工业产品构造建模方法范文

当今先进的工业产品设计往往指的是一个设计组。全组的所有成员,都围绕着一个设计平台进行设计。这个设计平台就是由计算机生成的数字化三维产品模型。设计师们相互协同工作,取得产品的最佳设计方案。飞速发展的科学技术,给设计师、科学技术人员提供了广泛的设计空间。特别是优秀的计算机工业设计软件的出现,使得在产品设计过程中可以极大地发挥自己的想象能力,设计出优秀的工业产品。

1计算机概念化设计的提出

所谓计算机概念化设计,是指产品在制造出来之前,设计师以计算机为工具,进行产品最初的创意、设计,然后生成数字化实体模型,最后生成仿真的三维产品模型。当今世界上领先的企业,正在追求的战略是并行工程。在该环境中把产品投放到市场所需的过程是同时进行而非顺序进行的。在概念化设计进行的同时,可以较早创建详细的零件和装配体,进行优化设计,完成工程图的绘制,并且定义制造过程。这些功能的并行交叠极大地缩减了产品投放市场的时间。现代工业产品设计除了科学技术这一层面,还要在设计过程中体现人的视觉艺术。国外那些工业产品设计师明确地指出,一件优秀的工业产品,它本身就是一件工艺品。同样性价比的工业产品,由于造型,外观的差异,即使是微小的差别,都会产生不同的销售结果。采用计算机概念化设计方案,就能够很好地解决这个问题。

2无约束自由建模方法

采用无约束自由,构建工业产品的三维模型,即搭建概念化设计平台。在表达产品设计的初始创意阶段,可以选择无约束自由建模软件,例如,Alias、3dSMAX等。这类软件工具擅长表达创意阶段的造型设计,让设计者能够快速地将构想的草图以逼真的三维模型呈现在眼前。用户在设计过程中不必局限于传统实体模型在参考面的设置,在约束条件的限制下绘制模型。而让用户的创意随着意念走,轻松地利用计算机建立的三维模型发挥个人创意,把这种三维模型叫概念模型。由于采用的是一种无约束的自由建模方式,所以可以大胆地提出各种设计方案,尽情地发挥设计人员的想象能力。并且允许设计人员随时进行修改、加工。允许保留多个设计方案,供专家和工程技术人员进行评估。这一阶段完成了产品的外观形态、内部结构、动力驱动系统等各项主要设计任务。

3参数化设计建模方法

Pro/E的参数化设计过程,是基于在三维空间坐标系的参照下构建三维实体模型。整个建模过程可大致分为三个部分。(1)草绘轮廓当设计一个零部件时要把它的轮廓描绘下来,然后标注尺寸。同样,在参数化设计过程中也要把所要设计的零部件的基本轮廓描绘下来,然后修改它的尺寸,使其符合要求。这个过程称之为草绘。要进入草绘工作模式,首先要选择空间直角坐标系中三个参照平面中的一个平面为草绘平面,同时,系统还要求再选择一个平面为参照平面。草绘平面和参照平面选定后,系统方可将草绘平面转正,也就是将草绘平面转向屏幕的正方向。这样就可以在草绘平面上作图了。(2)生成三维实体模型Pro/E是基于实体特征来生成三维实体模型的。机械产品的零部件、家用电器的外壳等在几何外观上都存在相类似的一些几何特征,比如拉伸特征、旋转特征、倒角特征、加强筋特征、孔特征、壳特征、扫描特征等。当轮廓图形建立之后就可以把这些特征指定给实体模型,系统会自动的把特征加到实体模型上面。同许多三维建模软件一样,参数化建模方法同样是对模型施加修改项。例如尺寸驱动修改、布尔运算、再次施加特征操作及特征的阵列复制等。可以说,参数化建模的过程就是一个特征集合、尺寸修改的过程。这也体现了工业产品的设计过程就是一个不断修改、不断完善的过程。由于是实体化三维建模,所以在设计过程中,任何对模型的修改过程都会实时的、立体的反馈给设计人员。同时系统还会发出信息,指出哪些修改存在问题,如何解决。这样将会使设计效率极大的提高。(3)进行组件的各项设计在正规的产品设计过程中,很多机械装置是由很多各种零部件有机装配起来的组合产品。Pro/E系统则为用户提供了组件模块来完成组合产品的装配工作。组件操作的各项功能能够完成大型的、复杂的机械产品的参数化设计。采用参数化设计重要的是使计算机理解设计意图。设计意图就是通过所定义的几何约束和尺寸驱动来表达的。产品设计初期的概念化模型制作是用3DSMA软件,主要是利用它的无约束自由建模的特点。这个软件还有一个强大的渲染器及材质贴图制作系统。利用3DSMAX这一特点,可以进行产品的仿真设计。也就是说,在产品没有制造之前,可以用计算机把产品模型渲染、输出成仿真的虚拟产品。以前,在产品的设计图纸完成后,为了让人们看到最终的产品造型,通常用手工做成模型,用以展示所设计的产品。这样的模型做起来费工费时,成本高,且修改也不易。工程设计问题本质上是一个约束满足问题。约束是一种描述对象所必须满足的某种特定关系的断言。约束从宏观上可分为几何约束与工程约束。所谓几何约束从性质上可分为尺寸约束与结构约束。尺寸约束是指固定几何元素之间相对位置的约束,结构约束是指拓扑与结构上的约束。

4轿车设计过程

以轿车为例来近一步说明计算机概念化设计的过程,参考了相关的图片资料,充分发挥设计师的想象能力。借鉴优秀的汽车产品造型特点。同时还要构想自己的一些设计想法,形成一个新的设计方案。建模过程中,把握了它的主要特征。外形大体确定之后,利用自顶向下设计的原则,依据机体外形来设计它的内部结构。为了向人们展示设计思路,可以采用渲染技术,由表及里地展示整个模型。为了有一个更直观的了解,也可以将概念模型放置到一个仿真的虚拟景观当中。(1)建立车体的三视图,如图1所示。(2)依据曲线生成一个侧曲面,对侧曲面进行编辑。如图2所示。③在前视图画两条用于进行矢量投影的曲线,如图5所示的白色曲线。④点选S1曲面,将两条曲线结合。⑤在变动命令面板中选择(建立曲线次物体)选项,打开建立曲线次物体面板,单击矢量投影曲线按钮,分别对两条曲线进行投影和剪切。剪切出的两个区域分别为前大灯部分和通风口,引擎盖制作完成,如图6所示。(4)用同样的方法进行车体的其他部分设计,最终设计效果如图7所示。图7轿车模型图在这个基础之上,又进行了第二阶段的参数化建模,使这个模型在尺寸约束条件下确定下来。

5结束语

工业产品设计可以用概念化设计的方法将其展现在公众面前,供专家和用户进行点评。概念化设计过程,本质上是利用先进的数字信息技术来传达设计思想。由于概念化设计是对工业产品设计方案不断改进和完善的过程,所以,工业产品设计的三个阶段可相互交叠、重复进行。同时,设计小组的不同专业设计人员对产品的构件、控制系统等进行计算分析、检测等工作。所有这些完成之后,再用参数化设计软件输出零部件的工程图纸,对产品的零部件进行加工生产,直至组装成真正的工业产品。