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详解SolidWorks Top-Down设计
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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (6/21/2009)
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