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详解SolidWorks Top-Down设计 |
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作者：SolidWorks华东北区技术经理 郭健 |
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一、Down-Top和Top-Down的基本概念
1.Down-Top设计的优点
Down-Top设计方法是最基本的设计方法，它的基本设计流程如图1所示：首先单独设计零件，然后由零件组装装配体，装配体验证通过后生成工程图。
图1 Down-Top设计方法
◎简单：由于零部件单独设计，彼此之间没有相互关联参考，所以建模简单，不容易出错，即使出现错误也容易判断和修改。
◎对工程师要求低：设计任务清晰，即使初学者也能轻松完成设计任务。
◎对硬件要求低：零部件之间没有关联参考，修改局限于单个零件或装配体，所以运算量比较小，对于硬件的要求相对较低。
2.Down-Top设计的缺点
◎不符合产品设计流程：Down-Top设计流程与产品设计流程正好相反，因此不适合进行新产品研发。
◎局限性强：设计修改局限于单个零部件，不能总览全局进行设计和修改，修改单个零部件后，相关零部件不能自动更新，需要进行手工干预。
3.Down-Top设计的适用范围
◎SolidWorks软件初步引入，对已有2D图样进行三维转化阶段，尤其适合初学者，或者刚刚完成初级/中高级培训的企业。
◎已有产品的变型设计和局部修改，这种针对局部进行的修改适用于Down-Top设计。
4.Top-Down设计的优点
Top-Down设计属于SollidWorks的高级设计方法，设计流程如图2所示。
图2 Top-Down设计流程
◎符合产品开发流程：由图2可知，Top-Down设计流程与产品研发流程基本一致，符合现有的设计习惯，可以完全融合到产品研发中。
◎全局性强：总图修改后，设计变更能自动传递到相关零部件，从而保证设计一致。
◎效率高：一处修改而全局变化。在系列零件设计中效率更高：主参数修改→零部件自动更新→所有工程图自动更新，一套新的产品数据自动生成，现在用几个小时就能完成原来几周的工作量。
5.Top-Down设计的难点
◎复杂：零部件之间有大量的关联参考，会增加零部件的复杂度，有时候甚至因为找不到参考源头而无法修改。
◎对工程师要求高：由于参考关联复杂，要求工程师能够熟练操作软件，熟悉产品设计流程和变化趋势。对总工程师的要求更高，如果初始布局不合理，则需要进行大量修改，甚至因为无法修改而导致整体崩溃。
◎对硬件要求高：关联设计带来大量关联计算，尤其是总图的更新，会导致全部相关零部件自动更新，对于计算机硬件和网络速度提出了很高的要求。
◎对数据管理要求高：由于零部件关联很多，所以对数据文件管理的要求非常高，如果管理不善，会导致数据丢失和关联断裂，从而造成设计混乱。
6.Top-Down设计的应用范围
◎新产品研发：要求在熟练掌握Down-Top技术的基础上，首先由部件开始尝试，逐步推广到整机设计，否则不仅不能提高设计效率，还会造成设计延误。
◎系列产品设计：主产品定型后，对产品结构与参数传递进行优化。这样在系列产品设计中，通过修改参数就能自动完成大部分重复设计，从而提高设计效率。
二、Top-Down设计分类
SolidWorks的Top-Down设计方法主要分为三类：关联参考、外部参考法和布局，下面分别进行介绍。
1.关联参考
关联参考法是基础的Top-Down设计设计方法，它通过零部件之间的关联参考来传递设计关联，从而达到修改一个零部件，则相关零部件根据关联自动更新的目的。
关联参考案例一：如图3所示，墙板和接头的接口位置决定了管路的起始方位，接口的大小决定了管路的标准。在设计过程中，管路零件的路径草图和截面分别与墙板和接头添加图示的关系。
图3 关联参考
关联参考案例二：如图4所示的水平仪设计，水平仪顶盖板的大小和厚度都由水平仪主零件开槽形状和尺寸决定。通过添加两零件之间的参考引用或关系，可以保证当水平仪主零件的开槽尺寸和深度有变化时，顶盖板的形状和厚度自动进行更新。
优点：关联参考方便快捷，可以同步更新。
缺点：关联是单向的，并且当关联很多时不易查找参考源和修改错误。
应用范围：主要应用在部件级关联设计，关联尽量控制在一定的范围内，这样容易进行控制和修改。
图4 水平仪
2.外部参考法(即主零件法)
在一个主零件中完成整体设计，然后使用多体或分割的方法，将主零件分解为多个局部并传递到单独的零部件中，对分解后的零件进行详细设计，最后在装配体内进行汇总以完成设计。
案例一：玩具设计和家电外观设计，如图5所示的变形金刚。
图5 变型金刚设计流程
变型金刚的设计采用分割的方法，流程为：首先设计主零件，然后由主零件分割出不同的部分并分派到不同的零件内，对每个子零件进行详细设计，最后组装在一起。当设计变更时，只需修改主零件，所有的子零件会自动更新。
案例二：特种车辆设计(零部件之间相互没有运动或运动很少，但是关联很多且复杂)，如图6所示的水泥散装车。
图6 水泥散装车
水泥散装车采用多体的方法设计主零件，然后把每一个实体(零件)插入到新零件中形成新的零件，然后进行详细设计，最后组装在一起。当设计变更时，只需修改主零件，所有的子零件会自动更新。
优点：所有相关零部件在同一个主零件中完成，这样就不会产生复杂的关联参考，并且修改容易。
缺点：如果零部件之间有复杂的相互运动，或者零部件非常多，这样设计就很困难。
适用范围：零部件之间的关联非常多而且复杂、部件之间相互没有运动，在这种情况下，如果使用关联参考法，就会造成关联太多、太复杂而无法管理的情况。
3.布局
布局符合传统产品开发流程：首先进行装配体布局，然后进行任务分解和分派，详细设计后再进行汇总。
典型应用：液压支架，如图7所示。
图7 液压支架
首先，根据初始参数，在装配体内进行总体布局(也可以称之为“骨架模型”绘制布局草图)、定义草图块，同时完成图块间的装配关系。验证结构设计正确后开始建立零部件的虚拟结构，把主要参数和结构形状传递到相应的零部件中。然后把设计任务(包含设计信息的子装配体)分拍到项目组成员手中进行详细设计，当详细设计完成后，进行汇总生成总装配体，验证完成后生成相应的工程图。在需要修改设计时，通过修改总体布局，所有相关零件会自动更新。
优点：符合传统产品开发流程，设计具有全局观，总图修改，所有相关零件自动更新。
缺点：关联参考复杂，对设计团队整体实力和图档管理能力要求高。
适用范围：模块化传统机械设计和有复杂机构运动的机械设计。
三、结束语
SolidWorks提供的Top-Down设计方法和Down-Top设计方法各有自己的优点和不同的应用范围，大家需要根据具体的产品选择合适的设计方法。Top-Down设计方法对软硬件的要求都很高，企业要采用循序渐进的方法推进设计，首先在部件级设计中进行试用，总结经验后再进行推广。(end)
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(6/21/2009) |
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