M200A气瓶的三维造型设计【说明书+SOLIDWORKS】

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气瓶的国内外研究现状自上世纪后半叶以来，复合材料气瓶在西方国家得到飞速的发展。以CNG气瓶的研发和开发方面为例，美国的Lincol公司、SCI公司和Hydospin公司都走在世界前列。改革开放后的中国自然也有所作为，国内许多公司企业、科研院以及高度院校也纷纷加入到这个行列中来。经过数年努力，他们都拿出了自己的产品或研究成果。国内的研发项目已经解决了CNG气瓶壳体预紧压力设计和树脂配方设计等关键技术，完成了树脂配方全部原材料实现国产化及定型工作、建立了力学计算模型，确定了纤维缠绕角度、铺层结构的工艺参数，开展了爆破、公益性试验及振动和疲劳性能研究、设计制造了两工位计算机控制纤维缠绕机并形成了小规模生产能力的生产线，该技术还可在国防领域得到相关应用。目前，国内对气瓶的研究内容有：对钢制内胆环向纤维缠绕气瓶进行系统研究2；对气瓶设计、结构和受力情况进行有限元分析3；对气瓶进行优化设计，对气瓶的制造工艺提出全面分析，提出优化制造工艺4；对钢内胆和复合材料层在疲劳试验中的模量匹配问题进行深入研究，综合考虑表面的压应力、疲劳应力、钢和玻璃纤维的弹性模量及在疲劳中应变量和变形匹配，提出和完善复合材料缠绕工艺5。我国的复合材料气瓶产业虽然才刚刚起步，但我国的纤维缠绕技术根基深厚，气瓶制造只要坚持下去，必有成绩和回报6。而计算机三维设计的引入给设计领域的传统方法带来了一场变革，准确掌握和应用计算机辅助设计技术，对软件行业及机械行业都有着重大对意义。1.3 本文的具体工作本文的具体工作如下：(1) 对M200A气瓶现有的结构、原理进行详细分析；(2) 设计M200A气瓶的整体结构，并运用SolidWorks三维建模软件建立气瓶的实体模型；(3) 完成M200A气瓶这个产品中各零件的三维造型、工程图生成及最终的装配；(4) 制定相应的工艺文件。2 M200A气瓶的总体设计M200A气瓶一种比较精密的仪器，它的各个部件的选择不是凭空想象的，每个部件的确定都有其一定的科学规律。本课题设计的气瓶所装的钼源气体主要运用于集成电路板，所以要求所设计的气瓶以尽可能轻的重量，尽可能小的体积，储存尽可能多的气体。并且由于钼源是有毒的，对气瓶的密封性要求很高，在实际生产中，对气瓶的焊缝质量、焊接接头的力学性能等都提出了很高的要求。2.1 M200A气瓶的总体结构及其工作原理鉴于其它气瓶已有的结构，可以知道一个气瓶大致有以下几个部分组成：瓶身、进气管、排气管、控制阀门等。其工作原理也很简单：由进气管充气，通过控制阀门的开/关进行气体的排放。考虑到所设计的气瓶用到的场合较特殊，每个部件需仔细对比方案后再进行设计。2.2 方案的比较及确定在正式用软件对零件进行三维造型设计之前，需有一个方案的确定。所以，一般某个零件的设计都是先制定处二至三个方案，然后讨论筛选出较为满意的方案进行深入，深入过程实际是进一步细化。讨论并最终确定方案，这时的方案会比较细致，包括产品系列化方案、颜色方案等等。下面就对每一个具体的零件进行方案的比较和最终的确定。2.2.1 瓶身的方案普通气瓶的瓶身是一个整体，也就是不分瓶盖、瓶身和瓶底。这样的瓶身制造起来方便，但精度不高，也不适用于不锈钢材料的气瓶，而本文设计的气瓶材料采用316L和1Cr18Ni9Ti，都是不锈钢材料。所以瓶身采用瓶盖、瓶身、瓶底的分开设计。瓶身的设计有两种方案可供选择：(1) 具有不锈钢衬里的双层瓶身。这种瓶身的优点是耐用、密封性好；相对的缺点就是造价比较高。(2) 单层瓶身。这种瓶身的优点就是造价相对低；缺点是没有双层瓶身耐用。考虑到使用的方便性，气瓶要尽可能的轻，尽可能小的体积，储存尽可能多的气体，且造价也不宜太高，本文采用单层瓶身。瓶底的方案：考虑到钼源气体的珍贵，为了能使气体通过排气管彻底用完，在瓶底的设计处增加了一个小凹槽，这样就能保证气体不浪费了。瓶盖的方案：瓶盖上需焊接进气管和排气管，需挖两个孔。但考虑到本文所设计的气瓶所装的钼源气体十分珍贵，为了保证在气体冲入瓶中后不被污染，该气瓶还需配有一个清洗阀，便于瓶身的清洗。所以在瓶盖上还需开一个孔，用来焊接清洗阀。2.2.2 进气管和排气管的方案进气管和排气管都可以设计成弯曲的造型和笔直的管，考虑整个气瓶的美观性，本文采用弯管。2.2.3 瓶内管的设计气体的排放如若经过一个管道则会排放的更加干净，所以本文的设计增加了一根瓶内管，便于钼源气体的彻底排放。管的弯曲度则由瓶盖上的孔和瓶底的小凹槽决定，装配时管子的两端需对准孔和凹槽。2.2.4 通气阀的设计冲入气体和排出气体都需要通过一个部件，那就是通气帽。通气帽由五个零件构成，分别是：通气盖、通气管、螺帽、螺母和垫片。相应的零件尺寸大小可以查相关的手册。