在2D-3D-2D混合设计环境中快速发展

只看该作者 · 发表于 2010-2-23 23:50:57

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借助适当的技术加快迁移到三维的速度，并充分发掘设计团队的真实潜力。
本白皮书介绍如何充分利用现有二维图纸和设计实践，并将它们整合到三
维设计流程中。

在二维/三维/二维混合设计环境中快速发展

摘要：
使用二维CAD 的公司在迁移到三维环境时经历类似的过程：使用二维的同时学习三维，将二维集成到三维中并逐步淘汰二维，但保留最适合二维的任务，例如示意图、布局和生成二维图纸。难题是如何在三维设计流程中采用二维，并将二维集成到三维设计流程中。三维设计可大幅提升生产效率，但基于历史记录的设计需要预先规划，从而导致陡峭的学习曲线，这往往会提高入门门槛。
本白皮书讨论采用同步建模技术的 Solid Edge® 软件的功能，以及该软件如何利用二维图纸和设计方法来加快软件采用。用户可以在二维环境中创建和优化布局，供以后在三维环境中使用。三维设计和编辑均可利用相似的二维概念，并可从三维模型生成二维图纸，从而提供全面的设计功能。由于此设计技术基于特征且不依赖历史记录，因此其工作方式与二维系统类似，并可加快二维与三维之间的双向转换。

只看该作者 · 发表于 2010-2-23 23:54:31

简介
大多数公司均已发现迁移到三维的需求，但不希望放弃其二维技能和图纸。如果无法在三维环境中利用二维技能和图纸，将为用户带来棘手的难题。
人们已了解三维CAD 的强大功能，但对如何充分采用和整合二维内容则并不明确。完全放弃二维也不现实，因为二维仍然非常适合示意图和布局构造，同时也是生成图纸所必需的。因此需要一种系统，既能迁移到三维环境，又能继续使用二维功能。
Aberdeen 集团的调查发现，大多数组织在过渡过程中混合使用二维和三维。本白皮书将讨论工程师如何才能充分利用二维，在迁移到三维的过程中尽可能减少更改，并在过渡完成后整合现有知识和素材。

图1：大多数组织在过渡到三维的过程中同时使用二维和三维CAD 系统。此策略帮助他们学习新的概念，将二维数据整合到三维系统中，同时维持正常生产。一流企业内的三维用户正在
利用自动化制造和分析功能使流程更上一层楼。
来源：Aberdeen 集团，2008 年5 月

本白皮书讨论二维在三维设计环境中的主要用途，如何将二维图纸和设计概念整合到三维系统中，以及为何三维是生成二维图纸的最快方式。实际上，本文介绍了二维与三维之间相互转换的完整流程。

只看该作者 · 发表于 2010-2-23 23:56:33

适当的时候使用二维
虽然三维是产品设计的首选技术，但二维工具在设计师的工具箱中仍然占有一席之地。一些设计任务更适合二维，例如机械或工厂布局开发。但在二维中完成的任何工作都应当能够直接用于三维设计。找到满足上述要求的三维系统并非易事。采用同步建模技术的Solid Edge 旨在通过单个系统实现上述所有目标。可以打开、编辑、优化现有的二维图纸，并可供以后用于三维环境，而且可以轻松生成新的二维布
局草图。

创建二维布局
布局通常是设计的第一步，用以列出贯穿工厂或机械设备的材料路线。在此阶段使用二维可以快速落实理念，促进快速更改，并在以后的三维零件设计中扮演关键角色。设计师可以使用布局来加快三维部件建模，同时确保配合和位置正确无误。因此，在三维环境中直接使用二维功能的能力至关重要。

采用同步建模技术的Solid Edge 提供彼此配合工作的二维和三维设计系统。在三维设计流程中可以直接编辑或使用在二维系统中创建（或从其他系统通过各种二维格式导入）的图纸。向导通过映射字体和线条样式等图纸实体，以及处理黑色/白色背景色转换来改进导入过程。还支持模型空间/图纸空间和对其他图纸的交叉引用等概念。导入后，在作出更改时可自动为图纸添加约束，从而增加智能和可预测性。布局由几何体、尺寸和层构成，可以随时将布局导入三维系统以进行部件定位和设计。

优化二维图纸
几乎所有设计都需要进行多种计算，包括从确定结构刚度的计算到优化零件位置的计算。许多设计师使用受力图作为求解复杂计算的通用做法。绘制和解析二维草图极大地简化了这一过程，如果结果可以驱动三维，设计将变得更加高效。

在Solid Edge 中可通过使用“目标搜寻”功能完成受力图的解析，这是一款内置实用工具，可通过调整其他参数来求解某个未知参数。用户只需为模拟系统行为的草图设定约束，并指示目标值和浮动值即可。“目标搜寻”功能将求解可变参数，直到目标值符合目标。通常，“目标搜寻”功能用于确定给定单位负载下的正确梁大小，以及优化给定固定皮带长度下的滑轮配置，如图2 所示。“目标搜寻”功能的另一个优点是优化二维草图驱动部件位置。

