基于Creo的3D快速設計共享系統的開發

和帥， 姚寧， 蘇雷， 曹利偉， 孟磊， 劉博嘉， 李林

（常州博瑞電力自動化設備有限公司，江蘇常州213025）

0 引 言

工業自動化時代的到來，推動了生產制造企業的大發展、大進步；僅僅依靠傳統的產品開發設計模式已無法滿足企業的快速發展，越來越多的企業開始探索和研究新的產品設計開發模式。基于計算機互聯網帶來的數據存儲、整合、共享成為了很多高新企業的關注點,尤其是產品三維模型的參數化快速設計受到了許多研究人員的關注，部分文獻對參數化設計進行了詳細論述[1-4]。還有部分研究人員對三維數據信息的管理和共享進行了系統研究，并進行了相關論述[5-6]。本文以常用三維設計軟件Creo做為研究對象，提出了一種基于Creo二次開發的3D快速設計共享系統，實現了產品三維模型的自動快速生成、標準件/通用件三維模型快速調取，解決了二維工程圖自動出圖等相關難題。

1 系統架構介紹

Creo智慧設計系統主要包含知識庫管理模塊、三維參數化設計模塊和自動出圖模塊。其中三維設計細分為柜體設計、元器件快速布置、結構件快速布置、銅排快速設計、自動打孔、緊固件快速裝配等功能。

Creo智慧設計系統與多系統進行集成，如Creo三維設計應用平臺、TC模型管理系統、Office工具等。本系統基于Creo三維設計應用平臺，結合Office和數據庫管理技術，實現模型信息的管理和在TC模型庫中的查重調用。

其中TC系統主要管理模型文件和三維模型的歸檔信息等；設計系統的數據庫用于管理所有入庫模型的參數屬性信息；Office等工具用于編寫配置，實現三維設計規則化、可視化。基于以上技術，結合Creo本身提供的二次開發接口，完成對企業產品三維模型的快速變更設計、出圖、歸檔等相關工作。

本系統按照管理屬性劃分為設計應用端、規則管理端和數據維護端。數據應用端幫助設計員實現產品三維模型的快速設計工作；規則管理端提供管理人員管理系統運行的配置文件和代碼文件等；數據維護端用于管理人員對模型數據庫信息的管理。

1.1 知識庫管理模塊

知識經驗庫管理模塊主要包含產品設計規則庫、系統模板庫、系統衍生庫、模型管理庫、配置文件庫等，其中產品設計規則庫是指產品設計過程制定的一系列規范規則，后期產品設計過程中系統會自動引用這些規范規則去指導設計員進行產品設計；系統模板庫是指產品設計過程中積累的一些通用的零部件結構的數據模型，將其做成模板放在模板庫里面，方便其他設計員進行借用，節省零部件的重復設計時間；系統衍生庫是指設計員在引用系統模板后根據自己特點對模板進行個性化設計所積累的個人模板庫；模型管理庫是指針對公司所有產品涉及的元器件及結構件等進行分類統一管理，制定模型的分類標準，做為公司三維產品庫的信息數據管理；配置管理庫是指系統運行過程中所需要關聯使用的各種配置文件。

1.2 參數化設計模塊

產品三維模型的參數化設計目的是提高產品的設計效率，降低設計周期。簡言之，三維模型的參數化設計就是將產品中的一些主要設計尺寸參數化，將這些參數化尺寸做成數據尺寸鏈，使這些主要尺寸可以隨意改變，實現產品的快速變型設計。文獻[1]以一種階梯軸的設計為例，對零件參數化設計的過程思路進行了詳細的介紹說明。

基于Creo三維模型的參數化設計原理是指利用設計參數來控制三維模型。這種方法既融合了傳統設計方法的優點，又突破了傳統建模思路的限制，它充分利用了互聯網技術的數據交換，根據設計人員預先設計好的參數關系，組成產品自身的數據傳遞，產品設計時，只需要更改主要參數就能實現產品的三維快速設計。