2.2.5 其它部件的设计或选用气体排放的速度和量的多少由一种标准件VCR接头控制。所谓标准件，就是可以直接按照相关参数（如排气管的直径）来选定。至于清洗阀，它的结构和通气阀是一样的，只要确定其各个零件的尺寸大小就可以了，而它的尺寸也可以按瓶盖上孔的大小作为参照尺寸。2.2.6 钢丝绳的设计在通气帽上连接着一根钢丝绳，这是为了方便通气盖拧下时的放置，可以直接吊在绳索上。至此，M200A气瓶的总体设计就基本上完成了。下面就可以用三维造型软件进行具体的设计了。3 M200A气瓶的三维造型随着计算机辅助设计技术的飞速发展与功能的不断完善，为工程技术人员提供的高效方法和手段越来越丰富。尤其是三维CAD/CAM软件的广泛应用与普及，使得现代机械产品设计逐步进入三维设计时代。三维设计具有形象、直观、精确、快速的特点，在产品开发、结构分析、产品性能的评估、确定和优化物理样机参数过程中起到决定性作用，为新产品研发一次成功，提供了强有力的技术支持。3.1 三维造型软件介绍目前,市场上流行很多三维设计软件,如Pro /E、UG、CAXA 、SolidWorks等,这些三维设计软件都具有强大的实体建模、参数化特征造型、曲面造型和大型装配处理等功能,它们被广泛用于机械、汽车、航空等领域。美国PTC公司开发的Pro/E软件是基于参数化的三维实体设计软件，共有近30个大模块，其功能非常强大，几乎涵盖了机械学科的各个专业。其中，实体造型、曲面造型、模具设计、数控加工、虚拟装配、运动仿真、工程管理、工程图绘制等都是它的基本功能。该软件还提供了大量是工业标准模块和数据转换接口，其功能之丰富、专业程度之高、涵盖面之广，在众多CAD软件系列中都是少有的7。SolidWorks是一套基于W indows的CAD /CAE /CAM /PDM桌面集成系统,是美国Solid Works公司在总结和继承了大型机械CAD 软件的基础上,在Windows环境下实现的第一个机械三维CAD软件。它全面采用非全约束的特征建模技术,其设计过程全相关性,可以在设计过程的任何阶段修改设计。该软件具有产品配置功能,可以为用户设计不同构性的产品。它集成了设计、分析、加工和数据管理过程,所获得的分析和加工模拟结果成为产品模型的属性,它将2D造型绘图与3D造型技术融为一体,能自动生成零件尺寸、材料明细表(BOM) 、具有指引线的零部件编号等技术资料,从而简化了工程图样的生成过程。同时有中英文两种界面可以选择,其先进的特征树结构使操作更加简便和直观。具有交好的开发性接口和功能扩充性。能轻松实现各种CAD软件之间的数据转换传送。SolidWorks软件的主要特点:(1) SolidWorks提供了直接绘制三维草图的功能,在友好的用户界面下, 象绘制线架图一样不再局限在平面上, 而是在空间直接画草图。此外3D草图还可作为装配环境下的布局草图进行关联设计。(2) SolidWorks提供了一个动画功能, 可以生成实体的装配过程、爆炸过程、运动过程的动画文件, 同时也生成各个过程的组合动画文件。(3) SolidWorks友好的界面。图形菜单设计简单明快、形象化, 一看即知。系统的所有参数设置全部集中在一个选项中, 容易查找和设置。实体的建模和装配完全符合于自然的三维世界。特别是装配约束的概念非常简单且容易理解。对实体的放大, 缩小和旋转等操作可以在任何命令过程中使用, 实体的选取非常容易和方便。(4) SolidWorks建模迅速, 操作灵活, 是一种尺寸驱动且基于特征的三维设计软件, 具有构造历史以供事后修改, 更加适合学生在机械制图综合实践中使用8。3.2 M200A气瓶的三维造型设计的M200A气瓶的装配图如图1。图1 M200A气瓶结构图如图所示，M200A主要由瓶盖、瓶底、瓶身、VCR接头、清洗阀、进气管、内管、排气管等零件组成。3.2.1 清洗阀的设计清洗阀是M200A气瓶中的关键部件，它既用于清洗，还可以检测所剩气体的多少。所以在设计清洗阀的时候应该充分考虑其光洁度、耐腐蚀性等综合要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。清洗阀是标准件，市面上现在可以直接买到。清洗阀由无氧铜垫片、通气管、通气盖、螺帽和螺母装配而成，结构如图2：图2 清洗阀结构图(1) 无氧铜垫片无氧铜垫片的主要起密封作用，结构如图3：图3 无氧铜垫片(2) 螺母螺母用于和螺帽连接，结构如图4：图4 螺母(3) 螺帽 螺帽的结构如图5： 图5 螺帽(4) 通气盖通气盖的结构如图6：图6 通气盖(5) 通气管通气管的结构如图7：图7 通气管为了表达清楚清洗阀的装配结构，见如下爆炸视图8：图8 清洗阀的爆炸视图3.2.2 瓶底的设计瓶底主要是起支撑作用的，所以它的厚度有一定的要求，不能太薄。而为了使瓶内的气体完全排完，特别在瓶底挖了一个槽，这样一个小小的设计就能保证气体不浪费了。并且瓶底做了倒圆角处理。