直升机航模DIY验证快速产品开发技术的先进性 - 文章

直升机航模DIY验证快速产品开发技术的先进性

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引文：如果企业要自身新产品开发的周期满足更为苛刻的要求，如果产品开发人员对目标设计项目的经验有限，或者如果你纯粹就是因兴趣所致，想独立完成某一项目，那么，下面紧紧依托欧特克数字样机技术，在短时间内，快速开发出直升机航模的案例将对你有所启示。

说起玩遥控直升机玩具，这显然并不是孩子们的专利，很多成年人对此同样兴趣盎然，其中还不乏发烧友级别的模型DIY（Do It Yourself 自制）人士。通过自己双手制造出来的直升机玩具如能成功试飞，那种源于彰显创造力的成就感就将是对每位直升机玩具DIY发烧友的最大犒赏。事实上，这次，在欧特克公司中国研究院EDS（Engineering Design and Simulation 工程设计与仿真）部门工作，负责Autodesk Inventor软件产品质量管理的工程师团队，决定来完成这么一个“玩航模”的趣味项目，题目就是DIY遥控直升机。

不过，对一群软件工程师而言，能把这个“玩”的项目玩好，也并非易事。因为，其一，具体项目要求在公司内自组临时性团队，而且团队人员仍有自身的工作，能否保证项目进度就是一大挑战。其二，在设计要求上，虽然项目只要求完成结构部分的实现，电子控制部分并不在项目任务之内，也就是说，完成后的直升机模型并不能真正的飞起来，但是，即使是结构部分的DIY，也是要完全按照可批量生产的设计制造流程去完成，这意味着要完成一个模型玩具制造商产品开发的绝大部分工作流程。这些平时和软件源代码打交道的软件开发人员，他们真的能行吗？

然而很快，一个七人团队组建起来，队员有来自不同的团队，有平时负责核心建模方面的设计测试的，也有做仿真校验功能的，也有做渲染功能测试的，还有来自研究团队的队员，大家都各自有工作擅长。DIY团队成立后，组员们平时各自的工作仍旧照常进行，令人惊讶的是，仅两周多的时间后，一架以ABS塑料为材质，从外形上看去堪称完美的模型直升机就展现在全公司所有人的面前了。

这一个“临时”团队在如此短的时间内圆满地“玩”成了项目，这就给我们留下两个疑问，一个疑问是：既然是公司内部项目，这个“玩”的项目是否有其工作上的严肃意义？第二个疑问就是这个团队是如何在很短的时间内，成功完成直升机模型DIY的呢？

对于第一个疑问，我们从此临时团队得到的答案是肯定的——该项目确有其在现实工作中的严肃价值。欧特克公司是全球主流设计的著名软件提供商，它在中国的软件研发中心已经成为其全球最大的研发中心，公司产品每年都会出新的软件版本来加强软件功能。负责公司软件产品质量保障的研发工程师们日常的工作职责就是要确保公司开发的各品牌软件产品新版本的产品质量。“临时团队”就是要通过模拟用户的使用环境，工作流程，对新版本的设计软件进行一次系统级别的验证和测试，从而验证软件新版本中的各种新功能是否能全面、有效地满足用户真正的需求；换句话说，团队要检验的是软件是否显著提高了进行真正工业产品研发设计时的工作效率。基于这样的目的，他们做了直升机航模的DIY工作。而写在小组项目完成报告上的内容是，公司核心产品之一，三维机械设计工具软件Autodesk Inventor的最新版本圆满完成系统级应用测试，功能可靠，各方面都达到了此版本开发的预期。

