使用SOLIDWORKS Treehouse實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電動(dòng)工具自頂向下設(shè)計(jì)

供稿/達(dá)索析統(tǒng)（上海）信息技術(shù)有限公司 張啟成

使用SOLIDWORKS Treehouse實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電動(dòng)工具自頂向下設(shè)計(jì)

供稿/達(dá)索析統(tǒng)（上海）信息技術(shù)有限公司 張啟成

復(fù)雜電動(dòng)工具產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅僅是零部件的設(shè)計(jì)和工程圖出圖，其設(shè)計(jì)中包含了大量的精確運(yùn)動(dòng)過程、已有模型的設(shè)計(jì)重用或變型設(shè)計(jì)、不同的設(shè)計(jì)部門之間的設(shè)計(jì)協(xié)同等，在設(shè)計(jì)之初往往需要一個(gè)總體工程師首先進(jìn)行整體的產(chǎn)品規(guī)劃，然后將各個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作逐步下發(fā)。本文闡述了如何使用SOLIDWORKS Treehouse幫助用戶實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電動(dòng)工具產(chǎn)品設(shè)計(jì)的自頂向下設(shè)計(jì)。

一、引言

目前比較常用的設(shè)計(jì)方法主要包括自頂向下的設(shè)計(jì)方法（Top-Down）以及自底向上的設(shè)計(jì)方法（Down-Top）。自頂向下的設(shè)計(jì)方法比較符合復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程，通常會(huì)從產(chǎn)品需求分析開始，進(jìn)行原理或概念設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行整機(jī)的裝配布局，將整機(jī)合理地規(guī)劃為不同的子系統(tǒng)并規(guī)定各子系統(tǒng)的裝配關(guān)系，進(jìn)而將子系統(tǒng)下發(fā)至不同的設(shè)計(jì)小組或部門由其進(jìn)行所分配任務(wù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，當(dāng)各子系統(tǒng)分別完成設(shè)計(jì)后，基于預(yù)先規(guī)劃的裝配關(guān)系，自動(dòng)生成整機(jī)模型。

在實(shí)際的應(yīng)用過程中，自頂向下的設(shè)計(jì)方法雖然與復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)流程更加一致，但由于其設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，對(duì)工程師，尤其是對(duì)頂層總體工程師或產(chǎn)品經(jīng)理的要求比較高，而且現(xiàn)有的三維CAD軟件在總體規(guī)劃階段缺少合適的工具，導(dǎo)致目前很多企業(yè)仍然以簡(jiǎn)單但并不合理的自底向上的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，即首先進(jìn)行零件的設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行裝配體的組裝。即使要?jiǎng)?chuàng)建產(chǎn)品布局，也往往是在表格中，或是在二維的CAD工具中，與后續(xù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)完全脫節(jié)，無法形成貫通的自頂向下設(shè)計(jì)流程。

SOLIDWORKS Treehouse作為SOLIDWORKS CAD產(chǎn)品的一個(gè)模塊，可以在一個(gè)獨(dú)立的界面中打開。它可以讓用戶快速針對(duì)一個(gè)新產(chǎn)品創(chuàng)建裝配體結(jié)構(gòu)樹，也可以將現(xiàn)有的模型結(jié)構(gòu)拉入新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中進(jìn)行組裝。總體工程師或者新產(chǎn)品的產(chǎn)品經(jīng)理不需要任何的SOLIDWORKS軟件的使用經(jīng)驗(yàn)，通過簡(jiǎn)單的拖放等操作可以靈活地搭建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)并導(dǎo)出至SOLIDWORKS中，或?qū)С鲋罞xcel表格中。

二、產(chǎn)品描述

圖1所示為一個(gè)典型的電動(dòng)斜切鋸產(chǎn)品，主要分為圖2所示的4個(gè)部分：底座單元、線性滑動(dòng)單元、頭部單元、鋸片及防護(hù)殼。斜切鋸的運(yùn)動(dòng)分為前后的線性運(yùn)動(dòng)，以及頭部的左右擺動(dòng)及上下擺動(dòng)。其前后的線性運(yùn)動(dòng)又分為基于底座工作臺(tái)面的運(yùn)動(dòng)以及基于線性滑動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)。

針對(duì)產(chǎn)品代號(hào)為D254_4_Head_Motion的新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求，其變化的參數(shù)主要是前后的線性運(yùn)動(dòng)范圍，以及頭部的上下運(yùn)動(dòng)范圍。故在本新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，大量已有的零部件模型是可以重用的，其需要全新設(shè)計(jì)的主要是線性滑桿、頭部的連桿、彈簧等零部件。

三、在SOLIDWORKS Treehouse中搭建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

首先由產(chǎn)品經(jīng)理在SOLIDWORKS Treehouse中創(chuàng)建新產(chǎn)品的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。通過簡(jiǎn)單的拖拽操作就可以創(chuàng)建第一層的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

對(duì)于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，其中包含了大量可以重復(fù)使用的歷史數(shù)據(jù)。在以往使用的自底向上的設(shè)計(jì)過程中，每個(gè)工程師基于自己的經(jīng)驗(yàn)在數(shù)據(jù)庫中查找可重用數(shù)據(jù)，經(jīng)常出現(xiàn)遺漏的情況，造成大量的重復(fù)設(shè)計(jì)工作，浪費(fèi)了寶貴的資源。在自頂向下的設(shè)計(jì)方法中，歷史數(shù)據(jù)的重用由產(chǎn)品經(jīng)理統(tǒng)籌管理，避免出錯(cuò)。

