第1章 产品设计与ProENGINEER 解决方案.docx

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第1章产品设计与ProENGINEER解决方案

第1章产品设计与Pro/ENGINEER解决方案

1.1CAD产品设计的一般过程

应用计算机辅助设计技术──CAD（ComputerAidedDesign）进行产品设计的一般过程如图1.1.1所示。

现说明如下。

●CAD产品设计的过程一般从概念设计、零部件三维建模到二维工程图。

有的产品（特别是民用产品），对外观要求比较高（如汽车和家用电器），在概念设计以后，往往还需进行工业外观造型设计。

●在进行零部件三维建模时或三维建模完成以后，根据产品的特点和要求，要进行大量的分析和其他工作，以满足产品结构强度、运动、生产制造与装配等方面的需求。

这些分析和工作包括：

运动仿真、结构强度分析、疲劳分析、塑料流动、热分析、公差分析与优化、NC仿真及优化、动态仿真等。

●产品的设计方法一般可分为两种：

自底向上（Down－Top）和自顶向下（Top－Down），这两种方法也可同时进行。

自底向上：

这是一种从零件开始、然后到子装配、总装配、整体外观的设计过程。

自顶向下：

与自底向上（Down－Top）相反，它是从整体外观（或总装配）开始，然后到子装配、零件的设计方式。

●随着信息技术的发展，同时面对日益激烈的竞争，企业采用并行、协同设计势在必行，只有这样，企业才能适应迅速变化的市场需求，提高产品竞争力，解决所谓的TQCS难题，即以最快的上市速度（T－TimetoMarket），最好的质量（Q－Quality），最低的成本（C－Cost），最优的服务（S－Service）来满足市场的需求。

1.2Pro/ENGINEER解决方案

美国PTC公司（ParametricTechnologyCorporation,　参数技术公司）于1985年成立于美国波士顿。

自1989年公司上市伊始，即引起机械CAD/CAE/CAM界的极大震动，其销售额及净利润连续50个季度递增，每年以翻番的速度增长。

目前股市市值已突破60亿美元，占全球CAID/CAD/CAE/CAM/PDM市场份额的43%，成为CAID/CAD/CAE/CAM/PDM领域最具代表性的软件公司。

Pro/ENGINEER软件产品的总体设计思想体现了MDA软件的发展趋势，在国际MDA软件市场上已处于领先地位。

PTC提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关及工程数据再利用等概念改变了MDA的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界MDA领域的新标准。

利用此概念写成的第三代MDA产品Pro/ENGINEER软件能将产品从设计至生产的过程集成在一起，让所有的用户同时进行同一产品的设计制造工作，即所谓的并行工程。

Pro/ENGINEER目前共有80多个专用模块，涉及工业设计、机械设计、功能仿真、加工制造等方面，为用户提供全套解决方案。

1998年PTC公司推出了新一代基于Web的信息管理系统──WINCHILL,提出了产品协同商务的全新概念，产品上市仅一年时间，即取得了非常惊人的业绩。

PTC现有用户26000多家，装机量250000套，并赢得了许多全球知名大公司的大宗定单，如FORD、BMW、TOYOTA、VOLKSWAGEN、HUNDAI、CATERPILLAR、JOHNDEER、J.I.CASE等。

