摘要：在大型设备的结构化设计过程中，需要利用大型设备的三维模型和装配模型以完成结构化设计中的装配过程，研究结构化设计问题以及模型轻量化技术具有重要的现实意义。本文从大型热锻压设备的实际结构特点出发，对大型热锻压设备结构化设计中核心环节-装配单元划分进行了详细讨论，最后对大型热锻压设备模型轻量化技术进行了研究。
关键词：热锻压设备；结构化设计；轻量化研究
结构化的设计方法是一种新型的计算机辅助三维模型设计方法，对于这种设计方法来讲，设计思路和设计过程的结构化是其与多种其他的设计方法不同的地方。在大型设备的结构化设计过程中，需要利用大型设备的三维模型和装配模型以完成结构化设计中的装配过程，而后应该对其进行工艺数据的整理工作和模型的建立工作，并完成产品数据和资源数据模型的建立。某个特定型号的大型设备三维模型结构化装配过程正是根据上述三种模型之间的内在联系和相互关联来完成的，在对某型号的大型设备产品进行设计研发时，应该着重考虑工艺流程参数和产品的规格数据模型之间的联系，这是整个大型设备结构化设计的中心环节。
在大型热锻压设备的结构设计阶段，最末端的环节就是热锻压设备的装配环节，大型热锻压设备是由成千上万的零组件装配而成的，而装配过程又和工艺数据模型之间有较大的联系。产品的零组件就是大型热锻压设备的装配单元，装配单元要按照设计顺序相应的插入大工艺结构数据模型之中。由此可见，大型热锻压设备装配单元的划分对后续的工艺结构数据模型插入以及最终的产品数据模型获得都有重要的价值，因此装配单元的划分是大型热锻压设备结构化设计的核心之处，作为一个重难点已经逐渐成为研究学者关注的焦点问题。
1大型热锻压设备的结构概述
大型热锻压设备的结构组成中框架结构由典型的梁柱结构组成，通常选择三道梁和四根柱来支撑大型热锻压设备，由横梁和立柱组成的框架结构可以承受住热锻压过程中产生的全部载荷。在热锻压设备进行连续生产的生产过程中还需要进行换砖操作，这时就需要一套较为灵活的换砖装置安装于活动的横梁之上，以完成对锻压材料的移动和调运。
大型热锻压设备的压力来源是液压机，液压机产生液压之后由三个液压工作缸将压力施加于被锻压材料上，在液压缸的加压过程中压力可以随着载荷和形变量情况进行自动升级，在对工件进行锻压过程中如果一级液压压力能够压动锻件则继续压缩，如果一级液压压力压不动锻件时则会在此基础上继续增加一级液压压力，直至压动锻件或者液压压力到达大型锻压机可以提供的最大压力值时。
大型热锻压设备在进行结构化设计时充分考虑了热锻压设备的设备使用安全以及操作人员的人身安全问题，在载荷超过最大极限时热锻压设备能够采取相应的措施进行过载保护，当液压油油温超过最大值时能够进行报警以提醒操作人员，大型热锻压设备的电气系统采用可编程逻辑控制器进行程序的读取和指令的发送，这种设计可以最大程度的保证设备的使用安全。
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2大型热锻压设备结构化设计中装配单元划分
在大型热锻压设备的结构化设计中，装配单元划分是其重点和难点所在，在大型热锻压设备的结构、性能和装配过程限制下，采用聚类的方法对不同的零部件进行集合，组成一个个可以进行装配的单元，这些通过聚类而成的各个装配单元都有其特定的装配工艺，对于这个问题国内外已经有一些研究成果。
二维无向图是大型热锻压设备在进行结构化设计时常用的一种设计工具，利用二维无向图可以清晰的梳理出装配零部件之间的结构联系，国外学者在上述设计工具的基础上进行了理论范畴的延伸和挖掘，他们认为割集理论能够更加高效的对各个子装配系统进行准确表达。国内学者将图论知识应用于大型热锻压设备结构化设计实践中，成功的研究出设备装配和子装配之间的内在关联，进而提出了大型热锻压设备结构化设计中子装配环节的识别方法。
大型热锻压设备零部件的装配单元划分通常以三种相关性为划分原则和划分依据，分别是结构相关性、功能相关性和装配工艺相关性。如果进行装配的零部件之间有结构相关性，这些零部件就可以被划分为同一个装配单元，这种结构相关性的判断是通过零部件之间的连接方式是否相同，结合强度是否相近来完成的。如果进行装配的零部件之间有功能相关性，这些零部件可以被划分为同一个装配单元，这种功能相关性的判断是通过零部件之间进行装配后能否可以互相之间进行配合，而为同一大型热锻压设备功能服务。还有一种装配单元划分原则是按照装配工艺的相关性来划分，如果装配工艺相类似或者装配资源趋同，也可以将其归为一个装配单元。
3大型热锻压设备模型轻量化技术
上文讨论了大型热锻压设备结构化设计中装配单元划分问题，解决了装配单元划分问题之后就需要考虑装配单元进行组合而形成一个大型锻压设备模型的工作。装配单元的划分是以模型装配为最终目的，上文所研究的图解法虽然能够清晰的表述装配单元之间的相互关系，但随之而来的是数据量显著增加，这对于计算机的运算能力和三维模型的浏览效率都增加了严重的负担。
有学者将模糊数学的概念和理论引入子装配划分的研究，给出了基于产品模糊聚类的产品合理子装配划分方法，避免了组合爆炸问题，但同图解法一样，都只考虑了零部件之间的的结构关系，忽略了功能关系和装配工艺等方面的要求。在企业实际装配过程中，除了产品的结构性，产品的功能性和装配工艺性也是影响产品装配的重要因素。在结构化设计中引入直觉模糊理论，能够将评价值表示为区间直觉模糊数的形式，以解决专家评价值表达中的主观性和不确定性；进而基于直觉模糊数形式的相关性评价值进行模糊聚类，得到装配单元的划分方案。
参考文献：
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作者简介：武大伟（1979.09--）；性别：男，籍贯：辽宁朝阳人，学历：硕士研究生，毕业于沈阳航空航天大学；现有职称：高级工程师；研究方向：航空制造工艺及其数字化；
本论文受科技部重大专项项目资金资助，项目编号2013ZX04001041-09
论文作者:武大伟,刘迎春,苏长青
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/13
标签：锻压设备论文; 结构化论文; 单元论文; 模型论文; 相关性论文; 结构论文; 零部件论文; 《基层建设》2018年第36期论文;