工業設計與CAX集成方法

安向東，蘇 雅

（中原工學院，河南 鄭州 450007）

工業設計與CAX集成方法

安向東，蘇 雅

（中原工學院，河南 鄭州 450007）

主要是針對當今工業產品設計日益走向社會的每個角落，改善人們生活質量的同時，藝術設計與工業制造產生了瓶頸。好的工業設計難以實施，形不成實際的產品。論文將藝術設計領域與機械制造技術整合，將優秀的產品設計由藝術層面轉換為可以制造的產品，完成設計到制造的集成，減少產品從概念到市場的周期，提高質量，降低成本，實現綠色化制造。課題結合工業設計與機械設計理論與技術，將從一個產品的外觀設計，到制造成產品的過程，采用CAX（CAD/CAM/CAE/CAT）技術有機地進行集成，使產品設計最優、最快、最合理、最便捷地成為實際的產品，提高市場競爭力，實現全過程的綠色與環保。

工業設計；CAX；集成；并行工程

0 引言

工業產品設計（Industrial Design）指以工學、美學為基礎對工業產品進行設計。工業設計包括造型設計、機械設計等。傳統工業設計的核心是產品設計。伴隨著歷史的發展，設計內涵的發展也趨于更加廣泛和深入。現在，人類社會的發展已進入了現代工業社會，設計所帶來的物質成就及其對人類生存狀態和生活方式的影響是過去任何時代所無法比擬的，現代工業設計的概念也由此應運而生。

同樣國內CAD/CAM技術也突飛猛進，國產化的CAD/CAM軟件日趨成熟，達到了標準化、集成化、智能化、網絡化要求。國內的模具制造業引進了國外的和自主研發生產的線切割機、電火花加工、數控機床、加工中心、PVD表面硬化技術、激光加工等，我國的模具生成已經趨向自主化生成。

本項目將過去產品外觀設計到機械設計、制造過程整合，將藝術領域和制造領域有機地結合在一起，更好、更快、更可靠地將產品的概念轉化為實際的產品。使產品更快地走向市場，占領市場，并實現環保、綠色設計。

1 工業設計與CAX集成框架

實現CAID（計算機輔助工業設計）與CAD無縫集成，實現并行設計CE，將產品開發的各階段，規劃、概念開發、系統級設計、詳細設計、測試和提煉、生產啟動進行并行、協同。從一開始就考慮產品的生命周期中的所有元素，將下游環節的可行性、技術、生成條件等作為設計環節的約束條件，使各個環節并行、集成。

