淺析三維數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件PRO/E在設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用

武全英

[摘 要] 因數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用以及中國(guó)制造2025的發(fā)展需求，三維設(shè)計(jì)軟件越來越顯示出其強(qiáng)大的功能，給設(shè)計(jì)者和制造者帶來極大的設(shè)計(jì)及制造便捷。PRO/E 作為三維設(shè)計(jì)軟件中的一種，有其獨(dú)特的功能和技巧，能極大地提高設(shè)計(jì)效率，讓設(shè)計(jì)工作變得更加簡(jiǎn)捷。將對(duì)在實(shí)際工作中及教學(xué)過程中所應(yīng)用的相關(guān)功能做一介紹。

[關(guān) 鍵 詞] 三維設(shè)計(jì)軟件；PRO/E；設(shè)計(jì)工作

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2017）34-0188-02

“工欲善其事，必先利其器”。有了更好的設(shè)計(jì)工具，工程技術(shù)人員在更短的時(shí)間能完成高質(zhì)量的產(chǎn)品。隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，三維設(shè)計(jì)軟件得到前所未有的廣泛應(yīng)用。PROE 作為三維設(shè)計(jì)軟件中的一種，有著強(qiáng)大的功能，能極大地提高設(shè)計(jì)效率，讓設(shè)計(jì)工作變得更加快捷高效。

一、PRO/E軟件簡(jiǎn)介

PRO/E是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corpora-tion，簡(jiǎn)稱PTC ）的重要產(chǎn)品。在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。

PRO/E軟件主要包含四大功能，即三維建模功能、輔助制造功能、模具設(shè)計(jì)功能、失效分析功能。其中包括參數(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型，三維上色實(shí)體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖（三維造型還可移動(dòng)，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。采用這種手段來建立形體，對(duì)工程師來說更自然、更直觀，這種設(shè)計(jì)極大地提高了設(shè)計(jì)者的效率。

二、PRO/E軟件的主要功能

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件主要是提供方便的設(shè)計(jì)工具用以輔助設(shè)計(jì)，缺乏分析問題和解決問題的能力。近幾年來，為了克服計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的不足，人們將人工智能和專家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，進(jìn)行了智能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究，PRO/E軟件具有很強(qiáng)的三維建模功能，能充分體現(xiàn)概念設(shè)計(jì)的要求。很顯然，概念設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)過程中最重要的一個(gè)階段，這一階段是設(shè)計(jì)創(chuàng)造性最為集中的部分，這一部分與問題的表達(dá)和理解正確與否，所提方案的優(yōu)劣以及評(píng)價(jià)和決策的適當(dāng)與否等有關(guān)，它決定了最終設(shè)計(jì)的特色、水平和效益。傳統(tǒng)的二維CAD系統(tǒng)起源于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，其智能定位于圖樣繪制，沒有從本身的需求來考慮，大多數(shù)停留在電子圖版的水平。設(shè)計(jì)者用二維CAD系統(tǒng)來記錄設(shè)計(jì)結(jié)果，設(shè)計(jì)活動(dòng)只存在設(shè)計(jì)者的頭腦之中，有很大局限性。比如，不支持設(shè)計(jì)的全過程，只能完成繪圖工作，缺乏智力性，只記錄幾何數(shù)據(jù)，缺乏語(yǔ)義信息，不能有效表達(dá)設(shè)計(jì)意圖。

PRO/E軟件能較好地完成零部件的三維造型，三維造型常用以下方法：（1）對(duì)形狀比較規(guī)則的簡(jiǎn)單零件，利用三維軟件自帶的標(biāo)準(zhǔn)幾何體（方形、圓柱、圓管、圓錐和球）庫(kù)，直接生成零件實(shí)體，如方板、光軸、軸套等。（2）繪制最能反映零件基本特征的幾何草圖，經(jīng)拉伸、旋轉(zhuǎn)生成三維實(shí)體。（3）沿路徑配置的二維幾何圖形經(jīng)掃描，生成曲面形實(shí)體。（4）從草圖入手建模設(shè)計(jì)者根據(jù)設(shè)計(jì)的要求用手勾畫出理想的結(jié)構(gòu)形狀，然后賦予每一條曲線以尺寸約束或幾何約束，使曲線按照設(shè)計(jì)者的意圖去更新交換，生成參數(shù)化特征的實(shí)體建模。從草圖入手建模很容易實(shí)現(xiàn)參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計(jì)，是最理想的建模方式。

