基于Creo的3D快速设计共享系统的开发

和帅， 姚宁， 苏雷， 曹利伟， 孟磊， 刘博嘉， 李林

（常州博瑞电力自动化设备有限公司，江苏常州213025）

0 引 言

工业自动化时代的到来，推动了生产制造企业的大发展、大进步；仅仅依靠传统的产品开发设计模式已无法满足企业的快速发展，越来越多的企业开始探索和研究新的产品设计开发模式。基于计算机互联网带来的数据存储、整合、共享成为了很多高新企业的关注点,尤其是产品三维模型的参数化快速设计受到了许多研究人员的关注，部分文献对参数化设计进行了详细论述[1-4]。还有部分研究人员对三维数据信息的管理和共享进行了系统研究，并进行了相关论述[5-6]。本文以常用三维设计软件Creo做为研究对象，提出了一种基于Creo二次开发的3D快速设计共享系统，实现了产品三维模型的自动快速生成、标准件/通用件三维模型快速调取，解决了二维工程图自动出图等相关难题。

1 系统架构介绍

Creo智慧设计系统主要包含知识库管理模块、三维参数化设计模块和自动出图模块。其中三维设计细分为柜体设计、元器件快速布置、结构件快速布置、铜排快速设计、自动打孔、紧固件快速装配等功能。

Creo智慧设计系统与多系统进行集成，如Creo三维设计应用平台、TC模型管理系统、Office工具等。本系统基于Creo三维设计应用平台，结合Office和数据库管理技术，实现模型信息的管理和在TC模型库中的查重调用。

其中TC系统主要管理模型文件和三维模型的归档信息等；设计系统的数据库用于管理所有入库模型的参数属性信息；Office等工具用于编写配置，实现三维设计规则化、可视化。基于以上技术，结合Creo本身提供的二次开发接口，完成对企业产品三维模型的快速变更设计、出图、归档等相关工作。

本系统按照管理属性划分为设计应用端、规则管理端和数据维护端。数据应用端帮助设计员实现产品三维模型的快速设计工作；规则管理端提供管理人员管理系统运行的配置文件和代码文件等；数据维护端用于管理人员对模型数据库信息的管理。

1.1 知识库管理模块

知识经验库管理模块主要包含产品设计规则库、系统模板库、系统衍生库、模型管理库、配置文件库等，其中产品设计规则库是指产品设计过程制定的一系列规范规则，后期产品设计过程中系统会自动引用这些规范规则去指导设计员进行产品设计；系统模板库是指产品设计过程中积累的一些通用的零部件结构的数据模型，将其做成模板放在模板库里面，方便其他设计员进行借用，节省零部件的重复设计时间；系统衍生库是指设计员在引用系统模板后根据自己特点对模板进行个性化设计所积累的个人模板库；模型管理库是指针对公司所有产品涉及的元器件及结构件等进行分类统一管理，制定模型的分类标准，做为公司三维产品库的信息数据管理；配置管理库是指系统运行过程中所需要关联使用的各种配置文件。

1.2 参数化设计模块

产品三维模型的参数化设计目的是提高产品的设计效率，降低设计周期。简言之，三维模型的参数化设计就是将产品中的一些主要设计尺寸参数化，将这些参数化尺寸做成数据尺寸链，使这些主要尺寸可以随意改变，实现产品的快速变型设计。文献[1]以一种阶梯轴的设计为例，对零件参数化设计的过程思路进行了详细的介绍说明。

基于Creo三维模型的参数化设计原理是指利用设计参数来控制三维模型。这种方法既融合了传统设计方法的优点，又突破了传统建模思路的限制，它充分利用了互联网技术的数据交换，根据设计人员预先设计好的参数关系，组成产品自身的数据传递，产品设计时，只需要更改主要参数就能实现产品的三维快速设计。

