ProE与发动机设计

Copyright Copyright ©© LRUWORKROOMLRUWORKROOM Pro/EngineerPro/Engineer与发动机设计与发动机设计 基础篇基础篇 2008年03月01日 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 2 内容内容 I. CAD技术总述 1.CAD的发展历程 2.参数化技术与变量化技术 3.Pro/E与发动机设计 II. 软件与应用 1.体现设计思路 2.保证设计有效性 3.基本建模思路 III. 参数化设计 1.参数化设计的基本概念 2.发动机参数化设计 3.并行工程 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 3 CADCAD技术总述技术总述 1.CAD的发展历程 2.参数化技术与变量化技术 3.Pro/E与发动机设计 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 4 CADCAD技术总述技术总述 1.CAD的发展历程 CAD技术起步于50年代后期。60年代，随着计算机软硬 件技术的发展，CAD开始迅速发展。从50年代至今，CAD技 术历经了三个阶段、四次革命： ①二维、三维线框造型 ¾曲面造型系统革命（60年代） 曲面造型系统CATIA带来了第一次CAD技术革命，改变了以往只 能借助油泥模型来近似达曲面的落后的工作方式。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 5 CADCAD技术总述技术总述 ②自由曲面造型 ¾实体造型技术革命（70年代） 基于实体造型的 I-DEAS由于实体造型技术能够精确表达零件的全 部属性，在理论上有助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达，给设计 带来了惊人的方便性。 ③基于约束的实体造型（80年代中期至今） ¾参数化技术革命 基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。但全 尺寸约束是对设计者的一种硬性规定。Pro/E引领该技术并进入低端市 场。 ¾变量化技术革命 变量化技术保持了参数化技术的部分优点，同时改变对设计者的 硬性规定。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 6 CADCAD技术总述技术总述 2.参数化技术与变量化技术 目前流行的CAD技术基础理论主要是以Pro/E为代表的参 数化造型理论和以I-DEAS为代表的变量化造型理论两大流 派，它们都属于基于约束的实体造型技术。这两种理论在近 十年产生并且赢得了广泛的认同的。 全约束和施加约束的形式是两种技术根本区别，也导致 了软件应用方向与领域的不同。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 7 CADCAD技术总述技术总述 ¾参数化技术 ‰全尺寸约束 所有特征必须全部尺寸约束。 ‰约束形式 所有约束都是尺寸约束。 ‰必须遵循软件内在使用机制 由于全尺寸约束的硬性规定，设计操作必须按照软件系 统规定的方式操作，系统将保证生成的设计的正确性及效率 性，否则拒绝操作。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 8 CADCAD技术总述技术总述 ¾变量化技术 ‰不完全尺寸约束 允许采用不完全尺寸约束，先形状后尺寸的设计方式， 系统分担了很多繁杂的约束工作。 ‰约束形式 约束分为尺寸约束和形状约束。 ‰无须过多关心软件的内在机制和设计规则限制 满足设计要求的几何形状，尺寸细节最后逐步精确完善 的，在一定程度上保证设计的正确性及效率性。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 9 CADCAD技术总述技术总述 ¾参数化技术应用 ‰适用于技术已相当稳定成熟的零配件行业 这样的行业，零件的形状改变很少，经常只需采用类比 设计，即结构基本固定。 只需改变一些关键尺寸并在短时期内就可以得到新的系 列化设计结果。 ‰由二维到三维的抄图式设计 图纸往往是绝对符合全约束条件的。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 10 CADCAD技术总述技术总述 ¾变量化技术应用 ‰适用于创新式设计 由于设计过程相对自由宽松，设计者可以有更多的时间 和精力去考虑设计，这符合工程师的创造性思维规律， 所以变量化系统的应用领域也更广阔一些。 变量化技术主要用户多集中在整车行业，侧重产品系统 级的设计开发。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 11 CADCAD技术总述技术总述 3.Pro/E与发动机设计 综上所述，由于发动机设计已趋于完善，同时又受到开发 成本与周期的限制，实现发动机系列化开发是设计过程中较为 重要的一部分，因此在综合考虑软硬件成本及软件应用适应性 上发动机设计行业普遍选择了Pro/E软件。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 12 软件与应用软件与应用 1.体现设计思路 2.设计造型正确性 3.设计有效性 4.基本建模思路 5.基本建模方法 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 13 软件与应用软件与应用 学习3D设计软件的目的不是为了会用某个命令，而使用 3D软件也不是为了将产品3D影象简简单单地展示在计算机的 屏幕上，而是要将产品的实际情况在计算机中摸拟出来，这 样才能使软件真正服务于设计、制造，才能真正缩短开发周 期、降低开发成本。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 14 软件与应用软件与应用 1.体现设计思路 《CAD技术总述》中已经 提过参数化技术要求3D绘制过 程要遵循软件内在机制，系统 才保证生成的设计的正确性及 效率性。 