图2：“目标搜寻”功能可优化模拟机械构造的二维草图，使设计师可以在提交到三维设计之前执行“假设”情景分析。由于草图可以驱动三维部件的配合和定位，因此“目标搜寻”功能提供了简化的方法来优化复杂的装配体设计。

适当的时候使用二维，但在三维系统中使用图纸的能力则是大势所趋。为了帮助设计师开始优化二维布局，西门子网站提供Solid Edge 2D Drafting 免费下载。借助Solid Edge，用户可以创建和打开二维图纸，使用“目标搜寻”功能进行优化并将结果提供给三维环境。

客户案例：Sparkonix India Pvt.Ltd.
Sparkonix India 的主要业务是制造电极放电加工(EDM) 机、CNC 线切割机和金属电弧切割机。此公司不再提供二维设计选项，但二维设计对于车间文档仍然非常重要。
使用Solid Edge，Sparkonix 能够直观地查看运动并检测碰撞，使用CAD 渲染自动创建图纸和提高客户签准率，从而使设计时间缩短30%，并在设计、铸件和样机方面节省了40% 的成本。
“查看机器的三维模型真是太棒了！规划机器的布局非常简单，为我们提供了装配体的清晰视图，这是前所未有的改进。准备物料清单也很轻松，我们只需选择视图，立刻就能生成物料清单。”
Anand Atole，高级主任设计师
Sparkonix India Pvt.Ltd.

本帖最后由 liujunyun 于 2010-2-24 10:19 编辑

只看该作者 · 发表于 2010-2-24 09:34:58

在三维设计中利用二维设计
无论设计采用二维还是三维系统，都不是问题。难题是如何在三维系统中充分重用原来的二维设计。可以将零件的图纸直观地迁移到三维系统，但装配体布局往往更为复杂，因为它们可能包含包络、零件清单和部件细节。很难找到一个可以利用二维技术进行三维零件创建、零件清单开发和装配体定义的系统。

采用同步建模技术的Solid Edge 工具为二维图纸重用提供了极大便利，可以进行零件创建、零件清单开发和装配体设计。

从二维图纸创建三维零件
许多公司希望将二维零件图纸转换为三维模型。Create 3D 可帮助完成此过程，该工具将二维图纸视图复制并调整到三维零件中。创建草图之后，通过简单的拖动操作就可以将二维几何体转换为三维，并且将所有二维尺寸转换为可编辑的三维驱动尺寸。图3 显示了此过程的主要部分，包括图纸、Create 3D 工具以及完成的三维零件。与传统三维CAD 系统不同，Solid Edge 创建的三维几何体彼此之间没有相互依赖性。因此，用户不需要规划建模步骤。本白皮书稍后将详细讨论本主题，此前请深入体会这一点，即消除这些设计步骤可以使大多数公司采用三维系统的过程变得更轻松、更快速。

图3：Create 3D 将二维图纸转换为可编辑的三维零件，而不需要用户学习和管理基于历史记录的设计方法。

只看该作者 · 发表于 2010-2-24 09:40:52

在开始三维设计之前定义零件清单
在流程的早期阶段定义新产品的零件清单使公司可以预先估算设计成本，从而避免浪费宝贵的设计时间。在二维系统中列出关键部件是众所周知的做法，但在传统三维系统中执行相同操作通常需要实际零件。然而，Solid Edge 采用的独特方法使设计师可以使用“虚拟部件”定义完整的装配体结构。图4 显示了用户如何使用这些部件定义装配体结构。制造、采购和管理团队可以利用此功能来快速估计新产品的范围。还可将零件草图链接到各个虚拟部件，并且以后推送到各个三维零件以便为建模流程提供帮助。

图4：不需要实际部件即可创建完整的装配体。使用虚拟部件定义装配体结构可在概念开发阶段加快更改速度。

使用二维布局驱动三维装配体
各公司普遍了解布局对于装配体设计的重要性。无论是哪个行业，在二维环境中定义三维零件的装配和定位都是一种常见做法，对于完整的机械装置也是如此。Solid Edge 提供一种混合方法，使用户可以将二维布局与三维部件混合搭配。可以创建布局或从其他系统导入布局，使用“目标搜寻”功能进行优化并用作导向件定位，然后用于创建实际的三维部件。图5 显示了定义机械装置位置的车间布局。如果需要移动机器的位置，只需编辑二维草图。

图5：Solid Edge 使用二维/三维混合设计流程，将二维布局与三维部件联系在一起。如果布局详细说明
了对流程做出的更改，机械装置的位置就会更新以反映新设计。

