Pro/E在航模建模中的應(yīng)用

江鴻博

（山海關(guān)第一中學(xué) 河北 秦皇島 066205）

摘 要：Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC）旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件，是現(xiàn)今主流的計算機(jī)輔助設(shè)計/制造/分析的軟件之一，在國內(nèi)航模設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)重要位置。本文從設(shè)計需求出發(fā)，研究了Pro/E軟件在汽車建模方面的應(yīng)用。本文闡述了該軟件自頂向下的參數(shù)化設(shè)計技術(shù)，列出了航模三維設(shè)計流程，并根據(jù)航模特點，總結(jié)了以骨架為核心的框架設(shè)計方案、實體建模規(guī)則及出圖主要技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：Pro/E；航模；三維；建模

應(yīng)用虛擬現(xiàn)實進(jìn)行航天飛行模擬訓(xùn)練時，虛擬設(shè)備精確建模的 實現(xiàn)與優(yōu)化方法.基于Pro/Engineer，通過虛擬現(xiàn)實標(biāo)準(zhǔn)語言VRML以及3D STUDIO，進(jìn)行一系列的轉(zhuǎn)換、優(yōu)化，最后根據(jù)實際情況進(jìn)行初始化，確定各種約束條件，從而建立虛擬設(shè)備的精確模型.虛擬設(shè)備建模精確，可大大節(jié)省虛擬 現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)中建模的工作量.在以設(shè)備為主要模擬對象的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，可以優(yōu)先考慮此種建模方法。

1、建模三維設(shè)計特點

（1）開拓設(shè)計思路

基于Pro/E軟件的航模建模中采取自頂向下（Top-Down）的建模理念，先構(gòu)架航模的總布置圖框架模型，再依次進(jìn)行航模內(nèi)部空間、航模外形區(qū)域及連接部分的詳細(xì)建模設(shè)計。

（2）提高技術(shù)含量

在Pro/E模型中，所有特征均可通過可變的參數(shù)及約束來控制，此外，航模圖的基本圖面信息可由三維模型自動生成，例如航模的內(nèi)部空間，通過改變航模的內(nèi)部空間的長度參數(shù)尺寸，可準(zhǔn)確、快速地形成不同長度的航模的內(nèi)部空間；通過改變骨架尺寸及相關(guān)約束，快速驅(qū)動相關(guān)三維模型及二維工程圖的關(guān)聯(lián)性設(shè)計變更，與二維CAD設(shè)計軟件相比，明顯增強(qiáng)了設(shè)計變更嚴(yán)密性。

（3）增強(qiáng)可視化效果

三維設(shè)計是對航模設(shè)計、制造及裝配過程的數(shù)字化模擬，它可將設(shè)計思路直接轉(zhuǎn)化為直觀的三維數(shù)字模型，便于發(fā)現(xiàn)和解決航模生產(chǎn)過程中可能潛在的工藝及技術(shù)問題。

2、自頂向下（Top-Down）的航模建模三維設(shè)計流程

（1）基本要求

在航模建模初期，應(yīng)對模建進(jìn)行詳細(xì)分析，根據(jù)使用功能來確定航模的基本性能要求（如動能損失、未被平衡的離心加速度及其增量），進(jìn)而確定航模主要技術(shù)參數(shù)（如導(dǎo)曲線半徑、航模建模全長及前后長等）。

（2）設(shè)計內(nèi)容

根據(jù)相關(guān)法律、法規(guī)及用戶具體技術(shù)要求，設(shè)計內(nèi)容包括航模的主要功能、性能、技術(shù)指標(biāo)及主要結(jié)構(gòu)。

（3）通用件

分類統(tǒng)計在航模建模航模中通用的零部件。

3、構(gòu)造模型

3.1、骨架建模

骨架模型是設(shè)計的框架，相當(dāng)于裝配的三維布局。像布局一樣，骨架是一個集中儲存與裝配相關(guān)的設(shè)計信息的地方。當(dāng)骨架發(fā)生變化時，與之相連的實體模型也將發(fā)生變化。骨架模型簡化了設(shè)計的建立和可視化，另外，可以以任何順序給裝配添加組件。

