高效的設計要與思維“互動”

崔宏達

Inventor軟件開發了大量的簡單使用功能，這些功能與設計者的設計思想相輔相成。這些實用的功能可以大大簡化設計中的建模步驟，Inventor軟件的知識驅動模式更是減輕的設計者的勞動強度，提高設計效率。

——中國電子科技集團公司第十二研究所（北京真空電子技術總公司）副總經理張吉峰

不斷發展的十二所

成立于 1957年的中國電子科技集團第十二研究所，是我國成立最早、規模較大、體系完備的國家骨干研究單位。其研究方向以微波電真空器件為主，產品廣泛應用于軍事工業和民用產品。十二所擁有完整的科研生產體系，下設完備的器件和基礎研究室、機械加工廠和科研條件保障部門，擁有國內先進水平的微波測試分析系統、精加工設備和精密測量設備，以及國家級大功率微波電真空器件技術重點實驗室，是國務院首批批準有權授予博士學位的單位之一。

五十年來，十二所始終致力于國防工業和國民經濟建設，在電真空領域不斷探索和研究，已成為我國具有自行設計、自行研發和自主知識產權的門類齊全的微波電真空器件研制和生產單位，建所至今共取得科研成果 800余項，其中獲國家級科研成果獎 50余項，獲部級科研成果獎 170余項。同時，作為現代化科研單位，十二所的信息化建設工作也一直走在行業前列，對專業分析軟件及三維設計軟件的應用經驗非常豐富，目前所采用的 Inventor軟件也有十余年的應用歷史了。

發展中的大難題

十二所在設計生產方面主要傾向于功率器件和開關器件，功率器件包括行波管、速調管、磁控管及微波三、四極管；開關器件有天線開關管、觸發管及閘流管等。多種類的產品帶來多樣化的用戶，遍及航空、航天、兵器、電子、船總、醫療及核工業的密集用戶體系支撐了十二所的蓬勃發展。

然而，更快的發展就意味著更大的壓力。由于產品類別多、應用廣，加之行業水平與用戶需求的提升，設計產品的質量要求越來越高，供貨周期越來越短，只有優質高效的設計才能保證企業高速穩定的發展。這就給企業出了一個大難題，如何既提高設計效率又保證設計質量呢？

讓設計模型與設計者“互動”

二維設計向三維設計的轉型，是十二所設計效率提高的重要一步。隨著設計產品和設計水平的進步，傳統的二維設計很難滿足設計工作的需求，常常給設計思維帶來很大的局限，設計人員的大部分精力都放在了制圖上面。

三維設計的引入大大改善了這種現象，設計師省去了將設計構想轉化為二維圖紙的過程，直接以三維概念開始設計。這樣一來，可以說是建立起了設計模型與設計者之間的“互動”：軟件中建立的模型可以直接將產品的全部幾何參數反饋給設計師，同時，整個設計過程也可以完全在三維模型上進行討論，設計效率的提高就很容易擴大到設計的整個流程。從而達到優化整個設計流程，縮短設計時間，提高設計效率的目的。

設計實例中的 Inventor應用

在三維軟件的選型過程中，十二所嘗試了眾多品牌，最終選用了歐特克解決方案，其產品在諸多實用功能上的突出表現，使設計效率有了更進一步的提高。下面就以超高真空程控排氣臺為例，簡要介紹一下歐特克解決方案在十二所的應用中是如何提高設計效率，優化產品質量的。

首先，對超高真空程控排氣臺做一個簡短的介紹。超高真空程控排氣臺主要用于電真空器件真空排氣及處理。真空系統主要由機械泵、分子泵、硅管、連接管道及各個閥門組成。真空系統的極限真空度為≤ 6×10-6Pa，工作的真空度為≤ 5×10-5Pa。每套真空系統的外部伴有烘箱加溫烘烤；整個烘箱采用自動升降。整套設備利用工控機實現人機交互及運行參數記錄，全工藝過程可實現自動控制。產品完成后的實物圖，如圖 1所示。

本設計采用自上而下的設計方式，根據真空設備的結構特點，機械泵、分子泵、硅管、連接管道及各個閥門均為標準件，因此各個部件的位置布局是設計中重點考慮的問題。本產品的三維數字樣機是在 Autodesk Inventor軟件環境中完成設計的。采用數字樣機可以在生產加工之前對產品進行仿真和分析，提前了解設計產品的功能在真實條件下是否可能達到預期設計效果。Inventor提供了用于創建零件和部件的數字建模設計環境，在設計中 Inventor對智能零部件的自動創建功能發揮了很大的作用。主體裝配結構，如圖 2和圖 3所示。

使用 Inventor軟件的結構件生成器設計結構框架，結構件生成器使用方便，操作簡單，用結構件生成器為機器創建內部結構件和外部結構件部件。可以在部件環境或焊接件環境中使用結構件生成器。要一個“骨架”零件以在其上面插入結構件。具體操作步驟這里不一一介紹了?？蚣茉O計完成后，接下來的工作就是機械泵、分子泵的位置排布。

在設計過程中，由于方案的調整，更換了機械泵的型號，使用零部件替換功能，很容易地實現了裝配的調整。如圖4所示。

在 Inventor軟件中，設計加速器的使用大大提高了設計效率。設計中有大量的螺栓連接結構，螺栓聯接零部件生成器的使用，及強度計算、螺栓聯接校核該計算，可以使設計者輕松應對繁瑣的螺栓聯接及配合孔設計，如圖 5和圖 6所示。該設計計算的目的是在指定要求的工作載荷后選擇適當的螺栓聯接，如圖 7所示（如連接緊固和操作過程中螺紋的壓力和螺栓應力）。傳動電機的墊塊設計，分子泵的支架設計等都使用了 Inventor軟件在位零部件設計功能，自適應功能的應用使結構設計中的事實變化調整成為可能，如圖 8和圖 9所示。

Inventor軟件的iPart也是設計當中必不可少的功能。設計部門把經常使用的標準泵、閥、連接件等零部件建成自己的自定義零部件庫，作為公共庫放置在網絡平臺上，設計時只需按型號調用即可。iPart庫的使用為建模設計節省了大量的時間。

Inventor軟件還可以直接從三維模型快速正確地輸出可立即用于生產的 GB標準的工程圖紙。這對于依靠圖紙加工的加工部門是非常重要的。筆者在多年的使用過程中發現 Inventor軟件的強大的二維工程圖輸出功能更是優于其他的三維設計軟件。Inventor軟件的渲染和動畫功能也為設計者提高數字樣機的可視性給予很大的幫助。

Inventor與 Autodesk數據管理應用程序緊密集成在一起。這樣便使得數字設計數據可以高效安全地交換，并且促使設計工作組和制造工作組之間更早地開始了協同合作。不同工作組可使用 Autodesk Design Review軟件來管理和跟蹤數字樣機的所有零部件。該軟件以全數字方式檢查、測量、標記和跟蹤設計更改。

在本設計中只結合了較為具體的應用案例來說明 Inventor軟件的實用性，并未對整個設備的設計過程進行詳細介紹。但是這些設計方法的使用都是基于一個設計思想之上的——“自上而下”的設計理念。通過正確的設計思想引導，結合對設計軟件的深入了解，選擇最適合設計者的方法，便可以最大限度地發揮軟件的 CAD作用，達到提高設計效率的目的。endprint