PROE软件应用现状及.docx
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PROE软件应用现状及
论文题目：
PROE软件应用现状及发展趋势
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2012年12月17日
摘要
经过漫长的发展岁月，产品设计手段在不断地提高，不断进步，不断成熟。
从最早的手工绘图，到现在的广泛的使用计算机辅助设计来进行产品的设计，并且以后还会有更先进的设计手段出现。
为了提高计算机辅助设计的效果和节约设计成本和加工时间，我们做了这个关于PRO/ENGINEER技术在产品设计当中的应用的毕业设计，主要从PRO/ENGINEER的参数化设计，有限元分析，动态仿真，逆向工程等方面阐述了PRO/ENGINEER在机械产品设计当中的应用价值及应用前景。
本文介绍与应用了PRO/ENGINEER造型设计中的参数化设计方式，涉及到了孔特征、倒圆角、螺旋扫描、阵列特征等的设计方法。
然后通过PRO/ENGINEER的组件的应用程序里的机构功能实现动态仿真，实现了产品的设计，模拟装配，模拟运行等过程，充分体现了PRO/ENGINEER在机械产品设计当中的应用价值及应用前景，并且结合了相关的资料讨论了一下三维设计的发展趋势。
关键词：
Pro/e参数化设计，动态仿真，装配
机械制造业是国家工业体系中的基础行业，在信息化快速发展的今天，作为计算机辅助设计中的PRO/E在产品的研发与生产中，起到了重要的作用。
同时该类软件的应用使传统的产品设计方法与生产模式发生了深刻的变化，产生了巨大的经济和社会效益。
美国PTC公司的PRO/E软件自诞生那一天起，就引领机械行业的发展，将一场深刻的变化带进了工业生产的各个方面。
其优势在航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等制造业的广泛、深入应用就能得到生动的说明。
相关联的据库、参数化设计基于特征的实体模型化、以及多兼容的数据接口等，都是PRO/E的最大特点。
建立在统一基层上的数据库上的特点令数据结构与工程设计结合，使得一件产品的设计能够在各个阶段称为一个完整一体的过程。
工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角等特征，可以轻易改变模型。
这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。
该软件的多数据的接口可以与多种CAE/CAM软件的的连接应用。
而我国的三维设计起步较晚，但是经过近几年的发展，正在世界繁荣的设计环境下蓬勃的发展着。
有限元分析的基本思想是将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题求解的一种数值方法。
物体被离散后通过对其中各个单元进行单元分析，最终得到整个物体的分析。
这类如ANSYS的软件与PRO/E的结合应用使两者的优势能够互补，更加解放了人的劳动，促进生产的发展。
在机械加工中，机构的运动形式，机构的结构合理性以及产品的动态展现，都离不开动态仿真的协助。
1PTC公司及pro/e软件的简介
Pro/Engineer是美国参数技术公司（ParametricTechnologyCorporation，简称PTC）的重要产品。
在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。
Pro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。
Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：
筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。
这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。
这种功能使得修改更为方便。
Pro/Engineer可令设计优化更趋完美。
造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。
Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用C语言编程，以增强软件的功能。
它在单用户环境下（没有任何附加模块）具有大部分的设计能力，组装能力（人工）和工程制图能力（不包括ANSI，ISO，DIN或JIS标准），并且支持符合工业标准的绘图仪（HP，HPGL）和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。
2Pro/e软件与传统二维计算机辅助软件的比较
传统的计算机辅助设计系统主要是提供方便的设计工具和手段来辅助设计,缺乏分析问题和解决问题的能力,适用于解决算法型或确定型的任务问题。
近几年来,为了克服传统计算机辅助设计的不足,人们将人工智能和专家系统技术应用于计算机辅助设计系统,进行了智能计算机辅助设计系统的研究。
众所周知,机械产品设计不但涉及到一系列的计算公式、许多的设计标准和规范以及制图技术,而且还要用到许多非数值的经验性知识,如开始的概念设计和产品的初步设计则要求设计专家凭借知识和经验来思考、推理和判断；而设计过程最一个从“设计-评价-再设计直到产生最优设计结果”的反复过程,这就更需要设计专家具有一定的知识性经验,也就驱使着专家系统和计算机辅助设计进行结合。
很显然,概念设计是整个设计过程中最重要的一个阶段,这一阶段是设计创造性最为集中的部分,这一部分与问题的表达和理解的正确与否,所提方案的优劣以及评价和决策的适当与否等有关,它决定了最终设计的特色、水平和效益。
传统的二维CAD系统起源于计算机图形学，其智能定位于图样绘制，没有从本身的需求来考虑，大多数停留在电子图版的水平。
