基于IDEF0 的设备装舰紧固件设计开发

卢永进430064中国舰船研究设计中心，湖北 武汉

摘 要：［目的］为提高设备装舰过程中的紧固件设计效率和质量，［方法］紧密结合舰船施工设计任务，系统描述设备装舰用紧固件设计流程。运用IDEF0分析方法建立设备装舰紧固件设计功能模型，并从输入、输出、控制和机制等方面梳理出设计过程中的信息传递和关联关系，以准确反映紧固件设计过程中的数据流、信息传递和关联关系。［结果］结合满足于设计者和开发者的设计功能模型，并基于AutoCAD软件VBA二次开发工具构建出了设计软件技术框架。［结论］研究结果可为紧固件设计工程应用和软件开发提供解决方案与理论支持。关键词：设备装舰；紧固件；功能模型；设计流程；IDEF0中图分类号：U662.9文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.006

琐，易于出错。目前，针对紧固件的研究工作主要是通过力学分析手段对特殊结构设计提供参考与指导作用，缺乏考虑安装工况和工程化设计应用，尤其是在标准紧固件大批量装舰设计方面研究还IDEF0不够深入。鉴于 作为基于功能分解的建模技术，被较广泛地用于复杂系统的功能分析，张晓IDEF0东等［1］利用 方法理清了舰载机出动回收作业流程中各组件系统间的信息交互和互操作关系，形成了面向工程研制的仿真模型。本文将采IDEF0用 的图形化方法系统描述紧固件设计过程，梳理出设计流程中的相互作用与制约关系，为AutoCAD基于 的设备装舰紧固件设计提供开发需求，从而有效保证紧固件的设计质量。

1 IDEF0概述

IDEF（Integrated computer aided manufactur⁃ ing definition）基本概念是从上世纪70年代产生的结构化分析方法发展而来，该方法为美国空军1981年公布的集成计算机辅助制造工程中的方法，用于复杂系统的建模分析和设计［2-6］。发展至今，IDEF IDEF0 IDEF14已日臻完善，包含从 到 共16计 套方法，每套方法均通过建模程序获取某个特定类型的信息。其中，IDEF0结合结构化分析和设计技术，运用规定的图形符号和自然语言，严格按照自顶向下、逐层分解的结构化方法描述和建立系统功能模型，以确保系统顺利实施。1所示，IDEF0 2种如图 模型采用盒子和箭头基本组件构成［7-9］。图中，盒子表示设计过程中的一系列活动，箭头则表示输入、输出、控制与机制。其中：输入为完成某项活动所需的条件；输出表示执行活动产生的结果；控制是进行活动与变化的约束；机制是完成活动的工具或方法，通常为执行人或设备等。IDEF0采用图形化及结构化的形式来表达系统功能及相互关系，在各个行业的系统功能建模中得到了广泛应用［10］。该方法在降低开发费用、减少系统错误、促进开发需求信息一致性等方面均具有较好的效益。

2 紧固件设计过程描述

设备装舰设计中，紧固件设计在于确保设备能够可靠而持续地运行，使其功能和性能在各种工况下均满足系统使用要求。绘制的机脚安装示意图和明细表，能够准确反映紧固件组成、相应规格与属性等信息。此外，对于带电运行、振动噪声显著的设备，还需要考虑相应的接地处理和减振降噪等措施。紧固件设计之前，设计者需获取设备对应的布置图和小样图，掌握设备接口与属性信息。同时，明确设备的安装要素、减振及接地要求。设计流程如下： 1）了解设备布置位置，合理规划视图组成。2）向结构专业发送技术联系单，获取设备安装基座对应面板的厚度。3）根据螺栓直径选取规则，结合机脚孔径查阅标准确定紧固件公称直径，选取的公称直径应1.5～ 2mm。比机脚孔径小4）综合考虑设备安装情况，确定机脚安装形式和紧固件组成，计算安装螺栓理论长度（螺栓长2～3度应满足设备装舰后伸出螺母 个螺纹牙），根据标准规范选取螺栓规格。5）绘制机脚安装示意图，反映出紧固件组成内容。6）结合标准规范，统计安装设备和所用紧固件信息，形成明细表，确保部件序号与示意图一一对应。同时，计算出安装图总重量。7 ）编辑技术要求内容，涵盖基座图号、安装工艺等。由此可见，紧固件设计形成了机脚示意图、明细表、技术要求和图纸总重量信息。从设计过程来看，涉及专业协调、标准查询、规则推算等内容， IDEF0较为繁杂。有必要利用 方法对紧固件设计相关数据流程和功能需求进行有效分析，从而开发面向工程研制的紧固件设计软件。

3 紧固件设计开发功能模型

在建模之初，确定模型的立足点尤为重要。设备装舰用紧固件模块旨在通过设计参数输入和鼠标操作自动生成设备机脚示意图、明细表等，并2满足设计出图和质量检验的要求。图 是设备装A0舰用紧固件设计的 图，通过总体把握紧固件设3计的主要功能，重点定义软件与外部的联系。图所示为根据紧固件设计软件的功能要求，逐层向下细分为参数设置与规格选取、机脚示意图自动

