CAXA三维CAD在产品创新设计中应用探究

赵晓山

摘 要：CAXA实体设计采用了创新设计的思维方式，拖放式的三维造型，独特的三维球编辑工具，构形灵活且便捷；它拥有强大的设计功能和完善的造型手段，可在同一视窗下完成产品的零件、装配、钣金、动画、渲染等设计和产品的有限元分析。文章根据自己几年来使用CAXA实体设计软件完成新产品开发中的经验进行了浅略的探讨。

关键词：CAXA实体设计；三维建模；产品造型；创新设计'

产品创新设计是一个知识重用、由粗及精的过程。就一个产品的设计而言，80%的内容来自对已有设计方案的借用和重组，只有20%左右的工作属于改型与革新，而重组与改型的过程就是创新。创新设计需要“发散式”思维，需要自由自在、无拘无束地驰骋在想象的空间，根据灵感与经验，以最简易、最快捷的方式捕捉并迅速表达出来，并对设计的任意部分或过程不断进行编辑、修改、细化、琢磨，自顶向下、自底向上、由里及外、由外及里、由粗及精、反复迭代，直至得到满意的设计结果，并实现后续的开发应用。

1 使用传统CAD软件进行产品创新设计的弊端

传统CAD系统主要针对产品二维工程图样的绘制与零件的3D建模，缺乏对产品创新和设计的足够关注和有效支持。如不能在装配环境下直接获得造型数据与信息进行结构设计，使得交互频繁、输入数据量大，造成操作步骤繁杂、不易学习等问题；不能将零件模型与装配模型直接关联，使得模型复杂、维护困难且不能有效地解决概念阶段的零部件布局、连接与配合关系定义等设计；缺乏国标、国家和行业标准的三维参数化标准件库支持；缺乏具有行业特色的方便、快捷的造型工具和特征库。

传统三维CAD在功能上主要着眼于产品设计阶段，（如Pro/E、UG、CATIA、SolidWorks等）要求设计者在开始设计工作之前必须在头脑中先有一个清晰的模型轮廓，然后从二维草图开始，按部就班地利用拉伸、旋转、扫描、放样等特征工具依次构建各个实体（零件），最后成型产品模型。但事实上，产品创新设计过程并不是这样的，设计者并不可能预先凭空想象好、想清楚要做的创新产品究竟是怎样的形状和结构，以及功能与属性；如果事先已借助手描、草图、木模型或快速成型样机把产品“设计”完成了，那么再使用CAD意义就不大了。

2 CAXA三维CAD在产品创新设计中的应用

CAXA三维实体设计是一款具有我国自主知识产权的知名品牌软件，其是以产品创新、网络协同和应用集成为突出特征的面向行业与过程的独特三维数字化设计系统，它以智能图素为主体，通过添加、拖放和编辑智能图素快速构建出产品模型。CAXA实体设计以其良好的界面，完善的功能以及简便的操作赢得了广大设计者的赞许，其设计符合国情、国标，使设计者处于愉快、轻松、活泼的环境下，能激发创作灵感，能充分调动其产品创新的主动性和积极性，在保证产品质量的同时，大大缩短了产品的设计周期，并确保设计意图贯穿于产品开发的全生命周期。

CAXA实体设计支持产品的创新设计过程，它为产品创新设计提供了强大的三维环境和方法：

（1）CAXA实体设计提供了丰富的三维设计元素库，方便的拖放式建模方法和编辑方法。设计者可以直接从设计元素库中拖放标准图素以生成三维实体，像搭积木一样进行构形设计，通过对点、线、面等的智能捕捉实现对特征尺寸、轮廓形状和独立表面位置的动态、精确、直观操作。也可以对拖入的图素进行编辑（如圆角过渡、边倒角、边拔模、抽壳等）以生成较为复杂的三维实体，还可以基于二维草图利用拉伸、旋转、扫描、放样等操作创建三维实体。

（2）CAXA实体设计拥有独特的三维球和包围盒工具。利用三维球工具可以灵活便捷地精确定位、拷贝、链接和阵列三维对象；利用包围盒工具可以方便地对三维对象的形状和尺寸等进行精确修改。

（3）CAXA实体设计软件打破了传统三维CAD软件单一设计思维的制约，它支持双设计模式（协同创新设计模式、工程设计模式）。工程设计模式基于全参数化设计，两模式结合使用可以使模型的编辑、修改更为方便，以达到最佳的造型效果。同时它也符合其他大多数CAD软件的操作习惯和设计思路。

（4）CAXA实体设计软件无缝集成了CAXA电子图板作为二维设计环境，设计者可以在三维设计环境中直接读取工程數据，并在其中浏览、创建、编辑和维护现有的DWG、DXF、EXB等格式的二维工程图文件，不再需要额外的二维CAD软件。

（5）利用CAXA实体设计软件的二维、三维的关联性，设计者可以根据设计好的三维实体模型直接生成所需要的二维工程图。

（6）对于外形比较复杂的产品模型（如汽轮机叶轮、汽车车身等）而言，单纯靠实体设计工具来创建是非常困难的，为此CAXA实体设计还提供了丰富的曲面设计工具。曲面设计的关键是用3D曲线搭建线架构，然后在线架构的基础上利用各种曲面生成方法获得所需曲面，再由各个曲面构建出三维产品模型。

（7）CAXA实体设计提供了强大的钣金件设计功能，设计者可以利用“钣金”设计元素库中的板料、弯曲板料、向内折弯、向外折弯、卷边、散热孔、通风窗等钣金件智能图素，设计出自己所需要的钣金件模型。

（8）CAXA实体设计提供了为更好展示产品外观效果的渲染功能。设计者可以对产品的颜色、纹理、表面光泽、材质，以及环境、光源等进行设置，从而使产品模型更具真实感和表现力。

（9）CAXA实体设计提供了一系列“动画”设计元素，我们可以用运动仿真展示设计，并输出成AVI视频文件。例如，我们可以为设计好的曲轴连杆机构设计运动仿真动画等。动画设计功能在新产品的设计、模拟演示以及与客户的直接沟通中具有无法替代的作用。

（10）CAXA实体设计集成了著名的ALGOR有限元软件的基本功能模块，可以对零部件进行线性静力学等方面的有限元分析，帮助设计者发现设计错误，避免设计缺陷，优化产品性能。

总之，CAXA实体设计软件是具有国际水准的三维设计软件，他把美国的最新专利技术和CAXA多年来在CAD/CAM领域的经验积累相结合，可以帮助设计人员在三维空间直接进行产品构思和创意，并能输出广告效果的图片与动画。由此它被业内专家誉为“CAD技术领域的唯一突破”，是企业参与国际化竞争和新产品开发的有效先进工具。

参考文献

[1]吕志杰，范文利，张蔚波.CAXA实体设计2009行业应用实践[M].机械工业出版社，2010.

[2]尚凤武.CAXA创新三维CAD教程（第2版）[M].北京航空航天大学出版社，2015.