1．1 集成過程

（1）過程重構是由傳統的串行產品開發模式轉變為并行的、集成的設計模式，使下游過程中的需要及時地反饋到相應過程中。

（2）數字化產品定義，數字化產品模型定義與管理，CAD/CAM/CAE集成。

（3）產品開發隊伍重構，將傳統的一功能為主線的產品設計轉變為以產品為主線，最值多功能的產品開發隊伍。

（4）協調工作環境，利用多媒體、網絡，組織工作環境，實現并行設計。

1．2 過程的實施

工業產品從概念設計開始到制造成型，經歷了復雜的流程，需要從事不同專業和工種的設計與技術人員協同作業，本項目解決各個工序的集成問題，詳見圖1。

圖1 系統流程

2 工業設計與CAX過程

2.1 外觀設計階段，一般包含幾種方式

（1）手工繪制草圖，采用 Coreldraw、Photoshop等軟件進行效果處理。

（2）三維建模，采用 3Dsmax、Rhino、Softimage等軟件進行三維建模、渲染處理。

（3）手工制作模型，采用三維掃描形成點云，擬合成三維模型，詳見圖2。

圖2 車體點云模型

2.2 機械CAD階段，包含兩種模式

（1）重新建模，根據外觀設計師的二維圖紙，在 UG、Pro/E、Solidworks等軟件建立模型。

（2）模式轉換，將藝術類模型轉為機械類模型，并進行修補等工作，采用IGES標準。

2.3 CAE階段

（1）采用ANSYS對機械三維幾何模型進行結構、塑流分析，修改結構。

（2）模具設計與制造。由三維模型生成NC代碼，進行模具制造。

（3）樣件生產。對樣件進行CAT檢驗，對不合理的設計提出修改意見。

（4）投入實際生產。

3 系統集成的特點

（1）并行設計，將CAID與CAD/CAE/CAM由傳統的串行模式轉變為并行模式，將手工繪制、模型制作，藝術類CAD和工程CAD、CAE、CAM整合，實現藝術類設計人員與工程類設計人員協調。

（2）無縫集成，將3Dsmax、Rhino、Softimage等軟件與UG、Pro-e、Solidworks等軟件實現無縫轉換，減少產品模型的不協調性。

（3）提高產品設計質量，縮短產品設計周期。各個工種設計人員可實現異地、同步、協同設計，將產品的調研、策劃、藝術階段、工程階段、市場階段有機地整個為一體。

4 系統達到的目標

在當今設計理念和制造業技術飛速發展的形勢下，集成式和并行式是工業設計的發展趨勢，使設計與制造高度統一。使產品能快速、高效、高質量、低成本地設計出來并可靠地進行生產，實現綠色化制造。

（1）虛擬化：實現虛擬設計、裝配，進行仿真分析。

（2）交叉化：把CAID與CAD、CAE、CAM交叉化，建立標準模型接口。

（3）網絡化：建立基于網絡的遠程在線協同設計成為將來的發展方向。

（4）智能化：通過數據庫、專家系統和人工網絡，實現產品模型、數據處理和知識處理統一，制定出合理的工藝流程。

（5）標準化：形成從DXF、IGES格式向STEP格式標準的轉換。

5 總結

要為新產品開發提供數字設計平臺，實現綠色環保理念。應發展工業設計并能很好地實施，緊密地與機械制造相結合。實現工業設計與CADCAECAMCAT等工業技術有機地相結合，做到高度的集成，向并行設計、協同設計發展。實現數字產品的參數化、變量化設計和虛擬仿真，達到集成化、標準化、智能化、網絡化、綠色化模式。從而提高設計質量，縮短設計周期，降低設計成本。

在中國進入制造業大國的過程中，產品的質量、外觀、人性化越來越提出了更高的要求。實現CAID與CAX（CADCAECAMCAT）集成能為我國的工業發展帶來巨大的經濟效益和社會效益，更加高效、高質地提升我國制造業產品的競爭能力，使我國的制造業由中低端向中高端邁進。

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The Integrated Method of Industry Design and CAX

AN Xiang-Dong，SU Ya
（Zhongyuan Insitutate of Technology,Zhengzhou Henan 450007，China）

industry design；CAX；integrated；concurrent engineering

TH166

：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.03.012

1002－6673（2014）03－031－03

2014－03－09

安向東（1965-），男，河南鄭州人，教授，碩士導師。從事機械CAD/CAM的教學和研究；蘇雅（1977-），女，河南鄭州人，講師。從事工業設計方面的教學。

Abstrast:The research content of this subject,mainly point at the design of industrial products increasingly into every corner of society,improve people life quality at the same time.Art design and manufacturing industries produced bottleneck.Good industrial design difficult to implement,not the actual product.This topic will be the design art and machinery manufacturing technology integration,will be excellent product design from the art level conversion to manufacturing products,to complete the design manufacturing integration,reduce the product from concept to market cycle,improve quality,reduce cost,realize green manufacturing.Subject of industrial design and mechanical design theory and technology,to a product design,manufacturing products to the process,using CAX(CAD/CAM/CAE/CAT)technology are organically integrated,make product design optimization,the fastest,most reasonable,the most quickly into actual products,enhance market competition ability,realize the whole process of green and environmental protection.