瓶底结构如图9：图9 瓶底3.2.3 瓶盖的设计瓶盖上三个孔的位置是有要求的：需考虑应力的分布，重量的分布，也就是整个气瓶装配好以后的重心必须落在瓶身的中心线上，不然气瓶就不能站稳了。瓶盖结构如图10：图10 瓶盖(1) 孔的大小孔的大小是根据管的直径来决定的。(2) 孔的倒角处理为了便于排气管和内管的连接，在孔的底部做了倒角处理。(3) 孔的位置孔的位置考虑了在上面焊接的管、VCR接头等的重量分布情况。3.2.4 瓶身的设计瓶身作为瓶盖与瓶体的连接体，也是气体主要储存的地方，对其壁厚有一定的要求，倒角处理以后需与瓶盖与瓶身吻合，以便于焊接。瓶身结构如图11：图11 瓶盖3.2.5 进气管与排气管的设计进气管与排气管的设计思路是一样的，两根管子的弯度要一致，这是为了在瓶盖上的重量分布均匀，但考虑到排气管还与瓶内管连接，所以排气管应比进气管短一些。进气管和排气管如图12、图13所示： 图12 进气管 图13 排气管3.2.6 通气阀的设计通气阀的结构和清洗阀是一模一样的，只是尺寸不同，在此就不赘述了。3.2.7 VCR接头VCR接头是标准件，市面上可以直接买到。它的主要作用是用来连接通气阀与进、排气管，以及准确控制气体流动的速度与用量它的结构如图14：图14 VCR接头3.3 工程图工程图是设计者思想的表达，是加工零部件的依据，是进行技术交流的重要文本资料。SolidWorks工程图能将2D造型绘图与3D造型技术融为一体，能自动生成零件尺寸、材料明细表（BOM）、具有指引线的零部件编号等技术资料，从而简化了工程图样的生成过程9。SolidWorks工程图文件中包含两个独立的部分：图纸格式和工程图视图。图纸格式包含工程图图幅的大小、标题栏设置、零件明细表及其定位等。由于图纸格式在工程图文件中相对比较稳定，所以一般先设置或者创建需要的工程图图纸格式10。3.3.1 图纸格式的设置图纸格式包括图纸的大小、方向及图框的种类。通过设置图纸格式，用户可以设置需要的图纸边框与标题栏等内容。SolidWorks在创建工程图时，必须设置需要的图纸格式。SolidWorks提供三种图纸格式，分别为标准图纸格式、用户图纸格式与无图纸格式。(1) 标准图纸格式SolidWorks提供了12种标准图纸格式，每一种图纸格式都包含了确定的图框与标题栏，用户可以根据需要选用。图纸的设置方向通常有横向和纵向两种。(2) 用户图纸格式用户图纸格式是读者自行设置的图纸格式。(3) 无图纸格式该方式只能定义图纸的大小，没有图框和标题栏，是一张空白的图纸。实际应用中，各单位的图纸格式往往不一样，所以用户需要设计符合自己的图纸格式并储存，以后用到的时候，只要调用该图纸格式即可。本文采用用户图纸格式，根据所设计气瓶的总体尺寸和各个零部件的尺寸，需用到A2和A4图纸。完成了图纸的一系列相关设定后，就可以建立工程视图了。3.3.2 工程图视图工程视图包括：标准三视图、命名视图、投影视图、剖面视图、旋转剖视图、辅助视图和局部放大图。(1) 标准三视图标准三视图能为零件或装配体同时生成三个相关的默认正交视图，默认的标准三视图为前视、上视及右视3个视图。常用创建标注三视图的方法有两种：直接选取法和文件插入法。(2) 模型视图当生成新工程图，或者将一模型视图插入到工程图文件中时，将弹出【模型视图】属性管理器，可从指定的视图名称选择一方向，然后生成工程图视图。模型视图可以创建前视、后视、左视、右视、上视、下视、等轴测、当前模型视图、上下二等角轴侧及左右二等角轴测等多种视图。(3) 投影视图投影视图是指将工程图中已存在的视图，建立以该视图为前视图的上、下、左、右4个正投影视图中的其中一个视图。(4) 剖面视图剖面视图可以显示设计零件内部特征的厚度、斜度等构造。适当使用剖面图可以使零件的工程图更为清晰，便于读图。剖面视图一般分为：全剖视图、部分剖视图、阶梯剖视图和旋转剖视图等。建立剖视图必须有一条剖面线。对于全剖视图，利用直线或者中心线命令，既可以在执行剖视命令前在视图中剖视位置先画剖面线，也可以在执行剖视命令后在视图中剖视位置再画剖面线。对于部分剖视图，既可以在执行剖视命令前也可以在执行剖视命令后在视图中的剖视位置先画剖面线。阶梯剖视图的剖面线一般为多条连续的直线。创建阶梯剖视图，必须在执行剖视命令前在视图中剖视位置先画剖面线。对于旋转剖视图，既可以在执行剖视命令前也可以在执行剖视命令后在视图中的剖视位置画剖面线。(5) 辅助视图辅助视图类似于投影视图，但是如果零件中包含斜面特征，只以一般正投影视图来观测的话，则可能无法了解斜面上的实际形状。这时只有通过辅助视图命令，才能清楚了解斜面的特征。(6) 局部放大图局部视图用来放大显示模型上较为复杂或者微小的部分。局部视图可以是正交视图、空间视图、剖面视图、裁剪视图、爆炸装配体视图或者另一局部视图。二维工程图与三维图两者是相辅相成，密不可分的。虽然三维造型图在机械设计中更具优势和直观性，但工人在制造零件时依据的还是工程图。