ThinkDesign的精益设计

　　本文介绍了ThinkDesign的精益设计相关内容。

　　本文以国内某汽车企业的ThinkDesign项目为例，简述一下ThinkDesign在汽车行业的应用。该汽车企业多年从事整车和汽车零部件的生产，下设有专用车、轻型车、车桥分厂、车架分厂、内饰件、汽车专用件和房地产等近十余家子公司。主要产品有轻卡、流动舞台车、流动售货车、流动读书车及电动车等整车以及车架、车桥、座椅等零部件。

　　主要技术困境及解决方案

　　1.设计流程需要连续

　　在引进ThinkDesign三维设计系统前，该企业使用AutoCAD、NX和Pro/E等设计产品，不同部门、不同设计人员之间往往使用不同的3D设计软件，而使用DWG文件作为信息传递的一般介质。由于不同CAD系统的阻隔，整个设计流程出现了断层，3D 数据不能得到充分地利用，整个设计环节中存在大量的重复劳动。

　　ThinkDesign是一款覆盖工业设计、工程设计和工模具设计三个阶段的3D CAD软件，支持从一张草图开始的到加工产品所需的模具设计的整个设计流程(见图1)，不同部门之间的数据传递均可在同一CAD平台上进行。概念设计师完成的3D模型可以直接传递给工程设计师、工程设计完成后的模型可以直接传递给工艺设计师。以前需要多个CAD系统完成的流程现在在一个CAD系统中便可完成。整个过程数据的传进流畅而安全，不必再担心模型在不同CAD系统之间转换发生的数据丢失，也不必再需要重新构建模型。

图1 汽车研发流程

　　2.有大量2D数据需要利用

　　同国内的许多制造业企业一样，经过几十年的积累，该企业存在大量的2D历史数据。随着计算机技术在制造业应用的不断发展，对三维模型的需求不断增强。另外，从产品设计的继承性上来说，也需要能够快速、有效的利用2D历史数据，以缩短设计周期，加快面市速度。

　　ThinkDesign的2D转3D功能恰好可以很好地解决该问题。ThinkDesign可以直接无损读取DWG格式的文件，能够识别DWG文件中的图层、线型、中文字符、尺寸及块等各种图形元素。

　　可以直接将读取的DWG文件拖拽到3D环境中，利用各种图形信息快速生成3D模型。ThinkDesign采用的是一种交互式的转换方式，充分发挥了人在转换过程中的主导作用，摒弃了全自动的转换方式，从而适应了任意复杂的工程图纸。图2所示的便是某零件的转换后的模型。如果有新的设计需求，还可以对此模型进行修改。

图2 2D转3D示例

　　3.复杂零件构建困难

　　在汽车设计中，存在大量复杂的汽车零部件，其既具有曲面的特性——复杂薄壁结构，又兼具有实体的特性——大量的孔、槽、筋条、圆角等特征，构建起来非常困难。

　　ThinkDesign提供了多种建模的方式与集成的建模环境。复杂零件即可利用ThinkDesign的实体与曲面“混合”的建模方式进行。通过特殊的特征“壳”，ThinkDesign的实体与曲面命令是可以完全互用的。对于复杂零件，可以充分利用实体与曲面建模的优势完成模型的构建。既可以通过实体特征的堆砌完成模型的创建，也可以通过定义点、线的方式创建曲面，而且这两种方式也可同时使用。这便极大地方便了模型的构建。

　　4.工业设计后期修改困难

　　在进行车体设计的后期经常需要更改3D模型，以往是一个非常麻烦的工作，设计人员需要调整曲线以及点的位置来调整曲面。当一个构成模型的曲面很多时，这项工作就会变得非常繁琐而枯燥，而且调整后的曲面很难保证相互的连续性。而为了达到良好的设计效果对模型的调整是很频繁的，因此，在工业设计界一般认为模型的修改比创建更重要。

　　为了突破以上技术瓶颈，ThinkDesign推出了GSM技术。GSM(Globe Shape Modeling)技术即全局形状建模技术，是ThinkDesign所独有的一种柔性化的快速修改技术。它向设计者提供了一种灵活、自由的修改手段，它解除了参数化的限制，允许其在任何时候对模型进行更改而不必考虑各个特征之间的相互关系，并保证模型的原始“情感”。

　　图3表示的是一个GSM变形的实例。在这个案例中，用户需要加长车体尾部(图中红色部分)，同时保持变形后整个车体曲面的连续性不变。车体尾部是由许多块曲面构成的，使用曲面修改工具修改有困难，因为尽管单独的曲面可以操作，但相邻的修整曲面的连续性实际上是不可能保持的，通常会导致模型分离，而GSM功能则可以很好地解决以上问题。

图3 GSM变形前

　　GSM的应用非常简单，只需要简单的4步：确定当前情况;确定设计目标;设置参数和更新模型。

　　对于模型当前的情况现在非常清楚，即图3所示状态;设计目标就是想到的变形效果，在ThinkDesign表现为“目标曲线”，即图3中已定义好的红色曲线，与相对应的还有一条“原始曲线”，在图3中与车体尾部曲面相重合，设计的目标就是要使车体尾部由“原始曲线”的位置变形到“目标曲线”的位置，而保证车体的整体曲面连续性不变。在“原始曲线”与“目标曲线”定义完成后，我们可以定义曲面的连续性、保留不变的部分等。当以上的设置均完成后，更新模型即可。

　　图4显示的是变形后的效果，从中可以看到：车体尾部已加长，构成车体尾部的所有曲面均参与变形，变形后的车体仍然保持良好的曲面质量。

图4 GSM变形后

　　全局形状建模是一个突破性技术，有很大范围的、实际的并且强大的应用，极大地提升了设计者和工程师的创造力，提高了生产力。以前不可想象，但现在设计者能够非常轻松地对CAD模型做后期修改，同时，GSM还使设计者能够用简单、直接的方法创建复杂的曲面。GSM技术为设计师提供了一种柔性化的设修改手段，使设计师彻底摆脱了参数以及历史特征的限制，可以使设计师把主要精力放在产品的形状上。GSM是一项设计技术的巨大变革。

　　结语

　　目前，随着ThinkDesign的深入应用，该企业理顺了企业的设计流程，各部门间的数据得到了有效整合，而且突破了困扰企业已久的历史2D数据的利用、复杂模型的构建以及工业设计后期修改等技术瓶颈，企业的设计能力及管理水平均有明显地提升。ThinkDesign今后也必将为企业带来更大的效益。