PROE用户精英大会-论文汇集auto1.pdf

PTC 用户精英大会用户精英大会用户精英大会用户精英大会 2002 2002 年年年年 7 月月月月 18 19 日日日日 海南博鳌海南博鳌海南博鳌海南博鳌 Top down 规范化设计方法在天龙载重车开发过程中的应用规范化设计方法在天龙载重车开发过程中的应用规范化设计方法在天龙载重车开发过程中的应用规范化设计方法在天龙载重车开发过程中的应用 东风汽车公司技术中心 喻洪 方义民 李瑾宁 一项目背景 技术中心从九十年代初使用三维设计以来一直采取先设计零件后装配 总成的设计方法各系统能完成自己的装配但各系统间总成借用困难 零件间的更改也可能造成总成间的更改重复劳动较多且易导致系统间 的干涉等现象车型总布置设计者不能很好地发布设计意图也不能动态 监控和修改布局设计不能形成一个完整的电子样车导致由过去的积极 参与造型设计退化到只下发纸质设计任务书及总成布置简图领导难以检 测项目完成情况有经验的设计人员没有将自己的设计方法和设计经验固 化下来当人员流动后后续人员须从头开始摸索经验传递体系没有很 好建立因此只有规范设计方法保存有价值的资料才能使中心的设 计开发进入良性循环 Top down Design 是一个产品开发过程通过该过程确保设计由原始的概 念开始逐渐地发展成熟为具有完整零部件造型的最终产品把关键信息 放在一个中心位置在设计过程中通过捕捉中心位置的信息传递到较低 级别的产品结构中如果改变这些信息将自动更新整个系统 二自顶向下设计是基于下列原则的 1 所有子系统都是较大系统的一个组成部分 2 捕捉知识设计意图允许设计人员将精力集中在设计有意义的设计 问题上依赖软件完成琐碎的麻烦的重复性的计算工作和技术管 理工作 3 设计模型将自动地从其他 Pro ENGINEER 设计对象如骨架模型设计 任务书中提取所需的信息 4 在整个产品开发周期中设计准则相对静态即较少变化 5 设计约束或特定的尺寸值在开发周期中允许处于变化协调过程中 直到设计周期的最后才能完全确定 6 项目的开展按设计职责跨越多个组织部门及行政部门 7 在产品的变型设计中允许实现子系统的快速互换 8 模块化设计使得相似组元的互换性设计及并行设计变得容易 9 如果嵌套了知识Pro ENGINEER 的设计对象在将来的设计中可以被 方便的重用 三自顶向下设计的工具 1 Layout 捕捉顶层设计标准的中心位置 2 Skeleton 捕捉装配中设计信息的中心位置 3 Package 当精确的位置不清楚时的一种方便的进行装配研究的方法 4 Publish Geometry 把自己的设计信息方便地让他人参照使用的一个 Pro ENGINEER 5 特征必须从哪里拷贝就到哪里更新 6 Copy Geometry 从一个模型到另一个模型交流设计信息的一个 Pro ENGINEER 特征必须从哪里拷贝就到哪里更新 7 Relation 确保设计意图得到贯彻的有效方法之一 8 Design Manager 管理相互依赖关系的有效手段 四自顶向下设计的大体过程 1 在 Layout 中定义整体产品设计信息 必须有 Pro NOTEBOOK 模块 2 定义初始产品结构 3 在 Skeleton 中建立 3 维形式的产品设计信息占位空间和相对位置 关系 4 用 Publish Geometry 特征发布产品设计信息 5 用 Copy Geometry 特征传递产品设计信息到单个设计组元中 6 根据上级发布的设计意图根据本系统特点造型几何模型 7 用实体模型实现装配体 8 为设计变型车建立互换性 以上过程随着设计的成熟经常交叉和反复迭代直至完成最终产品的设 计 五自顶向下设计方法学的具体实践过程 下面描述的是基于 Pro ENGINEER 及 Pro INTRALINK 的自顶向下设计方 法的具体实践步骤应用工具利弊分析帮助判断的准则等 图 1 天龙载重车的子系统 在天龙载重车的开发之前必须首先定义和明确整车的设计方案并由此 将整车的设计方案意图分解为若干系统设计任务书也就是说整车的 系统输出参数是作为各个子系统的输入参数各子系统可以继续分解由上 天龙载重车 发动机总 发动机系统 传动系统 前后桥车架 悬架 转向 制动电器 车身 传动轴离合变速箱取力器 车箱 进气 排 供 冷 悬 车车 一级传递下来的参数和设计方案详细定义每一个系统的参数 这样做的实质就是把关键的信息放在较高产品的位置然后传递这些信息到 