CAXA三維CAD在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中應(yīng)用探究

趙曉山

摘 要：CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)采用了創(chuàng)新設(shè)計(jì)的思維方式，拖放式的三維造型，獨(dú)特的三維球編輯工具，構(gòu)形靈活且便捷；它擁有強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和完善的造型手段，可在同一視窗下完成產(chǎn)品的零件、裝配、鈑金、動(dòng)畫、渲染等設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的有限元分析。文章根據(jù)自己幾年來使用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件完成新產(chǎn)品開發(fā)中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了淺略的探討。

關(guān)鍵詞：CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)；三維建模；產(chǎn)品造型；創(chuàng)新設(shè)計(jì)'

產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)是一個(gè)知識(shí)重用、由粗及精的過程。就一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)而言，80%的內(nèi)容來自對(duì)已有設(shè)計(jì)方案的借用和重組，只有20%左右的工作屬于改型與革新，而重組與改型的過程就是創(chuàng)新。創(chuàng)新設(shè)計(jì)需要“發(fā)散式”思維，需要自由自在、無拘無束地馳騁在想象的空間，根據(jù)靈感與經(jīng)驗(yàn)，以最簡(jiǎn)易、最快捷的方式捕捉并迅速表達(dá)出來，并對(duì)設(shè)計(jì)的任意部分或過程不斷進(jìn)行編輯、修改、細(xì)化、琢磨，自頂向下、自底向上、由里及外、由外及里、由粗及精、反復(fù)迭代，直至得到滿意的設(shè)計(jì)結(jié)果，并實(shí)現(xiàn)后續(xù)的開發(fā)應(yīng)用。

1 使用傳統(tǒng)CAD軟件進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的弊端

傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)主要針對(duì)產(chǎn)品二維工程圖樣的繪制與零件的3D建模，缺乏對(duì)產(chǎn)品創(chuàng)新和設(shè)計(jì)的足夠關(guān)注和有效支持。如不能在裝配環(huán)境下直接獲得造型數(shù)據(jù)與信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得交互頻繁、輸入數(shù)據(jù)量大，造成操作步驟繁雜、不易學(xué)習(xí)等問題；不能將零件模型與裝配模型直接關(guān)聯(lián)，使得模型復(fù)雜、維護(hù)困難且不能有效地解決概念階段的零部件布局、連接與配合關(guān)系定義等設(shè)計(jì)；缺乏國(guó)標(biāo)、國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的三維參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫支持；缺乏具有行業(yè)特色的方便、快捷的造型工具和特征庫。

傳統(tǒng)三維CAD在功能上主要著眼于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，（如Pro/E、UG、CATIA、SolidWorks等）要求設(shè)計(jì)者在開始設(shè)計(jì)工作之前必須在頭腦中先有一個(gè)清晰的模型輪廓，然后從二維草圖開始，按部就班地利用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣等特征工具依次構(gòu)建各個(gè)實(shí)體（零件），最后成型產(chǎn)品模型。但事實(shí)上，產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程并不是這樣的，設(shè)計(jì)者并不可能預(yù)先憑空想象好、想清楚要做的創(chuàng)新產(chǎn)品究竟是怎樣的形狀和結(jié)構(gòu)，以及功能與屬性；如果事先已借助手描、草圖、木模型或快速成型樣機(jī)把產(chǎn)品“設(shè)計(jì)”完成了，那么再使用CAD意義就不大了。

2 CAXA三維CAD在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

CAXA三維實(shí)體設(shè)計(jì)是一款具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的知名品牌軟件，其是以產(chǎn)品創(chuàng)新、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和應(yīng)用集成為突出特征的面向行業(yè)與過程的獨(dú)特三維數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它以智能圖素為主體，通過添加、拖放和編輯智能圖素快速構(gòu)建出產(chǎn)品模型。CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)以其良好的界面，完善的功能以及簡(jiǎn)便的操作贏得了廣大設(shè)計(jì)者的贊許，其設(shè)計(jì)符合國(guó)情、國(guó)標(biāo)，使設(shè)計(jì)者處于愉快、輕松、活潑的環(huán)境下，能激發(fā)創(chuàng)作靈感，能充分調(diào)動(dòng)其產(chǎn)品創(chuàng)新的主動(dòng)性和積極性，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，大大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，并確保設(shè)計(jì)意圖貫穿于產(chǎn)品開發(fā)的全生命周期。

CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)支持產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程，它為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的三維環(huán)境和方法：

