Pro/E在航模建模中的應用

江鴻博

（山海關第一中學 河北 秦皇島 066205）

摘 要：Pro/Engineer操作軟件是美國參數技術公司（PTC）旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件，是現今主流的計算機輔助設計/制造/分析的軟件之一，在國內航模設計領域占據重要位置。本文從設計需求出發，研究了Pro/E軟件在汽車建模方面的應用。本文闡述了該軟件自頂向下的參數化設計技術，列出了航模三維設計流程，并根據航模特點，總結了以骨架為核心的框架設計方案、實體建模規則及出圖主要技術方案。

關鍵詞：Pro/E；航模；三維；建模

應用虛擬現實進行航天飛行模擬訓練時，虛擬設備精確建模的 實現與優化方法.基于Pro/Engineer，通過虛擬現實標準語言VRML以及3D STUDIO，進行一系列的轉換、優化，最后根據實際情況進行初始化，確定各種約束條件，從而建立虛擬設備的精確模型.虛擬設備建模精確，可大大節省虛擬 現實系統開發中建模的工作量.在以設備為主要模擬對象的虛擬現實系統中，可以優先考慮此種建模方法。

1、建模三維設計特點

（1）開拓設計思路

基于Pro/E軟件的航模建模中采取自頂向下（Top-Down）的建模理念，先構架航模的總布置圖框架模型，再依次進行航模內部空間、航模外形區域及連接部分的詳細建模設計。

（2）提高技術含量

在Pro/E模型中，所有特征均可通過可變的參數及約束來控制，此外，航模圖的基本圖面信息可由三維模型自動生成，例如航模的內部空間，通過改變航模的內部空間的長度參數尺寸，可準確、快速地形成不同長度的航模的內部空間；通過改變骨架尺寸及相關約束，快速驅動相關三維模型及二維工程圖的關聯性設計變更，與二維CAD設計軟件相比，明顯增強了設計變更嚴密性。

（3）增強可視化效果

三維設計是對航模設計、制造及裝配過程的數字化模擬，它可將設計思路直接轉化為直觀的三維數字模型，便于發現和解決航模生產過程中可能潛在的工藝及技術問題。

2、自頂向下（Top-Down）的航模建模三維設計流程

（1）基本要求

在航模建模初期，應對模建進行詳細分析，根據使用功能來確定航模的基本性能要求（如動能損失、未被平衡的離心加速度及其增量），進而確定航模主要技術參數（如導曲線半徑、航模建模全長及前后長等）。

（2）設計內容

根據相關法律、法規及用戶具體技術要求，設計內容包括航模的主要功能、性能、技術指標及主要結構。

（3）通用件

分類統計在航模建模航模中通用的零部件。

3、構造模型

3.1、骨架建模

骨架模型是設計的框架，相當于裝配的三維布局。像布局一樣，骨架是一個集中儲存與裝配相關的設計信息的地方。當骨架發生變化時，與之相連的實體模型也將發生變化。骨架模型簡化了設計的建立和可視化，另外，可以以任何順序給裝配添加組件。

建立骨架模型的步驟：

建立骨架模型，選擇[激活]（Activate），從裝配建立骨架或者選擇[打開]（Open），在組件級建立骨架。使用數據特征、曲面等，確定組件在裝配中的空間占位；它們也可以被用來建立裝配中組件間的接觸面，或者定義組件間的運動。因為系統要求用戶必須在裝配方式下才能對這些特征進行各種編輯，所以應避免建立裝配級骨架特征。通過一個集中位置把設計數據從裝配傳遞到單個組件，是自頂向下設計方法的一個主要內容。通過定義布局的模型，用戶可以分發全局參數和數據；使用幾何特征，用戶也可以把一個模型的引用復制到另一個模型中。定義布局模型的步驟：[打開文件]（File）> [定義]（Declare），選擇[定義布局]，使布局中所有定義的參數和全局數據在模型中都可見。選擇模型的一個特征，并編輯它。在布局中選擇尺寸和相應的名稱來驅動該特征的某尺寸與其對應。選擇[DeclareName]，并在模型中選擇[基準特征]，再從布局中選擇一個相應的全局名稱。

3.2、發布幾何體：

在頂層骨架模型中，選擇[插入]（Insert）>[共享數據]（Shared Data）>[發布幾何體]（Publish Geometry）。填寫每項內容，提供名稱并選擇其它骨架模型所需要的任一參考。

3.3、復制幾何體：

用上一級裝配來約束子裝配；激活子裝配并為它建立一個骨架模型。在一個單獨的窗口中打開；把發布的幾何體信息復制到這個骨架模型中（[插入]>[共享數據]）>從其它模型復制幾何體）；選擇頂層裝配框架文件或頂層裝配，并定義它的位置；確定發布幾何體的要素，并在菜單中選中它。

3.4、建立模型幾何體與構建裝配：

一旦用戶從頂層骨架模型中獲得了信息并放在了子裝配中，用戶就可以使用復制幾何體功能來建立零件，并開始構建裝配。自頂向下設計有許多優勢，其中包括設計時間縮短、質量提高以及可以控制頂層更改等。

4、工程圖生成

Pro/E軟件具備強大的工程圖功能，可將三維模型自動生成所需的各種工程圖。工程圖與模型之間完全相關，模型變更與工程圖變更直接關聯，反之亦然。以下為生成工程圖步驟：

（1）創建工程圖文件并添加零件三維模型對象關聯；

（2）生成各角度視圖；

（3）完善零件圖面信息，包括創建球標、畫輔助線、出示意圖、標注。

5、Pro/E軟件應用結論及工作展望

5.1、應用結論

（1）設計驗證

通過建立航模建模三維模型，并對其進行干涉檢查驗證，可發現采用二維設計時不易發現的設計、工藝問題，對于提高航模質量而言具有非常積極的意義

（2）表達清晰

三維模型擁有較二維圖型更為直接的表達形式，更加易于展示和交流

（3）快速變更

自頂向下（Top-Down）的設計理念以及模型與工程圖相關聯的特性，使得快速變更設計成為可能，提高了設計工作的效率。

5.2、工作展望

（1）骨架模型

本文只建立了兩級骨架模型，如何在更深層次的裝配級別中定義骨架模型尚需結合航模建模航模特征做進一步的研究。

（2）建模方法

航模建模中有很多結構復雜的航模，需要綜合軟件功能積極研究建模方法，形成通用的解決方案并加以總結推廣。

（3）參數化建模

Pro/E軟件以參數化著稱，應在下一步工作中研究參數化在航模建模設計中的具體應用。

（4）數控加工與有限元分析

Pro/E軟件可直接對模型進行有限元分析；大型有限元分析軟件也大多包含與Pro/E軟件的接口模塊，保證模型導入后具備良好的適應性。模型可通過CAM軟件直接進行編程，并輸出NG代碼用于數控機床加工，因此航模建模航模的數控加工解決方案也是下一步的研究內容。

6、結束語

三維CAD為航模創新提供了技術平臺，利用三維設計軟件可進行結構設計、強度分析以及優化設計。三維建模平臺的搭建對于縮短設計周期、降低開發成本具有積極重要的意義，同時三維平臺也是國家信息化的基礎工程之一。

參考文獻

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