3.3.3 M200A气瓶的工程图（1） 剖视图（如图15）图15 瓶盖工程图以上是瓶盖的剖视图，这种表示法就可以清楚地表现瓶盖的内部结构了。（2） 爆炸工程图（如图16）图16 清洗阀工程图以上是清洗阀的爆炸工程图，这样的表现手法可以清晰的地表现出部件的装配关系了。（3） 标准三视图（如图17）图17 通气盖工程图以上是通气盖的标准三视图，分别是主视图、俯视图和左视图。这种视图表示法适用于三视图不一样的零件，而本图中的左视图又通过剖视图来表现，这样就更清楚地表现出通气盖的内部结构了。4 M200A气瓶的装配工艺分析和装配4.1 气瓶装配工艺气瓶在实际装配时采用的是焊接形式，而不是简单的机械连接，这是一种不可拆卸的连接。这是为了保证气瓶的密封性，防止所装有毒气体的泄露。所谓焊接结构装配焊接工艺(以下简称装焊工艺) ,就是一个焊接结构的实际生产过程,主要是指组成结构件的零部件装配焊接的先后次序及相应的装配焊接内容,即具体的加工工艺路线。而焊接结构装焊工艺的设计,就是通过对焊接结构的结构和功能的分析,对其整体装焊工艺进行规划,从而保证整体装焊工艺的完整性和有效性的过程11。本课题所设计的M200A气瓶所用的材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢，这种奥氏体不锈钢在焊接时，它的流动性能好，致密性强，成型美观，韧性和强度较高，防腐蚀能力强，是化工容器的良好使用材料。对于1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢而言，一般情况下能很好地是适应于溶化焊接，但是从经济、实用和机械器具及技术性能方面考虑，还是采用手工电弧焊接较好12。装配时根据1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的特点、性能进行装配加工。气瓶装配时所采取的工艺流程如下：各零件加工打磨清洗超声波清洗定位焊检验圆周焊检验烘干抽真空冲入气体13。4.2 装配过程在现代制造业中, 装配是产品生命周期的重要环节,装配成本占产品制造成本的40%50%, 装配工作量占整个制造工作量的20%70%, 且手工作业工作量大, 装配自动化一直是制造自动化中的瓶颈问题。因此, 1980 年代初, 出现了对计算机辅助装配规划( Computer AidedAssembly Process Planning, CAAPP) 技术的研究。目前,计算机辅助装配规划已经成为CAD 技术推广应用的热点研究内容之一, 其目的是给设计人员提供设计决策支持, 达到缩短产品设计周期, 提高产品装配效率的目的。SolidWorks为用户提供了一个高效、易用的装配设计环境。在这个环境中用户既可以通过自底向上的方式将单个的零件装配为低级的子装配，进而由低级的子装配组装为更高一级的子装配，最后完成整个装配；也可以通过顶向下的装配方式直接在装配环境中派生设计零件。在创建新零件时，可直接参考其他零件并保持关联14。4.2.1 装配规划的方法装配规划实质上就是在各种几何约束条件及工艺约束条件的制约下, 求解出满足各种约束条件、效率优良的装配顺序, 装配序列的规划方法可分为如下几种:（1) 基于装配优先约束关系的装配序列生成方法获取优先约束关系是最直观的装配顺序生成方法,该方法的关键是装配优先约束关系的获取, 采用人机交互的方法, 工作量大, 人员要求高, 易出错, 自动获取优先约束难度大, 优点是获得零件装配的优先约束后, 容易求得零件的装配顺序。（2) 基于部件识别的装配序列求解方法根据零件的部件分类, 分层次生成部件的装配顺序,依据一定的规则综合部件的装配顺序, 即可求得产品的装配序列。基于部件识别的求解方法有效地抑制了装配顺序生成的组合爆炸问题, 但需借助知识去除那些理论上可行但实际装配操作工艺性差的装配序列。（3) 拆卸法求解装配顺序的方法拆卸法通过求解零件的拆卸顺序来获得零件的装配顺序。但前提是装配和拆卸必须互为可逆。（4) 基于知识的求解方法基于知识的方法求解装配序列, 采用一阶谓词逻辑来表达产品结构序列优先约束和装配资源约束等知识。系统以产品CAD 模型为输入, 通过人机交互获取零部件装配优先约束。通过图搜索算法求解产品配合特征图的最小割集来产生装配序列, 该方法对于特定产品的装配序列求解比较有效, 缺点是适用面窄, 且领域知识的获取较难。（5) 基于矩阵运算的方法该方法以矩阵表示装配体中有配合关系的零件之间的联接关系, 矩阵中的每个元素代表零件的装配关系。矩阵用线性代数中的有关运算进行变换规约, 简化了联结关系矩阵对应的装配序列。4.2.2 装配序列的评价及优化即使产品的零件数目较少, 其装配序列也具有多种组合的可能性。如何提出合适的评价指标对所规划的装配序列进行评价意义重大, 目前, 采用的装配序列评价方法主要有定性和定量两种。