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WAVE技术实现数码相机Top-Down结构设计 |
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作者： 来源：CAD世界网 |
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一、Top-Down设计与装配模型
产品的设计是一个渐进的过程，一般经过概念设计、参数化设计和详细设计三个阶段。如图1，这种渐进的设计过程，称为自顶向下（Top-Down）设计。
图1 产品Top-Down设计过程
装配模型是实现产品Top-Down设计的关键。早在70年代后期，国外的Lieberman和Welsley等人就对产品的装配模型进行研究。经过后续几代人的不懈努力，已基本完成了对支持产品概念设计、参数化设计再到详细设计的装配模型的研究。初步实现了产品功能到结构的映射推理、参数化结构模型转化为详细装配模型。
如图2，层次化装配模型是模型对象的总体结构按“由粗到精，逐步细化”的方式逐层组织与分解。其构成元件间的关系一目了然，符合人们的自然思维习惯，能较好的体现设计意图和产品结构。
图2 装配模型的层次化“多视图”组织
二、UG WAVE技术
WAVE—What if Alternative Value Engineering（自动推断的优化工程设计）是产品级的参数化系统工程方法。WAVE则是针对产品装配一级的，是参数化造型技术与系统工程的有机结合，提供了实际工程产品设计中所需要的自顶向下的设计环境。
WAVE技术首先根据产品的专业知识及工程背景定义该产品的总体参数；其次定义该产品零件间的控制结构关系（类似于装配结构关系），这种控制结构使得产品设计的规则和标准具体化；第三步再建立该产品中零部件（子系统、子件）间的相关性，即几何形体元素的链接性。从而就可以通过少数的总体参数来定义、控制、评估、更改产品，以适应快速的市场变化要求。但是使用WAVE技术，当某个总体参数改变后，产品会按照原来设定的控制结构、几何关联和设计准则，自动地更新产品系统中每一个需要改变的零部件，并确保产品的设计意图和整体性。WAVE技术是把概念设计与详细设计的变化自始至终地贯穿到产品的整个设计过程中。
三、数码相机结构的参数化设计
1.建立自顶向下的约束
图3 数码相机自顶向下的约束
数码相机结构复杂，在设计之初就必须建立其相关部件的约束关系。如图3，总体参数、外围轮廓尺寸、组件位置等可以在装配结构的上层定义，且被相应地向下传送到装配下层的组件部件中。在装配顶层的定义数据可以包含基准、草图、用于修剪的片体等。下层组件应包含对父几何对象的几何连接。
2.建立层次化的控制模型
控制结构是一个独立的装配结构，用于定义和管理产品布局、子系统设计准则及布局所需的几何信息和参数。在控制结构的顶层定义产品的设计规则及约束（即产品总参数），用于驱动产品设计规则和约束自顶向下传递。在顶级以下，根据设计产品主要子系统的划分，依次建立针对子系统的次级控制结构，对更小系统进行布局和限制。当在控制结构中所有的子系统已向下分成最小的组件，则进入控制结构的最后阶段，即建立“起始部件”。“起始部件”是控制结构的最低层，是详细设计装配或概念设计装配在控制结构中的连接端。通过“起始部件”建立“连接部件”，“连接部件”是产品详细设计及装配开始的第一环节。“连接部件”继承“起始部件”的相关几何体及其他约束和限制，发生在“起始部件”中的任何修改都能传递到“连接部件”。图4是基于此类规则建立的数码相机部件的层次性控制模型。
图4 数码相机部件层次性控制模型
（1）产品总参数的确定
数码相机结构设计过程中受到造型设计、选择外购部件及数码相机电路开发等三方面的限制。因此依据数码相机造型设计、外购部件的参数、电路设计和其它一些不确定因素建立数码相机控制结构总参数，如图5所示。
图5 数码相机控制结构总参数
（2）划分数码相机的主要子系统
将数码相机按功能关系划分为前面板、后面板、镜头组件、电池盒组件、电池盖CF盖组件、电路板组件等。
（3）建立顶级控制结构装配图
图6是数码相机的顶级控制结构装配图，顶级控制结构必须包括数码相机整体布局，总参数等内容，使概念设计和总参数通过顶级控制结构将数码相机的设计规则和约束自顶向下地传递。
图6 数码相机顶级控制结构装配图
3.装配设计
（1）详细设计
以连接部件为起点，依据各零部件在相机中的功能要求，逐步细化零部件结构，推进零部件的详细设计；在设计过程中，一边进行详细设计，一边进行装配，在装配结构中通过局部的部件间建模，进一步完善零部件的详细设计。尤其是零部件有装配关系的模型特征，应用局部的部件间建模尤为方便。
（2）虚拟装配设计
图7为数码相机的总装图。其包括前、后面板组件的装配，镜头组件的装配，电路板组件的装配，电池盒组件的装配等。
图7 数码相机产品总装图
依据该虚拟装配关系，通过运动分析和干涉分析检查，有助于在产品设计初发现问题，从而可以方便地对相关零部件结构进行参数化修改，提高了产品的设计效率，节约了产品的设计成本。
四、数码相机结构的参数化修改
由于数码相机的结构设计是由数码相机控制结构控制的自顶向下的参数化设计，所以当数码相机控制结构参数发生修改后，可以自动的传递到数码相机装配的相关组件中，同时保证零部件有正确的几何体和位置关系，维护设计的完整性，并减少设计改变的时间和成本。
当数码相机控制结构总参数修改时，镜头、镜头支架和PCB板会自动修改。图8为镜头组件修改前后结构变化的相对透明度，即修改前后的结构对比，深色为修改后得到的结构，浅色为修改前的结构。
图8 修改前后的镜头组件的相对透明度
五、结论
UG WAVE技术是产品级的参数化系统工程方法，能很好地实现整个产品的自顶向下设计，可以根据产品的系列和主要参数，实现产品的系列化和参数化设计。该项技术大大提高了产品的设计效率，缩短了产品开发周期。(end)
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(1/9/2007) |
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