淺析三維數字化設計軟件PRO/E在設計工作中的應用

武全英

[摘 要] 因數字化技術的發展和應用以及中國制造2025的發展需求，三維設計軟件越來越顯示出其強大的功能，給設計者和制造者帶來極大的設計及制造便捷。PRO/E 作為三維設計軟件中的一種，有其獨特的功能和技巧，能極大地提高設計效率，讓設計工作變得更加簡捷。將對在實際工作中及教學過程中所應用的相關功能做一介紹。

[關 鍵 詞] 三維設計軟件；PRO/E；設計工作

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）34-0188-02

“工欲善其事，必先利其器”。有了更好的設計工具，工程技術人員在更短的時間能完成高質量的產品。隨著數字化設計技術的發展，三維設計軟件得到前所未有的廣泛應用。PROE 作為三維設計軟件中的一種，有著強大的功能，能極大地提高設計效率，讓設計工作變得更加快捷高效。

一、PRO/E軟件簡介

PRO/E是美國參數技術公司（Parametric Technology Corpora-tion，簡稱PTC ）的重要產品。在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，并作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業界的認可和推廣，是現今最成功的CAD/CAM軟件之一。

PRO/E軟件主要包含四大功能，即三維建模功能、輔助制造功能、模具設計功能、失效分析功能。其中包括參數化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色實體或線框造型棚完整工程圖產生及不同視圖（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉）。采用這種手段來建立形體，對工程師來說更自然、更直觀，這種設計極大地提高了設計者的效率。

二、PRO/E軟件的主要功能

傳統的計算機輔助設計軟件主要是提供方便的設計工具用以輔助設計，缺乏分析問題和解決問題的能力。近幾年來，為了克服計算機輔助設計的不足，人們將人工智能和專家系統技術應用于計算機輔助設計系統，進行了智能計算機輔助設計系統的研究，PRO/E軟件具有很強的三維建模功能，能充分體現概念設計的要求。很顯然，概念設計是整個設計過程中最重要的一個階段，這一階段是設計創造性最為集中的部分，這一部分與問題的表達和理解正確與否，所提方案的優劣以及評價和決策的適當與否等有關，它決定了最終設計的特色、水平和效益。傳統的二維CAD系統起源于計算機圖形學，其智能定位于圖樣繪制，沒有從本身的需求來考慮，大多數停留在電子圖版的水平。設計者用二維CAD系統來記錄設計結果，設計活動只存在設計者的頭腦之中，有很大局限性。比如，不支持設計的全過程，只能完成繪圖工作，缺乏智力性，只記錄幾何數據，缺乏語義信息，不能有效表達設計意圖。

PRO/E軟件能較好地完成零部件的三維造型，三維造型常用以下方法：（1）對形狀比較規則的簡單零件，利用三維軟件自帶的標準幾何體（方形、圓柱、圓管、圓錐和球）庫，直接生成零件實體，如方板、光軸、軸套等。（2）繪制最能反映零件基本特征的幾何草圖，經拉伸、旋轉生成三維實體。（3）沿路徑配置的二維幾何圖形經掃描，生成曲面形實體。（4）從草圖入手建模設計者根據設計的要求用手勾畫出理想的結構形狀，然后賦予每一條曲線以尺寸約束或幾何約束，使曲線按照設計者的意圖去更新交換，生成參數化特征的實體建模。從草圖入手建模很容易實現參數化、標準化、系列化設計，是最理想的建模方式。

三、PRO/E特色功能在設計工作中的應用

PRO/E本身具有太多的功能，下面就其中三方面做一下闡述。

（一）零件、組件、工程圖實時更新，改一處數據實現全動，使用特殊方式實現聯動，節約時間，提高效率

通常設計產品的時間相對較短，但修改的時間可能是真正設計時間的幾倍。例如，傳統二維計算機輔助軟件。一個復雜產品有幾百張二維圖紙，其中既有零件圖紙又有組件圖紙。如果其中幾個零件或者部件由于結構或者尺寸更動，我們需要把每張涉及的圖紙都進行更正。如果更改多次的話，相信每個工程都會崩潰。PRO/E完全可以解決這個問題，由于其遵循數據的唯一性，所以改動一處數據，其零件本身就會進行改動，其對應的組件及工程圖自動更新到想要的結果。同時針對結構固定的組合組件來說，可以通過拉伸到指定面或者利用關系式的功能，實現只要是更改某一個尺寸數據，其他零件的尺寸也相應變化，零件間保持著固有的關系。這樣能大大節省我們的時間，提高設計效率。

