PDM技术在机械可靠性设计分析中的应用研究

【摘要】随着现代化技术的不断发展和进步，复杂产品虚拟样机设计仿真需解决的一个技术问题就是多领域工具的集成。因此，提出了一类基于标准的、具备良好开放性、即插即用、面向服务集成的机械可靠性设计分析多领域工具集成平台，以及以产品数据管理（PDM）技术的可靠性设计分析虚拟样机结构。文章分析研究了PDM技术在机械可靠性设计中的应用。

【关键词】PDM；机械；可靠性

中图分类号：TH11 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2013）05-177-01

产品一体化技术在工业的应用已经有较长的一段时间，随着计算机辅助技术快速进步，机械产品性能的一体化设计、分析仿真技术的研究发展和应用已经有了明显的成果。最近几年，随着数字样机技术的不断研究应用，在一定程度上促进了产品性能一体化开发技术的进展，较多的关键技术的进展具有较大的突破性。在可靠性工程的发展中，其中的一个强烈需求救赎怎样才能够在机械产品性能一体化设计和仿真中纳入可靠性；与此同时，复杂系统可靠性的增强与一体化过程中多学科协同设计、优化过程也是一项关键因素。随着科学技术和相关学科的发展，如多学科优化技术、数字样机技术、可靠性工程技术等等，使机械产品性能和可靠性的一体化设计分析仿真和多学科优化设计变成一种可能。

一、虚拟样技术和产品数据管理

虚拟样机技术是以仿真模型为基础的数字化产品设计方法。其中采用了集成技术和计算机仿真技术等，集成了分散产品的开发和仿真过程，将产品原型在虚拟的环境中进行了形象的直观设计优化、性能测试、制造和使用仿真，该技术的核心技术为CAE性能仿真。

产品数据管理（PDM）存在着广泛的应用范围，凡是最终能够转换成计算机描述、存储的数据，均可以通过产品数据管理进行管理。在不同的工业领域中均可应用PDM。由于各个不同的领域均有各自的特点和需求，所以PDM在应用中存在着不同的层次要求与水平。PDM在产品开发的信息集成中可被当做一个集成框架，各种应用程序则借助各种方式将这些对象一一集成进来，从而使分布于企业各个地方、在不同应用中运行的全部产品数据得到集成、协调、共享，从而高度优化、充足产品的研发。

二、以PDM为基础的机械产品性能可靠性设计分析

在PDM软件框架中，各种应用软件均得到了高度的集中。文章通过机械产品性能以及可靠性设计分析与仿真过程作为应用背景，从而决定了企业产品数据的管理模式；通过虚拟样机集成了仿真团队协作环境和组织模式，实现了PDM和仿真工具的集成；通过PDM提供的过程管理器完成了仿真过程管理和协调的并行。

（一）可靠性设计

机械产品可靠性设计分析的基础有系统可靠性建模、FMECA-故障模式及影响和危害分析、FTA-故障树分析。系统可靠性分析是对整个机械产品系统进行了研究，其中包括控制装置、原动装置、执行机构等不同部分的整体复杂系统可靠性模型，以及分析评估方法等等。FMECA-故障模式及影响和危害性分析多为定性分析，是根据分析对机械产品的故障予以掌握，不但能够对机构设计进行直接指导，也能够为机械产品进行进一步的定量分析仿真奠定基础，FTA-故障树分析能够既能够进行定性分析、又能定量分析。其中通过定性分析能够对机械产品的故障实施更进一步的剖析，系统可靠性模型可以和故障树定量分析联合使用。可靠性设计准则符合新检查以CAD为基础，机械零部件概率设计则由CAE为基础实现。

（二）可靠性仿真

在现代机械产品设计中，往往会引入大量的计算机辅助设计软件工具。在二次开发主流CAD工具的基础上，该模块能够实现和CAD软件之间的数据交互和设计的协同，并在性能设计中融入过程，进而使产品方案长得可靠性设计得以实现。通过对机械产品在集成环境下故障知识库系统的构建，以及故障工程信息查询的构建，通过这些故障知识支持工艺设计和产品设计的优化，而完成机械产品设计以及方案的优化改进。在零件设计中，通过故障知识库中的故障知识进行故障分析，使从而辅助系统优化、零件设计，并改进零件设计，以此降低产品开发过程中的各种反复和重复，减少成本。

以有限元模型和三维数字样机作为基础，同时与机械强度可靠性仿真相结合，通过与CAE软件使自动化集成仿真和数据交换得以实现，进而完成机构运动误差精度、多刚体机构运行性能、多柔体机构运动性能可靠性分析和仿真完成机构运动可靠性分析仿真；完成机械产品静强度、动强度，以及热强度可靠性分析和仿真；完成机械产品断裂、疲劳寿命与可靠性分析仿真。以机械产品系统可靠性综合优化设计作为基础，同时与产品虚拟样机相结合，在整个过程中的优化目标为机械可靠性，结合机械可靠性分析和零部件概率分析，实现机械产品自动加化集与数据交互的优化集成仿真。

三、结束语

PDM技术结合在机械产品设计中，通过和数字虚拟样机技术的结合使用，分析计算了产品空间结构锁系机构的可靠度，是该方法在实际应用中的关键技术问题得到了解决，在一定程度上减小了成本，使机械产品的设计周期缩短。面向机械产品可靠性和性能的PDM综合设计分析系统的研究应用，使机械产品可靠性和性能的PDM综合设计分析的数据集成和工具集成得以实现。同时也实现了机械产品分析和协同设计过程统一，搭建了以虚拟平台样机基础的统一数据库，实施产品的设计研制周期缩短，为产品可靠性和性能的进一步提高奠定了基础。