SolidWorks技术及其在机械设计应用中的特征*

赵盼盼

(安徽淮海实业发展集团有限公司,安徽淮北 235000)

SolidWorks技术及其在机械设计应用中的特征*

赵盼盼

(安徽淮海实业发展集团有限公司,安徽淮北 235000)

SolidWorks是一款优秀的三维设计软件。先详细阐述了SolidWorks产生的背景-计算机技术迅速发展、CAD产业兴旺繁荣,进一步说明SolidWorks的开发与应用符合CAD产业发展趋势。作为CAD产业后起之秀,SolidWorks优势显著,生命力旺盛。然后,详细描述了SolidWorks操作界面简单、参数化造型思想、特征建立能力强、零件装配功能、仿真模拟分析和二次开发等特征与功能。SolidWorks易学易用、功能强大,能够较大程度缩短设计时间,提高设计效率,从而被广泛地应用于机械产品设计。

SolidWorks;三维造型;CAD

0 引 言

自20世纪80年代以来,随着计算机技术的迅速发展与普及,计算机辅助设计技术(Computer Assistant Design,CAD)逐步发展并成为机械设计不可或缺的工具。在众多CAD软件中,由Jon.Hirschtick创建的SolidWorks是CAD产业的后起之星,近年来应用尤为广泛[1]。SolidWorks,Solid译为“实体”, Works是“工作”的意思,整体可以理解为“对实体的操作”,是“实体造型”之意。SolidWorks软件刚发布两个月就受到业界的广泛赞誉,被认为是为三维CAD设计软件树立了一个新标准。随后,SolidWorks逐渐发展、完善,成为当今装机量最大、最好用的软件[2]。美国著名咨询公司 Daratech评论:“在基于Windows平台的三维CAD软件中,SolidWorks是最著名的品牌,是市场快速增长的领导者。”

1 SolidWorks发展过程

1.1 SolidWorks产生背景

国际CAD软件产业的蓬勃发展是SolidWorks产生与发展的基础。20世纪60、70年代,CAD技术产生,其产业化发展日趋成熟,涌现出一批著名的CAD产业公司,如Auto-Trol,CALMA,SDRC,Computer Vision(CV),Applicon,Dassault Aviation(达索公司)等[3]。较为代表的CAD软件产品有法国达索公司开发的曲面造型软件CATIA[4]与SDRC公司推出的实体造型软件I-DEAS[5]。这一时期CAD技术主要应用于军用工业及一些大型民用工业,软件及其硬件设施造价昂贵。进入20世纪80年代,单用户计算机技术发展迅速,Autodesk公司看准单用户计算机普及带来的市场机遇,开发出能够在单用户计算机上运行的价格较低的CAD程序-AutoCAD。AutoCAD发行后连续多年被评为CAD最佳产品,成为CAD发展史上一大成功经典。至今,AutoCAD仍占据大部分二维软件市场[3]。

20世纪80、90年代,参数化造型技术得以发展, 1985年由PTC(Parametric Technology Corp.)公司开发的参数化设计软件-Pro/Engineer发行[6]。参数化造型比曲面造型、实体造型更为先进,此时达索公司被迫对其原先开发的CATIA软件进行了彻底重写。

20世纪80、90年代,计算机技术特别是图形硬件的发展,参数化造型技术的发展与Windows操作系统的普及,很好的促进了CAD技术的发展[3]。1985年由PTC(Parametric Technology Corp.)公司开发的参数化设计软件-Pro/Engineer发行[6]。参数化造型比曲面造型、实体造型更为先进,此时达索公司被迫对其原先开发的CATIA软件进行了彻底重写。1993年SolidWorks公司成立,SolidWorks充分利用Windows系统技术,较好地实现了CAD与Office的集成。SolidWorks采用较为先进的参数化设计思想,工作界面相对于Pro/Engineer较为简化,一举成为CAD领域新秀。SolidWorks注重产业的合作联盟,自己专注于几何造型的开发,其它软件组件交给第三方开发商,以此降低成本,有利于增强市场竞争力。

