對於壹些簡單的定型產品和改進產品,可以采用傳統的自下而上的設計思路。首先設計每個零件,然後將設計好的單個零件壹步步組裝起來。在設計過程中,零件之間只有簡單的裝配關系,沒有設計參數的關聯。這種設計思路和方法容易掌握,是應用最廣泛的設計思路,但同時也有很多缺點,比如各個零件中的設計數據沒有關聯,設計修改壹次只能修改壹個零件,導致設計修改不便,反復修改帶來的幹擾,零件的裝配操作相對繁瑣,因此設計效率較低。
目前壹些新產品的設計周期在加快,傳統的自下而上的設計思路已經不能滿足全部需求。這時候可以采用自頂向下設計的思路來設計產品。事實上,基於自頂向下設計的思路是規劃產品的層次結構,並逐步細化,包括產品布局設計、層次結構設計、細節設計等。,以設計結果為基礎,在遵循設計意圖的前提下,最終實現產品各部分的設計。這種設計思路有利於產品從抽象到具體的逐步轉化。可以從產品的外觀開始對整個產品進行建模,然後根據零件之間的匹配關系分離出各級零件的模型,參照零件之間的關系進行零件的詳細結構設計,最終完成整個產品的設計。其設計數據高度相關,產品修改方便。典型的應用是使用骨架模型來保證設計意圖,或者使用主要的控制設計方法。通常使用骨架模型或主控件來創建產品的外觀造型,根據零件之間的匹配關系構造用於繪制各級零件的曲面、草圖等對象。當然不限於此,主要部分的外觀建模數據可以從骨架模型或主控模型傳輸。
與傳統的自下而上的設計相比,自上而下的設計有以下明顯的優勢。
1)自頂向下的設計思路更符合現代產品的開發流程,也更適合設計師的創新設計思維。它基於設計意圖下的“總-分”設計。在設計中,優先考慮要實現的功能和產品的最終外觀,然後根據功能和外觀設計相應的結構元素,使結構和功能始終能夠有效協調統壹,不容易出現偏差。
2)通過骨架模型或主控的應用,底層零件和頂層設計信息之間可以有數據關聯,便於並行設計和設計修改。如果通過修改骨架模型或主控制來更改頂層設計,這些更改可以自動傳遞到受控的底層零件。
圖1所示的Creo裝配模型樹顯示了應用骨架模型的設計。
圖1骨架模型設計
圖2中的功能手機采用了主控設計。主要控制實際上是在單獨的零件設計模式下,根據產品功能和外觀造型的要求,建立產品的外形,建立主要零件的分型面和相應的曲線。
圖2應用主控件設計(功能手機設計)
3)設計完產品的基本模型後,通過修改頂層骨架模型或主控,可以得到同類產品的其他系列設計形式。自頂向下的設計特別適合產品的系列化設計,保持同系列產品的相同風格和相似結構,設計效率高,大大縮短了開發周期。
以Creo參數化中的產品結構設計為例,簡述了設計過程。
1)在很多消費電子產品中,產品的內部硬件布局大致決定了產品的外部尺寸和內部按鍵結構位置。所以在設計前期,獲取產品的硬件布局模型是非常重要的,如圖33所示(以壹款功能手機為例)。可以根據硬件布局尺寸和Creo Parametric中的硬件尺寸建立模型,也可以從第三方硬件布局軟件中導出相應的數據進行生成或輔助生成。
圖三?硬件布局模型
2)建立裝配文件,導入硬件布局模型,然後創建實體零件並在裝配時激活它。根據硬件布局模型、功能和設計要求,確定功能手機的外觀模型,以及主要零件的分型面,如圖4所示(以功能手機為例)。這時候就要充分考慮產品的拆卸需求,確定產品的總體框架結構,也就是要明確整個產品的結構層次。也可以創建骨架模型來替換組件中的主控制。骨架模型可以理解為壹種重要的三維參數化布局。在骨架模型中,根據整機的硬件布局要求和結構層次規劃,可以將各級裝配所需的曲面、曲線等形狀信息和基準平面、基準坐標系、基準點等位置信息設計為* * *共享數據,以影響後續零件的設計。
圖4?主控設計/骨架模型
3)在裝配體中創建相應的零件,對整機結構進行詳細建模。在組件中創建新零件後,有許多方法可以將主控制模型或骨架模型中的數據共享給新零件。主要方式有“合並/繼承”和“發布幾何+復制幾何”。其中,“發布的幾何圖形”和“復制的幾何圖形”特征是自頂向下的設計工具,它們壹起使用以相互傳遞設計標準和數據。在某些大型設計中,通過使用參照頂級產品骨架的“復制幾何”特征,每個設計組可以在其子組件中創建骨架模型,而無需訪問頂級組件。因為每個組的框架都包含復制引用,所以每個人都使用相同的設計標準並保持相同的相關性。
l“合並/繼承”:可以復制、合並/繼承主控和骨架模型中的所有幾何特征。
l“發布的幾何”:該特征包含獨立的局部幾何參照,不允許外部參照。它實際上是可以復制到其他模型的多個本地引用的綜合。可以在零件、骨架和組件模型中創建已發布的幾何特征,並且必須在源模型中選取所選的參照幾何。例如,使用“發布幾何圖形”功能,可以整體選擇骨架模型中的幾個幾何特征,並提供給目標零件,以供* * *欣賞。
l復制幾何圖形:此功能用於在模型之間傳播幾何參照和用戶定義的參數。使用目標零件上的“復制幾何”,可以將骨架模型或主控制中發布的幾何復制到目標零件,作為目標零件建模的基礎和參考,同時減少會話中的數據量,而無需檢索整個參考源模型。
4)在每個激活的組件中進行詳細的結構設計,有些結構在建模過程中需要參考其他組件。設計參考效果如圖5所示。
圖5
5)激活頂層裝配,進行“全局幹涉”、“間隙”等相關檢查,檢查是否存在不必要的幹涉。對於某些運動機構,還可以進行運動仿真等操作。如果發現靜態幹擾和動態幹擾,要仔細分析,並設法糾正和優化。
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