1.3 自动出图模块

自动出图模块是在产品三维模型绘制完成后，根据三维模型自动批量导出二维工程图，包括自动调取模板图框，自动创建模型视图，自动根据材料调取生成加工技术要求，自动标注视图尺寸、特征尺寸等。针对钣金零部件，自动出图模块还能实现零件展开图的自动生成，从而实现原材料自动下料计算，生成原材料数据清单，如图1、图2所示。

图1 自动出图操作界面

图2 自动出图效果

2 项目设计流程和输出需求

产品参数化设计模块主要包括：柜体骨架设计、元器件/结构件布局设计、母排设计、自动打孔、查重替换、紧固件快速装配、自动出图等。相关功能主要通过智慧设计引导软件实现，如图3所示。

产品开发需求确认后，根据输入参数，自动检索历史产品库，供产品设计工程师选择是否调用已有的历史产品。

图3 智慧平台设计流程

新的柜体开发利用设计所需的输入参数自动生成所需的柜型结构，柜体自动生成过程中，系统平台会对零部件的参数自动检索数据库中可重用的零部件并自动调用。生成柜体结构后，布置内部的元器件、结构件等，布置原则按照“由大到小，由固定位到灵活位”布置。布置好元器件和结构件等，进行铜排设计主要采用调用模板的方式实现。调用的铜排打孔后进行查重替换，新制的铜排默认入库，已有的模型可以供设计员选择替换。设计完成后，设计工程师使用软件提供的紧固件设计工具完成紧固件的快速装配。

3 快速设计系统的开发实现

结合上文分析，基于Creo二次开发的快速设计系统集成菜单模块如下, 主要包括新建项目、结构设计、通用模型管理、设计调整、铜排设计、开孔设计、紧固件设计、自动出图，以及一些其他功能模块，菜单布置如图4所示。

图4 产品3D设计共享系统设计菜单

3.1 新建项目

新建项目可根据工程项目需求信息输入项目关键技术参数、产品类别、产品型号、设计部门等信息，根据这些信息对产品进行输出分类，便于后期产品模型的检索查重借用，具体操作界面如图5所示。

3.2 柜体设计

柜体设计是指设计工程师根据产品系列标准化的形式按照设计经验规则，将产品的零部件通过参数化尺寸驱动和坐标装配预先配置好，产品设计时只需要输入关键设计参数就能驱动生成所需要的产品结构模型。具体操作界面如图6所示。

3.3 通用零部件管理库

产品三维设计过程中需要选择各种各样的元器件、结构件等标准的3D模型，需要一个通用的管理平台实现对这些模型的管理和共享，支持搜索、预览、信息查看、调用安装等功能。操作界面如图7所示。

图5 新建项目界面

图6 柜体设计界面

图7 通用件数据库管理界面

3.4 铜排设计

铜排快速设计是指根据元器件的布局，自动拾取元器件的铜排安装面，平台自动计算出最佳铜排路径，然后生成所需的铜排三维模型；平台界面还提供了针对自动生成铜排的快速调整功能，设计人员可以对已生成铜排进行修剪、拆分、合并等快捷操作，如图8所示。

3.5 查重设计模块

查重设计模块是指产品三维模型设计过程中，数据库会实时检索数据库里面已存储的模型数据信息，如果检索到一样的零部件直接替换借用，不重新设计，同时还支持设定查重相似百分比，在满足重复比80%以上的零部件列表显示，设计工程师根据设计需求选择最合适的零部件，替换借用，避免重复设计。

4 结 论

本文研究了基于Creo二次开发的产品三维快速设计平台，针对平台各个功能模块进行了详细的介绍和分析，并对开发过程中的关键技术点详细给出了设计方案分析，最后通过实例展示了基于Creo二次开发的功能模块实现情况。经过项目的前期方案调研设计，项目的具体实施开发测试上线，本项目各功能模块极大地提高了产品三维模型的设计效率，同时也提高了企业内部产品结构模型的利用率，实现了不同工程设计人员之间的数据共享，对企业自动化数据平台的进一步研究有一定的借鉴意义。

图8 铜排快速设计界面