solidworks在地鐵客車車箱中的應用

設計師在對一個產品進行設計時，頭腦中先產生的是三維實體圖像，然後利用投影原理及附加的各種規則和標準，把頭腦中的圖像“翻譯”出來，描繪到圖紙上。用它來進行指導生產和技術交流。這就是通常所說的二維工程圖紙。二維工程圖在手工和人控的機加工環境中起著重要的作用。人們一直期待著能夠有一種手段，在產品正式生產前，能夠直接把頭腦中的三維圖像模擬出來，以確認設計的可靠性。傳統的方法是用模型的方式把實體實際地製造出來，既費時又費事還浪費資金。計算機的三維軟體產生，實現了設計師的這一夢想，通過它把設計師頭腦中的圖像直接模擬到屏幕上，既形象又直觀。可以說：應用三維軟體進行設計是設計師思想不經“翻譯”的直接反映，是自然的思維過程。因此，三維軟體可以進行直觀的交流，思想表達更準確、清晰。

CAD軟體的宗旨是把設計師從煩瑣的二維設計中解脫出來，使他們把更多的精力投放到產品設計中。CAD技術發展到今天，經歷了二次技術革命。第一次是八十年代二維CAD軟體的推廣，國內普遍運用的是AutoCAD軟體。利用二維CAD軟體使設計師徹底地“甩掉”了圖版，解決了使用繪圖板所帶來的諸多弊端。第二次就是大量三維軟體的崛起，推動了設計領域的新革命。三維CAD軟體不僅僅是創建實體模型，而是利用設計出的三維實體模型進行模擬裝配和靜態干涉檢查、機構分析和動態干涉檢查、動力學分析、強度分析、鑄造、各種加工、美工處理等。所以說：應用三維軟體進行設計的真正意義不僅僅是在於設計模型本身，而是設計出模型后的處理工作。這些是二維CAD軟體無法實現的。現在，三維軟體發展速度很快，特別是WINDOWS操作系統的產生，降低了軟體對硬體的要求，湧現出大量新興優秀的三維軟體，由於它們是在新環境下產生的，軟體的功能比較先進、性能也比較完善，表現出的主要特點是易學、易懂、易掌握。美國的SolidWorks軟體就是其中之一(由生信實維有限公司作為中國地區總代理)。

二、SolidWorks軟體的運行環境和方式

SolidWorks軟體對硬體要求很低，凡是能夠運行WINDOWS或NT，內存：32MB，硬碟：50MB的微機都可以應用此軟體進行一般的三維設計。對於大、中型企業可採用部分高檔的微機和大量的普通微機進行連網，通過Smarteam的管理方式實現了軟體的并行設計。Smarteam是以一個流程為起點，各部分之間用流程線來連接，在流程中配置相關的許可權和關係，共享同一個資料庫。這樣就構成一個整體的設計和管理環境。

三、SolidWorks軟體的實際應用情況分析

長春客車廠於1998年9月正式引入SolidWorks軟體，開始由計算機專業人員應用此軟體分別對地鐵車的轉向架，CCK128車的底架（13）、制動管路及風缸（06）等部件進行了三維設計和測試分析工作，測試結果令人滿意。1999年7月，開始初步應用此軟體進行設計，主要包括：北京地鐵車的整車三維造型；磁懸浮車一些大部件的設計工作。此項工作至1999年7月26日，北京地鐵車的整車裝配基本完成。全車共裝配10598個零件，可以說是創記錄的大型裝配。磁懸浮車的車頂、底架、司機台、制動等的三維模型已經產生，部分設計師已經進入了出二維工程圖的最後環節。總觀此項目，設計師在經過僅五天的三維軟體培訓后，就能夠獨力地在短期內完成各自的設計項目。說明此軟體易學、易懂、易掌握，適合在企業的產品設計中逐步推廣。下面就對SolidWorks軟體在應用過程進行分析總結。

1、零件設計

零件設計是三維設計的基礎，要求三維軟體的零件設計功能必須功能齊全，實現零件的手段簡潔明快；並且容易做各種修改。SolidWorks軟體是完全基於Windows 9.X?NT平台的三維設計軟體，它充分地利用了Windows的現有操作環境及數據管理和網路資源。這樣，就使得軟體非常容易掌握，可以說：熟悉WINDOWS就學會了一半SolidWorks。而且設計功能比較全，如：鈑金、曲面造型、不同壁厚的面抽殼等。它的最大優點是對零件的修改，它用一種能夠記錄設計過程的Featuremanager(特徵管理員)設計歷史樹，隨意地改變零件的形狀和設計意圖。這種靈活多變的設計方式大大增加了設計的靈活性。這樣設計師就可以在暫時不考慮尺寸的情況下進行設計，待形狀確定后再進行尺寸約束，從而完成零件的設計工作。設計師設計完成的零件被其他設計師調用時，能夠很快地通過歷史樹了解此設計意圖和設計過程，並可以馬上按自己的設計思想進行修改。另外，對於已經用二維CAD軟體畫完的文件可以直接被SolidWorks調用產生草圖，經過拉伸、旋轉等特徵處理很方便的產生三維實體模型。SolidWorks 的零件設計是目前最方便的設計工具。