PTC的市场策略是领先的技术、具有竞争力的性能价格比、硬件独立性、全球销售网以及为客户提供全面的服务和支持。

下面就Pro/ENGINEER中的一部分模块和功能作简要介绍，某些模块和功能的使用将在本书中进行详细的讲解。

1．Pro/ENGINEER的基本模块（Foundation）

该模块包括下列功能：

●基于参数化特征零件设计。

●基本装配功能。

●钣金设计。

●工程图设计及二维图绘制。

●自动生成相关图纸明细表（中文）。

●照片及效果图生成。

●焊接模型建立及文本生成。

●Web超文本连接及VRML/HTML格式输出。

●标准件库。

该模块的优点如下：

●功能强大的建模能力。

●开放,柔性。

●独立用户易于快速实施。

2．工业外观造型强有力的工具——CDRS

该模块包括下列功能：

●CDRS曲线驱动自由曲面设计。

●直观的用户界面。

●高质量、可加工曲面。

●高级曲面及高光质量分析工具。

●易用的动画能力。

●高级照片效果图（光线跟踪反弹）。

●3DPaint概念图及草绘功能。

●二维草绘及着色功能。

●实时压感感应刷笔及铅笔以完成细化的概念设计。

●真实三维喷绘。

●能快速简易地对模型进行渲染，贴纹理等处理。

3．复杂零件的曲面设计工具（AdvancedSurfaceExtension）

该模块包括下列功能：

●参数化曲面建立。

●逆向工程工具（三坐标测量机）。

●直接的曲面建立工具。

●强大的曲线曲面分析功能。

该模块的优点如下：

●与生俱来的曲面实体集成。

●进行复杂形状设计及自由曲面设计。

●利用扫描云点进行设计。

4．复杂产品的装配设计工具（AdvancedAssemblyExtension）

该模块包括下列功能：

●将设计数据及任务传递给不同功能模块设计队伍的强大工具。

●大装配的操作及可视化能力。

●装配流程。

●定义及文本生成。

该模块的优点如下：

●由上层管理装配设计。

●对大型、复杂装配设计进行快速检查及信息交流。

●捕捉并发布装配流程信息。

5．运动仿真模块（MotionSimulationOption）

该模块包括下列功能：

●Pro/MECHANICA机构运动性能的仿真。

●运动学及动力学分析。

●凸轮、滑槽、摩擦、弹簧、冲击、分析与模拟。

●干涉及冲突检查。

●载荷与反作用力。

●参数化优化结果研究。

●全相关H单元FEA结算器。

该模块的优点如下：

●尽早对设计进行深入分析与改进。

●供设计人员与专业分析人员使用。

●减少实物样机成本。

●可不断升级的企业解决方案。

6．结构强度仿真（StructuralSimulationOption）

该模块包括下列功能：

●Pro/MECHANICA对设计产品的结构强度进行分析仿真。

●静态、模态及动态响应。

●线性及非线性分析。

●自动控制分析结果的质量。

●精确模型再现。

●参数化优化结果研究。

●全相关H单元FEA结算器。

●与其他CAD系统提供接口。

●可将运动分析结果传送到结构分析。

该模块的优点如下：

●尽早对设计进行深入分析与改进。

●供设计人员与专业分析人员使用。

●减少实物样机成本。

●可不断升级的企业解决方案。

7．疲劳分析工具（FatigueAdvisor）

该模块包括下列功能：

●利用结构分析结果。

●包括载荷及材料库。

●预估破坏及循环次数。

●可靠性分析。

●参数化优化结果研究。

●与专业产品提供接口。

该模块的优点如下：

●预估疲劳寿命并提供改进。

●利用nCode成熟技术。

●减少实物样机成本。

8．塑料流动分析工具（PlasticAdvisor）

该模块包括下列功能：

●注塑模过程仿真。

●与Pro/ENGINEER集成。

●直接对实体模型进行操作。

●注射时间、熔接痕、填充度分析。

●质量及浇口预估。

●对设计提供改进意见。

该模块的优点如下：

●供塑料件设计人员使用。

●尽早研究并改进。

●易学易用。

●减少模具样机成本。

9．热分析工具（ThermalSimulationOption）

该模块包括下列功能：

●Pro/MECHANICA产品设计的热性能分析。

●稳态及瞬态性能分析。

●结构强度分析。

●自动控制分析结果的质量。

●精确模型再现。

●参数化优化结果研究。

●全相关H单元FEA结算器。

●为CAD系统提供接口。

该模块的优点如下：

●尽早对设计进行深入分析与改进。

●供设计人员与专业分析人员使用。

●减少实物样机成本。

●可不断升级的企业解决方案。

10．公差分析及优化工具（CE/TOLOption）

该模块包括下列功能：

●考虑所有装配中的零件及装配过程，经统计确定装配质量。

●确定临界质量区。

●确定每个变量对装配质量的影响程度。

●优化零件及装配的工艺性。

●精确到特征层的变量。

●利用真实的Cp,Cpk数据进行分析。

●加速装配的实施。

