作為國資委管理的53家重要骨干企業之一，中國第二重型機械集團公司(簡稱中國二重)始建于1958 年，1971年建成投產，是中國最大的重大技術裝備研制基地之一。多年來，中國二重的研發工作始終圍繞國家發展裝備制造業的方針政策而開展，具有國內領先的冶金、礦山等領域的重型裝備，核電、火電和水電機組大型鑄鍛件，重型壓力容器和大型傳動裝備的技術和產品開發能力，先后為冶金、礦山、能源、交通、汽車、石油化工、航空航天等國民經濟各部門和國防建設提供了上百萬噸重大技術裝備。許多產品填補了國內空白，替代了進口，在國民經濟和國防建設中發揮著不可替代的重要作用。出色的業績使得中國二重成為國家級創新型(試點)企業，四川省高新技術示范企業，國家專利試點先進單位和國家首批知識產權示范創建單位。近年來，中國二重在研發設計方面不斷探索、不斷創新，極大提高了產品設計效率，在激烈的市場競爭中站穩了腳跟。

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圖一 集團公司技術中心大樓

研發設計的機遇與挑戰

中國二重一直將研發設計創新作為集團重要的工作，下屬兩個國家級研發平臺：中國二重國家級企業技術中心和大型鑄鍛件數值模擬國家工程實驗室。技術中心下設七個專業研發院所：重型機械設計研究院、大型鑄鍛件研究所、工藝研究所、重型壓力容器與核電技術研究所、傳動技術研究所、信息技術所和計量技術所。中國二重具有雄厚的物質技術基礎和強大的產品研發、設計和制造能力。擁有國家級技術中心、工程實驗室和博士后工作站，擁有160MN水壓機等主要生產設備6600臺，具備一次性冶煉900t鋼水、澆注600t鋼錠、產出500t成品鑄件及250t成品鍛件的能力，是中國最大的冶金成套設備、核電、水電、火電成套鑄鍛件、重型壓力容器、大型傳動件、大型成套航空模鍛件等重大技術裝備制造基地。

然而，隨著業務的開展客戶的需求也在發生變化：如今的機械制造業不再是單一的機械設備制造，而是要為用戶提供成臺套裝備，這就要求制造商具有更全面、強大的技術支持。目前各重型機械制造業都在積極尋求進一步加強設計能力、改進產品結構、提高產品質量、縮短生產制造周期、降低生產制造成本等項問題的解決方案。有了完善可行的解決方案，才能在當前國際國內激烈的市場競爭中站穩腳跟，長足發展。中國二重也不例外，在科研開發、設計制造等領域都面臨著這樣的挑戰。

如何應對挑戰?

在高速發展的信息化時代，傳統的設計方法已不能滿足目前快節奏的生產方式了，更好地應用現代設計方法和手段，是最好的選擇。為此，中國二重在市場開拓、產品研發、生產制造等方面采取了多項改進措施來應對目前的挑戰。在科研開發、產品設計方面，提高了CAD/CAE技術的應用深度和范圍，制定了多種考核方式來促進工程技術人員盡快提高應用CAD/CAE技術的技巧和能力。

早在十幾年前，集團公司就在實施甩圖板工作時選用了AutoCAD作為二維CAD工具，如今，無論是推廣應用三維CAD/CAE技術還是選擇整體解決方案，都離不開已有的二維工程圖紙和多年設計經驗的積累。因此，選取歐特克解決方案是有效利用已有資源、提升效率的最佳選擇。集團公司設計研究院從1993年開始實施甩圖板工作，針對AutoCAD軟件的應用，先后舉辦了多期CAD技術培訓班，普及推廣后陸續購買了歐特克產品：AutoCAD和Autodesk Inventor，這也是集團公司設計研究院目前主要使用的CAD軟件。CAE方面，集團公司目前正在試用歐特克的Autodesk Simulation Mechanical & Multiphysics軟件，并不斷總結經驗和需求。不斷的發展，不斷的創新。中國二重研發設計的下一步計劃是將重點放在成臺套設備的整體應用分析上，以解決整體設備的數字樣機制作、整體測試、工況模擬、應力分析等問題。

“實踐證明，三維技術的應用能夠有效地滿足企業對新產品快速研發、設計和產品知識積累的需求。不但大大提高設計效率，在優化產品設計方面也效果卓著。”中國二重設計研究院教授級高級工程師、傳動技術研究所傳動設計二室室主任譚仁萬表示。

從設計實例看三維設計的應用經驗

現在以萬向接軸系列化產品的開發為例，對中國二重使用歐特克解決方案的應用情況和經驗作簡介。

十字軸式萬向接軸是機械行業廣泛應用的傳動件之一，對于這類具有標準系列的產品，經參數化驅動后，應用Inventor來完成設計工作，更加能夠顯示出Inventor在產品設計中的優越性和高效率。

