江鴻博

（山海關(guān)第一中學(xué) 河北 秦皇島 066205）

摘 要：Pro/Engineer操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC）旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件，是現(xiàn)今主流的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造/分析的軟件之一，在國(guó)內(nèi)航模設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。本文從設(shè)計(jì)需求出發(fā)，研究了Pro/E軟件在汽車建模方面的應(yīng)用。本文闡述了該軟件自頂向下的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，列出了航模三維設(shè)計(jì)流程，并根據(jù)航模特點(diǎn)，總結(jié)了以骨架為核心的框架設(shè)計(jì)方案、實(shí)體建模規(guī)則及出圖主要技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：Pro/E；航模；三維；建模

應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行航天飛行模擬訓(xùn)練時(shí)，虛擬設(shè)備精確建模的 實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化方法.基于Pro/Engineer，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言VRML以及3D STUDIO，進(jìn)行一系列的轉(zhuǎn)換、優(yōu)化，最后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行初始化，確定各種約束條件，從而建立虛擬設(shè)備的精確模型.虛擬設(shè)備建模精確，可大大節(jié)省虛擬 現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中建模的工作量.在以設(shè)備為主要模擬對(duì)象的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，可以優(yōu)先考慮此種建模方法。

1、建模三維設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）開(kāi)拓設(shè)計(jì)思路

基于Pro/E軟件的航模建模中采取自頂向下（Top-Down）的建模理念，先構(gòu)架航模的總布置圖框架模型，再依次進(jìn)行航模內(nèi)部空間、航模外形區(qū)域及連接部分的詳細(xì)建模設(shè)計(jì)。

（2）提高技術(shù)含量

在Pro/E模型中，所有特征均可通過(guò)可變的參數(shù)及約束來(lái)控制，此外，航模圖的基本圖面信息可由三維模型自動(dòng)生成，例如航模的內(nèi)部空間，通過(guò)改變航模的內(nèi)部空間的長(zhǎng)度參數(shù)尺寸，可準(zhǔn)確、快速地形成不同長(zhǎng)度的航模的內(nèi)部空間；通過(guò)改變骨架尺寸及相關(guān)約束，快速驅(qū)動(dòng)相關(guān)三維模型及二維工程圖的關(guān)聯(lián)性設(shè)計(jì)變更，與二維CAD設(shè)計(jì)軟件相比，明顯增強(qiáng)了設(shè)計(jì)變更嚴(yán)密性。

（3）增強(qiáng)可視化效果

三維設(shè)計(jì)是對(duì)航模設(shè)計(jì)、制造及裝配過(guò)程的數(shù)字化模擬，它可將設(shè)計(jì)思路直接轉(zhuǎn)化為直觀的三維數(shù)字模型，便于發(fā)現(xiàn)和解決航模生產(chǎn)過(guò)程中可能潛在的工藝及技術(shù)問(wèn)題。

2、自頂向下（Top-Down）的航模建模三維設(shè)計(jì)流程

（1）基本要求

在航模建模初期，應(yīng)對(duì)模建進(jìn)行詳細(xì)分析，根據(jù)使用功能來(lái)確定航模的基本性能要求（如動(dòng)能損失、未被平衡的離心加速度及其增量），進(jìn)而確定航模主要技術(shù)參數(shù)（如導(dǎo)曲線半徑、航模建模全長(zhǎng)及前后長(zhǎng)等）。

（2）設(shè)計(jì)內(nèi)容

根據(jù)相關(guān)法律、法規(guī)及用戶具體技術(shù)要求，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括航模的主要功能、性能、技術(shù)指標(biāo)及主要結(jié)構(gòu)。

（3）通用件

分類統(tǒng)計(jì)在航模建模航模中通用的零部件。

3、構(gòu)造模型

3.1、骨架建模

骨架模型是設(shè)計(jì)的框架，相當(dāng)于裝配的三維布局。像布局一樣，骨架是一個(gè)集中儲(chǔ)存與裝配相關(guān)的設(shè)計(jì)信息的地方。當(dāng)骨架發(fā)生變化時(shí)，與之相連的實(shí)體模型也將發(fā)生變化。骨架模型簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)的建立和可視化，另外，可以以任何順序給裝配添加組件。

建立骨架模型的步驟：

建立骨架模型，選擇[激活]（Activate），從裝配建立骨架或者選擇[打開(kāi)]（Open），在組件級(jí)建立骨架。使用數(shù)據(jù)特征、曲面等，確定組件在裝配中的空間占位；它們也可以被用來(lái)建立裝配中組件間的接觸面，或者定義組件間的運(yùn)動(dòng)。因?yàn)橄到y(tǒng)要求用戶必須在裝配方式下才能對(duì)這些特征進(jìn)行各種編輯，所以應(yīng)避免建立裝配級(jí)骨架特征。通過(guò)一個(gè)集中位置把設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)從裝配傳遞到單個(gè)組件，是自頂向下設(shè)計(jì)方法的一個(gè)主要內(nèi)容。通過(guò)定義布局的模型，用戶可以分發(fā)全局參數(shù)和數(shù)據(jù)；使用幾何特征，用戶也可以把一個(gè)模型的引用復(fù)制到另一個(gè)模型中。定義布局模型的步驟：[打開(kāi)文件]（File）> [定義]（Declare），選擇[定義布局]，使布局中所有定義的參數(shù)和全局?jǐn)?shù)據(jù)在模型中都可見(jiàn)。選擇模型的一個(gè)特征，并編輯它。在布局中選擇尺寸和相應(yīng)的名稱來(lái)驅(qū)動(dòng)該特征的某尺寸與其對(duì)應(yīng)。選擇[DeclareName]，并在模型中選擇[基準(zhǔn)特征]，再?gòu)牟季种羞x擇一個(gè)相應(yīng)的全局名稱。