较低产品中去各子系统通过一个中心位置捕捉总体的设计信息这就很容易 实现频繁的设计参数的变更并保证了设计意图的贯彻和一致性同时信息 放在一个指定的位置所有的零部件总成子系统都参照指向该位置当 改变这些信息的时候系统将自动更新整个系统 步骤步骤步骤步骤 1 定义设计意图定义设计意图定义设计意图定义设计意图 Defining Design Intent 图 2 在 Layout 中定义整车技术参数 通常在该阶段设计员应对下列问题有一个明确的答案 设计该产品的目的是什么 它是如何满足这个功能的 满足这个功能的主要子系统是什么 这些单个子系统如何形成整个产品 随着设计的进行会发生那些设计变更 这是一个全新设计吗 这个设计参照哪个己有产品 产品设计中关键的考虑因数是什么 大小重量成本等 该产品如何与周边环境打交道 这些问题的答案可能己存在于产品规格产品报价及项目建议书中对于这些 文档信息可由 Pro INTRALINK 数据库管理软件来管理并与具体的零部件形成 相互依赖关系 也即关联关系 另外 这些概念设计结果和理念也可由 Pro Layout 进行捕捉对于 Layout 中涉及的关键设计尺寸注解参数等等可由参照其的 零部件及骨架模型进行共享达到设计自动化的目的 名称英文名称 变量名 前轮内轮最大转角steering wheel inner angle 前轮外轮最大转角 steering wheel outer angle 发动机装配基准点engine sys x engine sys y engine sys z 发动机安装倾角engine alpha 油箱容积尺寸 L fuel tank capacity 风扇直径fan diameter 风扇位置fan location 散热器位置radiator location 中冷器位置aftercooler location 中冷器厚度aftercooler thickness 前轴一级落差beam drop 后桥倾角rear axle angle 表2 各系统尺寸参数 表 1 整 车 尺 寸 参 数 名 称英 文 名 称 变 量 名 整 车 总 长o v e r a l l l e n g t h 整 车 总 宽o v e r a l l w i d t h 整 车 总 高o v e r a l l h e i g h t 轴 距w h e e l b a s e 1 中 后 桥 轴 距w h e e l b a s e 2 前 轮 距f r o n t t r a c k 后 轮 距r e a r t r a c k 整 车 前 悬f r o n t o v e r h a n g 整 车 后 悬r e a r o v e r h a n g 底 盘 前 悬f r o n t o v e r h a n g c h a s s i s 底 盘 后 悬r e a r o v e r h a n g c h a s s i s 底 盘 总 长o v e r a l l l e n g t h c h a s s i s 最 小 离 地 间 隙 前 m i n g r o u n d c l e a r a n c e f r o n t 最 小 离 地 间 隙 后 m i n g r o u n d c l e a r a n c e r e a r 接 近 角 a p p r o a c h a n g l e 离 去 角 d e p a r t u r e a n g l e 最 小 转 弯 直 径 m m i n s w e p t t u r n d i a m e t e r 车 架 上 平 面 离 地 高 度 空 前 f r a m e h e i g h t f r o n t u n l a d e n 车 架 上 平 面 离 地 高 度 空 后 f r a m e h e i g h t r e a r u n l a d e n 车 架 上 平 面 离 地 高 度 满 前 f r a m e h e i g h t f r o n t l a d e n 车 架 上 平 面 离 地 高 度 满 后 f r a m e h e i g h t r e a r l a d e n 车 轮 滚 动 半 径w h e e l r o l l r a d i u s 牵 引 座 离 地 高 