三、PRO/E特色功能在設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用

PRO/E本身具有太多的功能，下面就其中三方面做一下闡述。

（一）零件、組件、工程圖實(shí)時(shí)更新，改一處數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)全動(dòng)，使用特殊方式實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，節(jié)約時(shí)間，提高效率

通常設(shè)計(jì)產(chǎn)品的時(shí)間相對(duì)較短，但修改的時(shí)間可能是真正設(shè)計(jì)時(shí)間的幾倍。例如，傳統(tǒng)二維計(jì)算機(jī)輔助軟件。一個(gè)復(fù)雜產(chǎn)品有幾百?gòu)埗S圖紙，其中既有零件圖紙又有組件圖紙。如果其中幾個(gè)零件或者部件由于結(jié)構(gòu)或者尺寸更動(dòng)，我們需要把每張涉及的圖紙都進(jìn)行更正。如果更改多次的話，相信每個(gè)工程都會(huì)崩潰。PRO/E完全可以解決這個(gè)問題，由于其遵循數(shù)據(jù)的唯一性，所以改動(dòng)一處數(shù)據(jù)，其零件本身就會(huì)進(jìn)行改動(dòng)，其對(duì)應(yīng)的組件及工程圖自動(dòng)更新到想要的結(jié)果。同時(shí)針對(duì)結(jié)構(gòu)固定的組合組件來說，可以通過拉伸到指定面或者利用關(guān)系式的功能，實(shí)現(xiàn)只要是更改某一個(gè)尺寸數(shù)據(jù)，其他零件的尺寸也相應(yīng)變化，零件間保持著固有的關(guān)系。這樣能大大節(jié)省我們的時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率。

（二）自頂向下設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)骨架改動(dòng)整體模型聯(lián)動(dòng)

自頂向下的設(shè)計(jì)方法是在產(chǎn)品整體設(shè)計(jì)階段的最初，就定位在產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)成的最高層面來考慮產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)和功能性設(shè)計(jì)。這種方法是從產(chǎn)品構(gòu)成的最頂層開始，把組成整體的部件當(dāng)作系統(tǒng)的一個(gè)零件來考慮，并根據(jù)其在產(chǎn)品中的相互位置關(guān)系、所起的作用和實(shí)現(xiàn)的功能等，建立產(chǎn)品構(gòu)成的二維布局和相應(yīng)的骨架。PRO/E軟件的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)功能，能把捕捉建立的設(shè)計(jì)信息帶到產(chǎn)品構(gòu)成的在下一個(gè)層面以及后續(xù)的單個(gè)零部件設(shè)計(jì)過程中，通過對(duì)初期設(shè)計(jì)信息的修改和補(bǔ)充，軟件系統(tǒng)能自動(dòng)完成后續(xù)相應(yīng)零部件的更改工作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品整體的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)。其設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：（1）在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的中心層面上集中地建立重要的設(shè)計(jì)信息，拓展設(shè)計(jì)師的思維面，便于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。（2）把部件當(dāng)成產(chǎn)品系統(tǒng)的零件來考慮，便于全新產(chǎn)品的開發(fā)和開展標(biāo)準(zhǔn)化。（3）捕捉設(shè)計(jì)意圖，建立設(shè)計(jì)約束，很方便地進(jìn)行后續(xù)零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)和整體模型的參數(shù)化

其整個(gè)過程大體分為如下幾個(gè)部分：

1.概念設(shè)計(jì)，定義產(chǎn)品布局

在布局中，我們根據(jù)上層的需求，合理規(guī)劃空間分配，根據(jù)客戶的需要勾畫出產(chǎn)品整體；在布局中，我們可以利用2D草圖和3D模型，還可以運(yùn)用動(dòng)畫。

2.定義產(chǎn)品初步結(jié)構(gòu)

根據(jù)布局及產(chǎn)品整體情況，可以將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)劃分為幾大部分，每個(gè)大的部分可以繼續(xù)細(xì)分為小的部分，依次類推定義產(chǎn)品初步結(jié)構(gòu)。

