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基于CREO参数化建模建立明式家具零件库(一)

2017/8/9    来源:互联网    作者:刘可洋      
关键字:族表  明式家具  自下而上  尺寸驱动  模块化  
明式家具在现代的传承陷入危机,一方面是由于其价格的昂贵以及生产工艺的复杂性,再者就是由于其手工艺制作技法未能很好地承接到现代生产方式之上。明式家具的榫卯构建特色为其精髓,同时具有模块化特征。CREO软件的族表功能可针对其模块化特征进行零件库的建立,满足其特征结构相同、尺寸不同的特点。为了能够满足明式家具的现代化生产,研究出综合榫卯结构参数化特征与参照特征建模方式为一体的系统,通过自下而上的建模方式对零件库进行整合,最终通过建立龙风榫零件库来证明。

    一、CREO参数化&自由曲面建模在计算机辅助工业设计中的优势

    计算机辅助工业设计(实体三维建模)始于20世纪70年代。起始阶段的绘图元素只有直线、曲线,直至后期发展出如昆式嵌面(见图1)、B样条曲线(NURBS,见图2)、贝塞尔曲线(Bezier,见图3)等元素用于复杂曲线及曲面设计。

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    发展至今计算机辅助工业设计已经呈现出百花齐放的状态,如美国Robert McNeel&Associates开发的基于NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines,非均匀有理B样条曲线)建模方式的Rhino软件;Discreet公司开发的基于网格建面方式的3DMAX;包括Studio/paint、Design/Studio、Studio、Surface/Studio和AutoStudio等5个部分的Autodesk Alias Automotive,可创建高质量的曲面模型,包括A级曲面,使用单跨距贝塞尔曲线几何图形或多跨距非均匀理性B样条曲线几何图形。除此之外还有Sketchup、Solidworks、MAYA、NX、CATIA、圆方等三维建模软件,其中参数化建模软件有SolidWorks、CATIA、NX。

    PTC公司(美国参数技术公司)于2010年10月推出CREO设计软件包,将Pro/ENGINEER、CoCreate和ProductView整合后重新分发。Pro/ENGINEE是一款将产品几何模型化,最终分解为有限数量的构成特征,其中每个特征都可以用有限参数完全约束;CoCreate是一款快速、轻松的三维软件系统,它提供3DCAD和2DCAD、CAE以及集成的产品数据管理PDM);ProductView是一款可查看PTC旗下的各种三维数据,同时还可查看200余种文档类型的软件,还可实现测量尺寸、标记等工作。整合后的软件系统将建模、参数管理、模型预览集为一体,用户可按需安装不同软件模块,现在多利用于产品设计、制造行业。

    CREO最为革命性的改变是其将参数化建模与ISDX(interactive surface designe xtension,自由曲面设计)进行了整合。熟悉工业产品设计的人员都应当了解:如上文提到的可将产品几何模型化的Pro/ENGINEER目前并未广泛使用,小产品行业多用Rhino;橱柜行业多用3DMAX;汽车行业多用Alias。这3款软件都有如下特点:①可快速表现产品;②已经建好产品不允许由尺寸驱动修改模型;③所建产品不可直接开模。结构工程师多用Pro/E、UG等工程软件,以上3款软件不可与结构直接对接。

    笔者于2014年在厦门松霖集团负责一项花洒项目(见图4),深灰色外表面为产品外壳,由工业设计部负责,内部为产品结构,由结构设计师负责。内核为公司核心技术,外观设计要根据其尺寸要求将内核包裹,同时要通过外观来体现产品的功能特色。此款产品的设计方式为:在结构工程师已经设计好的结构外合理地包裹一层外壳,除却通过外观表现产品特色外还需要满足产品的正常开模、产品外壳与内核的间隙等条件。笔者将设计方案发送给结构工程师后,后者会按照相关要求对产品抽壳并排布相加强筋等相关结构。花洒项目期间工业设计师通常要对外观进行若干次微调。如果使用上文提到的Rhino、3DMAX、Alias3款软件,修改模型几乎要对模型进行重建,但CREO提供了模型树功能(见图5),如果修改先前设定的参数,只要逻辑合理,后面的参数即可自动生成。

    二、明式家具的模块化特征

    明式家具可分为椅凳类、桌案类、床榻类(脚踏)、柜架类以及其他类。根据王世襄先生在《明式家具研究》中的介绍,明式家具有诸如龙凤榫、走马销、枨子、揣揣榫、楔钉榫等构件,同一构件可见于不同家具中。具体特征可概括如下。

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    图4 花洒项目局部

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    图5 CREO中的模型树

责任编辑:张纯子
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