CAXA三維CAD在產品創新設計中應用探究

趙曉山

摘 要：CAXA實體設計采用了創新設計的思維方式，拖放式的三維造型，獨特的三維球編輯工具，構形靈活且便捷；它擁有強大的設計功能和完善的造型手段，可在同一視窗下完成產品的零件、裝配、鈑金、動畫、渲染等設計和產品的有限元分析。文章根據自己幾年來使用CAXA實體設計軟件完成新產品開發中的經驗進行了淺略的探討。

關鍵詞：CAXA實體設計；三維建模；產品造型；創新設計'

產品創新設計是一個知識重用、由粗及精的過程。就一個產品的設計而言，80%的內容來自對已有設計方案的借用和重組，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新。創新設計需要“發散式”思維，需要自由自在、無拘無束地馳騁在想象的空間，根據靈感與經驗，以最簡易、最快捷的方式捕捉并迅速表達出來，并對設計的任意部分或過程不斷進行編輯、修改、細化、琢磨，自頂向下、自底向上、由里及外、由外及里、由粗及精、反復迭代，直至得到滿意的設計結果，并實現后續的開發應用。

1 使用傳統CAD軟件進行產品創新設計的弊端

傳統CAD系統主要針對產品二維工程圖樣的繪制與零件的3D建模，缺乏對產品創新和設計的足夠關注和有效支持。如不能在裝配環境下直接獲得造型數據與信息進行結構設計，使得交互頻繁、輸入數據量大，造成操作步驟繁雜、不易學習等問題；不能將零件模型與裝配模型直接關聯，使得模型復雜、維護困難且不能有效地解決概念階段的零部件布局、連接與配合關系定義等設計；缺乏國標、國家和行業標準的三維參數化標準件庫支持；缺乏具有行業特色的方便、快捷的造型工具和特征庫。

傳統三維CAD在功能上主要著眼于產品設計階段，（如Pro/E、UG、CATIA、SolidWorks等）要求設計者在開始設計工作之前必須在頭腦中先有一個清晰的模型輪廓，然后從二維草圖開始，按部就班地利用拉伸、旋轉、掃描、放樣等特征工具依次構建各個實體（零件），最后成型產品模型。但事實上，產品創新設計過程并不是這樣的，設計者并不可能預先憑空想象好、想清楚要做的創新產品究竟是怎樣的形狀和結構，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把產品“設計”完成了，那么再使用CAD意義就不大了。

2 CAXA三維CAD在產品創新設計中的應用

CAXA三維實體設計是一款具有我國自主知識產權的知名品牌軟件，其是以產品創新、網絡協同和應用集成為突出特征的面向行業與過程的獨特三維數字化設計系統，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建出產品模型。CAXA實體設計以其良好的界面，完善的功能以及簡便的操作贏得了廣大設計者的贊許，其設計符合國情、國標，使設計者處于愉快、輕松、活潑的環境下，能激發創作靈感，能充分調動其產品創新的主動性和積極性，在保證產品質量的同時，大大縮短了產品的設計周期，并確保設計意圖貫穿于產品開發的全生命周期。

CAXA實體設計支持產品的創新設計過程，它為產品創新設計提供了強大的三維環境和方法：

（1）CAXA實體設計提供了豐富的三維設計元素庫，方便的拖放式建模方法和編輯方法。設計者可以直接從設計元素庫中拖放標準圖素以生成三維實體，像搭積木一樣進行構形設計，通過對點、線、面等的智能捕捉實現對特征尺寸、輪廓形狀和獨立表面位置的動態、精確、直觀操作。也可以對拖入的圖素進行編輯（如圓角過渡、邊倒角、邊拔模、抽殼等）以生成較為復雜的三維實體，還可以基于二維草圖利用拉伸、旋轉、掃描、放樣等操作創建三維實體。

（2）CAXA實體設計擁有獨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、鏈接和陣列三維對象；利用包圍盒工具可以方便地對三維對象的形狀和尺寸等進行精確修改。

（3）CAXA實體設計軟件打破了傳統三維CAD軟件單一設計思維的制約，它支持雙設計模式（協同創新設計模式、工程設計模式）。工程設計模式基于全參數化設計，兩模式結合使用可以使模型的編輯、修改更為方便，以達到最佳的造型效果。同時它也符合其他大多數CAD軟件的操作習慣和設計思路。

（4）CAXA實體設計軟件無縫集成了CAXA電子圖板作為二維設計環境，設計者可以在三維設計環境中直接讀取工程數據，并在其中瀏覽、創建、編輯和維護現有的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實體設計軟件的二維、三維的關聯性，設計者可以根據設計好的三維實體模型直接生成所需要的二維工程圖。

（6）對于外形比較復雜的產品模型（如汽輪機葉輪、汽車車身等）而言，單純靠實體設計工具來創建是非常困難的，為此CAXA實體設計還提供了豐富的曲面設計工具。曲面設計的關鍵是用3D曲線搭建線架構，然后在線架構的基礎上利用各種曲面生成方法獲得所需曲面，再由各個曲面構建出三維產品模型。

（7）CAXA實體設計提供了強大的鈑金件設計功能，設計者可以利用“鈑金”設計元素庫中的板料、彎曲板料、向內折彎、向外折彎、卷邊、散熱孔、通風窗等鈑金件智能圖素，設計出自己所需要的鈑金件模型。

（8）CAXA實體設計提供了為更好展示產品外觀效果的渲染功能。設計者可以對產品的顏色、紋理、表面光澤、材質，以及環境、光源等進行設置，從而使產品模型更具真實感和表現力。

（9）CAXA實體設計提供了一系列“動畫”設計元素，我們可以用運動仿真展示設計，并輸出成AVI視頻文件。例如，我們可以為設計好的曲軸連桿機構設計運動仿真動畫等。動畫設計功能在新產品的設計、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實體設計集成了著名的ALGOR有限元軟件的基本功能模塊，可以對零部件進行線性靜力學等方面的有限元分析，幫助設計者發現設計錯誤，避免設計缺陷，優化產品性能。

總之，CAXA實體設計軟件是具有國際水準的三維設計軟件，他把美國的最新專利技術和CAXA多年來在CAD/CAM領域的經驗積累相結合，可以幫助設計人員在三維空間直接進行產品構思和創意，并能輸出廣告效果的圖片與動畫。由此它被業內專家譽為“CAD技術領域的唯一突破”，是企業參與國際化競爭和新產品開發的有效先進工具。

參考文獻

[1]呂志杰，范文利，張蔚波.CAXA實體設計2009行業應用實踐[M].機械工業出版社，2010.

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