CAXA三維CAD在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中應用探究

CAXA三維CAD在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中應用探究

趙曉山摘要：CAXA實體設(shè)計采用了創(chuàng)新設(shè)計的思維方式，拖放式的三維造型，獨特的三維球編輯工具，構(gòu)形靈活且便捷；它擁有強大的設(shè)計功能和完善的造型手段，可在同一視窗下完成產(chǎn)品的零件、裝配、鈑金、動畫、渲染等設(shè)計和產(chǎn)品的有限元分析。文章根據(jù)自己幾年來使用CAXA實體設(shè)計軟件完成新產(chǎn)品開發(fā)中的經(jīng)驗進行了淺略的探討。Key：CAXA實體設(shè)計；三維建模；產(chǎn)品造型；創(chuàng)新設(shè)計'產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計是一個知識重用、由粗及精的過程。就一個產(chǎn)品的設(shè)計而言，80%的內(nèi)容來自對已有設(shè)計方案的借用和重組，只有20%左右的工作屬于改型與革新，而重組與改型的過程就是創(chuàng)新。創(chuàng)新設(shè)計需要“發(fā)散式”思維，需要自由自在、無拘無束地馳騁在想象的空間，根據(jù)靈感與經(jīng)驗，以最簡易、最快捷的方式捕捉并迅速表達出來，并對設(shè)計的任意部分或過程不斷進行編輯、修改、細化、琢磨，自頂向下、自底向上、由里及外、由外及里、由粗及精、反復迭代，直至得到滿意的設(shè)計結(jié)果，并實現(xiàn)后續(xù)的開發(fā)應用。1使用傳統(tǒng)CAD軟件進行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的弊端傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)主要針對產(chǎn)品二維工程圖樣的繪制與零件的3D建模，缺乏對產(chǎn)品創(chuàng)新和設(shè)計的足夠關(guān)注和有效支持。如不能在裝配環(huán)境下直接獲得造型數(shù)據(jù)與信息進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得交互頻繁、輸入數(shù)據(jù)量大，造成操作步驟繁雜、不易學習等問題；不能將零件模型與裝配模型直接關(guān)聯(lián)，使得模型復雜、維護困難且不能有效地解決概念階段的零部件布局、連接與配合關(guān)系定義等設(shè)計；缺乏國標、國家和行業(yè)標準的三維參數(shù)化標準件庫支持；缺乏具有行業(yè)特色的方便、快捷的造型工具和特征庫。傳統(tǒng)三維CAD在功能上主要著眼于產(chǎn)品設(shè)計階段，（如Pro/E、UG、CATIA、SolidWorks等）要求設(shè)計者在開始設(shè)計工作之前必須在頭腦中先有一個清晰的模型輪廓，然后從二維草圖開始，按部就班地利用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣等特征工具依次構(gòu)建各個實體（零件），最后成型產(chǎn)品模型。但事實上，產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程并不是這樣的，設(shè)計者并不可能預先憑空想象好、想清楚要做的創(chuàng)新產(chǎn)品究竟是怎樣的形狀和結(jié)構(gòu)，以及功能與屬性；如果事先已借助手描、草圖、木模型或快速成型樣機把產(chǎn)品“設(shè)計”完成了，那么再使用CAD意義就不大了。2CAXA三維CAD在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中的應用CAXA三維實體設(shè)計是一款具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的知名品牌軟件，其是以產(chǎn)品創(chuàng)新、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和應用集成為突出特征的面向行業(yè)與過程的獨特三維數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)，它以智能圖素為主體，通過添加、拖放和編輯智能圖素快速構(gòu)建出產(chǎn)品模型。