卡车三维参数化总布置设计系统

基于Pro/ENGINEER的卡车三维参数化总布置设计系统

摘要：介绍了在建立零部件图形库、底盘参数数据库、底盘设计标准库的基础上，通过Pro/ENGINEER软件进行二次开发建立的集成于Pro/ENGINEER环境下的卡车底盘参数化三维总布置设计系统。该系统的研制在一定程度上实现了卡车底盘的虚拟设计与虚拟开发。详细阐述了系统开发的基本原理和主要方法。

关键词：卡车总布置计算机辅助设计参数化

1 引言

产品设计通常可以分为创新设计和变型设计两类，在机械、汽车行业中，创新设计较少，大量的是变型设计，也就是在原有产品的基础上，按市场需求进行局部换型和调整、重组。变型设计的实现过程可以最大限度地利用企业已有的成熟产品资源，具有很强的灵活性和适应性，这也就要求企业实施平台化战略。

卡车是一种多品种、多系列的产品，新技术、新产品日益广泛的应用使得卡车的底盘的更新和换型周期不断缩短。卡车性能主要取决于底盘，卡车底盘设计制造水平的不断提高是卡车行业赖以发展的基础。同时，底盘作为平台战略的主要对象，它的快速设计与开发对企业产品平台化战略的实施也必将产生积极的作用。

车辆的总布置是整车开发的基础，其水平对整车产品质量和性能起决定性作用。现惯用的是二维平面方法，它要求总布置人员素质要高，必须对产品零部件相当熟悉且总布置工作必须做细，总布置过程当中要基本完成全部部件的布置，

部件设计人员不独立进行部件的布置。这种做法的优点是总布置人员站在整车的高度全局统筹考虑，一般不易发生由于部件之间缺乏沟通造成的干涉等矛盾；缺点是要求总布置人员具有相当丰富的专业知识和经验并且对各种繁杂的产品具有较深入的了解，对零部件掌握程度高，否则由于部件人员介入晚，一旦总布置出现问题极易影响开发进度和质量。

针对汽车总布置的性质和特点，结合企业实际，以大型CAD/CAE/CAM三维软件Pro/ENGINEER为基础进行二次开发，研制了卡车底盘总布置设计系统，同时采用部件设计人员参与部件布置、总布置与部件布置相结合同步进行的开发思路，使该系统操作简单，设计过程直观、高效，适用于轻卡底盘变型设计与开发。

2 Pro/ENGINEER软件

Pro/ENGINEER是美国PTC公司（Parametric Technology Corporation，参数技术公司）开发的三维造型设计系统，它以单一数据、参数化、基于特征、全相关性以及工程数据再利用等改变了传统机械设计的观念，为工业产品设计提供完整的解决方案，成为当今世界机械CAD领域的新标准，广泛应用于造型设计、机械设计、模具设计、加工制造、机构分析、有限元分析及关系数据库管理等各个领域。Pro/ENGINEER复合式建模工具较之纯参数化的系统更灵活和自由，可以有效利用已有的产品模型数据并充分发挥其在新产品设计中的价值，特别是其自顶向下的设计思路，运用Layout和骨架来传递和交流设计意图，大大提高了设计效率。Pro/ENGINEER软件还提供了强大的装配功能，包括定义不同零部件之间的位置约束关系，生成爆炸视图，进行零部件之间的干涉检查，并计算装配体的距离、总重、重心等各种物理属性等。

3 底盘总布置设计系统基本结构

图1为卡车底盘总布置设计系统基本框架结构。

4 三维参数化总布置的实现

4.1 基础环境建立

（1）硬件设施。局域网基础上的高性能PC机或工作站，主服务站（总布置）对硬盘、内存、显卡等要求要高。

（2）软件设施。具备Pro/ENGINEER产品中Pro/ENGINEER、Pro/ASSEMBLY 等模块，可进行三维建模、CAD转化、曲面、骨架等功能支持。

（3）功能模块的配置。根据不同用户分Pro/ENGINEER的功能模块。

（4）工作目录环境设置。设定服务区域及模型存放位置。

（5）建立零件标准启动模板。使各用户的零件特征具有一致性。

（6）建立装配标准启动模板。在同一环境下的装配实现。

（7）配置统一使用环境。对长度、密度等配备同一基准。

（8）配置统一绘图环境。设定可以输出生产用图的背景，包括图框、符号库等。

（9）标准件、常用件、汽标件、厂标件整理。自动调用已存在的零部件库及标准件库。

4.2 明确设计任务，界定关联范围

根据设计任务书的要求和各零部件的分组情况，确定各自部件，为模块化建立基础。

4.3 导入主产品结构定义及骨架模型建立方法

根据各总成间的构建情况，设定传递接点和要素，用以控制设计意图在各系统间的传递，同时为骨架传递确定初步要素。同时建立整车基准坐标系和各总成坐标系，各总成坐标系与整车坐标系可无关联联系。如图2所示。

图2 建立整车基准坐标系和各总成坐标系

4.4 约定(Conventions)

在设计之前仍需对整个过程进行约定，包括对象(Object)的文件命名约定、产品库与标准库中典型的对象类型、库文件夹结构、角色（Roles）和授权（艾俊路桂婷（北汽福田汽车股份有限公司）izations）等的约定，以及诸如采用标准化的格式、记录本人的工作任务、接受信息来源、输出信息方向、变更的影响范围等等，以使项目的组织管理及设计过程的了解有据可考。设计流程、任务范围界定、任务描述由各系统的设计人员在未开始设计之前，先静下心来，描述自己在该项目中的角色，设计内容，与周围的信息交流内容和形式，并将其记录在文档中，存档于数据库，同时与所设计的子系统相关联，有利于理顺设计思

路，流畅设计过程，便于后续自顶向下设计方法的开展。同时为后续新项目的快速启动奠定基础。

4.5 零部件三维参数化模型

传统的设计过程中，原有的几何模型是设计者用固定的尺寸值得到的，零件的结构形状不能灵活地改变，一旦零件尺寸发生改变必须重新绘制相应的几何模型。所谓参数化设计即以一定量的参数控制零件的几何模型，通过修改参数而改变几何模型，从而改变零件的结构尺寸。利用参数化技术进行设计时，图形的修改非常容易，用户构造几何模型时可以集中于概念和整体设计，因此可以充分发挥创造性，提高设计效率。我们知道卡车产品一经定型，在其众多系列变型产品中，一些零部件的结构基本不变，通常都是个别的地方有所改动或改变总成的位置更换总成，如切换发动机、变动轴距等.在原车基础上进行变型车设计能充分体现出参数化的优势。卡车底盘总布置设计首要任务是确定底盘各总成的基本结构型式和空间大致位置，在只考虑零部件主要尺寸的前提下进行总成及零部件的空间位置及基本结构参数的动态修改。为此，首先必须抽取各零部件的总体参数，即与总布置有关的基本结构参数，如表征零部件外形轮廓的长、宽、高等的尺寸，零部件的定位基准等，通过这些总体参数控制零部件的简化模型，进行变量化、参数化设计。在底盘装配时，通过修改相应参数就可以实现汽车零部件的快速布置和基本结构尺寸的动态修改，这个用Layout来进行总布置的方法是卡车参数化总布置所要达到的一个目标。

4.6 卡车参数化设计模型的控制点