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1、如何利用 3D CAD改进产品设计的关键方面作者：Rick ChinSolidWorks Corporation产品营销和创新部主管 产品设计师致力于创作出一流的创新型设计，并将该设计转化为利润可观的产品。看到自己的设计陈列于商场之中，或者了解到客户将自己的设计作为主流解决方案采纳都会让设计师从中获得极大的满足感。然而，在当今的产品开发环境中，要实现这样的目标已愈发困难。在时间和成本的双重压力下，许多设计工程师匆忙应对，目标仅仅是将工作完成即可，在慌乱中遗失了可贵的创造力和洞察力。 即便环境如此严峻，只要专注于对解决方案的改进最为关键的因素，并利用各种 3D CAD 工具来提升设计质量，设计师
2、仍能创作出独具创意的设计和成功的产品。对于所有的产品开发人员，应考虑的首要问题是：“出色设计包含哪些要素？”在产品制造方面，有句俗语是“更快、更好、更便宜、更安全”。然而在当前的环境中，就提升设计质量而言，其要求与俗语所言还存在一些细微差异。现在，设计师不仅需要考虑产品设计的外表、观感、操作性，还需考虑它的可制造性和可维护性。 可制造性设计 以更低廉的成本更快速地制造产品并不一定会使该产品变得更优秀，再新颖精美的设计，如果制造商无法从其制造中获得利润，该设计也不具有任何商业价值。可制造性设计将制造运作和工具开发纳入了概念设计过程，这是获得出色产品设计的基础。 让我们看看在 Trek Bikes
3、（威斯康星州沃特卢市）近期推出的 Trek Madone 公路自行车的开发过程中，可制造性所扮演的角色。该公司在制造对公差要求极高的自行车车架接合区域时，没有使用成本高昂的材料和专门工艺。相反，Trek 的制造专家利用 SolidWorks 3D CAD 和 COSMOSWorks 分析软件开发出新型的复合成型方法来成型这些区域，从而消除了一个制造环节，减少了材料用量，并使生产能力增加一倍有余。 设计师还可使用新的 3D CAD 工具来评估可制造性。SolidWorks 软件中包含 DFM（可制造性设计）Xpress，该软件可以识别模型的各个区域是否工艺复杂或制造成本高昂。模具开发和草图分析工
4、具可找出草图中难以成型的倒角和特征。SolidWorks Tolerance Analyst 可自动层迭公差，提供了用于解决公差问题的更为精确的方法。借助上述类型的各种 CAD 工具，工程师在将设计提交至制造部门之前便能消除制造问题。模块化设计的效率 出色设计的另一个特点是应用 3D 模块化设计技术。利用模块化的产品设计方法，工程师可对同一产品系列中的不同模型以及装配体内的不同模块自动套用相同的设计理念，然后再针对具体部分修改一个或多个变量（例如重量、尺寸、容量等）即可。 Modular Services Company（俄克拉荷马州俄克拉荷马市）使用 SolidWorks 配置功能来开发头部
5、传送和泵送系统，此类系统主要用于病患护理、手术室、特护病房和临床治疗。该公司经常需要对产品进行一些修改，例如移动服务、更改尺寸、添加特殊功能或增加强度等。在 SolidWorks 设计配置功能的协助下，该公司的工程师可通过原始基础设计创建所需的不同模块和配置，从而节约大量的时间和劳动。此外，工程师还可利用模块化设计从现有的成熟设计衍生出新的配置，从而实现产品质量的提升。推进设计性能 以前，增进设计性能需要进行大量的反复测试才能确定可能影响性能的设计变量。现在，工程师通过集成 CAD 的设计分析、模拟和验证工具即可获得同等级别的洞察力，并用以改进设计性能。 Zero Zone, Inc.（威斯康
6、星州 North Prairie 市）即是一个例子。该公司采用 SolidWorks CAD 和集成 COSMOSFloWorks 计算流体力学 (CFD) 分析软件来更深入地发掘其生产的商用冷冻柜和冷藏柜的物理特性、热效应和压缩空气流运作方式。除了帮助工程师设计维持在特定温度的柜体（冷藏柜是 40，冷冻柜是 -15）外，COSMOSFloWorks 还通过减少结霜现象、消除“热”点和“冷”点以及缩短解冻时间，帮助 Zero Zone 工程师改进产品性能。 其它集成 CAD 的分析工具（例如用于结构分析和热分析的 COSMOSWorks 以及用于运动学研究的 COSMOSMotion）可为工程
