基于Pro/E數(shù)據(jù)共享的產(chǎn)品零件自頂向下設(shè)計(jì)

　　自頂向下設(shè)計(jì)是快捷高效的產(chǎn)品開發(fā)方法，能準(zhǔn)確地傳遞產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息，保證各零件的配合質(zhì)量。應(yīng)用Pro/E 軟件的數(shù)據(jù)共享方法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品零件自頂向下的參數(shù)化設(shè)計(jì)，能有效提高開發(fā)設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

　　引言

　　傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是先設(shè)計(jì)零件，然后由零件進(jìn)行裝配成為部件或產(chǎn)品，這種設(shè)計(jì)方法稱為“自底向上(Bottom-Up)” 的設(shè)計(jì)。如果設(shè)計(jì)的產(chǎn)品形狀比較簡單， 各零件間也沒有復(fù)雜的裝配關(guān)系，“自底向上”的方法即可較快地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。而面對現(xiàn)代產(chǎn)品更新?lián)Q代周期短頻快的柔性化要求，“自底向上”分別設(shè)計(jì)各個(gè)零件， 既不易保證產(chǎn)品的整體外形及裝配要求，又難以快捷有效地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)變更。相對而言，“自頂向下設(shè)計(jì)(Top-Down Design)”是首先設(shè)計(jì)產(chǎn)品的整體外型或組成框架，然后將產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)信息傳遞到各組件或零件中，再分別完成零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)。由于這種設(shè)計(jì)方法較容易實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)和并行設(shè)計(jì)，在面向產(chǎn)品柔性化設(shè)計(jì)要求方面有著非常顯著的優(yōu)勢。

一、自頂向下設(shè)計(jì)的方法

　　借助現(xiàn)代廣為應(yīng)用的Pro/Engineer 軟件系統(tǒng)，可有多種實(shí)現(xiàn)自頂向下設(shè)計(jì)的方法，主要有骨架模型、數(shù)據(jù)共享和布局。其中，骨架模型和布局主要用來控制組件整體結(jié)構(gòu)， 當(dāng)組件涉及多個(gè)零件的相對位置或需要對整個(gè)組件進(jìn)行布局規(guī)劃時(shí)， 則可通過骨架模型和布局控制整體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)， 驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品各零件自動(dòng)裝配及更新裝配， 使產(chǎn)品設(shè)計(jì)者能著眼于整體結(jié)構(gòu)的規(guī)劃與更新。而數(shù)據(jù)共享可以從組件向零件或在零件間傳遞實(shí)體、曲面、基準(zhǔn)等設(shè)計(jì)參數(shù)信息，是自頂向下設(shè)計(jì)中的重要方法。Pro/E 中提供的數(shù)據(jù)共享工具主要有收縮包絡(luò)、合并/繼承、發(fā)布幾何和復(fù)制幾何、注釋元素等，其中合并/繼承是Pro/E 中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的常用工具。

　　合并/繼承特征可用于復(fù)制其它零件中的所有特征，包括實(shí)體特征、幾何特征(如點(diǎn)、線、面)及基準(zhǔn)特征，被復(fù)制的零件稱為參照零件。其區(qū)別在于，合并特征將參照零件作為不可拆開的整體進(jìn)行復(fù)制，不能對參照零件已有特征查看、修改，但可以在參照零件的基礎(chǔ)上添加新特征。而繼承特征將參照零件作為特征的組合進(jìn)行復(fù)制， 并可對繼承復(fù)制的特征進(jìn)行查看及單向編輯。

　　對于電子產(chǎn)品中有復(fù)雜曲面外形要求的如手機(jī)、鼠標(biāo)、玩具等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為保證各零件間配合質(zhì)量及外形效果，通常采用自頂向下設(shè)計(jì)模式，通過合并/繼承特征來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，保證各零件之間配合面一致，達(dá)到產(chǎn)品精度要求。其設(shè)計(jì)的基本方法過程如下：

　　1.產(chǎn)品的整體造型設(shè)計(jì)。以產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，結(jié)合人體工程學(xué)、美學(xué)設(shè)計(jì)產(chǎn)品整體外形模型。

　　2.產(chǎn)品的分解。根據(jù)產(chǎn)品的制造、裝配要求，建立將整體外形拆分為組件或零件的曲面以及裝配定位軸線。

　　3.產(chǎn)品的零件設(shè)計(jì)。建立各零件文件，使用合并/繼承的方法將產(chǎn)品的整體模型和拆分曲面、定位軸線復(fù)制，再去除非本零件的部分，并進(jìn)行零件細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。

　　4.組裝。將各零件組裝成整體，完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

二、自頂向下設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)

　　自頂向下設(shè)計(jì)首先考慮產(chǎn)品的整體功能和外觀需求，然后再從結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行細(xì)化，符合產(chǎn)品開發(fā)從抽象到具體的思維過程。由于引入了數(shù)據(jù)共享，使得該方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　1.可以快捷、準(zhǔn)確地傳遞產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息。自頂向下設(shè)計(jì)是基于裝配模型的設(shè)計(jì)， 設(shè)計(jì)從產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)出發(fā)， 后續(xù)零件詳細(xì)設(shè)計(jì)過程都是基于最初的裝配模型， 各零件的形狀及配合面由整體結(jié)構(gòu)精確控制，能夠很好地保證各零件之間的裝配質(zhì)量，并簡化了零件設(shè)計(jì)完成之后裝配的工作。