（二）自頂向下設計，實現骨架改動整體模型聯動

自頂向下的設計方法是在產品整體設計階段的最初，就定位在產品系統構成的最高層面來考慮產品的總體設計和功能性設計。這種方法是從產品構成的最頂層開始，把組成整體的部件當作系統的一個零件來考慮，并根據其在產品中的相互位置關系、所起的作用和實現的功能等，建立產品構成的二維布局和相應的骨架。PRO/E軟件的參數化驅動功能，能把捕捉建立的設計信息帶到產品構成的在下一個層面以及后續的單個零部件設計過程中，通過對初期設計信息的修改和補充，軟件系統能自動完成后續相應零部件的更改工作，實現產品整體的參數化驅動。其設計特點如下：（1）在產品設計的中心層面上集中地建立重要的設計信息，拓展設計師的思維面，便于產品結構的優化。（2）把部件當成產品系統的零件來考慮，便于全新產品的開發和開展標準化。（3）捕捉設計意圖，建立設計約束，很方便地進行后續零部件的詳細設計和整體模型的參數化

其整個過程大體分為如下幾個部分：

1.概念設計，定義產品布局

在布局中，我們根據上層的需求，合理規劃空間分配，根據客戶的需要勾畫出產品整體；在布局中，我們可以利用2D草圖和3D模型，還可以運用動畫。

2.定義產品初步結構

根據布局及產品整體情況，可以將產品結構劃分為幾大部分，每個大的部分可以繼續細分為小的部分，依次類推定義產品初步結構。

3.捕捉設計意圖（建立骨架）

骨架模型是裝配的框架，是3D 的layout. 在每個裝配中只有一個骨架。用于定義產品結構、位置、空間需要。

使用骨架模型的好處：集中了產品設計的設計信息，簡化了裝配的創建，清晰了裝配關系，協助創建不期望的父子關系，允許以任何順序轉配元件。

4.總裝配，零件的詳細設計

工程師接收到骨架模型的復制之后，根據所接受的骨架部分進行詳細設計。此時需要嚴格按照所接受部分的骨架進行空間及接口控制，將零部件進行創建。我們設計的每個步驟，在總裝配中都是實時更新。更受益的是，當我們因為方案更改需要將骨架模型進行調整的時候，不需要所有工程師對所有相關部件一一進行修改，而只需在總裝配中將骨架模型調整，其他所有零部件都按照骨架修改而自動更新。

由此可見，自頂向下設計有著無比的優越性，能大大提高我們的效率，節省設計時間，加快產品推向市場的進度，更早地占領市場。

（三）3D注釋

我們讓車間或者外協廠家制作零部件，通常都是提供二維工程圖。設計好三維零件后對應出其工程圖，如果外協廠家或者車間工藝部門也應用PRO/E軟件，那么可以直接在三維零件的上面進行注釋，直接觀察三維立體注釋，進行生產。這些注釋信息可以包含2D-3D符號，表面光潔度，幾何公差和尺寸。工程圖上所需要表達的信息都可以在三維零部件上直接表示。這些注釋特征可以關聯到模型幾何上，能隨著模型旋轉、放大、縮小和移動。

這些注釋，還可以通過專門的層來管理。需要觀察的時候，我們將相應層按鈕打開。不需要顯示的時候將對應層關掉。通過這種方式，看圖更加方便直觀。從視圖我們能非常方便地看到具體實物是什么結構，每處的具體尺寸及加工要求等都一目了然，看圖更加方便。也能減少我們看圖時間，避免理解錯誤。如果需要，圖示在三維模型上的注釋的信息在工程圖中也能自動顯示出來，避免重復勞動。

四、結論

本文主要分析了PROE軟件相對傳統二維軟件在很多方面的優勢。同時又結合筆者在工作設計中針對PROE某方面功能進行了相關闡述。在現在設計時間要求越來越短、工作壓力越來越大的情況下，怎樣能避免重復性、不必要的勞動？掌握正確的設計方法能讓我們集中主要精力進行創新設計，對提高設計效率、創造更大價值有著至關重要的作用。

參考文獻：

[1]謝晁北.solidworks2007中文版機械設計與典型范例[M].北京：北京電子工業出版社，2007.

[2]孫小撈.PRO/ENGINEER Wildfire 2.0中文版教程[M]. 北京：人民郵電出版社，2007.

[3]樊旭平.PRO/ENGINEER標準教程[M].北京：清華大學出版社，2009.

Abstract：In view of the development and application of digital technology and the development requirements of Chinese manufacturing 2025， three-dimensional design software is increasingly showing its powerful function，which brings designers and manufacturers with great design and manufacturing convenience and efficiency.PRO/E as a three-dimensional design software， has its unique features and skills，can greatly improve the design efficiency，so that the design work becomes more simple.Here on my own work in the actual process and the application of the relevant functions to do an introduction.

Key words：3D design software；PRO/E；project work