度m o u n t i n g p l a t e h e i g h t 牵 引 销 直 径e c c e n t r i c p i n d i a m e t e r 标 准 前 置 距r e c f i f t h w h e e l p o s i t i o n 最 大 允 许 前 置 距m a x f i f t h w h e e l p o s i t i o n 最 小 允 许 前 置 距m i n f i f t h w h e e l p o s i t i o n 车 架 前 宽f r a m e w i d t h f r o n t 车 架 后 宽f r a m e w i d t h r e a r 车 架 总 长f r a m e l e n g t h 车 架 前 悬f r a m e o v e r h a n g f r o n t 副 车 架 总 长a u x i l i a r y f r a m e l e n g t h 副 车 架 断 面 高 度a u x i l i a r y f r a m e h e i g h t 前 簧 中 心 距s p r i n g c e n t e r s f r o n t 后 簧 中 心 距s p r i n g c e n t e r s r e a r 步骤步骤步骤步骤 2 定义主产品结构定义主产品结构定义主产品结构定义主产品结构 Defining Preliminary Product Structure 图 3 主产品结构 装配设计的产品结构不但列表了装配的组元同时定义了它们的层次关系在 实际建立其具体的模型之前就将其结构定义下来并下发分配到整个设计队 伍中有利于并行工程的开展因为每个子系统相互依赖的信息由共同参照的 设计元素传递整个产品结构并不需要在此时完全定义随着设计的进行后 续的设计对象可以逐渐添加完善进来 建立产品结构的方法是在适当的位置建立具有相同初始条件的虚拟空组元通 用的方法是起用带有相同初始条件 缺省特征参数层视图自动质量计算 等 的模板零部件 Start Part Assembly 比较直观的方法是在模型树 Model Tree 中 建立产品结构 在装配环境中新的零部件建立选项有四个 Copy From Existing 从已有件复制 Locate Default Datums 从其他零部件复制己有信息的方式建立新的零部 件 Empty 建立的新零部件没有初始几何并用 Default 定位约束定位或用保持 为未放置状态定位 后续可用 Copy From 或 Copy Geometry 等填充设计内容 完善设计 Create First Feature 只用于零件建立对于那些不关心外部参考及重用度的 情形如概念设计只关心基本形状而不考虑参数化设计从高层组元立即 复制几何 图 4 标准零件模板 图 5 标准装配模板 步骤步骤步骤步骤 3 引入骨架模型引入骨架模型引入骨架模型引入骨架模型 Introducing Skeleton Model 自顶向下设计利用骨架模型来表示装配设计的重要元素骨架模型承担着装配 设计的三维布局它被用来表达空间需求重要的安装位置和进行运动模拟 它同时承担着将重要设计标准从一个子系统传递到另一个子系统的桥梁作用 骨架模型本质上是零件它可包含特征关系层及视图等并可在装配中或 装配外进行修改然而它还具有下列特别的特性 图 6 骨架模型 骨架模型不参与装配体的质量计算即使其带有实体特征 骨架模型可以从装配或工程图的材料清单 BOM 中过滤掉 骨架模型始终是装配的第一个组件 一个装配只能有一个骨架模型 200O I2 版后可有多个 骨架模型的命名是装配名附加 ske1 prt 工程图中可以过滤掉骨架模型 简化表示中可以通过规则 By Rule 进行骨架模型的过滤 骨架模型不参与装配级特征的相交计算 CUT Hole 骨架模型的使用 使用骨架模型建立顶层设计控制 使用骨架模型建立空间声名 使用骨架模型建立共享信息 使用骨架模型建立简单运动表示 骨架模型在设计过程中包含和传递最关键的几何信息当规划骨架模型时 应当 决定骨架代表的装配类型 运动空间声明信息共享 选择要表示的组元间重要的安装位置主要元件及接口 选择适当的 Pro ENGINEER 特征建立骨架 如 Datum Curves 表示连接 Datum Points 表示安装位置 