長春軌道客車股份有限公司成立于2002年3月，在原長春客車廠主營業(yè)務(wù)和優(yōu)良資產(chǎn)的基礎(chǔ)上經(jīng)改制、重組后組建的新型股份制公司（圖1所示）。公司與國內(nèi)同行企業(yè)相比，具有規(guī)模大、技術(shù)裝備精、研發(fā)能力強、管理平臺新、國際合作廣、歷史業(yè)績佳六大優(yōu)勢。是我國最大的鐵路客車、動車組和城軌客車研發(fā)、制造和出口基地。
圖1 長春軌道客車股份有限公司
隨著我國城市軌道交通的不斷建設(shè)發(fā)展，作為軌道交通車輛的重要部件--座椅也在結(jié)構(gòu)、功能各方面得到快速發(fā)展，技術(shù)先進的歐洲國家也紛紛到中國采購軌道車輛部件，不斷沖擊國內(nèi)同行業(yè)產(chǎn)品市場。作為城市軌道車輛的重要部件--座椅，由十幾年前單一的鋼架包布座椅發(fā)展到現(xiàn)在有多種多樣，目前較多使用的有玻璃鋼座椅、鋁支架布面座椅、鋼架布面座椅、不銹鋼面鋁架座椅、不銹鋼面耐候鋼架座椅等。目前的座椅存在著當(dāng)車輛起車、剎車時座椅上的乘客容易受貫性向前竄動，破壞了座椅的乘坐的舒適性。長春軌道客車股份有限公司設(shè)計科針對所設(shè)計的內(nèi)容發(fā)展趨勢和潮流，與長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院、長春熱力集團技術(shù)科于2007年成立了課題攻關(guān)小組，針對座椅關(guān)鍵部位進行三維設(shè)計，并對其工作過程進行模擬。采用三維設(shè)計軟件Autodesk Inventor和AutoCAD的配合操作，成功地將三維設(shè)計運用到實際的設(shè)計工作中，取得了設(shè)計理念的飛躍性突破。設(shè)計工作由抽象化演變?yōu)橹庇^化，對設(shè)備的動作模擬逼真到位。
壓窩不銹鋼座椅的安裝在車體側(cè)墻上及車體地板上，為四人、五人模壓不銹鋼椅面，椅面下部設(shè)有加熱器及熱能導(dǎo)流裝置；椅面形狀與人體生理彎曲相符，具有人機工程學(xué)原理，舒適美觀、安全可靠，當(dāng)車輛起車、剎車時座椅對乘客的竄動能夠起防滑作用及增加座椅強度，導(dǎo)流裝置能夠?qū)⒆蜗虏考訜崞鳠崮苁鑼?dǎo)，使椅面均布恒溫，其使用壽命長、防火阻燃性能強、安裝、拆卸、檢修方便靈活。
壓窩不銹鋼座椅的結(jié)構(gòu)由椅面、椅背和座椅支架組成。其特征在于：椅面與側(cè)板焊成一體，椅面上沿設(shè)有散熱孔，椅面下沿向里側(cè)為弧形，椅面下部與靠骨架粘接，靠骨架為不銹鋼板形狀與椅面截面形狀完全相符，其上設(shè)有通孔與側(cè)面固定連接側(cè)擋板的座椅支架連接，前面用卡簧片及螺釘固定連接有前擋板，前擋板上部安裝有手柄，并設(shè)有散熱孔，座椅支架后側(cè)及下部設(shè)有通孔，與車體通過螺釘連接固定；由連接鉚釘固定連接的導(dǎo)流板、安裝板、拉板組成的熱導(dǎo)流裝置固定在座椅支架上和椅面下部，下設(shè)溫度導(dǎo)流裝置椅面溫度適宜，椅面材料為耐腐蝕的不銹鋼板且模具成型。
經(jīng)過以上分析，課題組成員一致認為如果采用現(xiàn)有設(shè)計軟件來完成壓窩不銹鋼座椅設(shè)計有幾個問題有待解決。
沿用傳統(tǒng)的二維設(shè)計方法，已經(jīng)越來越不適應(yīng)目前研發(fā)新產(chǎn)品的要求。
1、我們設(shè)計的產(chǎn)品體積稍大，包含的零件數(shù)量較多，裝配關(guān)系復(fù)雜，工程師往往需要多個視圖才能將設(shè)計意圖表達清楚。在對圖紙的處理過程當(dāng)中，我們需要花費大量的時間繪制剖視圖、局部剖視圖。當(dāng)圖紙某處想要修改，那么與之相關(guān)的視圖全部都要重新編輯。