（1）CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)提供了豐富的三維設(shè)計(jì)元素庫，方便的拖放式建模方法和編輯方法。設(shè)計(jì)者可以直接從設(shè)計(jì)元素庫中拖放標(biāo)準(zhǔn)圖素以生成三維實(shí)體，像搭積木一樣進(jìn)行構(gòu)形設(shè)計(jì)，通過對(duì)點(diǎn)、線、面等的智能捕捉實(shí)現(xiàn)對(duì)特征尺寸、輪廓形狀和獨(dú)立表面位置的動(dòng)態(tài)、精確、直觀操作。也可以對(duì)拖入的圖素進(jìn)行編輯（如圓角過渡、邊倒角、邊拔模、抽殼等）以生成較為復(fù)雜的三維實(shí)體，還可以基于二維草圖利用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣等操作創(chuàng)建三維實(shí)體。

（2）CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)擁有獨(dú)特的三維球和包圍盒工具。利用三維球工具可以靈活便捷地精確定位、拷貝、鏈接和陣列三維對(duì)象；利用包圍盒工具可以方便地對(duì)三維對(duì)象的形狀和尺寸等進(jìn)行精確修改。

（3）CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件打破了傳統(tǒng)三維CAD軟件單一設(shè)計(jì)思維的制約，它支持雙設(shè)計(jì)模式（協(xié)同創(chuàng)新設(shè)計(jì)模式、工程設(shè)計(jì)模式）。工程設(shè)計(jì)模式基于全參數(shù)化設(shè)計(jì)，兩模式結(jié)合使用可以使模型的編輯、修改更為方便，以達(dá)到最佳的造型效果。同時(shí)它也符合其他大多數(shù)CAD軟件的操作習(xí)慣和設(shè)計(jì)思路。

（4）CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件無縫集成了CAXA電子圖板作為二維設(shè)計(jì)環(huán)境，設(shè)計(jì)者可以在三維設(shè)計(jì)環(huán)境中直接讀取工程數(shù)據(jù)，并在其中瀏覽、創(chuàng)建、編輯和維護(hù)現(xiàn)有的DWG、DXF、EXB等格式的二維工程圖文件，不再需要額外的二維CAD軟件。

（5）利用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件的二維、三維的關(guān)聯(lián)性，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)設(shè)計(jì)好的三維實(shí)體模型直接生成所需要的二維工程圖。

（6）對(duì)于外形比較復(fù)雜的產(chǎn)品模型（如汽輪機(jī)葉輪、汽車車身等）而言，單純靠實(shí)體設(shè)計(jì)工具來創(chuàng)建是非常困難的，為此CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)還提供了豐富的曲面設(shè)計(jì)工具。曲面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是用3D曲線搭建線架構(gòu)，然后在線架構(gòu)的基礎(chǔ)上利用各種曲面生成方法獲得所需曲面，再由各個(gè)曲面構(gòu)建出三維產(chǎn)品模型。

（7）CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的鈑金件設(shè)計(jì)功能，設(shè)計(jì)者可以利用“鈑金”設(shè)計(jì)元素庫中的板料、彎曲板料、向內(nèi)折彎、向外折彎、卷邊、散熱孔、通風(fēng)窗等鈑金件智能圖素，設(shè)計(jì)出自己所需要的鈑金件模型。

（8）CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)提供了為更好展示產(chǎn)品外觀效果的渲染功能。設(shè)計(jì)者可以對(duì)產(chǎn)品的顏色、紋理、表面光澤、材質(zhì)，以及環(huán)境、光源等進(jìn)行設(shè)置，從而使產(chǎn)品模型更具真實(shí)感和表現(xiàn)力。

（9）CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)提供了一系列“動(dòng)畫”設(shè)計(jì)元素，我們可以用運(yùn)動(dòng)仿真展示設(shè)計(jì)，并輸出成AVI視頻文件。例如，我們可以為設(shè)計(jì)好的曲軸連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫等。動(dòng)畫設(shè)計(jì)功能在新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、模擬演示以及與客戶的直接溝通中具有無法替代的作用。

（10）CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)集成了著名的ALGOR有限元軟件的基本功能模塊，可以對(duì)零部件進(jìn)行線性靜力學(xué)等方面的有限元分析，幫助設(shè)計(jì)者發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，避免設(shè)計(jì)缺陷，優(yōu)化產(chǎn)品性能。

總之，CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件是具有國(guó)際水準(zhǔn)的三維設(shè)計(jì)軟件，他把美國(guó)的最新專利技術(shù)和CAXA多年來在CAD/CAM領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)積累相結(jié)合，可以幫助設(shè)計(jì)人員在三維空間直接進(jìn)行產(chǎn)品構(gòu)思和創(chuàng)意，并能輸出廣告效果的圖片與動(dòng)畫。由此它被業(yè)內(nèi)專家譽(yù)為“CAD技術(shù)領(lǐng)域的唯一突破”，是企業(yè)參與國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)和新產(chǎn)品開發(fā)的有效先進(jìn)工具。

參考文獻(xiàn)

[1]呂志杰，范文利，張蔚波.CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)2009行業(yè)應(yīng)用實(shí)踐[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]尚鳳武.CAXA創(chuàng)新三維CAD教程（第2版）[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2015.