通过在三维设计流程中利用二维图纸，有利于公司更好地重用现有数据。Solid Edge 提供使用零件和装配体图纸辅助三维建模的方法。

客户案例：Triumph Office Furniture。
Triumph 是英国钢质办公家具与储物解决方案的领先设计机构及制造商之一。为了顺应客户需求，该公司需要使用三维设计工具。Triumph 了解到Solid Edge 允许用户继续使用现有二维图纸，并且以后可以将这些图纸用于三维模型。这种二维/三维混合设计方法使开发新型钢质办公储物产品所需的时间缩短了50%。“我们在收到该软件后一个星期内，即完成了软件的实施。我们不相信任何其他系统能够这么快地投入运行。选择Solid Edge对于我们来说顺理成章。”
Nick Wilding，高级设计师，Triumph。

本帖最后由 liujunyun 于 2010-2-24 10:17 编辑

只看该作者 · 发表于 2010-2-24 09:45:43

如二维般简单的三维
使用二维工具的工程师熟知如何设计和编辑，尽管二维系统可能不如三维系统功能强大，但至少设计理念是相通的。基于历史记录的系统利用约束来控制模型在编辑过程中发生的情况，并需要在创建过程中仔细规划或“安排”。用户会比较关注在学习全然不同的设计、编辑和处理导入数据方法的过程中可能导致的停产时间。

采用同步建模技术的Solid Edge 使用创新方法，将显式建模系统（包含二维）的速度和灵活性与参数化三维CAD 的精确控制结合在一起。图6 显示了两种技术的优点如何融入同一个系统，同时去除负面效果。

图6：采用同步建模技术的Solid Edge 将显式建模系统（包含二维）的速度和灵活性与基于特征的参数化系统的精确控制结合在一起，同时消除了两种系统中的负面效果。

三维模型创建
由于同步建模技术不依赖历史记录，因此使用Solid Edge 创建三维特征时不需要规划交互方式，这与二维系统非常类似，可按任意顺序创建弧线和圆。不需要特定的建模命令，可以将草图立即拖动到三维外形中，同心面、水平和垂直相切面等几何条件将保留，而不需要定义该行为。可以在设计过程中的任意阶段添加关系和三维驱动尺寸，并且几乎可以添加到模型的任何部分。此方法使用户可以更快地创建零件，因为在操作命令和确定使用命令的顺序方面所花的时间更少。

只看该作者 · 发表于 2010-2-24 10:05:07

三维编辑
使用同步建模技术创建的模型支持自动设计变更，因此修改某个特征会影响其他特征，但不需要像传统系统那样重新生成不相关的几何体。由于特征彼此不相关，因此可通过随意伸展或编辑随意放置的二维横截面来做出更灵活的更改。图7 显示叠加了编辑结果的零件，其中以蓝色突出显示的安装孔发生移动，而整个零件在更改后保持同心和相切模型条件。称为“动态规则”的独特概念使模型保持同心、相切，并且自动保持垂直或水平面。

图7：同步建模技术中的独特概念称为“ 动态规则”，可发现并保持几何条件，例如相切、共面和同心条件，而不需要显式定义约束。这为执行计划外更改时的编辑操作提供了极大的灵活性，其方法与编辑二维模型的方法类似。

处理导入的三维模型
大多数图纸可在不同的二维系统之间使用，因为不存在需要转换的设计历史记录。而基于历史记录的三维系统则有所不同，因为建模步骤无法移植，因此无法对导入的数据或供应商数据进行编辑。采用同步建模技术的Solid Edge 中的编辑操作旨在为导入数据提供同样的处理效果。可通过添加三维驱动尺寸进行编辑，也可通过拖动由功能识别的面或面组来执行编辑。在更改过程中，利用“动态规则”保持强几何模型条件。图7 中的零件可以来自原始设计或从供应商系统导入，但更改会得到相同的结果。

客户案例：Razor USA LLC.
Razor USA LLC 从生产单一产品（畅销全球的Razor 滑板）的公司飞速成长为一家生产三十多种人力和电动玩具的公司。保持创新非常困难，从数百个创意中筛选出少数有价值的创意的能力极为重要。关键需求是找到一种支持更快速的设计迭代并且容易被二维用户采用的系统。采用同步技术的SolidEdge 完全符合Razor 的需求。“我最近成功说服我们最后一位AutoCAD用户使用采用同步建模技术的Solid Edge。由于不需要学习复杂的历史记录规则或建模策略，因此他非常轻松地学会了SolidEdge。在仅仅数周内，他就已经能够迅速完成大量设计工作。他对于最终进入三维领域感到无比兴奋！”
Bob Hadley，产品开发经理，
Razor USA LLC