定性准则有装配方向换向的频繁、子装配体的稳定性和安全性等。定量因素有装配时间、装配成本等。定性准则主要为装配顺序的选择提供有益的参考, 但不便实际应用。定量的评价因素考虑了装配工艺的特性, 为完成装配顺序的自动评价提供了量化的指标。体现了装配操作的方便程度。4.2.3 装配关系表达及应用零件的装配关系一般可分为三种: 凹凸特征间的匹配关系; 特征为两个对应的装配特征占有相同的体积; 同时具有相同的参考原点; 平面特征间的贴合关系; 特征为两个对应的装配特征不占有相同的体积, 但是互相接触;平面特征间的对齐关系, 特征为两个对应的装配特征不占有相同的体积, 但是相互对称。装配关系表达主要有以下几种模型:（1) 关联图模型采用关联图表达产品装配关系的优点是方法简单, 缺点是零件之间的联系并不对应具体的装配操作, 利用联系图模型难以实现自动装配序列规划。（2) 联接矩阵法装配关系联接矩阵是关联图模型的矩阵表示形式。用联接矩阵表示装配关系的优点是根据联接矩阵, 能判断出装配体中零件的联接情况, 并可通过单位值最多的行或列对应的零件, 识别出装配体的基础件。(3) 产品等级装配模型产品总是由一个或多个功能部件和零件装配而成,这些部件分别实现自己的功能, 又往往包含下一级子装配体, 下一级子装配体又包含更下一级子装配体, 如此拆分, 直到最终不可拆分的零件。等级模型用子装配体表达一组功能上或物理结构上相关的零件集，其优点是能表达产品中零部件间的层次关系15。4.2.4 M200A气瓶的装配流程通过比较和分析，以先从子部件装配再到整体装配，以从内到外、从定位焊到圆周焊的原则，M200A气瓶采用如下的装配（焊接）流程：(1) 首先是进行子部件的装配：M200A气瓶的子部件包括通气阀和清洗阀，这两个部件的结构是一样的，都是由通气盖、通气管、螺帽、螺母和垫片组成的。通气盖和螺帽先装配在一起，然后加入垫片，再压入通气管，最后由螺母旋到一个合适的位置压紧、固定。通气阀的装配关系如图18：图18 通气阀工程图(2) 其次是子部件与子部件之间的焊接装配：进气管和排气管分别与瓶盖焊接，注意装配时弯管的角度；同时清洗阀伸入瓶盖上16孔内与瓶盖焊接；然后瓶内管插入入口管3mm后与排气管进行定位焊，注意使两根管子在同一平面内。(3) 再次是进行圆周焊：先是瓶盖连同上面已经焊接好的进气管、排气管、通气阀以及瓶内管与瓶身的焊接装配，然后是瓶身与瓶底的焊接。(4) 最后，依次在进气管和排气管上焊接VCR接头和通气阀，注意焊接VCR接头的时候要与瓶身正面成15的角度。至此，M200A气瓶已经全部焊接装配完毕。M200A气瓶的装配关系见如下爆炸工程图19：图19 M200A气瓶装配爆炸工程图结束语本文以SolidWorks2008为工具，对M200A气瓶进行了深入细致的分析，深刻领会了它的结构体系，设计方法，同时参考了国内外气瓶设计的先进实例，查阅了一定数量的相关资料，总结出一般气瓶的设计思路，本文的具体工作如下：(1) 对M200A现有的结构、原理进行了详细分析；(2) 设计了M200A气瓶的整体结构，并运用SolidWorks三维建模软件建立了气瓶的实体模型；(3) 细致研究了其各个部分的设计原理，并在借鉴前人理论分析成果的基础上，总结自己的设计理念及设计思路，得出了气瓶的设计流程。由于作者的水平所限，很多地方考虑的还不是很全面。需要的改进的地方还有很多：(1) 论文中的M200A气瓶的设计方法仅适用于集成电路板中所用的小型气瓶。气瓶的种类很多，有些用于特殊常场合的气瓶工作原理和工作方式与一般的气瓶有很大差别，可能会不适合于本设计的思路。(2) 气瓶在实际的焊接装配中要考虑很多问题，这个是理论设计考虑不到的，有些变量对结果影响很小，可以忽略不计，有些影响却很大，这就造成了理论设计与实际生产的出入很大。另外这些误差有的以现在的科技水平暂时还分析不出原因，这时往往用经验公式计算的结果更加准确，就拿经验公式代替了理论公式。但是经验公式往往有其局限性，不可能适合所有的情况，应该具体问题具体分析对待。通过总结，希望能为后续研究者提供一点思路，早日解决这些难题，给实际生产提供更有用的帮助。致 谢在本文完成之际，首先向我的指导老师黄新燕副教授和张乐莹老师表示衷心的谢意。在我完成毕业设计的过程中，导师对我进行了全面的训练，并且一直给予赞扬和肯定，使我深受鼓舞。导师渊博的知识、塌实的工作作风、科学的工作方法、严谨的治学态度和敏锐的洞察力，使我深受教育。这些会给我以后的学习生活产生很大的影响，受益终身。感谢户廷勇辅导员在毕业设计中对我的督促。感谢李小忠老师在毕业设计中对我的特别指导。感谢同组的石芳、许巧兵、马磊等同学在毕业设计过程中给予的热情帮助和支持。感谢评审老师在百忙中审查我的论文，并对论文提出宝贵的指导和建议。祝你们工作顺利，心想事成！最后，衷心感谢我的父母，为了支持我学业付出的劳苦艰辛。