设计者用二维CAD系统来记录设计结果，设计活动只活动在设计者的头脑之中，当设计者应用二维CAD系统的时候，设计差不多已经结束。
其局限性表现如下：
①只是一个绘图工具而并非设计工具，不能帮助设计者定义设计关系和设计约束，更不能储存和保持设计关系。
②没有可变型的产品模型。
③不支持设计的全过程，只能完成绘图等对提高企业竞争力不很重要的工作。
④缺乏智力性，只记录几何数据，缺乏语义信息，不能有效表达设计意图。
⑤对产品缺乏完善的分析系统和检索机制。
由于概念设计的重要性,一些学者提出了基于决策的概念设计过程模型,并且用超文本做了技术实现。
与过去的设计方法学模型相比,决策模型并不规定设计过程应该怎样,设计师自始至终控制着设计的流程,具有更大的灵活性；与形式化模型相比,决策模型并不被动地模拟设计过程,而是抽取关键的语义和联系,用以描述和支持设计过程,与传统的计算机辅助设计方法相比,它不仅记录设计的结果,更强调记录和表达设计的过程。
总之,智能化是机械计算机辅助设计中极具有前途的研究领域。
Pro/Engineer能较好地完成挖掘机零部件的三维造型，三维造型时常用以下方法:
①对形状比较规则的简单零件，利用三维软件自带的标准几何体（方形、圆柱、圆管、圆锥和球、沟槽）库，直接生成零件实体，如方板、光轴、轴套等。
②绘制最能反映零件基本特征的几何草图，经拉伸、旋转生成三维实体。
③沿路径配置的二维几何图形经扫描，蒙皮生成曲面形实体。
④从草图入手建模设计者根据设计的要求用手勾画出理想的结构形状，然后赋予每一条曲线以尺寸约束或几何约束，使曲线按照设计者的意图去更新交换，生成参数化特征的实体建模。
从草图入手建模很容易实现参数化、标准化、系列化设计，是挖掘机最理想的建模方式。
⑤利用三维实体间的布尔运算（交、并、补），将多个简单零件组合成一体，生成新的实体等等，且生成的实体模型均采用参数化特征造型。
3pro/e的功能
3.1基于特征及参数化的设计
参数化技术是指设计对象的结构形状比较定型,可以用一组参数来约定尺寸的关系。
多数与设计对象的控制尺寸有显然的对应,设计结果的修改受到尺寸驱动,所以也称为参数化尺寸驱动,参数化设计技术以其强有力的草图设计、尺寸驱动修改图形的功能,成为初始设计、产品建模及修改系列化设计、多方案比较和动态设计的有效手段。
参数化技术的研究工作可追溯到Sutherland早期的Sketchpad系统,当时已经提出并利用了基于几何约束进行设计与修改的思想。
近几年参数化技术已有不少种方法,如变动几何法、几何推理法及参数化操作法等。
变动几何法将几何约束转变为一系列以特征点为变元的非线性方程组,通过数值法解非线性方程组确定出几何细节,该方法必须用户输入充分且一致的几何约束才能求出约束方程的解,对不一致的约束模型则以进行有效的判别与处理,也难以有效地将局部变动限制在局部范围求解；几何推理法是建立在专家系统的基础上,采用谓词表示几何约束,通过推理机导出几何细节,这种方法可以检查约束模型的有效性,并具有局部修改功能,但存在着推理速度馒、系统庞大等问题；参数化操作法采用参数化操作表示与处理几何约束,并通过与参数化操作对应的几何计算程序逐步确定出精确几何模型,该方法简单、实用,但难以表示与处理复杂的几何约束。
工程设计人员利用参数化技术,可以大大计提高只有几何尺寸发生变化的零件的设计效率,避免繁琐的重复性工作。
因此,参数化技术已成为pro/e设计中重要的研究内容。
以下是基于特征及参数化的设计的实例，从中我们可以加深PRO/E在产品构件中的优势的直观了解。
图2-1拉伸特征
图2-2旋转特征
图2-3扫描特征
3.2pro/e与动态仿真
产品装配与机构仿真是pro/e的一项重要功能。
当设计师进行产品组装与机构仿真时，能将设计师的设计意图直观的进行表达，可以以动态的方式将产品进行模拟的运行，也能从中检验机构是否存在不合理的像干涉、自由度不满足等缺陷。
总之该项功能对设计师提供重要帮助。
在pro/e的装配模块中，对产品组装与机构仿真提供了两种不同的装配方法。
产品装配的两种方法
①约束装配
当进行普通产品装配中，不考虑机构运动，或某些元件是固定不动的，那么在装配时可采用约束条件进行装配。
②连接装配
当进行机构运动仿真时，其机构组装必须考虑到哪些元件是运动的,哪些元件是固定不动的，对运动的元件要采用连接条件进行装配。
4Pro/e历史特点和应用现状
经过20多年不断的创新和完善，pore现在已经是三维建模软件领域的领头羊之一，它具有如下特点和优势：
参数化设计和特征功能Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。
这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。
单一数据库Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。
所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。
换言之，在整个设计过程的任何 一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。
例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。
这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。
这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。
①全相关性
Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。
这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。
全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。