11．基本数控编程包（ProductionMachiningOption）

该模块包括下列功能：

●21/2轴基于特征编程。

●多曲面3轴数控编程。

●4轴数控车床及4轴电加工编程。

●刀具库。

●提供机床低级控制指令。

●支持高速机床。

●精确材料切削仿真。

●智能化生成工艺流程及工艺卡片。

●所有机床后处理。

该模块的优点如下：

●优化加工刀轨流程。

●鼓励并行编程。

●灵活地根据机床进行改变。

●零件族编程重利用。

●无需数据转换。

12．多轴数控编程包（CompleteMachiningOption）

该模块包括下列功能：

●包括ProductionMachining功能。

●多轴铣床及车床数控编程（Mill/Turn）。

●提供机床低级控制指令。

●支持高速机床。

●精确材料切削仿真。

●智能化生成工艺流程及工艺卡片。

●所有机床后处理。

该模块的优点如下：

●优化加工刀轨流程。

●鼓励并行编程。

●灵活地根据机床进行改变。

●零件族编程重利用。

●无需数据转换。

13．通用数控后处理（Pro/NC-GPOST）

该模块包括下列功能：

●Pro/ENGINEER数控编程的通用后处理。

●在Web上提供丰富的机床类型。

●支持所有CNC机床。

该模块的优点如下：

●制造业专用界面。

●用户易于使用。

●可通过FIL宏指令客户化。

●优化加工及机床命令。

14．数控钣金加工编程（NCSheetmetalOption）

该模块包括下列功能：

●NC编程支持冲床、激光切割等各种钣金加工类型机床。

●使用标准的冲头和冲压成型。

●自动展平并计算展开系数。

●自动选择冲头。

●自动套料。

●精确材料切削仿真。

●所有机床后处理。

该模块的优点如下：

●优化加工路径。

●支持并行工程。

●支持柔性加工环境。

●界面友好符合车间用语。

15．NC仿真及优化（VERICUTforPro/ENGINEEROptions）

该模块包括下列功能：

●NC仿真功能与Pro/NC是一个整体。

●在Pro/NC和VERICUT之间自动传输零件毛坯和刀具信息。

它包括3个应用包：

●NC仿真。

●NC优化。

●NC机床仿真。

该模块的优点如下：

●避免过切。

●避免机床碰撞。

●减少加工时间至少50%。

●减少机床和刀具的磨损。

●提高加工效率。

16．模具设计（ToolDesignOption）

该模块包括下列功能：

●由设计模型直接拆分型腔（所有零件为实体模型，型腔及型芯有精确缩水补偿）。

●标准模架导柱导套。

●与注塑分析集成。

●BOM及图纸自动生成。

该模块的优点如下：

●快速模具设计。

●增加产量。

●减少报废品。

●没有数据转换问题。

●对设计进行修改不会延迟模具周期。

17．二次开发工具包

该模块包括下列功能：

●开发与Pro/ENGINEER集成使用的应用模块。

●用C语言写的功能程序库（API）。

●客户化菜单结构。

●建立实体、基准及加工特征。

●获取装配的信息。

●自动出图。

●高级存取实体模型。

该模块的优点如下：

●将自动化、客户化设计应用到加工的流程。

●方便地获取设计知识及成功经验。

●将专家系统及知识库结合进Pro/ENGINEER。

注意：

以上有关Pro/ENGINEER的功能模块的介绍仅供参考，如有变动应以PTC公司的最新相关正式资料为准，特此说明。

1.3Pro/ENGINEERWildfire新特性

Pro/ENGINEERWildfire（野火版）是美国PTC公司于2003年新推出的Pro/ENGINEER系列产品中的旗舰产品，该软件在原有的2001版本上新增众多新的功能，特别强调了设计过程的易用性以及设计人员之间的互联性，原有的Pro/ENGINEER产品的版本升级周期为半年一次，而本次升级却花了两年的时间，其产品性能有了本质性的改善，确实是值得用户用两年的时间来等待的一个产品。

Pro/ENGINEERWildfire已经将传统意义上的服务于设计工程师个体的三维机械设计软件提升到服务产品设计的全过程、服务于整个设计团队乃至全球并行设计的一整套完整的产品设计解决方案，并有机地结合客户的要求和对供应商的要求，使得设计的产品在最短的时间内最大地满足客户的需求。

其功能已经将其竞争对手远远地抛到后面。

下面我们分节介绍Pro/ENGINEERWildfire新特性。

1.3.1方便易用

外观更漂亮、功能更完善、并且具有更高价值的产品正在以惊人的速度涌进全球市场。

对产品开发价值链中的每个人来说，一个大好消息是，各类产品制造商都在又一次谈论怎样把重要资源安排到更佳的设计、开发和生产方法中，它们都将成为关注的焦点。

构筑在PTC已经证实的重要CAD解决方案的新版本之上的Pro/ENGINEERWildfire将会重新定义如何创建一流的产品、在最短时间内连续不断地创建新设计、更有效地与小组成员合作、在设计进入生产阶段时，对设计进行有效的控管。