1.3 自動出圖模塊

自動出圖模塊是在產品三維模型繪制完成后，根據三維模型自動批量導出二維工程圖，包括自動調取模板圖框，自動創建模型視圖，自動根據材料調取生成加工技術要求，自動標注視圖尺寸、特征尺寸等。針對鈑金零部件，自動出圖模塊還能實現零件展開圖的自動生成，從而實現原材料自動下料計算，生成原材料數據清單，如圖1、圖2所示。

圖1 自動出圖操作界面

圖2 自動出圖效果

2 項目設計流程和輸出需求

產品參數化設計模塊主要包括：柜體骨架設計、元器件/結構件布局設計、母排設計、自動打孔、查重替換、緊固件快速裝配、自動出圖等。相關功能主要通過智慧設計引導軟件實現，如圖3所示。

產品開發需求確認后，根據輸入參數，自動檢索歷史產品庫，供產品設計工程師選擇是否調用已有的歷史產品。

圖3 智慧平臺設計流程

新的柜體開發利用設計所需的輸入參數自動生成所需的柜型結構，柜體自動生成過程中，系統平臺會對零部件的參數自動檢索數據庫中可重用的零部件并自動調用。生成柜體結構后，布置內部的元器件、結構件等，布置原則按照“由大到小，由固定位到靈活位”布置。布置好元器件和結構件等，進行銅排設計主要采用調用模板的方式實現。調用的銅排打孔后進行查重替換，新制的銅排默認入庫，已有的模型可以供設計員選擇替換。設計完成后，設計工程師使用軟件提供的緊固件設計工具完成緊固件的快速裝配。

3 快速設計系統的開發實現

結合上文分析，基于Creo二次開發的快速設計系統集成菜單模塊如下, 主要包括新建項目、結構設計、通用模型管理、設計調整、銅排設計、開孔設計、緊固件設計、自動出圖，以及一些其他功能模塊，菜單布置如圖4所示。

圖4 產品3D設計共享系統設計菜單

3.1 新建項目

新建項目可根據工程項目需求信息輸入項目關鍵技術參數、產品類別、產品型號、設計部門等信息，根據這些信息對產品進行輸出分類，便于后期產品模型的檢索查重借用，具體操作界面如圖5所示。

3.2 柜體設計

柜體設計是指設計工程師根據產品系列標準化的形式按照設計經驗規則，將產品的零部件通過參數化尺寸驅動和坐標裝配預先配置好，產品設計時只需要輸入關鍵設計參數就能驅動生成所需要的產品結構模型。具體操作界面如圖6所示。

3.3 通用零部件管理庫

產品三維設計過程中需要選擇各種各樣的元器件、結構件等標準的3D模型，需要一個通用的管理平臺實現對這些模型的管理和共享，支持搜索、預覽、信息查看、調用安裝等功能。操作界面如圖7所示。

圖5 新建項目界面

圖6 柜體設計界面

圖7 通用件數據庫管理界面

3.4 銅排設計

銅排快速設計是指根據元器件的布局，自動拾取元器件的銅排安裝面，平臺自動計算出最佳銅排路徑，然后生成所需的銅排三維模型；平臺界面還提供了針對自動生成銅排的快速調整功能，設計人員可以對已生成銅排進行修剪、拆分、合并等快捷操作，如圖8所示。

3.5 查重設計模塊

查重設計模塊是指產品三維模型設計過程中，數據庫會實時檢索數據庫里面已存儲的模型數據信息，如果檢索到一樣的零部件直接替換借用，不重新設計，同時還支持設定查重相似百分比，在滿足重復比80%以上的零部件列表顯示，設計工程師根據設計需求選擇最合適的零部件，替換借用，避免重復設計。

4 結 論

本文研究了基于Creo二次開發的產品三維快速設計平臺，針對平臺各個功能模塊進行了詳細的介紹和分析，并對開發過程中的關鍵技術點詳細給出了設計方案分析，最后通過實例展示了基于Creo二次開發的功能模塊實現情況。經過項目的前期方案調研設計，項目的具體實施開發測試上線，本項目各功能模塊極大地提高了產品三維模型的設計效率，同時也提高了企業內部產品結構模型的利用率，實現了不同工程設計人員之間的數據共享，對企業自動化數據平臺的進一步研究有一定的借鑒意義。

圖8 銅排快速設計界面