为什么航模DIY的时间如此之短呢？这就要归功于欧特克公司致力开发的，以单一的数字样机模型为核心的产品开发平台了。临时团队大致将设计工作分成五个环节，并采用Top-down Design（自上而下的设计）的设计方式，将工作任务分配下去，大家只是在各自负责的环节上基于三维产品开发工具，完成指定的工作就可以了。首先是逆向工程阶段，借助研究部门的一架非接触式测量工具，采用三维扫描的方法对航模的机头罩进行测量获得点云数据，并利用Autodesk Alias软件（欧特克公司一款以工业造型设计为优势的顶级设计软件工具）根据点云数据构建了曲面模型。第二步，工程师将在Alias软件中完成的复杂曲面模型直接导入到Autodesk Inventor软件中，进行了必要的结构设计。同时对航模中的具有规则形状的机械零部件进行了测量和建模。第三步，负责结构强度校验的工程师对直升机的旋翼等关键性运动部位进行了运动学仿真，确保了其真实产品在运动中的功能性和稳定性。第四步，负责渲染和文档的工程师在电脑中做出真实直升机航模的三维效果图和装配说明。最后，当设计数据被确认即产品定型后，工程师用三维打印机快速成型出和实物1：1的物理模型，一架直升机航模样机就此诞生了。

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采用三维扫描的方法对航模的机头罩进行测量获得点云数据

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机头罩的点云数据

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利用Autodesk Alias根据点云数据构建曲面模型

用时最长的还是建模环节，因为总共有200多个零件，工作十分复杂。但设计软件上的先进性为工程项目执行赢得了很多时间。据临时团队负责人龙华介绍，团队首先借助Autodesk Inventor的布局草图（Layout）的一个重要功能，对项目实施了Top-down Design的设计方法，这个功能支持产品开发最顶端的系统工程师把大的概念、布局做出来，布局里模块就是未来要做细节设计的子装配体，交给下一个设计环节的工程师，做详细的细节设计。这些细节设计都是和总体布局草图关联，总体工程师可以利用草图布局控制后续细节设计，以实现自顶向下的设计。这样就令所有的详细设计都关联起来，避免了大家各自为战的尴尬。如果总体工程师调整设计布局，下面的组件部分设计会自动更新，最大程度上地保持设计始终在整体上的步调一致。在这个设计项目中，航模的机体就是若干部分组成的，包括起落架、机身、主桨和尾桨等。负责总体设计的工程师先把机体总体设计布局做出来，然后交由各部件工程师完成各个模块的细节设计，由于各个模块的模型都是有内在联系的，设计效率得到大幅提高。其次，Autodesk Inventor软件中在零件环境下支持多实体（Multi-body）技术，这是一个非常有用的技术。其价值相当于建立了零件级的装备体环境，用户可以在零件环境下建立多个与零件等效的实体模型，使得用户可以在零件环境下完成整个产品所有零部件设计的绝大部分工作，对于很多产品设计特别是消费类产品的设计带来了很多便利。第三，航模相关的200多个零件中有一些标准件，比如螺钉等，这可以直接在Autodesk Inventor的标准件库中直接调用，非常方便。最后，在这次设计项目中，还有一个宝贵的经验就是成功地把Autodesk Inventor和Vault结合起来管理数据。Vault是一件欧特克公司开发出的PDM软件产品，对产品开发项目的数据管理以及多人协作设计提供了很好的支持。在这个项目中团队成员通过Vault实现了数据共享和协同工作，深切感受到对于中等规模产品开发项目，Vault是非常实用的。

在用时最长的建模环节上，该团队用高效的手段节约了大量的设计时间，然而，项目中最具挑战的环节却是集中在对设计的仿真校验上。直升机主桨旋转和姿态的控制机构非常复杂，整套机构有数十个转动副和球副。负责仿真的工程师利用Inventor Dynamic Simulation 技术成功的完成了该机构的运动学分析。

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建模

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组装

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动态仿真

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三维打印

现在，随着直升机航模的模拟开发项目的圆满结束，也就是团队成员已经重新投入到各自日常的常规工作中去了，但是创造所带来的成功喜悦都长久地留在大家的心中。 “我不敢断言对于我们的制造业客户来说，这个项目对于他们如何成功的使用数字样机技术有多大的启示，作为一个工程团队来说，这次直升机航模的项目的确令大家收获很多。而且最重要的是，我们通过了团队的实践，证明了围绕数字样机技术而开发更新的软件功能的确是可以帮助工业界开发产品、提高开发效率的。”团队负责人龙华自豪的说。

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/30/2010)


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