参 考 文 献1 张洁. 国内复合材料气瓶发展及气瓶标准概况J. 纤维复合材料， 2007, (3): 3842.2 周海成等. 纤维缠绕复合材料气瓶的发展及其标准情况J. 压力容器， 2004，(9): 3236.3 常新龙， 张晓军， 刘新国， 简斌. 复合材料气瓶有限元分析与爆破压力预测J. 火箭推进, 2008, 34(4)： 2831.4 李小明， 邱桂杰， 刘锦霞. 某型复合材料气瓶优化设计J. 纤维复合材料， 2007， 24(1)： 21.5 陈汝训. 复合材料天然气气瓶设计的几个问题J. 宇航材料工艺，2001， (5): 5557.6 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CAD/CAM与制造业信息化， 2007， （9）： 3842.15 卜云峰. 面向中小企业的计算机辅助装配工艺规划J. 机械工程师， 2007， （9）： 106107.南京理工大学泰州科技学院学生毕业设计（论文）中期检查表学生姓名任蕾蕾学 号05010203指导教师黄新燕选题情况课题名称M200A 气瓶的三维造型设计难易程度偏难适中偏易工作量较大合理较小符合规范化的要求任务书有无开题报告有无外文翻译质量优良中差学习态度、出勤情况好一般差工作进度快按计划进行慢中期工作汇报及解答问题情况优良中差中期成绩评定：良好所在专业意见：该学生学习态度认真，能积极主动地完成布置的任务，达到所要求的工作进度。 负责人： 年 月 日 南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）任务书系部：机械工程系专 业：机械工程及自动化学 生 姓 名：任蕾蕾学 号：05010203设计(论文)题目：M200A气瓶的三维造型设计起 迄 日 期:2009年03月09日 06月14日设计(论文)地点:南京理工大学泰州科技学院指 导 教 师:黄新燕 张乐莹专业负责人:龚光容发任务书日期: 2009年 2月 26日任务书填写要求1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、系部领导签字后生效。此任务书应在第七学期结束前填好并发给学生；2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系部主管领导审批后方可重新填写；4任务书内有关“系部”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号；5任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标GB 77142005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；6有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过本次毕业设计，将进一步巩固所学的机械设计、计算机辅助设计及辅助制造等机械制造领域的相关专业知识，并锻炼其运用所学的知识来分析和解决问题的能力。在毕业设计中，通过对通用CAD设计软件工具的运用，也可进一步提高学生对新知识的学习、运用能力。本次毕业设计也可培养学生外文文献的阅读和翻译以及相关资料的查阅能力，从而从整体上提高学生的综合素质。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：本次毕业设计的课题是气瓶的三维造型设计。该同学在这个课题中主要负责完成气瓶这个产品中各零件的三维造型、工程图生成及最终的装配并制定相应的工艺文件。具体要求包括：（1）外文资料翻译，至少3000字；（2）阅读相关文献资料，了解国内外相关领域的研究现状，撰写文献综述；（3）气瓶材料采用316L和1Cr18Ni9Ti；(4) 气瓶的内表面粗糙度，机加工应达到1.6,机械抛光应达到0.1，最后经电抛光处理；（5）气瓶直径，瓶身高150；（6）利用通用CAD软件完成零件造型、装配及工程图生成；（7）撰写毕业设计论文说明书；毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等：1气瓶全套二维工程图2气瓶全套三维造型文档3毕业设计说明书（一份）4主要参考文献：1 陈伯雄. 三维设计是CAD技术应用的必然趋势. 北京：机械工业出版社，20002 刘永翔. 产品设计实用基础M. 北京:化学工业出版社,20033 康晓东. CAD技术(上)J. 机械工程师,19974 许发樾. 模具结构设计. 北京:机械工业出版社，20035 李德群.现代模具设计方法.北京:机械工业出版社，20016 张阿维,王会燃. 计算机辅助工业设计的现状与发展J. 西北纺织工学院学报,19997 袁波. 