本文介紹了SolidWorks自上而下的設(shè)計(jì)方法。

　　一、Down-Top和Top-Down的基本概念

　　1.Down-Top設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

　　Down-Top設(shè)計(jì)方法是最基本的設(shè)計(jì)方法，它的基本設(shè)計(jì)流程如圖1所示：首先單獨(dú)設(shè)計(jì)零件，然后由零件組裝裝配體，裝配體驗(yàn)證通過后生成工程圖。

圖1 Down-Top設(shè)計(jì)方法

　　◎簡(jiǎn)單：由于零部件單獨(dú)設(shè)計(jì)，彼此之間沒有相互關(guān)聯(lián)參考，所以建模簡(jiǎn)單，不容易出錯(cuò)，即使出現(xiàn)錯(cuò)誤也容易判斷和修改。

　　◎?qū)こ處熞蟮停涸O(shè)計(jì)任務(wù)清晰，即使初學(xué)者也能輕松完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

　　◎?qū)τ布蟮停毫悴考g沒有關(guān)聯(lián)參考，修改局限于單個(gè)零件或裝配體，所以運(yùn)算量比較小，對(duì)于硬件的要求相對(duì)較低。

　　2.Down-Top設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)

　　◎不符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程：Down-Top設(shè)計(jì)流程與產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程正好相反，因此不適合進(jìn)行新產(chǎn)品研發(fā)。

　　◎局限性強(qiáng)：設(shè)計(jì)修改局限于單個(gè)零部件，不能總覽全局進(jìn)行設(shè)計(jì)和修改，修改單個(gè)零部件后，相關(guān)零部件不能自動(dòng)更新，需要進(jìn)行手工干預(yù)。

　　3.Down-Top設(shè)計(jì)的適用范圍

　　◎SolidWorks軟件初步引入，對(duì)已有2D圖樣進(jìn)行三維轉(zhuǎn)化階段，尤其適合初學(xué)者，或者剛剛完成初級(jí)/中高級(jí)培訓(xùn)的企業(yè)。

　　◎已有產(chǎn)品的變型設(shè)計(jì)和局部修改，這種針對(duì)局部進(jìn)行的修改適用于Down-Top設(shè)計(jì)。

　　4.Top-Down設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

　　Top-Down設(shè)計(jì)屬于SollidWorks的高級(jí)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 Top-Down設(shè)計(jì)流程

　　◎符合產(chǎn)品開發(fā)流程：由圖2可知，Top-Down設(shè)計(jì)流程與產(chǎn)品研發(fā)流程基本一致，符合現(xiàn)有的設(shè)計(jì)習(xí)慣，可以完全融合到產(chǎn)品研發(fā)中。

　　◎全局性強(qiáng)：總圖修改后，設(shè)計(jì)變更能自動(dòng)傳遞到相關(guān)零部件，從而保證設(shè)計(jì)一致。

　　◎效率高：一處修改而全局變化。在系列零件設(shè)計(jì)中效率更高：主參數(shù)修改→零部件自動(dòng)更新→所有工程圖自動(dòng)更新，一套新的產(chǎn)品數(shù)據(jù)自動(dòng)生成，現(xiàn)在用幾個(gè)小時(shí)就能完成原來幾周的工作量。

　　5.Top-Down設(shè)計(jì)的難點(diǎn)

　　◎復(fù)雜：零部件之間有大量的關(guān)聯(lián)參考，會(huì)增加零部件的復(fù)雜度，有時(shí)候甚至因?yàn)檎也坏絽⒖荚搭^而無法修改。

　　◎?qū)こ處熞蟾撸河捎趨⒖缄P(guān)聯(lián)復(fù)雜，要求工程師能夠熟練操作軟件，熟悉產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程和變化趨勢(shì)。對(duì)總工程師的要求更高，如果初始布局不合理，則需要進(jìn)行大量修改，甚至因?yàn)闊o法修改而導(dǎo)致整體崩潰。

　　◎?qū)τ布蟾撸宏P(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)帶來大量關(guān)聯(lián)計(jì)算，尤其是總圖的更新，會(huì)導(dǎo)致全部相關(guān)零部件自動(dòng)更新，對(duì)于計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)速度提出了很高的要求。

　　◎?qū)?shù)據(jù)管理要求高：由于零部件關(guān)聯(lián)很多，所以對(duì)數(shù)據(jù)文件管理的要求非常高，如果管理不善，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失和關(guān)聯(lián)斷裂，從而造成設(shè)計(jì)混亂。

　　6.Top-Down設(shè)計(jì)的應(yīng)用范圍

　　◎新產(chǎn)品研發(fā)：要求在熟練掌握Down-Top技術(shù)的基礎(chǔ)上，首先由部件開始嘗試，逐步推廣到整機(jī)設(shè)計(jì)，否則不僅不能提高設(shè)計(jì)效率，還會(huì)造成設(shè)計(jì)延誤。

　　◎系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)：主產(chǎn)品定型后，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與參數(shù)傳遞進(jìn)行優(yōu)化。這樣在系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，通過修改參數(shù)就能自動(dòng)完成大部分重復(fù)設(shè)計(jì)，從而提高設(shè)計(jì)效率。

　　二、Top-Down設(shè)計(jì)分類

　　SolidWorks的Top-Down設(shè)計(jì)方法主要分為三類：關(guān)聯(lián)參考、外部參考法和布局，下面分別進(jìn)行介紹。

　　1.關(guān)聯(lián)參考

　　關(guān)聯(lián)參考法是基礎(chǔ)的Top-Down設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法，它通過零部件之間的關(guān)聯(lián)參考來傳遞設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)，從而達(dá)到修改一個(gè)零部件，則相關(guān)零部件根據(jù)關(guān)聯(lián)自動(dòng)更新的目的。