Pro/ENGINEERWildfire带来多样的增强功能，高度的可用性和特征可以让您迅速完成设计项目：

●通过支持Web技术提供前所未有的协同研究功能。

●Windows接口加快用户系统导入。

●统一的最佳化工作流程菜单。

●操控板上有常用的功能并放在易于选择的位置。

●单击一下可出现高阶功能菜单。

1．操控板图形用户接口：

简单事情简单做

操控板是一个图形化工具栏，它能够让您对某个特征的当前属性一目了然，因此，可以直接在屏幕上随时修改它们的值，而不用下拉下一级菜单。

通过把每个特征最常用的任务放在前面和中间，即可以即刻得到并易于展开的地方，操控板可使鼠标的移动次数降低。

在这里，只需单击，就可以快速在滑出式操控板上得到更多进阶的功能。

2．交互式曲面设计

交互式曲面设计增强功能导入大比例的草图轨迹，显示主要参数，以便用户轻松进行更改和最佳化。

更改后您会发现系统自动重新生成曲线和曲面。

Pro/ENGINEERWildfire能让您快速完成造型，在几分钟内完成以前需要几个小时才能完成的工作。

3．高级图像渲染

Pro/ENGINEERWildfire能让整个生产小组从制造到销售，再按照自己的想象准确地绘制产品，并且保证领先出色。

Photolux与Pro/ENGINEERWildfire结合之后，推出了许多新的选择功能，其中包括：

●光线跟踪功能。

●许多新的纹理材料选项。

●进阶灯光控制。

●包括雾、光的反射和景深在内的造型特效。

●超现实的摄影技术，犹如镜头光效和反射光。

4．直接建模：

最快的工作方法

使用直接建模，可以利用简单易用的操作，快速处理和最佳化模型。

只需抓住模型就可以重新操作它，其结果是获得一个速度得以大幅提高的工作环境，在这个环境中，您可以把精力集中在模型上，而非接口上。

●实时翘曲、变形、伸展、弯曲和扭曲。

●既可以使用自由形式方法，也可以使用参数化方法。

5．模型预览：

实时浏览设计更改

Pro/ENGINEERWildfire能让您在建立设计时实时预览设计图形，因此，能让您设计得更快。

1.3.2适应面广

在听取了代表产品开发各个方面的资深Pro/ENGINEER用户的意见后，PTC努力研发，改进了Pro/ENGINEER的功能，使您可以更加轻松地完成工作。

不管是结构工程师还是制造工程师都会在Pro/ENGINEERWildfire中找到他所期盼的功能。

1．面对结构设计师

面对结构设计师，Pro/ENGINEERWildfire可以轻松满足他们的需求。

●全局建模，具有本地和全局控制柄。

●实时翘曲、变形、伸展、弯曲和扭曲。

●交互式曲面处理。

●自由形式或参数式方法。

●设计：

跟踪草图、导入图像、描述参数。

●重建造型：

能很轻松处理小平面资料的逆向工程工具。

●高级图像逼真渲染：

包括镜头光效、光散射、雾和烟等的新的特殊效果。

●许多新的材质纹理选择。

2．面对生产设计工程师

Pro/ENGINEERWildfire能轻而易举地使设计成为现实，让工程师、制造人员、销售人员和客户都为之陶醉。

●高性能的轻型装配组件。

●柔性装配组件。

●新增了与Pro/ENGINEER布线系统设计工具的紧密集成，改善了电缆敷设和管路设计功能，增强的行为建模和仿真功能。

●新的钣金设计工具。

3．面对制造工程师

Pro/ENGINEERWildfire使问题在成本未增加之前就解决它。

在模具和工具设计时，得到最好的指导，使每个人都身处其中。

●Pro/ENGINEERMoldShop──为模具设计师定制的一体化套装解决方案。

●高阶工作流程──使用作业管理器（JobManager）来处理柔性刀路轨迹。

●操作互动性──改进了NC操作接口的互动性。

☑改进了对非本系统资料的处理。

☑利用网格进行粗加工和二次粗加工。

☑制造资料和过程计划的XML格式输入输出。

☑从第三方工具数据库输入可加工资料。

●与Pro/ENGINEER早期版本之间的交叉版本兼容性。

4．面对CAD管理员

面对CAD管理员，Pro/ENGINEERWildfire也具有相当优秀的功能。

●尽可能为每个人提供最好的工具，而不会让用户遇到无法控制的难题。

简化管理并提高服务和支持水平。

●新型图形库。

●分布式计算高阶功能。

●易于安装。

●大大简化了许可发行管理。

●在整个应用中都随处可见的帮助。

1.3.3适合创造一流产品

专注于过程和基础结构数年之后，现在，优秀企业又回到了最重要的事情上：

制造出优秀产品。

他们希望，兼顾精确的设计及效率，达到百分百的完美设计，以及百分之二百的速度。