1.2 SolidWorks的发展过程

SolidWorks公司成立于1993年,由CAD行业知名人物Jon.Hirschtick发起,总部位于美国马萨诸塞州的康克尔郡内。1995年,第一套三维机械设计软件SolidWorks'95发行,随后,SolidWorks每年都会发布一套新版本。1999年,SolidWorks已经发展成为一个装备完善的几何建模工具。由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势,SolidWorks公司成立后两年间就成为CAD产业中获利最高的公司。发展至今,SolidWorks已累计获得十七项国际大奖;在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比的第一名;美国权威CAD专业杂志CADENCE从1999年起连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖。1997年,Solid-Works被世界设计软件领头羊-法国达索公司全资并购。并购后的SolidWorks以原来的品牌和技术继续独立运作,成为CAD行业一家高素质的专业化公司。现今,SolidWorks的营销网络已覆盖全球,由300多家经销商在全球140多个国家进行销售。

2 SolidWorks的特征及优点

2.1 全Windows界面,操作简单、直观

SolidWorks是在Windows环境下开发的,操作过程采用Windows技术,支持“剪切、复制、粘贴”操作,支持拖动复制技术。SolidWorks采用中文操作界面,使用过程无语言障碍。熟悉Windows系统用户,基本上可用SolidWorks进行设计。三维CAD领域的另一软件Pro/Engineer开发时则采用DOS系统,在Windows系统逐渐普及时Pro/Engineer的操作仍然带有DOS的风格,部分操作没有SolidWorks简便。

SolidWorks操作界面简洁,并且最大范围地增加了设计窗口的可视面积。新版的SolidWorks可根据当前任务显示不同的工具按钮。SolidWorks有常用功能的快捷方式,如FeatureManager功能可以用作修改特征;PropertyManager用于属性查看与修改;应用ConfigerationManager可以较为方便地建立和修改零件及装配的不同形态[7-8]。

2.2 参数化的设计思路

SolidWorks设计软件应用参数化的设计思路[9],参数化设计具有:基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改等特征[2],是由受约束的数学关系式来定义的,其各工具栏的命令之间具有相应的设计关联性。因此SolidWorks软件在对零件的设计和修改方面具有方便快捷、准确可靠的优点。参数化的设计在对零件的尺寸修改和相似零件的结构设计方面具有独到的技术优势[10]。由于各工具栏的命令之间具有相应的关联性,因此在零件设计模块中所做的更改可以自动、快速、准确地反映到装配、工程图等相应关联模块中去,相比二维CAD软件对零件和装配体的逐一修改则更为高效、智能。因此,在应用SolidWorks软件时,设计师的主要精力将会集中在方案的设计上,这为方案的设计和修改提供了极大的方便,有利于设计人员设计出结构先进、安全可靠的零件结构。

2.3 强大而灵活的特征建立功能

应用SolidWorks进行草图绘图时,软件能够按同心、重合、距离、角度与相切等关系动态反馈和推理可以自动添加的几何约束,使得绘图过程简易、精准; SolidWorks软件具有专门的机械零件设计模块,运用拉伸、旋转、放样、镜像、高级抽壳、薄壁特征和特征阵列等功能,可以绘制出各种复杂形状的零件来[11]; SolidWorks拥有专用于钣金零件设计的模块,便于设计师进行钣金零件的折弯、展开、切口、冲孔和百叶窗等结构的设计,极大地方便了设计师对钣金零件的设计需求[10];软件包含了丰富的标准图库,用户也可扩充自定义的图库,减少了很多重复性工作;SolidWorks软件能够分析草图的合理性,发现问题并及时提出相应的解决方案。

2.4 强大的零件装配功能

SolidWorks可以较容易地完成零件的三维建模,通过模拟装配、仿真运动等功能进行三维仿真设计,便于进行产品的可行性分析。SolidWorks可以通过任意旋转或剖切,对运动的零部件进行动态仿真的干涉检查和间隙检测,发现问题及时修正,把“试验过程”放在设计阶段,有效地提高了设计的成功率。如前文所述,由于整个产品设计是完全可编辑的,零件设计、装配设计和工程图之间是全相关的,零件设计中所做的更改可以自动、快速、准确地反应到装配、工程图等相应模块中去,简化了操作步骤,提高了设计成功率。

2.5 仿真分析

SolidWorks还可以对生成的零件和装配体进行有限元分析,使用SolidWorks仿真分析软件包可以虚拟真实环境进行参数分析,如持久性、静态与动态响应、装配体运动、热传递、流体动力学和注塑成型等,从而高效评估产品性能、提高产品质量。例如,Solid-Works Simulation(FEA)可用于分析零件和装配体之间的结构问题,如评估相互接触零件间的作用力和应力、摩擦力,如此在产品设计的早期就能评估这些复杂的结构问题,进而确定制作零件的材料及最优化的尺寸设计[12-13]。

