在漫长的机械设计发展历程中，图样设计经历了手绘、CAD(二维)和实体建模(三维)。无疑这些设计软件对机械设计有很大帮助。因此，设计部门必须应用先进的设计辅助工具，提高设计质量与效率。西电三菱电机开关设备有限公司(以下简称西电三菱)自2007年10月引进了SolidWorks Premium后，通过SolidWorks产品提供的强大功能和人性化操作方式，显著减少了新品的开发研讨时间，降低了结构方案中的错误率。本文将详细介绍SolidWorks三维CAD在西电三菱的应用。
一、SolidWorks三维CAD简介
SolidWorks为机械设计工程师提供了一套自动化的解决方案。SolidWorks自动化软件是一个基于特征的参数化实体建模设计工具，它具有Windows的图形用户界面和易于掌握的优点，可以创建完全关联的实体模型，可以利用自动或用户定义的关联来捕捉设计意图。
SolidWorks Premium是SolidWorks三维CAD产品系列中功能全面的一种产品，嵌入了有限元分析(Simulation)和SolidWorks Routing等功能，使工程师真正体验到了设计分析一体化的乐趣。SolidWorks eDrawings应用程序给用户提供了生成、观阅及共享3D模型与2D工程图的能力，消除了设计人员与工程师之间日常交流的障碍。
二、高压电器产品的开发设计过程
1.概述
西电三菱属于高压电器开关设备厂家，完全采用日本三菱电机的产品开发模式，从新产品计划到出具产品开发完成报告，要经历一套详尽的开发体系得以最终完成：产品计划→构想设计→方案评审→出图→试做→产品评审→试验→产品完成，完全体现日系产品的精益求精。
在CAD二维设计时期，如上所述中详尽的开发体系，需要投入相当多的时间和人力，开发成本也颇高。应用了SolidWorks Premium后，新品的设计周期缩短，评审也可有效进行，同时降低了开发成本。下面以高压断路器某零件为例，说明SolidWorks Premium应用于开发设计的优势。
2.构想设计
(1)实体建模。得益于SolidWorks基于特征的实体建模功能，可以实现对特征和草图的动态修改，为设计变更节约时间。
(2)装配模块功能快速、高效。在装配环境里可以实时修改零部件，且能对装配体进行动态干涉和间隙检查，从而在产品开发阶段有效减少设计错误。软件提供的强大标准件库，使装配更完美。
(3)按经验预先设计零件尺寸，之后完成装配体，如图1所示。
在设计阶段使用了SolidWorks线性及图样的线条，投影考虑减少，使工程师们能更专注于设计中。对于早期只用二维设计的工程师来说，SolidWorks的人性化界面，只需7天左右的时间就能熟练掌握设计功能，这缩短了工程师熟悉新软件的时间。
对于研发阶段的不同方案，SolidWorks提供的配置功能提高了研发效率。其可以在同一个零件或装配体中生成不同的模型，研发部门可以基于不同的设计思路进行对比，更加直观和便捷。使用“配置”的同时，SolidWorks建立了基于Excel的“系列零件设计表”，如图2所示，且可以直接通过编辑改变零部件的尺寸和结构，此功能在出图时也很实用，能直接粘贴在工程图上作为同结构不同尺寸的表格。这一点SolidWorks考虑得相当全面，可以添加、显示和隐藏行列，符合通常的出图标准和习惯。
3.方案评审
之前方案评审阶段必须打印出图或者将电子版发送评审部门，但在传输过程中，评审者，包括客户必须使用和设计部门同样的设计软件，否则无法打开图样。有时为了保密，工程师会修改一些参数，但还是会带来不必要的麻烦。SolidWorks eDrawings应用程序提供生成可执行文件供审阅，直观且方便有效(图3)。此功能成功解决了非设计方案评审部门读图难的问题，方便了工程师与非设计部门及客户的沟通。
4.强度校核
针对图1的导电夹装配体，应用SolidWorks Premium嵌入的有限元分析模块(Simulation)，在SolidWorks平台下进行强度解析，其的自动化网格划分功能使得工程师能方便验证自己的设计。
因装配体中零件1和零件2均为导电体，考虑到接触电阻，必须对紧固螺栓实施一定的预紧力，这时要保证零件1和零件2 的强度。
(1)零件材料。零件1材料为紫铜;零件2为铝合金6061。
(2)计算条件。M12螺栓预紧力保证为29 700N;零件2中，4个通孔为固定孔。
(3)验证条件。根据受力情况，按抗变形能力设定安全系数。紫铜的许用应力[σ]=111MPa;铝合金6061的许用应力[σ]=82MPa。
(4)初步强度解析，如图4所示。
小结：经过Simulation强度解析后，工程师可以直观看到零件1的最大应力(136MPa)大于许用应力[σ](111MPa)，因此需要改进零件尺寸。
(5)改进后零件的强度解析，如图5所示。对于零件1，零件壁厚(与零件2接触部分)由5mm变更为8mm。
小结：经解析，零件1与零件2应力均小于零件本身的许用应力，故零件安全。
(6)Simulation强度解析优势。下面对比应用Simulation前后零件强度的计算过程。
①应用前。经分析，螺栓预紧力传递到零件1圆柱面上的力为非均布力，其曲线如图6所示。零件1的强度校核按照薄壁圆筒只受外压的模型，计算该零件的周向应变;零件2按照非圆截面杆件受弯曲应力计算。因是均布力，需进行微积分计算，计算量大，也不准确。②应用Simulation后，可以在SolidWorks平台简易地进行静力学分析，通过添加约束、施加载荷和划分网格等简单操作，即可在二三分钟内完成解析，得到有效结论。同时可以设计洞察、生成报表，制作具有说服力的研讨书。
小结：对于此类问题，装配体看似简单，但要通过手工计算，校核其强度，由于涉及到力的耦合问题，也需要复杂的过程。Simulation强度解析无论针对零件还是装配体，解析过程都更加快速高效，为设计节约了大量时间。
5.样机试制阶段
对于高压电器行业，新产品必须试制样机(试品)，并在国家高压电器试验中心完成一系列强制形式的试验，得到质量认证的产品方能销售。对于这样特殊的行业，在应用SolidWorks以前，需要制作至少3次试品，经过反复试验才能完成产品开发。但应用SolidWorks以来，因可以直观进行零件设计、强度分析、装配体检查和设计优化，从而减少了不必要的失误和样品试制次数，缩短了开发周期。
三、结论
从西电三菱应用SolidWorks以来，简化了设计思路，开发周期明显缩短，能使公司始终以先进的产品迅速占领市场。更主要的是：工程师更专注于设计而非绘图。