对于运动决定驱动骨架运动的所需尺寸 骨架通常含有服务不同目的的不同特征使用智能化的分层模式将会方便你的 设计工作另外可以建立一个装配层将所有骨架模型置于其上以便控制 骨架模型的显示 步骤步骤步骤步骤 4 通讯交流设计标准通讯交流设计标准通讯交流设计标准通讯交流设计标准 规范规范规范规范习惯习惯习惯习惯意图意图意图意图 Communicating Design Criteria 交流设计标准指的是从一个设计层次到另一个设计层次传递关键产品设计信息 的过程在自顶向下设计方法学里这些信息通常置于高层的骨架模型中然 后向装配中相关的其它骨架模型传递通过修改这些涉及很少的分布式属性 设计的修改变得容易起来其间的信息传播途径是从骨架到骨架然后从骨架 到零件直到所有必要的零件子装配特定的参考传递完为止 通讯交流设计标准的好处 通过采取这种设计方法学 在高层装配骨架中定义设计信息然后分发到相应位 置 每个设计人员能专心工作于其特定的设计区域而不必调用高层的大装配 模型设计人员工作在高层装配的小子装配中并不需恢复或再生整个顶层大 装配 对拷贝的元素的更新必须回到拷贝源此时有可能需要调用高层的装配 模型 图 7 高层骨架模型 在并行工程环境中发布几何特征是一种非常优秀的交流传递信息的方法通 过从你的设计中选择适当的接口然后将其发布到其它使用者手中这使得你 承担起接口责任确保这些参考对其他使用者总能得到 确保所使用的是从你的设计中得到的适当参考 步骤步骤步骤步骤 5 继续充实装配继续充实装配继续充实装配继续充实装配 Continued Population of the Assembly 当完成了前边的几个步骤定义设计意图定义主产品结构定义骨架模型结 构分发设计意图之后此时对于所设计的产品你就有了一个清晰的框架 下阶段的工作就是基于分发的设计意图用详细设计零件和子装配来充实这个 框架结构由于具备了足够的信息单个设计人员可以集中在他们的特定工作 上进行设计 图 8 整车装配 充实装配结构的方法 最好的方法依赖于所定义组元的属性及与周边装配的关系 直接在装配环境中建立组元 优点 允许组元基于得到的信息相对于其他组元进行定义这使你清晰地看到该 组元在已有产品结构中的位置及其装配关系 对于那些不会被再用的组元可以在所使用的装配环境中直接建立外部参考 对于那些可能被再用的组元可以在所使用的装配环境中进行设计但不能建 立任何外部参考 你可以用一个不会保留的初始的概念性的参数化设计来进行快捷的验证和研 究而不必关心对于外部参照的控制问题并依此为基础进行后续的详细设 计 根据装配中的空间关系定义组元使设计人员的设计可以基于间隙而不是独 立的长宽等尺寸 通过使用 Use Edge 或 Relation 等暗含与装配建立了依赖关系 设计信息和意图可用 CopyGeom 特征进行最有效交流使组元与骨架之间信 息传递变得容易 由于脱机设计不必担心管理外部参考问题 属于零件的所有尺寸和信息没有分配给装配中的其他组元 再生速度快 通过装配到骨架模型这个附着点上可以容易实现相互替换提高了设计的 灵活性 对于模拟运动有用因组元可保持组装状态 Packaged 或欠约束状态便于 模拟 当装配到骨架模型上后在产品结构中可以早期验证空间声明 缺点 由于组元是在装配环境中创建特别注意不要建立不必要的外部参考 如果建立了外部依赖装配的再生时间会增加 零件的尺寸不能自动在工程图中显示出来 在装配环境中设计的带有外部依赖的组元将不具有重用性 独立造型然后装配 装配结构中改变的传播不是与生就有的这种方法不是真正的自顶向下设 计方法学 为了让改变自动传播必须定义显式的组元间关系可用工具有 Redefine Reroute Relation 步骤步骤步骤步骤 6 管理零件间的相互依赖管理零件间的相互依赖管理零件间的相互依赖管理零件间的相互依赖 Managing Part Interdependencies 使用 Pro ENGINEER 的一大优点是相关性 Associativity 也就是变更自动传递 的品性它是通过外部关系 External Relationships 也称依赖性 Dependencies 或参考 References 来实现的 尽管建立外部参考是参数化装配设计的一大能力但同时它是一柄双刃剑稍 不注意将会使这种相互依赖的关系网变得过于复杂而引起整个设计的不稳定 重要的是你要知道什么时候为什么在装配中你建立了外部