4绘制、明细表创建、技术要求编写 个模块。设计者结合施工设计要求、设备小样图等信息，按照标准规范、设计规则和画法规定，清理出设计输入信息和紧固件明细，并以紧固件明细、视图比例和机脚示意类型作为输入信息，结合基本图元和画法规定，实现机脚示意图自动绘制，然后根据设备接口信息输入紧固件数量和材料名称，依据标准数据库和画法规定，对应机脚示意图中的序号，生成明细表。此外，再结合基座图号信息，按照工艺要求模板生成技术要求。该模型不仅明确描述了紧固件软件系统功能，而且还指出了所包含各模块之间的关系及其控制约束和机制。

3.1 参数设置与规格选取

IDEF0根据 的分析方法和规则，将参数设置与规格选取模块进行分解，包含操作界面参数设置、公称直径确定与数据提取，以及螺栓规格选取3 4与校核 个子模块，如图 所示。操作界面参数设置按照标准规范，输出紧固件设计所需的设备信息和参数，为后续数据计算、紧固件选取、示意图绘制等提供输入。公称直径确定与数据提取按照设计规则，通过机脚孔径推算出紧固件的公称直 径，并根据对应标准规范，提取螺母、垫圈等紧固件的厚度和重量信息。结合上述数据信息和结构专业提供的基座面板厚度，螺栓规格选取与校核在计算出理论安装长度后，根据紧固件公称直径，选取合适的螺栓规格并提取明细。此外，针对半螺纹螺栓，还需核算其非螺纹部分长度是否小于机脚与基座面板厚度之和。针对公称直径确定与数据提取，可拆分为紧2固件公称直径确定和紧固件数据提取 个部分， 5如图 所示。紧固件公称直径确定由机脚孔径根

据螺栓直径计算规则计算出理论值，从标准规范中选择小于或等于理论值的紧固件公称直径。紧固件数据提取则以标准号、机脚示意类型为输入，根据公称直径，从标准数据库中获取螺母、垫圈等重量并计算螺栓长度用的几何数据（含螺母、垫圈厚度等）。

3.2 机脚示意图自动绘制

机脚示意图子模块可分为二维基本图元提取、机脚示意图绘制和示意图紧固件序号标注3 6个子模块，如图 所示。设计者选取合适的机脚示意类型，软件自动从基本图元库中选择对应的基本图元，结合紧固件几何信息形成参数化块，然后根据视图比例和参数驱动原理生成机脚示意 图。最后，对图中设备及紧固件进行批量标注，并满足标注序号对齐要求。

3.3 明细表创建

明细表务必对应示意图中编号，列出示意图中设备及紧固件的名称、规格、数量、材料及重量等信息。明细表创建子模块包括明细表图框绘制7和内容编辑，如图 所示。根据安装图画法规定，结合设备及紧固件项数，从图元库中调用生成明细表图框。图框应有序号、图号或标准号、名称、数量、材料、单件重量、总计重量和附注等栏目，且确保行数正确。明细表内容编辑需输入紧固件数量、材料名称，对应机脚示意图中序号，读取标准数据库中的紧固件属性信息，填写到对应栏目即完成明细表自动创建。

3.4 技术要求编写

通常而言，安装图技术要求基本相同，仅对应基座图号不同。因此，在技术要求编写模块中，仅需输入基座图号，按模板即可生成图纸技术要求。

4 紧固件设计VBA开发

AutoCAD紧固件设计开发采用 平台内面向对VBA象体系结构的二次开发编程语言 作为工VBA具。基于 开发的设备装舰用紧固件设计包3 AutoCAD括 个部分：确定 对象类型、建立可视化窗体界面、建立应用程序模块。其中应用程序模

块包含基本模块和特征类模块。VBA AutoCAD在 开发工具中，对象表示 程序中的元素。通过确定对象类型以便于识别，从而实现对程序的有效操作和控制。同时，VBA还具备较强的可视化界面创建功能，通过编程环境可直接建立紧固件设计软件的对话框和操作界面。8图 为设备信息录入典型操作界面，包含设备类型、设备重量、运行状态、机脚厚度、是否带电、机脚孔径和安装状态等选项，以供设计者进行选取和参数输入，为后续软件自动推算和生成图形提供有效输入。紧固件设计涉及紧固件标准规范、设计规则、制图规定、图元库和示意图等大量的知识信息，在Access开发过程中，可采用 数据库技术对标准数据进行存储。所有紧固件图元和示意图均以 AutoCAD VBA形式存储。利用 语言对设计规则、基座板厚选取表和紧固件绘制进行编译以形成类9模块，便于后续程序调用和读取。图 所示为整个紧固件设计技术框架，由设计技术、视图绘制和3技术要求表达 个部分组成。设计技术在读取设计输入参数后，进行规则计算和数据推送，结合标准规范确定紧固件规格，并获取相应的重量和几何参数。机脚示意图绘制根据选取规格，从图元库中选取图元，按照制图规定和几何参数进行自动绘制，同时对应示意图生成明细表。技术要求在输入基座图号后，按照模板形成技术要求。

5结论

IDEF0本文采用 分析方法对设备装舰紧固件设计开发进行了研究，得出如下主要结论： 1）结合施工设计工程实践，以紧固件设计为