2.6 工程图

SolidWorks可以为三维模型制作产生工程图,包括视图、尺寸和标注;可以建立各种类型的投影视图、剖面视图和局部放大图功能;交替位置视图能够方便地显示零部件所在位置,在同一视图中生成装配的多种不同位置的视图,以便了解装配顺序;SolidWorks的尺寸控制棒,可以方便地进行尺寸标注,使图纸标注更规范、更美观。

2.7 二次开发

SolidWorks是可塑性的,具备二次开发的功能。为了满足特殊行业及特定产品的需求,可以应用编辑语言VBA,VB,Visual C#.NET,VC对SolidWorks进行二次开发[14-15]。SolidWorks二次开发有两种方式,一种是应用OLE自动化技术进行开发,其应用程序只能编译成可执行文件(*.EXE文件);另一种开发方式基于COM,其应用程序就是COM模块,又可以分为两种形式,*.EXE文件形式和插件形式(*. DLL文件)[15]。

3 结 语

SolidWorks集三维设计、分析、产品数据管理等多种功能于一体,易学易用,功能强大,最大限度地释放机械设计师的创造力,使他们能够用更少的时间设计出更好、更具创造力的产品,提高了设计效率,有利于新产品的开发。随着SolidWorks的不断发展与完善,越来越多的人加入到SolidWorks用户行列,Solid-Works必会受到更多机械设计者的青睐。

[1] 朱 旭.五大技术因素左右未来CAD发展趋势[J].工业设计, 2008(3):25.

[2] 朱冬云,林延延.基于SolidWorks的铣床顶尖座三维参数化设计[J].机械制造,2008(6):32-34.

[3] 叶修梓,彭 维,唐荣锡.国际CAD产业的发展历史回顾与几点经验教训[J].计算机辅助设计与图形学学报,2003(10): 1185-1193.

[4] D.Systemes,Dassault航空-实现飞机研发的革命性变革[J].航空制造技术,2009(24):116-117.

[5] SDRC发布I-DEAS Artison 3-业界第一个中档CAD/CAM一体化系统[J].计算机辅助设计与制造,1998(9):60-61.

[6] YANG,M.PAN.流体动力工程研究综述(英文)[J].Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics&Engineering), 2015(6):427-442.

[7] 金雷苏.SolidWorks属性选项卡编辑器应用指南[J].CAD/CAM与制造业信息化,2012(8):26-28.

[8] 李伟龙,辛 涛,张党勃.SolidWorks2011属性选项卡的应用技巧[J].机械工程师,2012(2):97.

[9] 孙艳馥,杨 健,梁振刚.基于SolidWorks的手枪套筒参数化设计[J].装备制造技术,2015(1):171-172.

[10] 朱金权.SolidWorks软件在机械设计中的应用与研究[J].新技术新工艺,2009(2):41-44.

[11] 贾宝贤,赵万生.Solidworks在工业造型设计中的应用[J].机械设计与制造,2003(4):116-117.

[12] 赵树培,赵晓明.基于Solidworks的船舶电动机拆装仿真[J].机电设备,2015(1):37-38+69.

[14] 陶 冶.用VC++对SolidWorks二次开发实现标准件建模[J].机械工程与自动化,2014(6): 62-63+65.

SolidWorks Technology and Its Features in Mechanical Design Application

ZHAO Pan-pan
(Anhui Huaihai Industrial Development Group Co.,Ltd,Huaibei Anhui 235000,China)

SolidWorks is one of the best 3D CAD software.In this paper,the background of SolidWorks is described,that is, the rapid development of computer and the CAD technology,and it is further confirmed that the initiation and application of the SolidWorks could meet the trends of CAD industry.As a rising star,the SolidWorks has great advantages and vitality.Then, the key functions and features of the SolidWorks are illustrated respectively,such as easier operation,simple face,parametric design,and powerful assembly performance.The SolidWorks which is easy to learn and to use,powerful,high efficient,is widely used in mechanical design.

SolidWorks;3D model;CAD

TH122

A

1007-4414(2015)05-0195-03

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.072

2015-08-13

赵盼盼(1986-),女,安徽宿州人,助理工程师,研究方向:机械设计。