本帖最后由 liujunyun 于 2010-2-24 10:16 编辑

只看该作者 · 发表于 2010-2-24 10:08:44

从三维模型生成二维图纸
在大多数企业内，产品设计最后的交付物是二维图纸。二维图纸用于传达重要的设计细节，例如尺寸、公差和零件清单。为了减少不同部门之间产生的误解，图纸必须准确并且容易理解。虽然大多数三维CAD 系统可以从三维模型创建二维图纸，但主要难题是创建和处理三维设计的能力。

由于图纸的准确性非常重要，因此同步建模技术提供的功能对于二维用户而言尤为关键。由于加快了三维模型开发，设计师可以在设计流程的更早阶段开始创建图纸。同样，可以更快地执行图纸更改，因为用户不需要成为系统专家。

直接达成目标
自动创建二维图纸需要三维模型，但二维用户面临的困难是模型开发。创建并拉伸草图是容易掌握的过程，但在大多数三维CAD 系统中，每个操作都需要使用单独的命令。与不同系统的不同命令进行交互并确定它们之间的配合度会延缓模型的开发进程，并导致图纸创建过程被拖延。

Solid Edge 中的同步建模技术采用一种更直接的方法来创建三维模型，将草图和模型面推拉成形。可以将可编辑的三维尺寸添加到已完成的模型中，并且可在检索图纸时发挥更大作用。在基于历史记录的系统中使用的特征尺寸往往不会捕获最终结果，因此对于图纸没有帮助。同步建模技术使公司可以在设计流程的更早阶段创建图纸。

只看该作者 · 发表于 2010-2-24 10:11:00

细化图纸
对于源自三维模型的图纸，图纸变更始于三维环境。对于大多数三维CAD 系统而言，一旦做出更改，二维图纸视图就会相应更新，并且应用的任何尺寸都会反映新的大小。流程的自动化程度很高，但熟悉线条移动和草图编辑的二维用户对于如何处理基于历史记录的模型以获得特定结果持谨慎态度。

在采用同步建模技术的Solid Edge 中进行编辑不受历史记录的限制，因此可以更直观、更灵活地进行更改。例如，图8 显示了编辑过程中的三维部件，用户只需绘制栅栏并将几何体拉伸成形即可，这与二维系统中使用的方法类似。由于变更仅影响相关几何体，因此可减少意外效果导致图纸不准确的风险。

创建二维图纸时，考虑创建和细化三维模型所需的时间非常重要。如果系统在提供三维的自动化和准确性的同时，兼具二维的一些简单化方法，就可以加快绘图的总体进程。

图8：在采用同步建模技术的Solid Edge 中利用随意伸展功能进行编辑非常快速而灵活。步骤1：打开一个零件或装配体；步骤2：在一组三维零件和几何体周围绘制一个二维栅栏；步骤3：将几何体拖动到关键点或利用尺寸进行精确定位。

客户案例：L.S.Starrett Company
L.S.Starrett Company 生产高质量精密工具、规尺、测量仪器和锯条，在全球工业、专业和消
费市场中享有盛誉。由于Starrett 严重依赖于二维图纸，因此在迁移至三维环境的过程中以及迁移后，需要保留使用二维图纸的能力。借助Solid Edge，该公司在过渡到三维环境的过程中从未中断其二维设计流程。保留二维图纸并在三维系统中加以利用的能力提高了创建产品文档的效率。“我们将旧的二维文件导入到Solid Edge 中，使用其中的工具，只需通过几次点击即可将图纸中的曲线和线条转换为三维模型。”
Jim Woessner，设计/制图主管
L. S. Starrett.

本帖最后由 liujunyun 于 2010-2-24 10:14 编辑

只看该作者 · 发表于 2010-2-24 10:12:50

结束语
从二维迁移到三维并非难事，每一天都有公司在进行迁移。虽然三维的优点众所周知，但迁移到三维的最有效途径还没有得到充分证实。本白皮书列出了公司可以充分利用现有二维图纸的一些关键领域，并介绍如何在三维设计流程中利用二维图纸。虽然有一些三维设计工具可供选择，但基于历史记录的底层技术无法带来显著的改变。采用同步建模技术的Solid Edge 提供的二维图纸和技术将帮助企业加快迁移到三维系统，并充分发掘所有潜力，从而在二维/三维/二维混合设计环境中得到快速发展。

更多参考资料
目标搜寻：解析二维受力图的自动化方法
二维/三维混合设计：如何将二维充分整合到三维装配体设计流程中
Solid Edge 中的图表：详细描述专用方法和零件库
工厂设备设计和布局：如何从二维布局设计三维工厂
产品演示：观看采用同步建模技术的Solid Edge 的实际应用
L. S. Starrett Co：在三维设计中利用二维设计的使用案例
Triumph Office Furniture：二维/三维混合设计的使用案例
Razor Scooter：加快采用三维技术的使用案例
Sparkonix：将二维的快速和准确融入三维设计的使用案例

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