这点虽然给工程师带来了 硬性规定，但我们可以用设计 的基本和硬性规定结 合起来，让硬性规定充分为产 品设计服务。 其实无论是参数化技术还 是变量化技术，我们都可以这 样处理。 设计思路设计思路 设计基准设计基准 工艺基准工艺基准 产品结构产品结构 工艺性工艺性使用环境使用环境及要求及要求 软件内在机制软件内在机制 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 15 软件与应用软件与应用 设计思路来自于产品结构、使用环境及要求和工艺性， 并形成设计基准与工艺基准，全尺寸约束的硬性规定可以当 作设计的必要条件，用于设计基准与工艺基准的特征。 这就使得产品各几何特征的继承性与相关性将限定在满 足产品结构的某些特征上（设计基准与工艺基准的特征）， 而这一点不但能最大限度地减少因软件使用上带来的问题， 同时还保证了特征的可读性与可更改性。 由于发动机设计主要是类比设计，因此主要零部件的设 计思路基本一致，因此在Pro/E中设计更得心应手。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 16 软件与应用软件与应用 ¾设计基准的体现 在进行产品设计时，产品各结构本身的基准与产品设计 基准的关系必须确定，在3D绘制产生的特征中描述出来，并 由尺寸或关系式驱动，以保证可读性与可更改性。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 17 软件与应用软件与应用 ‰台阶轴 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 18 软件与应用软件与应用 ‰岛（岛基准为岛的几何中心） 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 19 软件与应用软件与应用 ¾工艺基准的体现 在设计基准确定后，影响产品结构的加工基准也要相应 确定并用特征描述，这样可以避免在设计过程中遗漏产品加 工要求。 通常要明确的工艺基准是分型面、加工基准等，这些需 要在3D绘制的特征中描述出来并与其他各结构特征关联，以 确保设计能够满足生产与制造的要求。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 20 软件与应用软件与应用 ‰简单分型面 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 21 软件与应用软件与应用 ‰复杂分型面 复杂分型面在设计过程 中没有考虑，结果导致分型 线位置错误，并且难于修 改。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 22 软件与应用软件与应用 ‰加工基准 图中所示为某发动机缸盖 部分骨架模型，红圈标识处缸 盖的加工基准。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 23 软件与应用软件与应用 设计有效性设计有效性 产品结构产品结构 工艺性工艺性 使用环境使用环境 及要求及要求 设计设计 思路思路 产品产品 3D3D、、2D2D绘制绘制 设计造型正确性设计造型正确性 CAECAE CAMCAM 2.设计造型正确性 设计造型正确性主要是指 造型符合产品设计意图。 通过前面所述以设计思路 展开特征设计的方法，一般情 况下产品最终造型将符合设计 意图，如不符合则说明设计思 路有误或设计前期的输入边界 条件有误，需返回修改。 如果设计造型正确性不能 保证，那么后续的工作就失去 了意义。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 24 软件与应用软件与应用 3.保证设计有效性 保证设计有效性是产品从设计到工程化的重要保障，产 品设计不单要满足生产制造的要求，还要在产品试制以前能 够准确摸拟实际产品的实际工作情况（CAE、CAM）。 设计有效性就是要求产品设计图样（3D、2D）与最终生 产出来的产品完全一致，也就是要求设计要保证产品在生产 制造环节中能够顺利地进行模具制造、产品脱模、产品加工 等。这些在软件中体现的特征主要表现是结构拨模、倒圆角 （非结构性倒圆角）。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 25 软件与应用软件与应用 ¾拨模 ‰产品直接脱模 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 26 软件与应用软件与应用 ‰带型芯产品的拨模 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 27 软件与应用软件与应用 ¾倒圆角 ‰顶点倒圆 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 28 软件与应用软件与应用 ‰分型面圆角 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 29 软件与应用软件与应用 ‰无法倒圆角 在3D绘制过程中常遇 到无法倒圆的情况，通常 很多设计者采用变倒圆的 方法来解决，但变倒圆给 生产制造上带来及大的不 便（变倒圆设计及混成圆 角除外），因此在设计过 程中尽量避免使用变倒 圆。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 30 软件与应用软件与应用 过渡法代替变倒圆过渡法代替变倒圆 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 31 软件与应用软件与应用 4.基本建模思路 基本建模思路在原则上尽可能减少特征数量，并将几何 参照限定在某些特征上。设计者通过这样的建模过程可以轻 松验证设计是否满足设计要求和生产制造的要求。