论述Pro/E软件在机械设计中的应用

论述Pro/E软件在机械设计中的应用

赖东强

关键词：Pro/E软件；机械设计；应用

1、Pro/E的概述

Pro/Engineer（简称Pro/E）是美国参数技术公司（PTC）推出的一套CAD/CAM/CAE集成软件，它具有先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型、单一数据库和便于移植设计思想的特点，是目前进行产品研制开发最为有效的工具之一，最近几年Pro/E已成为三维机械设计领域里最富有魅力的软件。它的参数化特征和相关性是区别于其它软件的最大特点。在基于Pro/E的虚拟设计中，设计者可以在计算机上仿真产品的实际造型、装配和运动过程，进行生动直观的产品预装配、干涉检测以及产品运动协调性的验证。在不需要实际制造样机的情况下，解决了大部分装配问题。这就使得新产品开发的周期大为缩短，使新的产品能尽早占领市场，为企业赢得最佳效益。

2、Pro/E在机械设计中的应用

Pro/E软件作为机械工程设计中最具活力的工具，它主要应用于机械设计的以下诸方面：三维实体造型、工程分析（如应力应变、动态特性、热传导特性分析等）、设计审查与评价（如公差分配审查、干涉检查、运动仿真等）、结构优化、工程图的制作、工程数据库的建立及其操作、工程设计信息的处理、检索和交换等。在机械设计中使用Pro/E软件具有更高效率、更高质量、更低成本的优势。具体表现在以下几方面：

2.1可使机械设计更加直观、方便

机械是三维实体，甚至是带有相当复杂的运动关系的三维实体。传统的机械设计是用正投影法形式的二维视图来表达设计人员的三维设想。经过实践表明，虽然这种方法能准确表达无限的信息，但却存在着一些弊端。因为无论是设计人员还是加工人员都要经过专门训练才能在大脑中将二维视图转化成三维实体。设计及绘图过程中稍有不慎，就容易出现错误。使用Pro/E软件可以直接在计算机中呈现出设计者的设计概念最真实的三维模型，随时计算出产品的体积、面积、质心、重心、转动惯量等，其最大的好处是三维设计形象直观，设计结构的合理性让人一目了然。也可以在装配环境中设计新零件，利用相邻零件的位置及形状来设计新零件，可保证新零件与相邻零件的精确配合，避免了单独设计零件出现错误而导致装配的失败。

2.2可实现全参数化、变量化设计

可实现全参数化、变量化的设计特点是Pro/E软件与其它三维软件的最大区别。新产品的设计不可避免地要进行多次的修改，进行实现零件形状和尺寸的综合协调及优化。另外，大多数设计工作也都是在原有设计基础上的改进，只需对其中部分零部件进行重新设计和制造。采用Pro/E软件技术，可以在零件设计、装配设计的过程中对关键尺寸建立关系，使得当其中某个零部件的形状和尺寸发生变化时，该零件的其它相关尺寸甚至其它相关零部件的结构与尺寸也自动随之改变。尤其是在产品更新换代的设计中，修改某些关键尺寸即可再生模型得到全新的机械产品。这可以减少大量重复劳动，减轻设计工作量，使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，大大提高设计效率和质量。

2.3可对机构进行静态和动态干涉检测

传统的设计方式很难用二维图纸去描绘三维空间机构运动和进行产品装配干涉检测等工作，一旦经验不足，考虑不周，空间干涉就在所难免。而在Pro/E中可以使用不同的装配关系把各个机械零件装配起来，然后对零件的装配进行静干涉的检测，如果发现干涉就可及时对零件等进行修改。在整个机器或某个部件装配模型完成后还能进行运动仿真分析，对于有一定运动行程要求的，可检验行程是否达到要求，对于在静态下不发生干涉而在运动中出现碰撞的也可检测出来。从而及时对设计进行更改，保证设计的正确性，避免了到机械零件生产后进行装配时才发现干涉或设计不合理等问题需要修改甚至报废。

2.4可进行有限元分析和优化设计

对于形状、受力复杂的重要零件，在运用传统的设计方法进行设计时，由于设计计算数据不能做到与实际的工作状态高度接近，为保证零件工作的可靠性，往往要加大安全系数，使设计出的零件粗大笨重。采用Pro/E软件对重要零件进行参数化三维造型设计之后，在Mechanica模块可以进行静力、模态、疲劳、屈曲、灵敏度及优化分析，同时可对不同的工况进行对比分析。如果分析的结果不符合设计要求则重新进行造型和计算，直到满意为止，从而极大地提高了设计水平和效率，并且做到优化设计，减少材料消耗和成本，增加产品的可靠性。

2.5可实现制造过程全面信息化

由于先进的信息处理技术不仅使设计过程全部计算机化，而且设计的产品在正式加工制造之前，即可利用Pro/E三维设计技术实现虚拟组装、动态仿真及有限元分析，在产品正式加工前发现设计缺陷并进行改进，缩短了设计时间及过程，极大地提高了设计效率和设计质量。另外，随着信息高速公路的开通，信息传输技术已达到了一个新阶段，设计图纸甚至跨国传输、设计方案的实时异地讨论、异地现场修改都已成为现实。

3、Pro/E在机械设计应用中存在的问题

Pro/E软件在机械设计中的优势是非常明显的，其技术是新兴技术，仍在高速发展。它给企业带来了效率和效益。但在有些地方、有些企业却效果不明显，主要表现在：

3.1应用Pro/E的层次不高，目前很多单位在用Pro/E软件，但大多数只是在用该软件做三维造型和生成二维工程图。当然这也有很多优点，设计直观、修改容易、出图纸快。但是如果只停留在这个阶段，并未实现运用三维CAD技术进行整体空间设计、受力分析及运动仿真分析，就失去了CAD的作用，未实现真正的计算机辅助设计。

3.2精通Pro/E软件的设计人员较少，不能充分发挥Pro/E的功能。随着Pro/E软件的推广，大家对该软件有了一定的了解，也意识到它的巨大优点，但三维软件比较难掌握，大多数工程师很难在短时间内熟练掌握该软件的功能并灵活运用，他们设计出来的产品就很可能存在一些缺陷。

结束语

综上所述，Pro/E通过一种独特的、参数化的以及面向零件的3D实体模型设计制造技术，彻底改变了传统的设计理念。Pro/E将设计、分析、制造、装配以及生产管理融为一体，提高了设计与制造水平，符合现代设计与制造技术的发展趋势。总之，Pro/E已在机械设计中发挥了重要的作用，使机械设计提高到全新的水平。它的迅速发展必将能满足现代化机械设计更高的需求，为机械设计提供强有力的支持。

参考文献

[1]秦杰，徐小明等.Pro/E软件在机械CAD设计中应用[J].装备制造技术，2011.

[2]李幕.Pro/E软件在机械设计中的应用[J]，2014.

[3]梅黎锦.CAD/CAM技术在我国的发展和应用现状[J].机械工程师，2013.