建立骨架模型的步驟：

建立骨架模型，選擇[激活]（Activate），從裝配建立骨架或者選擇[打開]（Open），在組件級建立骨架。使用數(shù)據(jù)特征、曲面等，確定組件在裝配中的空間占位；它們也可以被用來建立裝配中組件間的接觸面，或者定義組件間的運動。因為系統(tǒng)要求用戶必須在裝配方式下才能對這些特征進(jìn)行各種編輯，所以應(yīng)避免建立裝配級骨架特征。通過一個集中位置把設(shè)計數(shù)據(jù)從裝配傳遞到單個組件，是自頂向下設(shè)計方法的一個主要內(nèi)容。通過定義布局的模型，用戶可以分發(fā)全局參數(shù)和數(shù)據(jù)；使用幾何特征，用戶也可以把一個模型的引用復(fù)制到另一個模型中。定義布局模型的步驟：[打開文件]（File）> [定義]（Declare），選擇[定義布局]，使布局中所有定義的參數(shù)和全局?jǐn)?shù)據(jù)在模型中都可見。選擇模型的一個特征，并編輯它。在布局中選擇尺寸和相應(yīng)的名稱來驅(qū)動該特征的某尺寸與其對應(yīng)。選擇[DeclareName]，并在模型中選擇[基準(zhǔn)特征]，再從布局中選擇一個相應(yīng)的全局名稱。

3.2、發(fā)布幾何體：

在頂層骨架模型中，選擇[插入]（Insert）>[共享數(shù)據(jù)]（Shared Data）>[發(fā)布幾何體]（Publish Geometry）。填寫每項內(nèi)容，提供名稱并選擇其它骨架模型所需要的任一參考。

3.3、復(fù)制幾何體：

用上一級裝配來約束子裝配；激活子裝配并為它建立一個骨架模型。在一個單獨的窗口中打開；把發(fā)布的幾何體信息復(fù)制到這個骨架模型中（[插入]>[共享數(shù)據(jù)]）>從其它模型復(fù)制幾何體）；選擇頂層裝配框架文件或頂層裝配，并定義它的位置；確定發(fā)布幾何體的要素，并在菜單中選中它。

3.4、建立模型幾何體與構(gòu)建裝配：

一旦用戶從頂層骨架模型中獲得了信息并放在了子裝配中，用戶就可以使用復(fù)制幾何體功能來建立零件，并開始構(gòu)建裝配。自頂向下設(shè)計有許多優(yōu)勢，其中包括設(shè)計時間縮短、質(zhì)量提高以及可以控制頂層更改等。

4、工程圖生成

Pro/E軟件具備強(qiáng)大的工程圖功能，可將三維模型自動生成所需的各種工程圖。工程圖與模型之間完全相關(guān)，模型變更與工程圖變更直接關(guān)聯(lián)，反之亦然。以下為生成工程圖步驟：

（1）創(chuàng)建工程圖文件并添加零件三維模型對象關(guān)聯(lián)；

（2）生成各角度視圖；

（3）完善零件圖面信息，包括創(chuàng)建球標(biāo)、畫輔助線、出示意圖、標(biāo)注。

5、Pro/E軟件應(yīng)用結(jié)論及工作展望

5.1、應(yīng)用結(jié)論

（1）設(shè)計驗證

通過建立航模建模三維模型，并對其進(jìn)行干涉檢查驗證，可發(fā)現(xiàn)采用二維設(shè)計時不易發(fā)現(xiàn)的設(shè)計、工藝問題，對于提高航模質(zhì)量而言具有非常積極的意義

（2）表達(dá)清晰

三維模型擁有較二維圖型更為直接的表達(dá)形式，更加易于展示和交流

（3）快速變更

自頂向下（Top-Down）的設(shè)計理念以及模型與工程圖相關(guān)聯(lián)的特性，使得快速變更設(shè)計成為可能，提高了設(shè)計工作的效率。

5.2、工作展望

（1）骨架模型

本文只建立了兩級骨架模型，如何在更深層次的裝配級別中定義骨架模型尚需結(jié)合航模建模航模特征做進(jìn)一步的研究。

（2）建模方法

航模建模中有很多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的航模，需要綜合軟件功能積極研究建模方法，形成通用的解決方案并加以總結(jié)推廣。

（3）參數(shù)化建模

Pro/E軟件以參數(shù)化著稱，應(yīng)在下一步工作中研究參數(shù)化在航模建模設(shè)計中的具體應(yīng)用。

（4）數(shù)控加工與有限元分析

Pro/E軟件可直接對模型進(jìn)行有限元分析；大型有限元分析軟件也大多包含與Pro/E軟件的接口模塊，保證模型導(dǎo)入后具備良好的適應(yīng)性。模型可通過CAM軟件直接進(jìn)行編程，并輸出NG代碼用于數(shù)控機(jī)床加工，因此航模建模航模的數(shù)控加工解決方案也是下一步的研究內(nèi)容。

6、結(jié)束語

三維CAD為航模創(chuàng)新提供了技術(shù)平臺，利用三維設(shè)計軟件可進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、強(qiáng)度分析以及優(yōu)化設(shè)計。三維建模平臺的搭建對于縮短設(shè)計周期、降低開發(fā)成本具有積極重要的意義，同時三維平臺也是國家信息化的基礎(chǔ)工程之一。

參考文獻(xiàn)

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