CAXA實體設(shè)計以其良好的界面，完善的功能以及簡便的操作贏得了廣大設(shè)計者的贊許，其設(shè)計符合國情、國標，使設(shè)計者處于愉快、輕松、活潑的環(huán)境下，能激發(fā)創(chuàng)作靈感，能充分調(diào)動其產(chǎn)品創(chuàng)新的主動性和積極性，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時，大大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期，并確保設(shè)計意圖貫穿于產(chǎn)品開發(fā)的全生命周期。CAXA實體設(shè)計支持產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計過程，它為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計提供了強大的三維環(huán)境和方法：（1）CAXA實體設(shè)計提供了豐富的三維設(shè)計元素庫，方便的拖放式建模方法和編輯方法。設(shè)計者可以直接從設(shè)計元素庫中拖放標準圖素以生成三維實體，像搭積木一樣進行構(gòu)形設(shè)計，通過對點、線、面等的智能捕捉實現(xiàn)對特征尺寸、輪廓形狀和獨立表面位置的動態(tài)、精確、直觀操作。也可以對拖入的圖素進行編輯（如圓角過渡、邊倒角、邊拔模、抽殼等）以生成較為復雜的三維實體，還可以基于二維草圖利用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣等操作創(chuàng)建三維實體。（2）CAXA實體設(shè)計擁有獨特的三維球和包圍盒工具。利用三維球工具可以靈活便捷地精確定位、拷貝、鏈接和陣列三維對象；利用包圍盒工具可以方便地對三維對象的形狀和尺寸等進行精確修改。（3）CAXA實體設(shè)計軟件打破了傳統(tǒng)三維CAD軟件單一設(shè)計思維的制約，它支持雙設(shè)計模式（協(xié)同創(chuàng)新設(shè)計模式、工程設(shè)計模式）。工程設(shè)計模式基于全參數(shù)化設(shè)計，兩模式結(jié)合使用可以使模型的編輯、修改更為方便，以達到最佳的造型效果。同時它也符合其他大多數(shù)CAD軟件的操作習慣和設(shè)計思路。（4）CAXA實體設(shè)計軟件無縫集成了CAXA電子圖板作為二維設(shè)計環(huán)境，設(shè)計者可以在三維設(shè)計環(huán)境中直接讀取工程數(shù)據(jù)，并在其中瀏覽、創(chuàng)建、編輯和維護現(xiàn)有的DWG、DXF、EXB等格式的二維工程圖文件，不再需要額外的二維CAD軟件。（5）利用CAXA實體設(shè)計軟件的二維、三維的關(guān)聯(lián)性，設(shè)計者可以根據(jù)設(shè)計好的三維實體模型直接生成所需要的二維工程圖。（6）對于外形比較復雜的產(chǎn)品模型（如汽輪機葉輪、汽車車身等）而言，單純靠實體設(shè)計工具來創(chuàng)建是非常困難的，為此CAXA實體設(shè)計還提供了豐富的曲面設(shè)計工具。曲面設(shè)計的關(guān)鍵是用3D曲線搭建線架構(gòu)，然后在線架構(gòu)的基礎(chǔ)上利用各種曲面生成方法獲得所需曲面，再由各個曲面構(gòu)建出三維產(chǎn)品模型。（7）CAXA實體設(shè)計提供了強大的鈑金件設(shè)計功能，設(shè)計者可以利用“鈑金”設(shè)計元素庫中的板料、彎曲板料、向內(nèi)折彎、向外折彎、卷邊、散熱孔、通風窗等鈑金件智能圖素，設(shè)計出自己所需要的鈑金件模型。（8）CAXA實體設(shè)計提供了為更好展示產(chǎn)品外觀效果的渲染功能。設(shè)計者可以對產(chǎn)品的顏色、紋理、表面光澤、材質(zhì)，以及環(huán)境、光源等進行設(shè)置，從而使產(chǎn)品模型更具真實感和表現(xiàn)力。（9）CAXA實體設(shè)計提供了一系列“動畫”設(shè)計元素，我們可以用運動仿真展示設(shè)計，并輸出成AVI視頻文件。例如，我們可以為設(shè)計好的曲軸連桿機構(gòu)設(shè)計運動仿真動畫等。動畫設(shè)計功能在新產(chǎn)品的設(shè)計、模擬演示以及與客戶的直接溝通中具有無法替代的作用。（10）CAXA實體設(shè)計集成了著名的ALGOR有限元軟件的基本功能模塊，可以對零部件進行線性靜力學等方面的有限元分析，幫助設(shè)計者發(fā)現(xiàn)設(shè)計錯誤，避免設(shè)計缺陷，優(yōu)化產(chǎn)品性能?？傊?，CAXA實體設(shè)計軟件是具有國際水準的三維設(shè)計軟件，他把美國的最新專利技術(shù)和CAXA多年來在CAD/CAM領(lǐng)域的經(jīng)驗積累相結(jié)合，可以幫助設(shè)計人員在三維空間直接進行產(chǎn)品構(gòu)思和創(chuàng)意，并能輸出廣告效果的圖片與動畫。由此它被業(yè)內(nèi)專家譽為“CAD技術(shù)領(lǐng)域的唯一突破”，是企業(yè)參與