基于三维模型的二三维一体化设计. 计算机辅助设计与制造，19988 评测专家组. 三维CAD/CAM软件评测总结. 计算机辅助设计与制造，19999 樊柄辉，李江云. 三维参数化特征造型机械CAD北京：清华大学出版社，199910 李启炎.三维CAD设计及制图教程. 上海：同济大学出版社,2000毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2009年 3月9日 3月19日 3月20日 4月9 日4月10日 5月1日5月2日 5月10 日5月11日 5月20日5月21日 6月5日6月6日 6月10日6月11日 6月14日下达毕业设计任务，翻译英文资料，完成资料的查询完成文献综述和开题报告和课题前期准备零件的三维造型设计产品的装配撰写工艺文件撰写论文修改论文论文答辩所在专业审查意见：负责人： 年 月 日系部意见：系部主任： 年 月 日南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)前期工作材料学生姓名:任蕾蕾学 号：05010203系部:机械工程系专 业:机械工程及自动化设计(论文)题目:M200A气瓶的三维造型设计指导教师:黄新燕副教授 (姓 名) (专业技术职务)材 料 目 录序号名 称数量备 注1毕业设计(论文)选题、审题表12毕业设计(论文)任务书13毕业设计(论文)开题报告含文献综述14毕业设计(论文)外文资料翻译含原文15毕业设计（论文）中期检查表12009年5月 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)外文资料翻译系部： 机械工程系 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 任蕾蕾 学 号： 05010203 (用外文写)外文出处：U.S. DEPARTMENT OF THE NAVY CARDEROCK DIVISION, NAVAL SURFACE WARFARE CENTER 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语： 所选原文资料内容符合本毕业设计及专业方向要求，篇幅饱满，翻译用词准确，语句通顺。 签名： 2009 年 3 月 18 日注：请将该封面与附件装订成册。附件1：外文资料翻译译文产品模型是造船环境中的核心信息源 摘要在造船CAD / CAM系统中，产品模型是在设计过程中逐步建立起来的，其中包括几何和非几何信息。在设计的同时，对模型作进一步扩展增加制造信息（一些国家称其为产品工程信息），如造船生产计划和装配结构的定义。 零件制造所需的信息来自模型，如工程图，零部件明细表和数控设备所需的信息。当造船生产计划的定义和产品模型相结合时，如零部件清单、装配图等所需要的信息就可以直接从产品模型得到，而不需手工建立。 使用产品模型这个概念建立的系统，以及有组织地实施的方法可以降低成本、提高生产力和竞争力。 引言背景船舶及海上的建筑往往是不成系列的或单件定制的产品。这种产品的复杂性意味着高强度的设计和规划过程，许多任务必需同时进行。通常，产品中的一个零件在制造的同时，另一个零件正在进行详细的设计。对更高的效率和更短的交货时间的要求则意味着重叠进行的工作不断增加而使得整个过程也将变得更加复杂。除此之外，许多设计中的变更提出得太迟。 一些企业引用一种新的行业术语来形容这种情形：“并行工程”。尽管这个术语是新的，但对造船业来说，这种状况却不是新的，很多年来工人们已习惯于从事重叠性的工作。以可控的方式处理重叠工作的能力在很大程度上影响了一个组织的效率。增加工作的重叠性的关键是对信息流的管理和控制。 在大多数情况下造船厂中详细设计和生产都是在公司内部进行的，并且是在造船厂管理部门直接控制下。这在某种程度上成为唯一发现有效的处理信息流并把潜在的信息处理问题转化为信息处理技能的一种可能，创造竞争的优势。 造船曾被描述为“从最简单的零件，以非常复杂的方式组装，到生产出高精密产品这样一个过程”，这是一个很好的说明。生产有足够的精度的零部件很重要，但真正的挑战是对设计和装配过程进行管理，以提高效率和缩短交货时间。 自东欧的政治变革后，一些国家将进入商业造船市场上，成为新成员。以前主要建造军舰的国家，将会进入新的制造领域；而新的发展中国家，尤其是远东地区的，也将会以造船国的身份进入该市场。此外，目前一些主要的造船国将通过再投资来保护他们目前的地位。所有这些变化将导致造船能力的提高和激烈的市场竞争形势。 许多国家在造船手段和现代化设备方面进行了投资，如机器人和自动化生产线。这些投资结合工序的改变和对员工培训，以求达到一个最佳的解决方案。这些新投资能获得最大回报的一个关键是确保控制这些过程的信息系统已经按经营的要求优化并和新的方法紧密结合。