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MBD产品设计中的三维元器件装配设计方法研究

2017/1/20    来源:互联网    作者:丁来军  张瑜      
关键字:三维元器件  基于模型的定义  装配件设计  
根据三维元器件研究现状,分析了建模方法,并提出了一种基于NX、Mentor、Teamcenter8的三维元器件模型建立方法。该方法针对多个设计系统,对参数建模方式和接口技术进行了开发,从而方便了属性的传递,并能够实现整体快速驱动。选用基于中间件接口的三维装配设计方法,能够快速建立零件间参数关联,并同时兼顾整体协调的要求,在一定程度上提高了电路三维装配设计方法的通用性和设计效率。实例运行表明,本设计方法能充分利用已有产品资源,具备很好的通用性和灵活性。

    在产品设计中,结构设计和电路设计是2个很重要的设计环节。电路设计一般采用EDA软件实现,侧重于电气性能、信号完整性、线路布局设计,对元器件的几何特性只提供大致二维信息,一般不提供电路板的三维模型。结构设计一般采用CAD工具软件,特别是现在结构设计贯彻MBD设计语言,不再使用二维图纸表达,而大量采用三维模型表达产品结构布局、部件内部各组件位置、空间、质量等的分配与调整。结构设计、电路设计两者往往各自按照总体的设计要求自顶向下进行设计,这种情况下,结构件和电路板之间可能会产生干涉冲突。

    (1)产品内部空间有限,设计完成的电路板选定元器件装配后,可能造成板间元器件布局不合理,无法事先评估板间元器件电磁干扰、热效应与振动效应等问题。

    (2)当前电路板设计工具软件多采用二维设计方法,不提供电路板及其元器件的三维模型。若要在结构分析中看到电路板的外形,传统的方法是在结构设计中绘制电路板,以及其上的元器件三维模型,然后再完成结构分析,造成了重复工作。

    (3)不采用结构样机,而靠物理样机来解决结构设计和电气设计之间可能的干涉问题,会使产品设计的周期延长、风险增大、投入提高,已不适应当今产品的开发模式。

    MBD(ModelBased Definition)技术是以三维模型为载体,产品的所有相关信息都能关联到产品模型中,基于模型的产品定义,打破了结构设计和电路设计两大设计领域直接的数据壁垒,模型按照MBD设计要求建立,以参数驱动三维元器件模版尺寸,同时赋予元器件及PCB版的材料信息,从而实现电路板模型质量、仿真分析对最终产品的影响。三维元器件装配将NX、Mentor、Teamcenter8 3种已有的商品化软件融合在一起,实现了结构样机的电子三维结构模型建立,主要功能包括三维电子元器件快速建模、三维元器件模型库管理、电路板和元器件三维模型的自动装配等部分。

    系统在NX、Teamcenter8环境下运行,数据处理结果由Teamcenter8统一管理,同时需要与Mentor系统进行元器件及电路信息数据交换、与ERP系统进行物资编码信息同步自动更新。

    三维元器件装配实现了具有用户权限控制的参数化三维电子元器件快速建模工具,建立并维护了装配用三维电子元器件模型库;实现了NX与Mentor元器件库接口,系统自动提取Mentor的电路板文件和电子元器件的三维模型进行自动装配,并生成了正确的EBOM结构,在此基础上实现了已装配电路板的干涉检查、重量分析、模态分析模块。图1所示为元器件三维模型和电路板组件装配模型示意图。

    三维元器件装配建立在机电结合基础上,是一种跨学科应用系统。它既面向产品电路EDA设计,又统筹融合现有基于PDM系统的结构设计,同时实现了与ERP系统的信息集成,是结构样机电路系统建模的突破。经调研,三维元器件装配实现的多系统协作集成,在国内处于领先地位。

图1 元器件三维模型和电路板装配模型示意图

图1 元器件三维模型和电路板装配模型示意图

1 三维元器件装配设计

    根据结构样机组成全、信息准的需要,贯彻基于模型的定义(MBD)设计思想,以Teamcenter8为实施平台建立三维元器件库,按优选元器件范围建立模型并纳入库中进行管理,利用Teamcenter8的Inclass模块对资源进行分类显示。通过建立统一的、通用的优选资源库能够减少设计中的重复工作,缩小物资选用范围,同时设计中能够生成包含物料代码的完整EBOM,为批产后物资采购等工作打下基础。

    三维元器件装配主要包括三维元器件参数化建模、三维模型库的创建与管理、电路板三维模型的自动装配等部分。在Teamcenter8和NX环境下运行时,需要与EDA设计系统进行电路板信息数据交换,与ERP系统进行物资编码信息的同步自动更新。三维元器件装配建立独立的元器件模型库,在PDM、NX、Mentor等现有软件的支持下形成独立的软件系统,系统体系结构如图2所示。

图2  三维元器件装配体系结构图

图2 三维元器件装配体系结构图

责任编辑:马倩
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