7、师提供必需的设计洞见，协助他们制造出更轻、更耐用、更坚固或制冷能力更强的产品。有了 COSMOSMotion 软件，工程师可对装配体执行动态分析，并使用这些结果来生成工作力和负载以用于结构分析。富有魅力的外表和符合人体工程学的观感 产品设计美学，即产品给予人们的观感或握持、坐下或躺下时的感觉，是出色设计中最为直观的方面，尤其是消费类产品。从手持电子产品到家具和用具，人们对产品的外表和观感愈加挑剔。而直到不久以前，要想获得流畅、充满曲线感的形状还高度依赖于专用的曲面工具。现在，这一切都可借助 3D CAD 系统的各种高级成型功能来实现。利用这些功能，工程师可制造出有机造型和复杂的曲面 这两点对于
8、产品的外表和观感尤为重要。 高级曲面功能尤其适用于需要符合人体工程学或需要与人类直接交互的产品。例如，LASCO Bathware, Inc.（加利福尼亚州阿纳海姆市）使用 SolidWorks CAD 工具来使浴缸的几何形状更贴合人体的曲线。LASCO 设计师使用 SolidWorks 曲面工具来创建沐浴装置的曲线和形状，并通过三个不同的成型相关工艺之一来制造：玻璃纤维强化工艺 (FRP) 在脱开的铸模表面喷上各种树脂胶衣和夹层；丙烯酸树脂工艺 使用真空模具将一薄层丙烯酸树脂吸入模具中；玻璃纤维浸渍树脂工艺 将一薄层玻璃纤维置于模具中，在加热加压条件下成形，有点类似复杂的华夫饼干烤模。易于保
9、养和维护 出色设计的最后一个特点是在概念开发阶段将保养和维护问题纳入考量。对于需要装配、拆卸、保养或现场维护的产品，如果设计师在事后才对此类因素加以考虑，该产品无疑会遭到失败。可保养的装配体必须留有足够的空间，不但方便人们更换部件，而且在保养部件时无需将所有部分都拆开。通过使用动态动作和可视化功能，设计师不但可以识别碰撞区域，还可确保有足够的空间供拆卸和更换特定组件之用。SolidWorks Routing 之类的布线工具可帮助设计师确保线缆长度足够。 Bucyrus International, Inc.（威斯康星州南密尔沃基）使用 SolidWorks CAD 软件来改善矿铲、钻头和索斗铲
10、的装配和保养性能，这些设备都是该公司为露天采矿业所开发的。利用 3D CAD 工具，该公司可分期装运此类大型设备的子组件，从而减少了现场装配时间，为露天采矿设备的产品交付和装配树立了新的标准。 尽管竞争日益激烈的全球市场向设计师们提出了更迫切严格的要求，当今的工程师仍不断努力，致力于创作出优秀设计并最终转化为成功产品。借助目前可用的所有 3D CAD 工具，设计师可开发出外观出色、观感绝佳、性能优越、配置稳定、维护简单以及生产利润高的新型设计概念。# # #说明：Trek Bikes 图片 Trek Bikes 的制造专家使用 SolidWorks 3D CAD 和 COSMOSWorks 分
11、析软件来开发新型复合成型技术，用于成型公差要求极高的区域，从而消除了一个制造环节，减少了材料用量，并使生产能力增加一倍有余。Modular Services 图片 Modular Services Company 使用 SolidWorks 配置功能来为公司的 Pump Star 泵送系统模块化开发提供支持，该系统主要用于手术室和特护病房。Zero Zone 图片 Zero Zone 采用 SolidWorks CAD 和集成的 COSMOSFloWorks CFD 分析软件对其生产的商用冷冻柜和冷藏柜进行分析，以更深入地了解产品的物理特性、热效应和压缩空气流运作方式，产品性能也因此得到提升。LASCO Bathware 图片 LASCO Bathware 使用 SolidWorks 高级曲面功能为其沐浴装置设计曲线形状，使产品的几何形状更贴合人体曲线。Bucyrus 图片 Bucyrus International 利用 SolidWorks CAD 软件来改进其露天采矿设备的装配和保养性能，涉及的产品包括额定有效载荷为 135 吨的 795B 型电动绳索采矿铲。
优秀机械工程师设计时需要考虑的因素
