供稿/達索析統(tǒng)（上海）信息技術有限公司 張啟成

使用SOLIDWORKS Treehouse實現(xiàn)復雜電動工具自頂向下設計

供稿/達索析統(tǒng)（上海）信息技術有限公司 張啟成

復雜電動工具產品設計不僅僅是零部件的設計和工程圖出圖，其設計中包含了大量的精確運動過程、已有模型的設計重用或變型設計、不同的設計部門之間的設計協(xié)同等，在設計之初往往需要一個總體工程師首先進行整體的產品規(guī)劃，然后將各個子系統(tǒng)的設計工作逐步下發(fā)。本文闡述了如何使用SOLIDWORKS Treehouse幫助用戶實現(xiàn)復雜電動工具產品設計的自頂向下設計。

一、引言

目前比較常用的設計方法主要包括自頂向下的設計方法（Top-Down）以及自底向上的設計方法（Down-Top）。自頂向下的設計方法比較符合復雜產品的設計流程，通常會從產品需求分析開始，進行原理或概念設計，然后進行整機的裝配布局，將整機合理地規(guī)劃為不同的子系統(tǒng)并規(guī)定各子系統(tǒng)的裝配關系，進而將子系統(tǒng)下發(fā)至不同的設計小組或部門由其進行所分配任務的詳細設計，當各子系統(tǒng)分別完成設計后，基于預先規(guī)劃的裝配關系，自動生成整機模型。

在實際的應用過程中，自頂向下的設計方法雖然與復雜產品的研發(fā)流程更加一致，但由于其設計的復雜性，對工程師，尤其是對頂層總體工程師或產品經(jīng)理的要求比較高，而且現(xiàn)有的三維CAD軟件在總體規(guī)劃階段缺少合適的工具，導致目前很多企業(yè)仍然以簡單但并不合理的自底向上的設計方法進行產品設計，即首先進行零件的設計，然后進行裝配體的組裝。即使要創(chuàng)建產品布局，也往往是在表格中，或是在二維的CAD工具中，與后續(xù)的產品設計完全脫節(jié)，無法形成貫通的自頂向下設計流程。

SOLIDWORKS Treehouse作為SOLIDWORKS CAD產品的一個模塊，可以在一個獨立的界面中打開。它可以讓用戶快速針對一個新產品創(chuàng)建裝配體結構樹，也可以將現(xiàn)有的模型結構拉入新產品結構樹中進行組裝。總體工程師或者新產品的產品經(jīng)理不需要任何的SOLIDWORKS軟件的使用經(jīng)驗，通過簡單的拖放等操作可以靈活地搭建產品結構并導出至SOLIDWORKS中，或導出至Excel表格中。

二、產品描述

圖1所示為一個典型的電動斜切鋸產品，主要分為圖2所示的4個部分：底座單元、線性滑動單元、頭部單元、鋸片及防護殼。斜切鋸的運動分為前后的線性運動，以及頭部的左右擺動及上下擺動。其前后的線性運動又分為基于底座工作臺面的運動以及基于線性滑動單元的運動。

針對產品代號為D254_4_Head_Motion的新產品的設計要求，其變化的參數(shù)主要是前后的線性運動范圍，以及頭部的上下運動范圍。故在本新產品設計中，大量已有的零部件模型是可以重用的，其需要全新設計的主要是線性滑桿、頭部的連桿、彈簧等零部件。

三、在SOLIDWORKS Treehouse中搭建產品結構

首先由產品經(jīng)理在SOLIDWORKS Treehouse中創(chuàng)建新產品的產品結構。通過簡單的拖拽操作就可以創(chuàng)建第一層的產品結構。

對于新產品設計，其中包含了大量可以重復使用的歷史數(shù)據(jù)。在以往使用的自底向上的設計過程中，每個工程師基于自己的經(jīng)驗在數(shù)據(jù)庫中查找可重用數(shù)據(jù)，經(jīng)常出現(xiàn)遺漏的情況，造成大量的重復設計工作，浪費了寶貴的資源。在自頂向下的設計方法中，歷史數(shù)據(jù)的重用由產品經(jīng)理統(tǒng)籌管理，避免出錯。