造船企业在当今世界上，造船业是一个极其复杂的行业，图1以简化的方式说明了该行业中的主要活动并归纳如下。 图1 造船业招标。招标是船主和制造商以合同的形式就最初的设计，连同价格和交货时间进行商榷的过程，在此确定制造方案。此过程作的决定将直接影响合同最后的成本。设计。设计活动是在最初的设计上作进一步的详细设计，根据制造方案确定装配顺序并建立产品生产所需的信息。 生产。在生产活动中，采用在详细设计过程中创建的信息来建造船只。生产通常被划分为三个主要阶段。第一阶段是用原材料制造的各种不同类型的零件。第二阶段是装配即将组成整体的零件组装到已装配好的组件上，依此类推，直至最后的产品组装完成。最后，在服役阶段对产品进行测试和试验。 规划。项目计划的完善和监测都在规划活动中。所有的活动都必须指定计划并与制造方案相一致。材料。通过对包括从采购到店铺的发货等活动的控制，来对设计和生产提供支撑。 资金和执行。在资金和执行活动中，涉及公司和每一项工程的资金监测和控制。信息流。从咨询开始，到交货结束，造船过程涉及许多的部门间庞大信息量的产生和交换。这会导致错误、重复性的工作和为等待信息而导致延误。最终结果是企业效率低下。造船管理的任务之一是要创建一个针对于本行业的信息流解决方案，以确保在造船进程中各个成员尽可能的高效率。 高效率造船的关键因素与信息流相关的影响造船效率的关键因素有很多，分列如下。 产品设计。产品设计是为了确保所设计的产品能更容易地被制造出来，并且能减少人工耗时。一个考虑周全的制造方案在并行设计的早期活动中就说明了如何完善船只的制造，以确保详细设计能最适合生产设备。这样产品设计才能真正实现。通过确定制造方案，尽早对组件或关键的组件进行分解，同时将设计也考虑进去，从而保证在装配阶段可以很容易地将组件装配，每个组装阶段必要的材料也能及时订购并发放以满足制造计划的需要。试制。为了最大限度地发挥试制水平，更多的工作可以在制造过程的早期完成。当工作可以在车间条件下而不是在船架上进行时，工作费用就可减少。 完整一致的产品信息。由制造的每个阶段产生的产品信息可以提高运作效率，因为所有必要的信息都放在一份文件中，工人们就不必再搜索信息。一致的信息连同适当精准的控制能确保生产项目准确地融入制造的后期阶段。这些项目往往来自不同的应用领域，比如船体和管道。 数控、群控和机器人技术。数字控制（数控）设备和机器人的使用可以减少制造项目的劳动力成本。重要的是能够从产品模型对这些机械设备创建控制信息，并能够对变化作出快速响应。质量控制。生产每一阶段的质量或精度控制可以减少后期的返工。 材料处理。材料信息处理的效率是受许多部门的影响的，从最初的说明书到成分的定义、采购、接收，到最后的发票清算。 造船很大程度上是装配过程。材料的处理做得好，将影响一个项目的时间和人工耗时。 今日的挑战 今日的挑战是对信息的处理使用系统和过程，这可以降低成本和提高生产率。要对信息流进行评估，首先在观念上重视上述关键因素和造船业的特殊条件是很重要的。对现有的手工操作简单地自动化不会比在可能的情况下简化信息流有更多的益处，而适应组织和新工具的工作方式是可以考虑的。信息流传统上由技术和管理信息，以文件、图纸、零部件清单等形式组成。一个可选择的方法是产品模型的概念，它是产品的数据库，以行业专用的结构存储。产品模型概念的实施对优化上述关键因素的能力是极重要的。产品模型产品模型包含几何以及非几何信息，非几何信息是物体之间的联系和从属关系；如实体的拓扑关系和属性、材料代码、重量、表面处理，能耗和流量。将其称为产品信息模型将更恰当，这样就强调了它和基于产品的几何或图形信息之间的不同。不管怎样，产品模型是常用的术语，因此在本论文中也这样使用。 在研究像发动机的内部这样一个复杂的区域时，需要从不同的视角不断地进行分析，以保证截面和轮廓相对应的投影关系。手工绘图是一项繁重的任务，因为随着进程的进行各截面和投影必须不断更新。多年来，许多造船厂使用塑料模型作为一种工具来解决这些问题，有时作为一种补充，有时可以替代手工绘图。产品模型是基于造船信息为对象的。对象的内容显示为图解信息，从二维绘图到设计完善阶段的三维制图，也可以显示在列表和报告中。所有有关产品模型的信息显示在图2中。图2 产品信息模型图形表示只有当需要时才生成，比如观看一个模式或创建绘图时。这样，图形表示作为一个特征而生成，用二维或三维表示，由图2 指出，随发生时间的改变而定。储存在对象中的信息是主要信息。图形表示（观点或绘图）是次要信息，并由可视化系统生成。通过把对象的处理而不是图像信息作为首要的信息资源，使设计过程中的信息流水线化。对造船信息对象的关注有助于信息的集成。每个项目应有一个单独的模块，这个模块需包含整个项目的信息。因此，把工作会议联系到文件或图纸，或者将文件复制到新的会议都是没有必要的。当新的模式投入使用时，所有在本学科和跨学科（如船体和全套装备）范围内的用户都可以立即得到。附件2：外文原文