　　2.便于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)、并行開發(fā)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師完成整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后， 將產(chǎn)品信息傳遞到各零部件， 由設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)各成員并行地進(jìn)行多個(gè)零部件的細(xì)化設(shè)計(jì)，極大地提高了設(shè)計(jì)開發(fā)效率。

　　3.為過程的組織管理提供了完整的信息。自頂向下設(shè)計(jì)在頂層設(shè)計(jì)中建立產(chǎn)品的總體模型， 再由總體、組件、零件，自上而下逐步細(xì)化，在此過程中，建立了產(chǎn)品的整個(gè)結(jié)構(gòu)框架及裝配關(guān)系， 對于產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的組織管理提供了完整清晰的信息。

三、應(yīng)用案例

　　根據(jù)客戶需求及市場分析， 設(shè)計(jì)一款卡通形象造型的玩具對講機(jī)，要求外形生動(dòng)可愛、小巧美觀，具備相應(yīng)的按鍵功能。由于各零件間配合面為曲面，對形狀、尺寸要求較高，使用合并/繼承特征的方法自頂向下設(shè)計(jì)可以在各零件間共享、傳遞幾何及尺寸信息，滿足設(shè)計(jì)要求。

　　1.首先設(shè)計(jì)對講機(jī)的卡通外形。使用掃描混合、掃描、拉伸、斜度、鏡像、曲面合并等曲面創(chuàng)建及編輯命令，建立對講機(jī)模型。模型如圖1 所示。

　　2.根據(jù)功能、裝配要求，將對講機(jī)整體模型分解成天線、開關(guān)按鈕、對講按鈕、上殼體、下殼體、電池蓋。其中按鈕、上殼體組成上部組件;電池蓋、下殼體組成下部組件。建立各零件的分割面、定位螺釘孔軸線。如圖2 所示。

　　3.建立各零部件的模型。具體步驟如下：

　　(1)新建零件文件，如天線命名為“tianxian.prt”、外殼命名為“waike.prt”等。

　　(2)建立合并/繼承特征。單擊【插入】—【共享數(shù)據(jù)】—【合并/繼承】， 在彈出的合并/繼承操控面板上單擊按鈕，選取對講機(jī)整體造型零件，并選擇【缺省】定位，完成合并。

　　(3)以對講機(jī)外殼與天線的分割面切除合并特征中多余的實(shí)體， 按要求分別只保留天線部分或外殼體部分等。

　　(4)建立天線與對講機(jī)殼體配合的結(jié)構(gòu)部分�？赏瑯拥亟�立上蓋、下殼的組件模型，并繼續(xù)進(jìn)一步地建立上蓋組件的按鈕及下蓋組件的電池蓋等零部件的模型。

　　玩具對講機(jī)設(shè)計(jì)的整體過程體現(xiàn)了產(chǎn)品各零件如圖3 所示的組織結(jié)構(gòu)關(guān)系。

　　上述玩具對講機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，按鈕與殼體的配合面為曲面，上下殼體必須保證整體外型效果，整體造型模型的空間形狀、尺寸參數(shù)等信與所有組件和零件共享，并隨著設(shè)計(jì)過程逐層深入細(xì)化傳遞給各零件，從而保證了產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)、各零件的配合面的一致性，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。在產(chǎn)品整體造型設(shè)計(jì)時(shí)，建立一些必要的參數(shù)及關(guān)系式，通過更改主要參數(shù)值來控制頂層模型的變化，從而使設(shè)計(jì)變更能實(shí)時(shí)有效地傳遞到產(chǎn)品的各個(gè)零部件，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

　　零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)中， 對于零件間的某些配合結(jié)構(gòu)，例如對講機(jī)各零件的裝配定位螺紋孔支撐面，配合高度及直徑大小需一致， 將零件按缺省位置裝配為組件后，可以在組件中進(jìn)行，這樣可以確定必要的外部裝配參考關(guān)系; 也可以在組件中修改現(xiàn)有的零件，利用復(fù)制、參照配合零件的幾何形狀、基準(zhǔn)特征等信息，來設(shè)計(jì)配合面。

四、結(jié)束語

　　Pro/E 軟件系統(tǒng)中自頂向下設(shè)計(jì)方法多種多樣，歸納起來其基本原理是參考某個(gè)關(guān)鍵零件來設(shè)計(jì)其它相關(guān)聯(lián)的零件， 即通過共享產(chǎn)品的關(guān)鍵幾何信息數(shù)據(jù)使各配合零件關(guān)聯(lián)起來。

　　自頂向下設(shè)計(jì)在信息的傳遞、裝配協(xié)調(diào)、設(shè)計(jì)變更等方面有著極強(qiáng)的優(yōu)勢， 滿足了產(chǎn)品對裝配質(zhì)量的要求，容易實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)和并行設(shè)計(jì)，對提高設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品競爭力具有積極的意義。