三维设计软件在脉冲功率系统研制中的应用

三维设计软件在脉冲功率系统研制中的应用
流体物理研究所  孙文遂
摘要  本文通过叙述对某一产品设计完成的讲解，表达了三维仿真参数化设计的理念在优化总体布局、提高结构设计的容错性，缩短产品研制过程的优点。表明在加速器设计中推广三维设计软件的必要性。
  
关键词  结构设计  Pro/ENGINEER  参数化设计
一  前言
三维设计CAD软件已成为产品设计、开发的必备工具。在众多的3D设计软件中，我所通过调研软件市场所有的三维设计软件，购买了Pro/ENGINEER 软件，Pro/ENGINEER软件是PTC 公司编制3D CAD软件，该软件集零件设计、零件装配、模具开发、NC 加工、钣金设计、运动分析和流动分析等功能于一体，采用参数化设计，具有单一的数据库，给设计工作者提供了简易灵活和高效的工具。
二  应用示例
在许多产品的初期开发和设计中，我们经常会遇到的问题是：
第一、  只知道整个装置的基本结构，其结构的细节不清楚；
第二、  装置的具体尺寸不清楚，只知道整个装置的大概尺寸。
在这种情况下，已有的方法——通过技术人员的经验以及一次次的尝试来达到设计最终产品的目的无疑是事倍功半。而通过PRO/E软件将产品的三维模型展现在我们的面前，对其进行详细的研究、分析直至将产品在计算机上完成之后再进行实际的加工、装配，无疑是事半功倍。下面，对个别设计进行简单的说明。
在Z加速器的真空汇流装置设计中，我们只知道真空汇流装置包含的绝缘堆、外磁绝缘传输线、内磁绝缘传输线和靶心四部分中绝缘堆的详细结构和外围尺寸，这种情况，一般的三维设计软件是无法完成该装置的三维立体图，而使用PRO/E软件可轻松的完成该装置三维立体图的初步绘制过程。绘制过程如下：
1. 设计完成的真空汇流装置的三维90[$ordm]剖面图如图1：
   
图1
2. 根据绝缘堆的结构和尺寸，完成绝缘堆的三维图图2：
   
图2
3. 在完成绝缘堆的三维图以后，抛开真空汇流装置的内部组件的具体细节和尺寸，根据所了解的产品结构，画出内部组件的结构骨架(图中心里的线条)如图3：
   
图3
4. 以结构骨架为基础，画出内部各组件的整体结构，完成整个产品的初步设计如图4:
   
图4
有了产品的初步三维立体图，我们就可以很直观的对产品每个组件的详细结构进一步的分析、研究，反复在已有模型上进行修改，直至完成最终的产品设计。而这一工作，通过PRO/E软件的参数化特性，只需要在原有的模型上改变尺寸就可以轻松完成。基于PRO/E软件的功能，我们还可以在建立的虚拟产品模型上进行相应的力学、运动和流体等分析。使完成的产品在理论上达到一次成功。
三  体会
在实际的工作中，我们常有结构总体方案的设计意图很难用单纯的文字表述清楚的情况，常常需要附以图片加以说明，而以往常用的二维平面工程图纸很不直观让人难以一下子理解设计意图，使用Pro/ENGINEER 的建模和造型功能建立的三维造型，立体、直观、细致，其表现力大大优于平面工程图纸，利用Pro/E从三维入手建模和造型，由此获得了一幅幅直观逼真的图片配以简练的文字阐述，清楚地表达了结构设计意图。三维造型还直接给后来的加工带来了方便，如果不使用三维设计工具的话，单单靠二维绘图加设计人员想象力，很难快速制出复杂的加工图纸，准确性也无法保障。而Pro/E 强大的三维投影绘图功能，使设计人员能轻松高效地完成设计任务。
尽管使用PRO/E软件的时间不长，但我个人认为，三维CAD设计软件在我们的工作中很值得推广。
    根据我所实际使用三维CAD软件的实际情况，我认为主要从以下方面开展三维CAD软件，Pro/ENGINEER 软件的推广工作：
1. 将现有以平面设计为主的方式逐渐变为平面设计和三维设计相混合的方式；
2. 完善基于Pro/ENGINEER 的零件库，并配合PTC 公司的产品数据管理软件Pro/INTRALINK使用，使设计人员能充分进行设计资源共享为推行三维设计奠定基础；
3. 推广和使用Pro/ENGINEER软件带动设计其他方面的发展和进步，Pro/ENGINEER软件是三维设计软件中优秀的CAD 软件之一，包含了许多目前国际上先进的工程设计理念和思想，诸如并行设计、柔性设计、Top-down 设计、参数化设计系统、灵敏度设计等等设计技术。我所有必要在进一步推广和使用Pro/ENGINEER 软件的同时将这些先进的设计技术也引入到我所设计工作中，与世界先进工程技术接轨，大幅度的提高设计水平和设计效率。
四  结束语
CAD/CAE/CAM 一体化设计是世界工程设计领域发展的大趋势，三维设计软件在提高设计水平和设计效率上发挥着积极的作用，我们有必要及时推广三维设计软件在我所各项设计工作中的应用，以跟上世界CAD/CAE/CAM的发展水平。