产品数字化样机--基于三维CAD全新的设计模式和开发体系

作者：华特软件 魏松

欢迎访问e展厅 展厅 1 CAD/CAM软件展厅 CAD软件, CAD/CAM, CAM, 钣金CAD/CAM, CAI, ... 一、为什么提出产品数字化样机 历经“九五”期间CAD应用工程的推广，我国二维CAD的普及取得了明显的效益，但是，在三维CAD应用方面带仍然比较薄弱。在经济全球化的大环境下，提高我国制造业的国际竞争力是当务之急，尤其在加入WTO之后，传统的产品开发方式无法迅速响应日益变化的市场需求。特别是基于二维CAD的设计过程，只是甩掉了绘图板，对二维图形信息进行了处理，而不能直观地得到三维实体产品模型，进行产品的结构设计、强度设计、外形设计以及优化设计。 CAD从二维绘图到三维设计，产生了质的飞跃，如何应用好三维CAD软件，如何处理好二维与三维的关系，不仅仅关系到设计方式的表达，还将决定企业产品开发模式。设计经验、设计资料、标准体系、设计规范基于二维还是三维积累，将直接关系到企业产品的系列化和可持续发展；变形设计（参数化、尺寸驱动）的能力，产品模型的建立，产品综合信息的管理模式，产品设计过程的控制方式等也不是简单的二维软件能够处理的，必须建立在三维实体造型基础之上。 因此，从设计和管理两方面分析考虑，企业应通过产品设计手段与设计过程的数字化和智能化，缩短产品开发周期，促进产品的数字化，提高企业的产品创新能力。基于这种思想，一种全新的设计模式和开发体系也应运而生――产品数字化样机，它将二维图纸表达的设计构思演变成基于三维实体模型的虚拟产品（虚拟样机），建立起企业数字化设计平台。 二、什么是产品数字化样机 产品数字化样机即产品虚拟样机，是基于三维CAD的产物。与二维CAD相比，三维开发设计模式具有无与比拟的优势。 1、 三维CAD可视化程度高、形象直观、设计效率高，能为企业数字化提供完整的设计、工艺和制造信息。 2、 三维CAD可以更加准确地表达技术人员的设计意图，使设计过程更加符合设计习惯和思维方式，从而使技术人员更加专注于产品设计本身，而不是产品的图形表示。 3、 三维CAD系统具有高级曲面造型工具，能够构造各种复杂的产品形状。 4、 实现产品的装配设计，进行干涉检查、运动仿真。 5、 进行产品结构分析和各种物理特性计算。 6、 产品的三维模型可以直接通过投影自动生成二维工程图。各视图之间完全相关，当三维模型修改时，二维工程图可以自动完成更新；同时，设计结果也可以为后续设计模块，如工程分析、数控加工等应用，实现CAD/CAE/CAPP/CAM的集成。 7、 携带产品综合信息。 三维CAD是产品样机的基石，但产品样机绝不仅仅是计算机内部所有零部件的装配组合，一个完整的产品虚拟样机应包含如下几个内容： 1、所有零部件的三维CAD模型及各级装配体。三维模型应参数化、适合于变形设计、适合于部件模块化。 2、与三维CAD模型相关联的二维工程图。 3、三维装配体适合运动结构分析、有限元分析、优化设计分析。 4、形成基于三维CAD的PDM结构体系。 5、从虚拟样机制作过程中摸索出定制产品的开发模式及所遵循的规律。 6、虚拟样机的制作过程就是基于三维CAD的产品开发体系建立的过程。 7、三维整机的检测与试验。 三、如何建立产品数字化样机 建立产品样机也就是建立以三维CAD为基础的设计开发体系，产品样机的建立过程是一个循序渐进的过程。 初期：应以三维CAD（例如SolidEdge、UG等）为设计平台，建立典型产品的全参数化三维实体模型，进行干涉和碰撞检查、装配规划等。包括由三维模型转化建立完全关联的二维工程图；建立描述产品的物理数据，如基本属性、明细表信息等，为PDM管理提供基础数据。 中期：建立基于三维模型的产品分析、加工及管理过程，进行产品的运动和动力学分析，了解运动构件工作时的运动协调关系、运动范围、可能的运动干涉、产品动力学性能、强度和刚度等；实现虚拟加工，对加工工艺进行模拟，以检验产品设计的合理性、可加工性，加工方法、机床和工艺参数的选用，以及加工过程中可能出现的加工缺陷，为CAM提供数据模型。并且通过PDM系统实现产品开发过程管理，在一个设计周期内跟踪所有设计事务和数据的活动，并为设计进程的自动管理提供必要的支持。 远期：通过虚拟样机显示产品的外观、内部结构、装配和维修过程、使用方法、工作过程、工作性能等。有关人员可以浏览产品的图形与非图形数据，充分发挥三维模型的作用。如利用具有真实效果的产品结果显示和效果配置功能的效果图，可来探测、确定各类用户对产品规格、性能、外观等的需求，实现用户驱动、用户定制；在互连网上发布需要的配套零部件，获得供应商的电子数据，进行电子模装，验证产品的正确性；自动地在互连网上轻松地实现自助服务和主动服务等。 此外，合作伙伴的选择也非常重要，依靠企业现有的资源力量，往往无法独立完成整个产品样机的建立工作。因此，可以选择一家技术雄厚、知识丰富、有类似项目经验的合作方，通过数字化虚拟样机的建立、实施，帮助企业能够建立起一套基于三维CAD的产品开发体系，实现设计模式的转变，提高产品创新能力，加快产品推向市场的周期。同时进行人才培养、技术储备，全面提升产品设计水平。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/7/2004)