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基于ProE的CRH3动车组三维设计

2016/6/2    来源:互联网    作者:王潇芹  梅元贵  许建林      
关键字:三维设计  Pro/E  CRH3  
介绍了三维设计软件Pro/E的特点,阐述了自顶向下的设计方法和骨架模型的运用,以CRH3动车组为例,介绍了运用该理念进行三维设计的思路、步骤和建模过程。该设计方法可实现并行优化设计的目的,并且具有效率高形象直观的特点。

0 引言

    三维设计技术的迅速发展以及由此带来的设计理念的更新与变革是计算机辅助设计(CAD)技术最为显著的成就之一。目前,三维CAD技术已经广泛应用于工程设计的各个领域,它的应用可以大大缩短工程设计周期,降低设计成本,避免设计偏差导致的大量资源浪费和工期延误。

    采用计算机辅助设计/计算机辅助制造/计算机辅助工程分析(CAD/CAM/CAE)已经成为各设计和制造企业增强竞争力的核心手段。而三维设计作为一种先进的设计方法和设计理念,具有可视化好、形象直观、设计效率高等特点,具有众多二维设计不可比拟的优点。我国的铁路行业已经广泛地开始采用三维软件进行列车的设计和制造以及工程分析。本文将介绍Pro/E三维设计软件在CRH3动车组设计中的应用。

1 Pro/E 设计软件简介

    Pro/E(Pro/ENGINEER操作软件)是美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation,简称PTC)的重要产品,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广,是现今最成功的CAD/CAM软件之一。该软件具有以下特点:

    1)全参数化。所有的几何信息由参数驱动,参数化使零件的设计修改变得方便易行。

    2)全相关。Pro/E使用了单一的数据库,所有模块都是全相关的。在产品开发过程中某一处进行的修改,能够扩展到整个设计中,同时自动更新所有的工程文档,包括装配体、设计图纸,以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改,却没有任何损失,并使并行工程成为可能,所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。

    3)基于特征的实体建模。Pro/E采用基于特征的实体建模技术,零件由许多特征构造而成。这使得软件的设计思想与工程师的设计思路完全吻合。

2 CRH3动车组三维设计

2.1 CRH3动车组简介

    CRH3动车组是中国北车集团在德国西门子ICE3/VelaroE成功开发的基础上,适应中国的客运需求进行适应性优化设计而来的,它继承了ICE3/VelaroE高速电动车组的高新技术,并根据技术的发展趋势进行了改进。CRH3动车组总长约200m,头车长度为25.70m,中间车长度为24.825m,车体宽度3.265m,车体高度为3.89m。

2.2 CRH3动车组三维设计思路

    优秀的三维设计不仅仅是一种设计方法,更是一种理念、一种创新的能够兼顾全局且为后续的修改、制造、工程分析以及并行工作提供便利的设计思路。软件的选择在优秀理念的运用中也起着非常重要的作用。Pro/E作为占市场份额最大的三维设计软件,在产品设计和管理方面有着其他三维设计软件不可比拟的优势。此次CRH3车型设计采用自顶向下的设计理念,运用骨架模型进行设计,充分发挥了Pro/E在此方面的优势。

2.2.1 自顶向下的设计方法

    传统的产品装配大多以零件几何模型为基础,从零件模型构建装配模型,称为自底向上的装配方法。然而对于大型的设计而言,这种思路并不可行。例如,CRH3动车组,单就头车外观而言,零件数目就达成千上万。如果先把这些零件一一设计好再自底向上地进行装配,不仅装配思路繁杂、而且零件装配关系之间互相依赖,前期的并行工作有很大的难度,后期的修改也非常不易。因此,在实际的设计过程中,要用到自顶向下(TOP-DOWN)的设计方法,即设计人员首先构建产品的整体框架(总装配),然后在各层次加入对应的零件,再进行零件的具体特征的造型,即按照组件※零件※特征的顺序进行设计。自顶向下设计方法的优势在于既可以管理大型组件,又能有效地掌握设计意图,使组织结构明确,更能在设计团队间迅速传递设计信息,达到信息共享的目的。

2.2.2 骨架模型

    大型复杂的装配设计,对其进行系统的组织管理是相当重要的。在Pro/E中,使用骨架模型(Skeleton Model)来承载定义组件的接口、零件组装的空间等重要设计需求的工具。本次设计采用图1所示装配树结构,可以清楚地看出骨架的位置。

图1 装配树与骨架

图1 装配树与骨架

    图1所示结构中,在顶级组件下建立“顶级组件骨架”文件,该骨架文件是一个特殊的零件模型,它包含的信息仅仅是一个3D布局。也就是“组件1”、“组件2”等的安装布局。而“组件1骨架”又包含的是“组件1-1”、“组件1-2”等的3D布局信息。这样从顶层的设计入手,一级级应用骨架模型控制下一级的组件,向下展开设计,直至最后一级全部为零件。同一级别下的各组件(零件)只和相应的骨架模型发生装配关系,相互之间一般不存在父子关系,相对独立,比如修改或者删除“组件2”都不会对“组件1”产生影响。如果在后续的设计中发现各子组件的装配位置需发生改动,则只需修改骨架文件中的3D布局即可。骨架模型对同级的组件设计具有完全的掌控能力,成为实现产品自顶向下设计信息沟通的桥梁,为复杂产品的并行设计和后续的修改提供了一切实可行的建模方案。尤其对于大型产品设计而言,Pro/E提供的骨架模型起着至关重要的作用。因此,CRH3动车组的设计就以图1所示的结构为思路入手,整车作为顶级组件,逐层向下设计,确定各层次纵、横向的布局,搭建起一个庞大的CRH3动车组结构树,因为采用骨架模型传递和掌控组件之间的相互关系,所以修改工作也简易可行。

责任编辑:屈婷婷
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