2、二維軟件是不能靠參數(shù)驅(qū)動、而設(shè)計的過程又不是一蹴而就的，不同視圖和圖紙之間是不關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，在進行設(shè)計變更的時候，需要反復(fù)修改后才能確定最終的設(shè)計圖紙。總裝圖和零件圖之間缺乏關(guān)聯(lián)，修改的過程就變得麻煩，改完一個還要改另一個，這樣重復(fù)性的勞動容易使人疲倦，很有可能產(chǎn)生錯誤，極大的影響了產(chǎn)品研發(fā)和投放市場的速度。
3、座椅產(chǎn)品研發(fā)中存在零件的設(shè)計，工程師必須根據(jù)設(shè)計要求計算出零件的受力、變形的情況。這是一項費時費力的工作，期間要根據(jù)公式進行許多折彎處釋壓的計算，而且結(jié)果還不夠精確。并且在二維設(shè)計環(huán)境中無法準確計算出零件的受力、變形，只能用估算的方法，無法準確確認造成零件無法優(yōu)化到合理的數(shù)值，產(chǎn)品的成本也就不是最優(yōu)化的合理的數(shù)值，直接關(guān)系到整個產(chǎn)品的質(zhì)量。
Inventor軟件界面的布局設(shè)置的很合理，把大多數(shù)命令都集成至工具面板，操作非常簡單。瀏覽器采用樹形結(jié)構(gòu)，查看特征樹或裝配關(guān)系一目了然，使用起來很方便。
1、項目組采用至頂向下的設(shè)計方法不變，在部件環(huán)境創(chuàng)建基礎(chǔ)零件，根據(jù)設(shè)計意圖，基于裝配關(guān)系，逐步創(chuàng)建其余零部件。建模過程直觀地反映出工程師的設(shè)計思路，把人腦中的構(gòu)思真實地再現(xiàn)。模型尺寸通過參數(shù)控制，修改時雙擊尺寸， 輸入新的數(shù)值，模型即自動修改，這是二維設(shè)計所不能比擬的。
2、項目組采用Inventor軟件，緊緊跟隨客戶產(chǎn)品的變化，相應(yīng)地變化我們的生產(chǎn)線，可以讓客戶直接看到我們?yōu)榭蛻袅可矶ㄗ龅姆?wù)，大大提升了公司的形象。產(chǎn)品進入市場時間大大加快，這讓我們贏得更多客戶的信任。
3、壓窩不銹鋼座椅，由椅面、座椅支架、椅面靠骨架、前擋板、側(cè)擋板和導(dǎo)流板組成，對于座椅的設(shè)計，Inventor也能很好的支持。在開始設(shè)計之前，需要先設(shè)置一系列參數(shù)，軟件可以自動創(chuàng)建零件展開圖。
4、座椅安裝時項目組利用Inventor自有的焊接模塊對產(chǎn)品中大量的組焊件進行計算，如：強度校核、應(yīng)力校核、焊縫重量統(tǒng)計等。計算的速度提高數(shù)倍，計算結(jié)果極為精確，從面減少了大量的設(shè)計失誤。
5、壓窩不銹鋼座椅的結(jié)構(gòu)由椅面、椅背和座椅支架組成；其特征在于：椅面與側(cè)板焊成一體，椅面上沿設(shè)有散熱孔，椅面下沿向里側(cè)為弧形，椅面下部與靠骨架粘接，靠骨架為不銹鋼板形狀與椅面截面形狀完全相符，靠骨架上設(shè)有通孔與座椅支架連接，座椅支架的側(cè)面固定連接側(cè)擋板， 前面用卡簧片及螺釘固定連接有前擋板，前擋板上部安裝有手柄，前擋板上設(shè)有散熱孔，座椅支架后側(cè)及下部設(shè)有通孔，與車體通過螺釘連接固定；由連接鉚釘固定連接的導(dǎo)流板、安裝板、拉板組成的熱導(dǎo)流裝置固定在座椅支架上和椅面下部。其椅面形狀符合人體工程學(xué)；下設(shè)溫度導(dǎo)流裝置椅面溫度適宜；椅面材料為耐腐蝕的不銹鋼板且模具成型，增加強度提高壽命。在Inventor中可以方便地進行BOM的處理，可以直接將Inventor 里面所生成的BOM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到Excel中進行編輯和使用。從而把讓我們的工程師頭疼的問題變得如此的輕松，在BOM表的處理上提高工作效率一倍。