在該新產品設計的產品結構定義階段，產品經(jīng)理可以在SOLIDWORKS Treehouse操作界面直接將現(xiàn)有文件拉入當前的結構樹中。這里首先在底座單元Base_ASM下插入了三個現(xiàn)有的部件，可以根據(jù)需要方便地折疊或展開下一級零部件，這里將三個部件以下的零部件折疊，如圖4所示。

圖1 典型的電動斜切鋸產品

圖2 四個關鍵組件

圖3 在SOLIDWORKS Treehouse中定義第一層產品結構

圖4 重用底座單元已有設計模型

線性滑動單元的結構與其他產品類似，只是需要針對新產品的需求修改滑桿的長度，所以這里依然可以重用已有的設計數(shù)據(jù)，產品經(jīng)理進而指導后續(xù)的設計過程中對滑桿長度完成設計變更。同樣，在頭部單元中，也有可以重用的歷史數(shù)據(jù)，而連桿則需要根據(jù)新產品需求進行全新設計。這里將可重用的模型拖拽至頭部裝配體下面，并創(chuàng)建一個新的子裝配體，命名為連桿裝配Link_ASM，以及新的子零件，命名為連桿Link。這樣就完成了產品結構定義，如圖5所示。

圖5 完成的產品結構

在完成產品結構定義后，可以在SOLIDWORKS Treehouse中將此結構輸出至SOLIDWORKS文檔，并定義必要的內部參考，然后將模型通過SOLIDWORKS PDM以設計任務派發(fā)的形式發(fā)送給各子系統(tǒng)的負責人。

四、將產品結構導入SolidWorks中完成詳細設計

以頭部單元組件為例。頭部子系統(tǒng)的負責人在接到設計任務后，根據(jù)新產品設計要求，并基于可重用的現(xiàn)有模型，繪制出頭部子系統(tǒng)的運動軌跡，得到連桿的關鍵點及輪廓線，如圖6所示。

圖6 連桿關鍵點及輪廓線草繪

接下來，該草繪會被下發(fā)至連桿設計工程師，工程師基于草繪中的關鍵點及輪廓線完成連桿的設計，如圖7所示。

圖7 連桿設計

五、完成整機模型設計的配置及審核

在完成所有的零部件設計后，產品經(jīng)理將得到一個接近完整的新產品整機模型，并將其拖拽至SOLIDWORKS Treehouse中查看結構。最后的工作就是為該產品選擇符合設計要求的可用的鋸片及防護殼。鋸片及防護殼模型以標準件的形式存放在標準件庫中，即在一個模型文件中包含了多個配置選項。無需打開SOLIDWORKS軟件，產品經(jīng)理在SOLIDWORKS Treehouse中就可以選用所需的配置，如圖8所示。

最終完成的新產品結構如圖9所示，產品經(jīng)理在SOLIDWORKS Treehouse中直接將此結構輸出成BOM表并以Excel表格形式發(fā)送至下游的制造及采購部門。在表格中清楚地顯示了零部件名稱、數(shù)量和描述等關鍵信息，如圖10所示。

圖8 在SOLIDWORKS Treehouse中選用配置

圖9 最終新產品結構

圖10 BOM表格

六、結語

在SOLIDWORKS Treehouse中可以創(chuàng)建一個產品的整個產品結構，以自頂向下的設計方法將結構樹中每個組件或零部件分配到不同的設計團隊或成員，他們可以清楚地了解哪些模型可以重用，哪些零部件需要重新設計，進而在SOLIDWORKS軟件中完成后續(xù)的新產品設計過程。設計完成后的裝配體也可以在SOLIDWORKS Treehouse中打開，查看、審核或編輯結構并生成BOM表，從而按照自頂向下的設計方法完成一個新產品的設計。對于那些需要在新產品設計初期定義其產品結構的產品經(jīng)理或總體工程師來說，SOLIDWORKS Treehouse無疑是一個非常實用的工具。