2、裝配體的設計

三維設計的重要意義之一就是要產生一個裝配體，通過對設計模型的裝配，可以發現零件設計尺寸是否正確、整個裝配體的零件之間有沒有產生干涉。這樣就能夠及時發現設計中的錯誤，及時糾正零件間的“打架”現象。避免了生產中由於設計裝配不合理而造成的浪費。如果在設計時，添加上零件的材料密度，在裝配中就可以很方便地計算出重心、重量等。計算結果非常準確，最多可精確到小數點后16位。

SolidWorks除了具有上述共性外，還為設計師提供了兩種自由度：一種是在裝配的環境里完成零件設計，這種設計方式被稱為自上而下的設計，在設計中設計師頭腦里有時先產生的是裝配體的形狀，通過裝配的總體構架再進行詳細零件設計。SolidWorks的這種設計思想完全滿足了設計師的這種需求，使用它可以先有裝配的概念，然後，在裝配的環境中自由地進行零件設計，並且設計的零件自動地裝配在裝配體上，無須添加任何約束。另一種是把設計好的零件一個個地進行裝配，發現問題及時進行修改。SolidWorks的裝配具有一定的智能化，只要設計師利用同軸、貼面等配合關係，經過簡單的拖拉功能，一下就可以裝配完零件。比起其它軟體要經過幾步甚至十幾步的不同制約才能裝好一個零件要簡單的多。SolidWorks給設計師提供了靈活的編輯功能，它可以使設計師象在零件中設計那樣自由的對裝配體中的零件進行任意修改，修改的零件自動地反映到零件的設計中。

SolidWorks另一個特點就是它的配置功能，在進行方案設計時往往要求設計師提供幾種不同的設計方案，幾種方案的總體設計基本不變，只是個別的零件或部件發生變化。這種情況要讓設計師把每種方案都裝配一遍，顯然十分麻煩。SolidWorks的配置功能給設計師提供一個非常簡捷的辦法，就是在同一種裝配關係上使用不同的零件或部件進行互換，從而產生不同的方案設計。這樣設計師就可以只採用一種裝配關係，幾種不同的配置，就能產生幾種設計方案。這一功能還可以用於零件的同一形狀不同尺寸設計中，從而在同一設計下獲得多個零件，大大地節省了設計時間。

SolidWorks能夠自動地產生裝配體的爆炸圖，這樣可以使各種裝配關係一目了然。

3、動態模擬裝配（IPA）功能

一個裝配體產生后，它的運動效果如何，能不能產生動態干涉

這也是設計師十分關心的問題。嵌入在SolidWorks內的IPA模塊很方便就可以解決這一問題。只要設計師把裝配文件調入此軟體中，經過簡單的路徑編輯，給出運動方式。裝配體就可以產生運動，並在發生動態干涉時進行報警，提示出發生干涉的部位和干涉的體積。

IPA除了上述功能外，它還可以動態模擬整個裝配體的從零件到產生裝配體的全部安裝方式和安裝過程。並且可以產生AVI格式，使得任何人都可以脫離軟體本身，獨立播放。這樣就可以在產品生產出之前，使客戶在產品的設計階段就能夠真實地看到產品的實際形狀和安裝過程。另外，在實際產品出廠后，也可以用它提供給用戶的設計師、操作和維修人員等。使他們能夠在熟悉的環境里對產品的各個方位進行操作。

4、二維工程圖的產生

三維設計的發展方向是：無圖紙化生產，就是說通過三維軟體設計出的模型，不需要二維工程圖，直接經過數據加工軟體進行處理，在數控加工設備上進行加工，最終生產出產品。這種發展趨勢是正確地，但由於現在自動化程度的限制，大部分仍需要二維工程圖來指導生產。因此二維工程圖是一個時期所必須的指導生產方式。這樣，從三維模型到轉換成二維工程圖就顯得十分重要。因為二維工程圖的質量和產生的速度將直接影響產品的生產周期。

SolidWorks可以從三維模型自動轉換成二維工程圖，經過轉換的圖形十分準確，並且產生各種視圖的功能比較齊全。如：剖視圖、軸測圖、局部放大圖等都能自動生成。各種尺寸標註、形位公差、焊接符號等註釋都可以自動產生。更重要的是，還能同MS Execel聯結，自動產生各種圖表。如：明細欄、標題欄、明細表等。