3.捕捉設(shè)計(jì)意圖（建立骨架）

骨架模型是裝配的框架，是3D 的layout. 在每個(gè)裝配中只有一個(gè)骨架。用于定義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、位置、空間需要。

使用骨架模型的好處：集中了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)信息，簡(jiǎn)化了裝配的創(chuàng)建，清晰了裝配關(guān)系，協(xié)助創(chuàng)建不期望的父子關(guān)系，允許以任何順序轉(zhuǎn)配元件。

4.總裝配，零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)

工程師接收到骨架模型的復(fù)制之后，根據(jù)所接受的骨架部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。此時(shí)需要嚴(yán)格按照所接受部分的骨架進(jìn)行空間及接口控制，將零部件進(jìn)行創(chuàng)建。我們?cè)O(shè)計(jì)的每個(gè)步驟，在總裝配中都是實(shí)時(shí)更新。更受益的是，當(dāng)我們因?yàn)榉桨父男枰獙⒐羌苣Ｐ瓦M(jìn)行調(diào)整的時(shí)候，不需要所有工程師對(duì)所有相關(guān)部件一一進(jìn)行修改，而只需在總裝配中將骨架模型調(diào)整，其他所有零部件都按照骨架修改而自動(dòng)更新。

由此可見，自頂向下設(shè)計(jì)有著無比的優(yōu)越性，能大大提高我們的效率，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，加快產(chǎn)品推向市場(chǎng)的進(jìn)度，更早地占領(lǐng)市場(chǎng)。

（三）3D注釋

我們讓車間或者外協(xié)廠家制作零部件，通常都是提供二維工程圖。設(shè)計(jì)好三維零件后對(duì)應(yīng)出其工程圖，如果外協(xié)廠家或者車間工藝部門也應(yīng)用PRO/E軟件，那么可以直接在三維零件的上面進(jìn)行注釋，直接觀察三維立體注釋，進(jìn)行生產(chǎn)。這些注釋信息可以包含2D-3D符號(hào)，表面光潔度，幾何公差和尺寸。工程圖上所需要表達(dá)的信息都可以在三維零部件上直接表示。這些注釋特征可以關(guān)聯(lián)到模型幾何上，能隨著模型旋轉(zhuǎn)、放大、縮小和移動(dòng)。

這些注釋，還可以通過專門的層來管理。需要觀察的時(shí)候，我們將相應(yīng)層按鈕打開。不需要顯示的時(shí)候?qū)?duì)應(yīng)層關(guān)掉。通過這種方式，看圖更加方便直觀。從視圖我們能非常方便地看到具體實(shí)物是什么結(jié)構(gòu)，每處的具體尺寸及加工要求等都一目了然，看圖更加方便。也能減少我們看圖時(shí)間，避免理解錯(cuò)誤。如果需要，圖示在三維模型上的注釋的信息在工程圖中也能自動(dòng)顯示出來，避免重復(fù)勞動(dòng)。

四、結(jié)論

本文主要分析了PROE軟件相對(duì)傳統(tǒng)二維軟件在很多方面的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)又結(jié)合筆者在工作設(shè)計(jì)中針對(duì)PROE某方面功能進(jìn)行了相關(guān)闡述。在現(xiàn)在設(shè)計(jì)時(shí)間要求越來越短、工作壓力越來越大的情況下，怎樣能避免重復(fù)性、不必要的勞動(dòng)？掌握正確的設(shè)計(jì)方法能讓我們集中主要精力進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，對(duì)提高設(shè)計(jì)效率、創(chuàng)造更大價(jià)值有著至關(guān)重要的作用。

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Abstract：In view of the development and application of digital technology and the development requirements of Chinese manufacturing 2025， three-dimensional design software is increasingly showing its powerful function，which brings designers and manufacturers with great design and manufacturing convenience and efficiency.PRO/E as a three-dimensional design software， has its unique features and skills，can greatly improve the design efficiency，so that the design work becomes more simple.Here on my own work in the actual process and the application of the relevant functions to do an introduction.

Key words：3D design software；PRO/E；project work