，這里主要是靠標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)來解決這個問題。目前標(biāo)準(zhǔn)有兩個大類：一是公用標(biāo)準(zhǔn)，主要來自國家或國際標(biāo)準(zhǔn)制定單位；另一是市場標(biāo)準(zhǔn)，或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，屬私有性質(zhì)。前者注重標(biāo)準(zhǔn)的開放性和采用技術(shù)的先進性，而后者以市場為向?qū)?，注重考慮從有效性和經(jīng)濟利益。后者容易導(dǎo)致壟斷和無謂的標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)。 CAD系統(tǒng)目前廣泛建立在開放式操作系統(tǒng)窗口98/NT和UNIX平臺上，在Java LINUX平臺上也有CAD產(chǎn)品，此外Cad系統(tǒng)都為最終用戶提供二次開發(fā)環(huán)境，甚至這類環(huán)境可開發(fā)其內(nèi)核源碼，使用戶可定制自己的CAD系統(tǒng)。 CAD技術(shù)的集成化體現(xiàn)在三個層次上：其一是廣義CAD功能CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP經(jīng)過多種集成形式成為企業(yè)一體化解決方案，推動企業(yè)信息化進程。目前創(chuàng)新設(shè)計能力(CAD)與現(xiàn)代企業(yè)管理能力（ERP、PDM）的集成，已成為企業(yè)信息化的重點；其二是將CAD技術(shù)能采用的算法，甚至功能模塊或系統(tǒng)，做成專用芯片，以提高CAD系統(tǒng)的效率；其三是CAD基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實現(xiàn)異地、異構(gòu)系統(tǒng)在企業(yè)間的集成。應(yīng)運而生的虛擬設(shè)計、虛擬制造、虛擬企業(yè)就是該集成層次上的應(yīng)用。 設(shè)計是一個含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動領(lǐng)域，智能CAD是CAD發(fā)展的必然方向。從人類認(rèn)識和思維模型來看，現(xiàn)有的人工智能技術(shù)對模擬人類的思維活動（包括形象思維、抽象思維和創(chuàng)造性思維等多種形式）往往是束手無策的。因此，智能CAD不僅僅是簡單地將現(xiàn)有的智能技術(shù)與CAD技術(shù)相結(jié)合，更要深入研究人類設(shè)計的思維模型，并用信息技術(shù)來表達和模擬它。這樣不僅會產(chǎn)生搞笑的CAD系統(tǒng)，而且必將為人工智能領(lǐng)域提供新的理論和方法。CAD的這個發(fā)展趨勢，將對信息科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。 NX軟件介紹 UG Unigraphics簡稱UG，是一個由西門子UGS PLM軟件開發(fā)，集CAD/CAE/CAM于一體的產(chǎn)品生命周期管理軟件。UGS NX支持產(chǎn)品開發(fā)的整個過程，從概念（CAID），到設(shè)計（CAD），到分析（CAE），到制造（CAM）的完整流程。它的內(nèi)容博大精深，涉及到平面工程制圖、三維造型（CAD）、裝配、制造加工（CAM）、逆向工程、工業(yè)造型設(shè)計、注塑模具設(shè)計（Moldwizard）、注塑模流道分析（Moldfolw）、鈑金設(shè)計、機構(gòu)運動分析、有限元分析、渲染和動畫仿真、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)交互傳輸、數(shù)控模擬加工十幾個模塊，它不僅造型功能強大，其他功能更是無與倫比，是全球應(yīng)用最廣泛、最優(yōu)秀的大型CAD/CAE/CAM軟件之一。UG自1990年進入中國市場以來，發(fā)展迅速，已成為中國航天航空、汽車、家用電器、機械、模具等領(lǐng)域首選軟件?！　G從CAM發(fā)展而來。20世紀(jì)70年代，美國麥道飛機公司成立了解決自動編程系統(tǒng)的數(shù)控小組，后來發(fā)展成為CAD/CAM一體化的UG1軟件。90年代被EDS公司收并，為通用汽車公司服務(wù)。2007年5月正式被西門子收購；因此，UG有著美國航空和汽車兩大產(chǎn)業(yè)的背景。 自UG ，此產(chǎn)品更名為NX。NX 是 UGS 新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，它可以通過過程變更來驅(qū)動產(chǎn)品革新。NX 獨特之處是其知識管理基礎(chǔ)，它使得工程專業(yè)人員能夠推動革新以創(chuàng)造出更大的利潤。 NX 可以管理生產(chǎn)和系統(tǒng)性能知識，根據(jù)已知準(zhǔn)則來確認(rèn)每一設(shè)計決策。NX 建立在為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經(jīng)驗基礎(chǔ)之上，這些解決方案可以全面地改善設(shè)計過程的效率，削減成本，并縮短進入市場的時間。NX 使企業(yè)能夠通過新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)向產(chǎn)品全生命周期管理轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。2009年10月12日 –Siemens PLM Software今日宣布推出其旗艦數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)解決方案NX 軟件的最新版。NX “HD3D”（三維精確描述）功能，即一個開放、直觀的可視化環(huán)境，有助于全球產(chǎn)品開發(fā)團隊充分發(fā)掘PLM信息的價值，并顯著提升其制定卓有成效的產(chǎn)品決策的能力。此外，NX 。同步建模技術(shù)是Siemens PLM Software于去年推出的用于提高計算機輔助設(shè)計、制造及仿真分析（CAD/CAM/CAE）效率的技術(shù)，面世后廣受贊譽。新的增強功能將進一步提高各類產(chǎn)品的開發(fā)速度，擴展NX無與倫比的與第三方CAD應(yīng)用數(shù)據(jù)有效協(xié)同工作的能力。更快速的創(chuàng)建和編輯幾何圖形的工具，進一步加快了與設(shè)計創(chuàng)建和修改相關(guān)的各類任務(wù)的速度。設(shè)計意圖在進行更改時得到了采用和保留，而可靠的編輯也避免了更新過程中出現(xiàn)的故障，并且無需再經(jīng)過長時間的重放。 　　具有強大的最新同步建模能力，用戶無需在使用原有CAD模型時了解其原始創(chuàng)建方法，而其擴展后的能力可以實現(xiàn)剪切、復(fù)制、粘貼和鏡像功能，從而進一步提高生產(chǎn)力。因此，將舊模型改編成新設(shè)計更為容易，而且通過提高設(shè)計數(shù)據(jù)重用大大節(jié)省了時間和費用。 新的“模型清理”工具使編輯從第三方CAD系統(tǒng)中導(dǎo)入的模型變得更輕松、快