SolidWorks軟體的三維和二維圖是完全相關的，在三維對零件或部件進行修改時，它的二維工程圖也隨著一同修改。這樣就確保了三維和二維的數據統一。不象有些三維軟體把二維和三維脫離開來，修改三維時二維不能隨著改變。時間一長就會造成三維和二維的數據不統一。從而產生數據混亂的現象，後果不堪設想。

5、自動產生明細（BOM）表的開發

明細表是工廠指導生產的物料清單和工藝流程路線等技術環節。目前我們採用的小型機對全廠的明細進行統一的數據管理，向企業的自動化管理邁進了一大步。但仍需繼續完善.現在的二維繪圖軟體（AutoCAD R14）所產生的明細表數據是設計師人工把數據轉換出來，然後上栽到小型機的資料庫中，給設計師增加不少工作，由於設計師在修改圖形中明細欄的內容時，程序不能自動傳遞給資料庫進行數據更新，出現數據信息不同步的現象。有時會使設計師忘記修改數據從新上載資料庫中，造成疏忽性的錯誤。

SolidWorks的數據管理是統一的數據管理，SolidWorks公司針對工廠明細表的要求，為工廠開發出一套明細表的應用模塊，該模塊功能主要表現在：所有的資料都從所要出的三維裝配體中提取，設計師只要在所設計的零件中加入材料、比重、名稱等相關信息，該模塊就可以自動地匯總零件、計算重量、編排順序等。最終形成一個數據文件，該文件可以用任何格式自動輸出，即：生成明細表、圖紙明細欄，格式和內容與工廠的要求完全相同。現在該模塊正在進行深層的開發和應用階段，並將其產生的數據與小型機進行介面從而實現全廠明細數據的自動化生成和管理。

6、 PDM系統

PDM是當今數據管理的熱門話題，PDM系統可以使企業所有數據包括：財務、人事、設備、物資等，都納入到PDM範疇。但只是今後的一種發展方向，當前的首要任務是對設計進行數據管理。因為所有的管理數據都要先把設計所產生的數據作為基礎，如：只有當設計歸檔后，才能根據設計所提供的數據進行工藝路線的劃分、財務預算、物資採購等管理工作。

SmarTeam是伴隨WINDOWS環境下產生的先進的管理系統，它可以把SolidWorks嵌入到系統中，同時也把它的SmarTeam–Works模塊嵌入到SolidWorks中，SmarTeam–Works是專門為SolidWorks所創建的“無縫集成”。它給用戶提供創建、編輯、觀察和註解SolidWorks文檔和微軟的Office類文檔的工具。另外用戶還可以進行高級查找、直觀地實施修訂和快速的預覽文檔而不用打開原始應用程序。SmarTeam–Works對設計部門的應用是非常理想的，並對將來的企業級的應用打下良好基礎。

并行工程的實施，首先應是并行設計的實施，SmarTeam用一種流程圖的方式來控制并行設計的進程，即形象又直觀，非常容易掌握。設計師在設計中很容易進行所謂的“check in”和“check out”工作，從而實現了并行設計。

另外，SolidWorks與分析軟體COSMOS/Works和ANSYS、三維實體的運動分析軟體MotionWorks、數控加工軟體CAMWORKS等都作到了“無縫集成”的程度。

以上是應用SolidWorks過程中對它的一些特色功能所做的總結和分析，SolidWorks是一個模塊化的集成軟體，它首先把自身的三維設計完善好，然後，為其他專業軟體提供友好的集成介面。用戶就可以各取所長，合理地選擇自己所需要集成的軟體，這樣就避免了某些系統軟體所帶來的功能不突出和多餘浪費的現象。

四、結論：

以上是在這次大規模應用SolidWorks軟體中，得到的一些經驗和看法。從以上的分析中可以得出以下結論：

軟體的零件設計功能比較先進完善，軟體的裝配關係合理；並能進行動態模擬裝配；可以進行靜、動態干涉檢查。產生裝配的爆炸圖和動態裝配錄象文件等。說明裝配功能齊全。可以滿足客車的裝配要求。

自動二維工程圖，線型粗細合理，尺寸標註和一些相關的註釋基本上是符合標準的。

總之，在設計師接受一周時間的培訓后，馬上就能進行設計，在不到一個月的時間，完成了所有北京地鐵車的三維設計工作。而且所有設計是在正常的工作時間內完成的，從沒加班加點。說明此軟體易學、易懂、易掌握，適合在工廠客車的設計中推廣。