項目組引入三維設(shè)計，使用Inventor設(shè)計座椅總成結(jié)構(gòu)(圖2、圖3所示)、椅面結(jié)構(gòu)(圖4所示)、導(dǎo)流裝置結(jié)構(gòu)(圖5所示)。
圖2 座椅總成結(jié)構(gòu)圖
圖3 座椅總成結(jié)構(gòu)圖
圖4 椅面結(jié)構(gòu)圖
圖5 導(dǎo)流裝置結(jié)構(gòu)圖
這樣的設(shè)計不但可以克服縱橫交錯的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的困擾，而且可以通過鼠標拖動、旋轉(zhuǎn)就可觀察三維模型，設(shè)計合理的座椅結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，將零件面板切換至"環(huán)境"面板，選擇"應(yīng)力分析"功能即可進入應(yīng)力分析模塊，通過施加載荷和固定約束，軟件就可以自動計算產(chǎn)品的等效應(yīng)力和最大變形量，來驗證我們設(shè)計的壓窩不銹鋼座椅產(chǎn)品是否符合技術(shù)要求。
隨著現(xiàn)代輔助設(shè)計的發(fā)展，我公司還協(xié)同長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院創(chuàng)新工作室共同利用Inventor技術(shù)來完成多項產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計，如自行車（圖6）、減速器（圖7）等產(chǎn)品在相關(guān)企業(yè)和院校都得到廣泛的好評。
圖6 自行車
圖7 減速器
幾十年來，我國的制造業(yè)一直尋求一套更好的方法來用于設(shè)計、制造和效益之間的完美組合，讓設(shè)計師的思想表達和制造師們緊密結(jié)合。知識驅(qū)動的自動化和無紙化生產(chǎn)將是未來企業(yè)發(fā)展的必然方向。
"從2005年開始我公司進入Inventor專業(yè)輔助設(shè)計，運用其參數(shù)化設(shè)計和Autodesk自適應(yīng)技術(shù)完成了多項產(chǎn)品的開發(fā)與研制，使得我們在整個設(shè)計的過程中更加感到舒心，也使得我們的產(chǎn)品贏得了越來越多用戶的支持。"長春軌道客車股份有限公司金豆集團開發(fā)部部長李玉芬評價道。我們可以看到跟別的三維軟件不一樣的是，Inventor提供了許多專業(yè)輔助設(shè)計的功能，如專業(yè)的公差概念、螺紋、設(shè)計拼湊、強大的工程圖功能和自適應(yīng)技術(shù)等等。同時， Inventor還提供了巨大的數(shù)據(jù)管理和并行設(shè)計支持功能，為我公司提供了一個PLM（Product Lifecycle Management）系統(tǒng)，通過計算機管理來提高企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)能力和市場競爭能力。
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