我們利用Inventor對SWC/SWZ/SWP型萬向接軸進行了三維參數化設計軟件開發，該軟件能夠快速、準確地生成各系列聯軸器的三維零部件實體和完整的裝配體，并用優化后的數據修正三維模型，使得這類型號的萬向接軸的結構更合理，從而進一步提高產品的承載能力和機械性能特性，有效地提升產品的設計和制造水平。高效率地開發設計出聯軸器各種規格的系列化產品，有效縮短設計和制造周期、提高產品技術性能、節約制造成本，產生很好的經濟效益和社會效益。

在軟件開發中，我們重點考慮和解決了以下幾個問題：

1、十字萬向接軸參數驅動與強度問題：十字萬向接軸不但規格系列較多，并且各系列產品設計中均涉及很多待定尺寸，各尺寸之間又涉及到裝配關系和強度之間存在互相影響、相互矛盾的問題，需要多次反復計算校核，才能確定結構型式方案，盡管如此也不能優化的解決裝配關系與強度之間的問題。并且該產品使用傾角大，相互運動件容易產生干涉，尤其是SWC型的整體鑄造叉頭，空間曲面多，形狀復雜，強度要求高，是造成干涉的主要零件之一，該件是該類萬向接軸的關鍵零件，也是應力最大的零件，因此，在設計階段，要提高萬向接軸的承載能力，延長其壽命，就必須對其關鍵零部件進行優化設計和必要的強度分析。該軟件解決了聯軸器零部件的快速編輯和強度校核問題。

2、工程圖生成中存在的問題：由于萬向接軸零件較多且結構復雜，空間曲面多，輪廓線繪制困難，且圖面尺寸及形位差較多，人為標注尺寸時容易出現錯誤和漏洞。為確保圖紙的正確性，避免人為繪制工程圖出現錯誤的問題，提高設計效率和質量，我們采用了工程圖尺寸標注數據和三維模型驅動數據共用一個數據庫的方式，有效地解決了工程圖標注數據與三維模型驅動數據一致性的問題，

3、脹箱導致的干涉問題：由于鑄造時脹箱、重要尺寸偏差與圖紙給出的偏差產生較大誤差等原因的影響，致使整體鑄造叉頭實體可能存與相關件嚴重干涉或者重要部位的強度減弱的問題，這兩種情況都會對產品的生產和質量造成非常嚴重的影響。在裝配時若存在嚴重干涉問題，無法達到設計傾角要求。只能在反復的修整后才能確定干涉部位及干涉程度，而干涉部位要在機床上切削加工后再進行檢查，發現干涉后再上機床加工，如此反復修整才能解決整體鑄造叉頭干涉的問題。這樣既影響到該設備的出產進度，無法保證交貨時間，同時又長時間占用機床，嚴重影響其它產品的進度，造成人力和資源的浪費。利用該軟件，可以在Inventor環境下很好地解決上述問題，有效地提高設計效率，縮短了生產制造周期。

軟件的開發為設計者提供了良好的操作界面，即使不熟悉Inventor的設計人員，也能利用該軟件設計快速地完成十字軸式萬向聯軸器的設計工作。軟件采用了外部執行文件與Inventor交互操作的模式運行，可在Inventor 2010~2012環境下運行。

圖二~圖五是軟件運行的主控界面和完成的相應工作結果。

 
圖二 參數化設計程序主控截面

 
圖三 完成后的SWC型聯軸器接軸裝配

 
圖四 聯軸器工程圖生成主控界面

 
圖五 生成后的法蘭叉頭工程圖

應用效益評價

萬向接軸系列化產品的開發已在Autodesk Inventor(三維部分)/AutoCAD(工程圖部分)平臺上成功運行。目前，設計研究院傳動所設計的該類萬向接軸全部采用該系統進行設計，在通鋼1450E1萬向接軸、重鋼1780 E1萬向接軸、柳鋼1450F1E萬向接軸、東北特鋼小棒萬向接軸系列等設計工作中得到深入應用(應用情況見表2)，應用情況良好。在設計周期上，以前傳統的設計方式設計一套較為復雜的伸縮式SWC型十字萬向接軸需要的時間大概為：方案設計(7天)、強度分析(7天)、詳細設計及工程圖繪制(30天)，共需要約44天完成設計工作，而本項目的研究成功，可以在約7天的時間內完成設計工作，僅為原設計時間的16%，大大的提高了設計效率。實踐證明，該技術的應用能夠有效地滿足企業對新產品快速研發、設計和產品知識積累的需求。

在設計十字軸式萬向接軸的過程中，使用Inventor二次開發軟件快速、準確地生成相應的零部件三維模型，對關鍵件進行強度分析，萬向節傾轉干涉分析，然后對其中關鍵尺寸進行優化、修正，最終生成工程圖用于生產。在這一設計周期中，我們使用Inventor二次開發軟件后，極大地提高了工作效率，而且經過強度及過盈分析后，零部件的強度及結構都能得到最大的優化，并且能夠避免形狀復雜的法蘭叉頭在無法精確控制其傾轉時不出現干涉現象。有效縮短了設計和制造周期、提高產品技術性能、節約制造成本，產生了很好的經濟效益和社會效益。