工業(yè)產(chǎn)品構(gòu)造建模方法范文
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當(dāng)今先進(jìn)的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)往往指的是一個(gè)設(shè)計(jì)組。全組的所有成員,都圍繞著一個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)就是由計(jì)算機(jī)生成的數(shù)字化三維產(chǎn)品模型。設(shè)計(jì)師們相互協(xié)同工作,取得產(chǎn)品的最佳設(shè)計(jì)方案。飛速發(fā)展的科學(xué)技術(shù),給設(shè)計(jì)師、科學(xué)技術(shù)人員提供了廣泛的設(shè)計(jì)空間。特別是優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)工業(yè)設(shè)計(jì)軟件的出現(xiàn),使得在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中可以極大地發(fā)揮自己的想象能力,設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的工業(yè)產(chǎn)品。
1計(jì)算機(jī)概念化設(shè)計(jì)的提出
所謂計(jì)算機(jī)概念化設(shè)計(jì),是指產(chǎn)品在制造出來之前,設(shè)計(jì)師以計(jì)算機(jī)為工具,進(jìn)行產(chǎn)品最初的創(chuàng)意、設(shè)計(jì),然后生成數(shù)字化實(shí)體模型,最后生成仿真的三維產(chǎn)品模型。當(dāng)今世界上領(lǐng)先的企業(yè),正在追求的戰(zhàn)略是并行工程。在該環(huán)境中把產(chǎn)品投放到市場(chǎng)所需的過程是同時(shí)進(jìn)行而非順序進(jìn)行的。在概念化設(shè)計(jì)進(jìn)行的同時(shí),可以較早創(chuàng)建詳細(xì)的零件和裝配體,進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),完成工程圖的繪制,并且定義制造過程。這些功能的并行交疊極大地縮減了產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間?，F(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)除了科學(xué)技術(shù)這一層面,還要在設(shè)計(jì)過程中體現(xiàn)人的視覺藝術(shù)。國(guó)外那些工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)師明確地指出,一件優(yōu)秀的工業(yè)產(chǎn)品,它本身就是一件工藝品。同樣性價(jià)比的工業(yè)產(chǎn)品,由于造型,外觀的差異,即使是微小的差別,都會(huì)產(chǎn)生不同的銷售結(jié)果。采用計(jì)算機(jī)概念化設(shè)計(jì)方案,就能夠很好地解決這個(gè)問題。
采用無約束自由,構(gòu)建工業(yè)產(chǎn)品的三維模型,即搭建概念化設(shè)計(jì)平臺(tái)。在表達(dá)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初始創(chuàng)意階段,可以選擇無約束自由建模軟件,例如,Alias、3dSMAX等。這類軟件工具擅長(zhǎng)表達(dá)創(chuàng)意階段的造型設(shè)計(jì),讓設(shè)計(jì)者能夠快速地將構(gòu)想的草圖以逼真的三維模型呈現(xiàn)在眼前。用戶在設(shè)計(jì)過程中不必局限于傳統(tǒng)實(shí)體模型在參考面的設(shè)置,在約束條件的限制下繪制模型。而讓用戶的創(chuàng)意隨著意念走,輕松地利用計(jì)算機(jī)建立的三維模型發(fā)揮個(gè)人創(chuàng)意,把這種三維模型叫概念模型。由于采用的是一種無約束的自由建模方式,所以可以大膽地提出各種設(shè)計(jì)方案,盡情地發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的想象能力。并且允許設(shè)計(jì)人員隨時(shí)進(jìn)行修改、加工。允許保留多個(gè)設(shè)計(jì)方案,供專家和工程技術(shù)人員進(jìn)行評(píng)估。這一階段完成了產(chǎn)品的外觀形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等各項(xiàng)主要設(shè)計(jì)任務(wù)。
3參數(shù)化設(shè)計(jì)建模方法
Pro/E的參數(shù)化設(shè)計(jì)過程,是基于在三維空間坐標(biāo)系的參照下構(gòu)建三維實(shí)體模型。整個(gè)建模過程可大致分為三個(gè)部分。(1)草繪輪廓當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)零部件時(shí)要把它的輪廓描繪下來,然后標(biāo)注尺寸。同樣,在參數(shù)化設(shè)計(jì)過程中也要把所要設(shè)計(jì)的零部件的基本輪廓描繪下來,然后修改它的尺寸,使其符合要求。這個(gè)過程稱之為草繪。要進(jìn)入草繪工作模式,首先要選擇空間直角坐標(biāo)系中三個(gè)參照平面中的一個(gè)平面為草繪平面,同時(shí),系統(tǒng)還要求再選擇一個(gè)平面為參照平面。草繪平面和參照平面選定后,系統(tǒng)方可將草繪平面轉(zhuǎn)正,也就是將草繪平面轉(zhuǎn)向屏幕的正方向。這樣就可以在草繪平面上作圖了。(2)生成三維實(shí)體模型Pro/E是基于實(shí)體特征來生成三維實(shí)體模型的。機(jī)械產(chǎn)品的零部件、家用電器的外殼等在幾何外觀上都存在相類似的一些幾何特征,比如拉伸特征、旋轉(zhuǎn)特征、倒角特征、加強(qiáng)筋特征、孔特征、殼特征、掃描特征等。當(dāng)輪廓圖形建立之后就可以把這些特征指定給實(shí)體模型,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的把特征加到實(shí)體模型上面。