在該新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義階段，產(chǎn)品經(jīng)理可以在SOLIDWORKS Treehouse操作界面直接將現(xiàn)有文件拉入當(dāng)前的結(jié)構(gòu)樹中。這里首先在底座單元Base_ASM下插入了三個(gè)現(xiàn)有的部件，可以根據(jù)需要方便地折疊或展開下一級(jí)零部件，這里將三個(gè)部件以下的零部件折疊，如圖4所示。

圖1 典型的電動(dòng)斜切鋸產(chǎn)品

圖2 四個(gè)關(guān)鍵組件

圖3 在SOLIDWORKS Treehouse中定義第一層產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

圖4 重用底座單元已有設(shè)計(jì)模型

線性滑動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)與其他產(chǎn)品類似，只是需要針對(duì)新產(chǎn)品的需求修改滑桿的長(zhǎng)度，所以這里依然可以重用已有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，產(chǎn)品經(jīng)理進(jìn)而指導(dǎo)后續(xù)的設(shè)計(jì)過程中對(duì)滑桿長(zhǎng)度完成設(shè)計(jì)變更。同樣，在頭部單元中，也有可以重用的歷史數(shù)據(jù)，而連桿則需要根據(jù)新產(chǎn)品需求進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。這里將可重用的模型拖拽至頭部裝配體下面，并創(chuàng)建一個(gè)新的子裝配體，命名為連桿裝配Link_ASM，以及新的子零件，命名為連桿Link。這樣就完成了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義，如圖5所示。

圖5 完成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

在完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義后，可以在SOLIDWORKS Treehouse中將此結(jié)構(gòu)輸出至SOLIDWORKS文檔，并定義必要的內(nèi)部參考，然后將模型通過SOLIDWORKS PDM以設(shè)計(jì)任務(wù)派發(fā)的形式發(fā)送給各子系統(tǒng)的負(fù)責(zé)人。

四、將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)導(dǎo)入SolidWorks中完成詳細(xì)設(shè)計(jì)

以頭部單元組件為例。頭部子系統(tǒng)的負(fù)責(zé)人在接到設(shè)計(jì)任務(wù)后，根據(jù)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，并基于可重用的現(xiàn)有模型，繪制出頭部子系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，得到連桿的關(guān)鍵點(diǎn)及輪廓線，如圖6所示。

圖6 連桿關(guān)鍵點(diǎn)及輪廓線草繪

接下來，該草繪會(huì)被下發(fā)至連桿設(shè)計(jì)工程師，工程師基于草繪中的關(guān)鍵點(diǎn)及輪廓線完成連桿的設(shè)計(jì)，如圖7所示。

圖7 連桿設(shè)計(jì)

五、完成整機(jī)模型設(shè)計(jì)的配置及審核

在完成所有的零部件設(shè)計(jì)后，產(chǎn)品經(jīng)理將得到一個(gè)接近完整的新產(chǎn)品整機(jī)模型，并將其拖拽至SOLIDWORKS Treehouse中查看結(jié)構(gòu)。最后的工作就是為該產(chǎn)品選擇符合設(shè)計(jì)要求的可用的鋸片及防護(hù)殼。鋸片及防護(hù)殼模型以標(biāo)準(zhǔn)件的形式存放在標(biāo)準(zhǔn)件庫中，即在一個(gè)模型文件中包含了多個(gè)配置選項(xiàng)。無需打開SOLIDWORKS軟件，產(chǎn)品經(jīng)理在SOLIDWORKS Treehouse中就可以選用所需的配置，如圖8所示。

最終完成的新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖9所示，產(chǎn)品經(jīng)理在SOLIDWORKS Treehouse中直接將此結(jié)構(gòu)輸出成BOM表并以Excel表格形式發(fā)送至下游的制造及采購部門。在表格中清楚地顯示了零部件名稱、數(shù)量和描述等關(guān)鍵信息，如圖10所示。

圖8 在SOLIDWORKS Treehouse中選用配置

圖9 最終新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

圖10 BOM表格

六、結(jié)語

在SOLIDWORKS Treehouse中可以創(chuàng)建一個(gè)產(chǎn)品的整個(gè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，以自頂向下的設(shè)計(jì)方法將結(jié)構(gòu)樹中每個(gè)組件或零部件分配到不同的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)或成員，他們可以清楚地了解哪些模型可以重用，哪些零部件需要重新設(shè)計(jì)，進(jìn)而在SOLIDWORKS軟件中完成后續(xù)的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程。設(shè)計(jì)完成后的裝配體也可以在SOLIDWORKS Treehouse中打開，查看、審核或編輯結(jié)構(gòu)并生成BOM表，從而按照自頂向下的設(shè)計(jì)方法完成一個(gè)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。對(duì)于那些需要在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期定義其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品經(jīng)理或總體工程師來說，SOLIDWORKS Treehouse無疑是一個(gè)非常實(shí)用的工具。