　　關(guān)聯(lián)參考案例一：如圖3所示，墻板和接頭的接口位置決定了管路的起始方位，接口的大小決定了管路的標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)過程中，管路零件的路徑草圖和截面分別與墻板和接頭添加圖示的關(guān)系。

圖3 關(guān)聯(lián)參考

　　關(guān)聯(lián)參考案例二：如圖4所示的水平儀設(shè)計(jì)，水平儀頂蓋板的大小和厚度都由水平儀主零件開槽形狀和尺寸決定。通過添加兩零件之間的參考引用或關(guān)系，可以保證當(dāng)水平儀主零件的開槽尺寸和深度有變化時(shí)，頂蓋板的形狀和厚度自動(dòng)進(jìn)行更新。

　　優(yōu)點(diǎn)：關(guān)聯(lián)參考方便快捷，可以同步更新。

　　缺點(diǎn)：關(guān)聯(lián)是單向的，并且當(dāng)關(guān)聯(lián)很多時(shí)不易查找參考源和修改錯(cuò)誤。

　　應(yīng)用范圍：主要應(yīng)用在部件級(jí)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，關(guān)聯(lián)盡量控制在一定的范圍內(nèi)，這樣容易進(jìn)行控制和修改。

圖4 水平儀

　　2.外部參考法(即主零件法)

　　在一個(gè)主零件中完成整體設(shè)計(jì)，然后使用多體或分割的方法，將主零件分解為多個(gè)局部并傳遞到單獨(dú)的零部件中，對(duì)分解后的零件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，最后在裝配體內(nèi)進(jìn)行匯總以完成設(shè)計(jì)。

　　案例一：玩具設(shè)計(jì)和家電外觀設(shè)計(jì)，如圖5所示的變形金剛。

圖5 變型金剛設(shè)計(jì)流程

　　變型金剛的設(shè)計(jì)采用分割的方法，流程為：首先設(shè)計(jì)主零件，然后由主零件分割出不同的部分并分派到不同的零件內(nèi)，對(duì)每個(gè)子零件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，最后組裝在一起。當(dāng)設(shè)計(jì)變更時(shí)，只需修改主零件，所有的子零件會(huì)自動(dòng)更新。

　　案例二：特種車輛設(shè)計(jì)(零部件之間相互沒有運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)很少，但是關(guān)聯(lián)很多且復(fù)雜)，如圖6所示的水泥散裝車。

圖6 水泥散裝車

　　水泥散裝車采用多體的方法設(shè)計(jì)主零件，然后把每一個(gè)實(shí)體(零件)插入到新零件中形成新的零件，然后進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，最后組裝在一起。當(dāng)設(shè)計(jì)變更時(shí)，只需修改主零件，所有的子零件會(huì)自動(dòng)更新。

　　優(yōu)點(diǎn)：所有相關(guān)零部件在同一個(gè)主零件中完成，這樣就不會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的關(guān)聯(lián)參考，并且修改容易。

　　缺點(diǎn)：如果零部件之間有復(fù)雜的相互運(yùn)動(dòng)，或者零部件非常多，這樣設(shè)計(jì)就很困難。

　　適用范圍：零部件之間的關(guān)聯(lián)非常多而且復(fù)雜、部件之間相互沒有運(yùn)動(dòng)，在這種情況下，如果使用關(guān)聯(lián)參考法，就會(huì)造成關(guān)聯(lián)太多、太復(fù)雜而無法管理的情況。

　　3.布局

　　布局符合傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)流程：首先進(jìn)行裝配體布局，然后進(jìn)行任務(wù)分解和分派，詳細(xì)設(shè)計(jì)后再進(jìn)行匯總。

　　典型應(yīng)用：液壓支架，如圖7所示。

圖7 液壓支架

　　首先，根據(jù)初始參數(shù)，在裝配體內(nèi)進(jìn)行總體布局(也可以稱之為“骨架模型”繪制布局草圖)、定義草圖塊，同時(shí)完成圖塊間的裝配關(guān)系。驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正確后開始建立零部件的虛擬結(jié)構(gòu)，把主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)形狀傳遞到相應(yīng)的零部件中。然后把設(shè)計(jì)任務(wù)(包含設(shè)計(jì)信息的子裝配體)分拍到項(xiàng)目組成員手中進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，當(dāng)詳細(xì)設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行匯總生成總裝配體，驗(yàn)證完成后生成相應(yīng)的工程圖。在需要修改設(shè)計(jì)時(shí)，通過修改總體布局，所有相關(guān)零件會(huì)自動(dòng)更新。

　　優(yōu)點(diǎn)：符合傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)流程，設(shè)計(jì)具有全局觀，總圖修改，所有相關(guān)零件自動(dòng)更新。

　　缺點(diǎn)：關(guān)聯(lián)參考復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)整體實(shí)力和圖檔管理能力要求高。

　　適用范圍：模塊化傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)和有復(fù)雜機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)計(jì)。

　　三、結(jié)束語

　　SolidWorks提供的Top-Down設(shè)計(jì)方法和Down-Top設(shè)計(jì)方法各有自己的優(yōu)點(diǎn)和不同的應(yīng)用范圍，大家需要根據(jù)具體的產(chǎn)品選擇合適的設(shè)計(jì)方法。Top-Down設(shè)計(jì)方法對(duì)軟硬件的要求都很高，企業(yè)要采用循序漸進(jìn)的方法推進(jìn)設(shè)計(jì)，首先在部件級(jí)設(shè)計(jì)中進(jìn)行試用，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)后再進(jìn)行推廣。