3.2、發(fā)布幾何體：

在頂層骨架模型中，選擇[插入]（Insert）>[共享數(shù)據(jù)]（Shared Data）>[發(fā)布幾何體]（Publish Geometry）。填寫(xiě)每項(xiàng)內(nèi)容，提供名稱并選擇其它骨架模型所需要的任一參考。

3.3、復(fù)制幾何體：

用上一級(jí)裝配來(lái)約束子裝配；激活子裝配并為它建立一個(gè)骨架模型。在一個(gè)單獨(dú)的窗口中打開(kāi)；把發(fā)布的幾何體信息復(fù)制到這個(gè)骨架模型中（[插入]>[共享數(shù)據(jù)]）>從其它模型復(fù)制幾何體）；選擇頂層裝配框架文件或頂層裝配，并定義它的位置；確定發(fā)布幾何體的要素，并在菜單中選中它。

3.4、建立模型幾何體與構(gòu)建裝配：

一旦用戶從頂層骨架模型中獲得了信息并放在了子裝配中，用戶就可以使用復(fù)制幾何體功能來(lái)建立零件，并開(kāi)始構(gòu)建裝配。自頂向下設(shè)計(jì)有許多優(yōu)勢(shì)，其中包括設(shè)計(jì)時(shí)間縮短、質(zhì)量提高以及可以控制頂層更改等。

4、工程圖生成

Pro/E軟件具備強(qiáng)大的工程圖功能，可將三維模型自動(dòng)生成所需的各種工程圖。工程圖與模型之間完全相關(guān)，模型變更與工程圖變更直接關(guān)聯(lián)，反之亦然。以下為生成工程圖步驟：

（1）創(chuàng)建工程圖文件并添加零件三維模型對(duì)象關(guān)聯(lián)；

（2）生成各角度視圖；

（3）完善零件圖面信息，包括創(chuàng)建球標(biāo)、畫(huà)輔助線、出示意圖、標(biāo)注。

5、Pro/E軟件應(yīng)用結(jié)論及工作展望

5.1、應(yīng)用結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)驗(yàn)證

通過(guò)建立航模建模三維模型，并對(duì)其進(jìn)行干涉檢查驗(yàn)證，可發(fā)現(xiàn)采用二維設(shè)計(jì)時(shí)不易發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)、工藝問(wèn)題，對(duì)于提高航模質(zhì)量而言具有非常積極的意義

（2）表達(dá)清晰

三維模型擁有較二維圖型更為直接的表達(dá)形式，更加易于展示和交流

（3）快速變更

自頂向下（Top-Down）的設(shè)計(jì)理念以及模型與工程圖相關(guān)聯(lián)的特性，使得快速變更設(shè)計(jì)成為可能，提高了設(shè)計(jì)工作的效率。

5.2、工作展望

（1）骨架模型

本文只建立了兩級(jí)骨架模型，如何在更深層次的裝配級(jí)別中定義骨架模型尚需結(jié)合航模建模航模特征做進(jìn)一步的研究。

（2）建模方法

航模建模中有很多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的航模，需要綜合軟件功能積極研究建模方法，形成通用的解決方案并加以總結(jié)推廣。

（3）參數(shù)化建模

Pro/E軟件以參數(shù)化著稱，應(yīng)在下一步工作中研究參數(shù)化在航模建模設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。

（4）數(shù)控加工與有限元分析

Pro/E軟件可直接對(duì)模型進(jìn)行有限元分析；大型有限元分析軟件也大多包含與Pro/E軟件的接口模塊，保證模型導(dǎo)入后具備良好的適應(yīng)性。模型可通過(guò)CAM軟件直接進(jìn)行編程，并輸出NG代碼用于數(shù)控機(jī)床加工，因此航模建模航模的數(shù)控加工解決方案也是下一步的研究?jī)?nèi)容。

6、結(jié)束語(yǔ)

三維CAD為航模創(chuàng)新提供了技術(shù)平臺(tái)，利用三維設(shè)計(jì)軟件可進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)。三維建模平臺(tái)的搭建對(duì)于縮短設(shè)計(jì)周期、降低開(kāi)發(fā)成本具有積極重要的意義，同時(shí)三維平臺(tái)也是國(guó)家信息化的基礎(chǔ)工程之一。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁曉莉.基于ProE轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架的三維建模與仿真[c]. 十三省區(qū)市機(jī)械工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)，2008：180-182.

[2] 魏少寧，朱育文，薛亮，尹永利，利用Pro/E實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的精確建模.[J].《計(jì)算機(jī)仿真》，2004，21（12）：62-65.

[3] 曹雪玉 基于proe轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架的三維建模與基于骨架模型的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的精確設(shè)計(jì)[j].《企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)：學(xué)術(shù)版》，2013，32（10）：16-17.

[4].航空模型理論與Proe實(shí)戰(zhàn)設(shè)計(jì)演講，百度文庫(kù).