②基于特征的参数化造型
Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。
这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。
例如：
设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。
装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。
通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。
③数据管理
加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。
为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。
数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。
④装配管理
Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。
高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。
⑤易于使用
菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。
综上所述，Pro/e广泛应用于以下行业：
航天和国防、航空公司、汽车、消费品、电子和高科技、鞋和服饰、工业、设备、医疗设备、零售等等。
4三维计算机辅助设计软件的发展前景
随着社会经济的发展，工业界也正面临着更激烈的竞争，这就对制造业企业提出了更高的要求：
一个产品由最初的概念构想到制造完成再到销售所需的时间要尽量短，产品质量要好，制造成本要尽量低，而且用户对产品的需求也越来越趋向于个性化。
但自1986年参数化设计出现以来，十几年来计算机辅助设计技术一直没有大的突破，传统计算机辅助设计软件主要应用于产品的详细设计阶段，所属应用场合主要作为一个实体造型工具用在产品的造型方面，同时这些造型软件在产品细部设计过程中提升的生产力在整个产品生命周期中也很有限。
在激烈的国际化竞争面前，企业学要的不是在某个产品细节上有一个工具做的更好，而是要有一个完美的产品开发、设计和制造的解决方案，但是目前的计算机辅助设计技术不能满足这种需求。
传统的计算机辅助设计不是帮助设计人员来进行设计，而是吧一个相好的设计做成实体，因此现有的计算机辅助设计系统在应用中设计量所占有的比重很小，因为在你做设计时候，已经想好了这个设计的形状，但是没有进行真正的设计，大部分时间花费在应用计算机辅助设计熊怎么样把实体做出来上面。
从最初的绘图类的计算机辅助设计再到参数化造型的计算机辅助设计，我们可以看到计算机辅助设计下一个发展趋势就是要进行真正的设计，即用创新设计取代传统的参数化造型技术。
因为产品开发更多更重要的是非数据计算，需要通过思考推理和判断来解决创新活动。
利用计算机辅助设计技术能够缩短设计时间、提供方便有效地制造接口，但是只有创新活动才能真正从根本原理上进行产品个性，才能为社会提供种类更多、功能更丰富的、价格更经济的、性能更有效地新产品，才能在产品的性能、质量、价格等方面产生质的飞跃。
可以说现代设计的核心就是创新设计，它需要根据以往的设计经验，根据新型技术所提供的新原理、新方法，进行产品的分析设计。
另外许多专家学者认为以后计算机辅助设计技术中必将引入人工智能，这也是计算机辅助设计技术发展的一个趋势。
未来的PRO-E发展将是参数化的设计，二次开发将是其中的一个重要方向，这就需要将其集中化、网络化、智能化、标准化。
①集中化
涉及的功能集中、信息集中、过程集中于动态联盟中的企业集中；与其它软件的集中，更是在设计中起到举足轻重的作用
②网络化
技术的飞速发展，改变了产品的设计模式，使得资源得到更好的利用。
③智能化
在实现集中话和网络化的同时，将人工的智能技术，特别是专家的系统技术，与传统的pro-e技术结合起来，形成能够完成方案构思与拟定设计方案与选择结构设计参数确定等设计活动智能化的PRO-E系统，是PRO-E发展方向
④标准化
将PRO-E绘的图用ANSYS或ADAMS进行机构分析，运动分析，热分析，都需要将图像格式标准化为IGES,STEP;接口标准化CGI,计算机体系源文件CGM,面向图形应用软件的标准GKS和PHIGS等等。
结论
在CAD/CAM的应用方面，Por/e的应用有了长足的发展，CAD/CAM技术已经被广泛应用于各种企业。
在CAD/CAM系统开发方面，pro/e软件的开发水平始终引领着国际的先进水平。
相信在未来，其能够做出更大的突破。
回顾我国的CAD/CAM技术，总体上落后世界先进水平。
但是仍然在努力的进步中。
但总的来说，我国目前行业使用CAD/CAM技术还存在着许多弊端， CAD/CAM技术水平还处于高技术集成和向产业化商品化过渡的时期，自主开发的CAD/CAM软件的开发水平、商品化、市场化程度都不如发达国家。
软件在可靠性和稳定性方面与国外工业发达国家的软件尚有一些差距。
但是我们不但要看清我们的劣势，也要看到我们的优势。
与国外软件相比我们的优势是：
了解本国市场，提供技术支持方便，价格便宜等。
在政府的大力支持下，我国CAD/CAM产业要充分利用优势，更要立足国内，结合国情，面向国内经济建设的需要，开发出有自己特色，符合中国人习惯的CAD/CAM软件，走一条适合自己的合理发展道路。
参考文献
【1】唐承统计算机辅助设计与制造【M】北京理工大学出版社，2008
【2】高长银赵汶pro/engineer数控加工项目案例解析【M】清华大学出版社，2010
【3】孙江宏等pro/engineer数控加工教程【M】清华大学出版社，2005
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