同許多三維建模軟件一樣,參數(shù)化建模方法同樣是對(duì)模型施加修改項(xiàng)。例如尺寸驅(qū)動(dòng)修改、布爾運(yùn)算、再次施加特征操作及特征的陣列復(fù)制等?？梢哉f,參數(shù)化建模的過程就是一個(gè)特征集合、尺寸修改的過程。這也體現(xiàn)了工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程就是一個(gè)不斷修改、不斷完善的過程。由于是實(shí)體化三維建模,所以在設(shè)計(jì)過程中,任何對(duì)模型的修改過程都會(huì)實(shí)時(shí)的、立體的反饋給設(shè)計(jì)人員。同時(shí)系統(tǒng)還會(huì)發(fā)出信息,指出哪些修改存在問題,如何解決。這樣將會(huì)使設(shè)計(jì)效率極大的提高。(3)進(jìn)行組件的各項(xiàng)設(shè)計(jì)在正規(guī)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中,很多機(jī)械裝置是由很多各種零部件有機(jī)裝配起來的組合產(chǎn)品。Pro/E系統(tǒng)則為用戶提供了組件模塊來完成組合產(chǎn)品的裝配工作。組件操作的各項(xiàng)功能能夠完成大型的、復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計(jì)。采用參數(shù)化設(shè)計(jì)重要的是使計(jì)算機(jī)理解設(shè)計(jì)意圖。設(shè)計(jì)意圖就是通過所定義的幾何約束和尺寸驅(qū)動(dòng)來表達(dá)的。產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期的概念化模型制作是用3DSMA軟件,主要是利用它的無約束自由建模的特點(diǎn)。這個(gè)軟件還有一個(gè)強(qiáng)大的渲染器及材質(zhì)貼圖制作系統(tǒng)。利用3DSMAX這一特點(diǎn),可以進(jìn)行產(chǎn)品的仿真設(shè)計(jì)。也就是說,在產(chǎn)品沒有制造之前,可以用計(jì)算機(jī)把產(chǎn)品模型渲染、輸出成仿真的虛擬產(chǎn)品。以前,在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙完成后,為了讓人們看到最終的產(chǎn)品造型,通常用手工做成模型,用以展示所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。這樣的模型做起來費(fèi)工費(fèi)時(shí),成本高,且修改也不易。工程設(shè)計(jì)問題本質(zhì)上是一個(gè)約束滿足問題。約束是一種描述對(duì)象所必須滿足的某種特定關(guān)系的斷言。約束從宏觀上可分為幾何約束與工程約束。所謂幾何約束從性質(zhì)上可分為尺寸約束與結(jié)構(gòu)約束。尺寸約束是指固定幾何元素之間相對(duì)位置的約束,結(jié)構(gòu)約束是指拓?fù)渑c結(jié)構(gòu)上的約束。
4轎車設(shè)計(jì)過程
以轎車為例來近一步說明計(jì)算機(jī)概念化設(shè)計(jì)的過程,參考了相關(guān)的圖片資料,充分發(fā)揮設(shè)計(jì)師的想象能力。借鑒優(yōu)秀的汽車產(chǎn)品造型特點(diǎn)。同時(shí)還要構(gòu)想自己的一些設(shè)計(jì)想法,形成一個(gè)新的設(shè)計(jì)方案。建模過程中,把握了它的主要特征。外形大體確定之后,利用自頂向下設(shè)計(jì)的原則,依據(jù)機(jī)體外形來設(shè)計(jì)它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。為了向人們展示設(shè)計(jì)思路,可以采用渲染技術(shù),由表及里地展示整個(gè)模型。為了有一個(gè)更直觀的了解,也可以將概念模型放置到一個(gè)仿真的虛擬景觀當(dāng)中。(1)建立車體的三視圖,如圖1所示。(2)依據(jù)曲線生成一個(gè)側(cè)曲面,對(duì)側(cè)曲面進(jìn)行編輯。如圖2所示。③在前視圖畫兩條用于進(jìn)行矢量投影的曲線,如圖5所示的白色曲線。④點(diǎn)選S1曲面,將兩條曲線結(jié)合。⑤在變動(dòng)命令面板中選擇(建立曲線次物體)選項(xiàng),打開建立曲線次物體面板,單擊矢量投影曲線按鈕,分別對(duì)兩條曲線進(jìn)行投影和剪切。剪切出的兩個(gè)區(qū)域分別為前大燈部分和通風(fēng)口,引擎蓋制作完成,如圖6所示。(4)用同樣的方法進(jìn)行車體的其他部分設(shè)計(jì),最終設(shè)計(jì)效果如圖7所示。圖7轎車模型圖在這個(gè)基礎(chǔ)之上,又進(jìn)行了第二階段的參數(shù)化建模,使這個(gè)模型在尺寸約束條件下確定下來。
5結(jié)束語
工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以用概念化設(shè)計(jì)的方法將其展現(xiàn)在公眾面前,供專家和用戶進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。概念化設(shè)計(jì)過程,本質(zhì)上是利用先進(jìn)的數(shù)字信息技術(shù)來傳達(dá)設(shè)計(jì)思想。由于概念化設(shè)計(jì)是對(duì)工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案不斷改進(jìn)和完善的過程,所以,工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的三個(gè)階段可相互交疊、重復(fù)進(jìn)行。同時(shí),設(shè)計(jì)小組的不同專業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品的構(gòu)件、控制系統(tǒng)等進(jìn)行計(jì)算分析、檢測(cè)等工作。所有這些完成之后,再用參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件輸出零部件的工程圖紙,對(duì)產(chǎn)品的零部件進(jìn)行加工生產(chǎn),直至組裝成真正的工業(yè)產(chǎn)品。