这意味着，所制造的产品不仅外观漂亮，而且性能卓越，并且要保证产品最快到达客户手中。

如今产品的上市时间被要求大大缩短。

所需资源也应降低到最小程度，在这种情况下，如何有效地与小组其他成员合作？

如何在过程早期发现潜在问题，以保持具有竞争力的成本和较高的产量？

这些问题的直接答案是Pro/ENGINEERWildfire，它构筑在PTC已经证实的重要CAD解决方案的新版本之上，它会重新定义如何创建一流的产品。

1．零件建模

使用Pro/ENGINEERWildfire，零件设计比以前任何时候都更快、更容易。

其改进之处包括：

●铆钉、螺栓、夹子等高性能的轻型装配组件。

●能处理同一零件多个表示的弹性组件（如弹簧），不需要在物料清单上清楚表达线条内容。

2．布线系统

Pro/ENGINEERWildfire可以与PTC完善的原理图设计应用、Pro/ENGINEER布线系统设计工具进行紧密集成，适用于缆线敷设和管路设计。

主要的布线系统增强功能包括：

●能自动完成接头放置等常用功能的增强型缆线铺设功能。

●改进的线束和几何体表示。

●带有“底”、“顶”、“左”和“右”命令的新型管线布线选项

3．智能化钣金设计增强功能

Pro/ENGINEERWildfire中增强的继承特征，解决了处理由不同机器制造的相似零件的复杂弯曲表的使用问题。

4．实时拟真图彩

Pro/ENGINEERWildfire中使用新的实时渲染功能，您可以在处理模型时看到倒影和阴影的变化。

1.3.4完全适合解决目前最棘手的制造问题

事实上，现在的全球制造环境与过去几年的汽车厂和工厂大不相同。

现在复杂的设计合作伙伴、供货商和客户网络，都需要制造工程师拥有深厚的专业技术，来完成他们开发的产品。

对您而言，这不仅仅意味着要寻找先进的成型、铸造、冲压和加工方法，而且意味着必须在整个制造过程中确保复杂部件的适用性和一致性，并要照顾所有客户的要求。

想知道怎样才能做到吗？

最好的选择是从设计到制造都使用PTC的Pro/ENGINEERWildfire。

PTC为“现实的问题提供真正的答案”。

●通过支持Web技术提供前所未有的关联性。

●Windows接口加快用户的系统导入。

●统一的最佳化工作流程菜单。

●操控板上有常用的功能并放在易于选择的位置。

●在零件放入模座之前，通过专家模座设计包含图形的用户接口，可实时预览EjectorPins（顶出销）分布情况。

1．Pro/ENGINEERWildfire的新功能

“智能”型模具设计最大幅度地为提高效率专门设计了一些关键性的新功能，通过更高程度的自动化，充分运用资源、节省时间和减少失败。

●全自动模座数据库功能。

●自动建立孔、螺纹和间隙切口。

●自动建立图形、物料清单和孔类图表。

●自动化模具开启仿真。

●完全在模型中获取设计标准。

●带有快速预览功能的易用接口。

●包含了18个模座数据库和组件供货商。

2．改进了加工流程、刀具路径的建立和检查

为了确保最佳性能，Pro/ENGINEERWildfire将成为您提高NC编译程序效率的工具。

使用作业管理器来处理刀具路径：

●支持VERICUT（5.2）宏。

●支持实体工具导出到VERICUT。

●改进了制造文件的预览。

●简化了设计变更时的窗口接口。

●曲面端的自动化定义机制。

●进阶多轴加工支持。

☑高级轨道控制。

☑实时退刀控制。

☑工具轴定义。

3．实时对等的设计会议

Pro/ENGINEERWildfire独特的新型设计会议功能可以让用户与供货商、工程师（甚至客户）建立安全、完全连通的连接，以便浏览、处理和设计模型。

使用完全构筑在Pro/ENGINEERWildfire中的GrooveNetworks公司的先进技术，进行协同设计从来没有如此容易过。

您甚至可以让模型控制权在与会者之间传递。

Pro/ENGINEERWildfire能够确保模型的一致性，并在做决定时能够自动同步文件。

由于主导者可以控制谁可以获取资料，所以，用户的知识产权是安全的。

4．打破传统的刀具设计

在重新设计刀具功能的过程中，PTC专注于提供最大的可用性和极高的自动性。

创建相切的拔模角只需简单的步骤即可完成，在新版中内嵌了扣模检查和滑块自动建立功能，避免了意外错误。

1.3.5改善了对CAD环境的管理

企业越来越清楚，它们的目标是制造出具有突破性设计和效能绝对可靠的产品——所有这些都要求在一个空前快速的环境中完成，且质量绝对不能有问题。

公司的设计人员和工程师重新成为关注的焦点。

这意味着，您面临着精确最佳化性能的压力。

您如何支持您的开发小组？

您能为他们提供他们工作所需的