基本建模 流程如下： 产品数据库 3D毛坯模型 2D图纸 骨架模型 3D成品模型存储 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 32 软件与应用软件与应用 ¾骨架模型 骨架模型实质上是Pro/E的一种特殊零件模型，一般不 包含实体结构特征，它只包括一些基本的设计信息，如：基 准、定位信息、接触表面的轮廓、装配的参考、关键件的形 状和尺寸等等。骨架模型是设计思路的基本体现。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 33 软件与应用软件与应用 ¾3D毛坯模型 3D毛坯模型不一定是产品加工前的毛坯造型，它是为了 校验设计正确性与保证设计有效性的中间模型。采用毛坯模 型目的是为了获得最终的3D成品模型。 采用外部复制或继承的方式将骨架模型相关的信息引入 3D毛坯模型中，然后围绕着引入的特征展开绘制。 3D毛坯模型当然还是要在确定开发方式和工艺性后，修 改成为真正意义上的毛坯模型。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 34 软件与应用软件与应用 ¾3D成品模型 3D成品模型是最终要得到的模型，它与最终产品完全一 致。 将骨架模型和3D毛坯模型的相关信息以外部复制或继承 的方式引入，并参照从骨架模型引入的特征进行虚拟加工建 模。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 35 软件与应用软件与应用 5.基本建模方法 通过以上思路进行3D建模还是会出一些问题，例如无法 在3D绘制剖面、在2D中无法投影或投影不正确等等，产生这 些问题的主要原因是软件计算产生了非歧义实体、自相交或 曲面奇点等问题。这是软件本身目前还无法解决的问题，但 是可以利用不同建模方法来规避。 因此特别强调建模过程中要经常使用“几何检查”命令来 检查绘制的特征是否存在问题，以避免对后期工作的影响 （尤其是绘制2D图和CAE）。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 36 软件与应用软件与应用 ¾非歧义实体 非歧义实体的主要表现是实体内部出现边界或实体在边 界外部。这种情况在复杂的产品造型时经常遇到，如缸体、 缸盖等零部件。这种情况大多数Pro/E初学（用）者都会遇 到。 在绘制复杂的产品造型时，一般将其分成若干个几何单 元块分别绘制，最终把全部单元链接到一个造型文件中去。 另外，绘制时采用曲面造型的手段代替实体造型手段也可以 大大减少该错误的发生。 目前，发动机缸体、缸盖等零部件同时采用曲面造型和 几何分块的方法绘制。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 37 软件与应用软件与应用 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 38 软件与应用软件与应用 ¾自交 自交顾名思义是自己与自己相交，打个比方就象是你自 己将手申入你自己体内一样，这在现实中是不可能。这种错 误主要导致几何不能进行外部复制与继承，使后继的工作无 法正常进展。这种情况多出现在倒圆角特征中。 要避免此类错误，只能通过工作中不断的推敲与练习。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 39 软件与应用软件与应用 ¾曲面奇点 曲面奇点一般发生在输入特征情况，当IGES或其它格式 的数模被输入Pro/E时经常会出现该状况。这种情况通常是由 于原模型特征过于复杂、软件重新计算时无法正确识别导致。 这种情况通常用 重定义该输入特征方 法，删除存在该问题 的曲面，然后重新建 立，或利用Pro/E中 的自动修复功能。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 40 软件与应用软件与应用 ¾运用曲面造型手段 通过以上两种情况不难发现，曲面造型是3D绘制很重要 的手段之一，上面提到两种常见问题的最佳解决方案都用到 了曲面，因些曲面造型手段是最佳的造型方法。 不过对于简单零部件的造型可以考虑用实体造型，因为 实体造型的模块提供了更丰富的参数化设计方式。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 41 参数化设计参数化设计 1.参数化设计的基本概念 2.发动机参数化设计 3.并行工程 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 42 参数化设计参数化设计 1.参数化设计的基本概念 参数化设计方法是利用国外先进的三维绘图软件，采用自顶向下和分 块的设计手段。 参数化设计实现了产品设计任务的完美分解和组合，实现了缩短产品 设计开发周期，提高设计质量的目的。 2.发动机参数化设计 3.并行工程 传统的设计一个零部件只能由一个工程师完成绘制，而参数化设计将 零部件分成若干块后可以实现每一块由不同的工程师同时设计，这将大大 缩短绘制周期，一般可将周期缩短一半。 另一方面由于自顶向下设计带来的好处，使除设计部门外其他相关部 门都可以在产品概念设计阶段介入，并在产品设计完成之前做好相应的工 作准备，因此将开发周期进一步缩短。 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 43 参数化设计参数化设计 并行工程流程 零部件设计 设计数据库 Layout和技术说明 产品规格 总布置 其他部门 图纸 零部件分析 参数确定 图纸 生产部门 多个文件库，并行设计 《Pro/Engineer与发动机设计》基础篇 李 睿 44 Pro/EngineerPro/Engineer与发动机设计与发动机设计 谢谢 Thank You For Your Attention Pro/Engineer与发动机设计 内容 CAD技术总述 CAD技术总述 CAD技术总述 CAD技术总述 CAD技术总述 CAD技术总述 CAD技术总述 CAD技术总述 CAD技术总述 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 软件与应用 参数化设计 参数化设计 参数化设计 Pro/Engineer与发动机设计