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1、第二部分 Pro/Engineer基础参考书：1.祝凌云，李斌编著.Pro/Engineer 野火版入门指南.人民邮电出版社，2003，8.2潭雪松等.Pro/Engineer2001中文版基础教程.人民邮电出版社，2002，6.第一节 Pro/E简介随着科学技术的不断发展和进步, 生产与加工自动化的观念也逐渐深入人心。生产与加工过程离不开产品的设计与开发, 在生产自动化大幅度提升生产效率的同时,设计自动化也正迎头赶上。设计者扔掉手中的图板从手工绘图的阶段解放出来, 逐步步入了以计算机辅助设计为特色的时代, 也就是人们常说的 CAD 时代。纵观 CAD 技术的发展, 技术的进步是设计自动化发展
2、的重要推动力量。在当今高、精、尖的技术领域, 功能强大的三维设计软件正在逐步满足工程设计中复杂的技术要求。CAD 技术产生于 20 世纪 60 年代初期, 到现在已有 40 余年的发展历史。早期的 CAD 技术以交互式二维绘图和三维线框模型为主要技术特征, 并使用解析几何的方法定义基本图形元素, 并以此来显示和绘制由直线、圆弧和曲线组成的图形。这时的图形系统只能表达几何信息, 不能描述形体的拓扑关系和表面信息, 无法实现 CAM (计算机辅助制造) 和 CAE(计算机辅助工程) 功能。到 20 世纪 70 年代, 自由曲线、曲面的生成算法与表面造型理论逐渐形成, 这在很大程度上得益于汽车和飞机
3、工业的飞速发展。不过这时的 CAD 软件还不能表达零件的质量和重心等特征, 不便于 CAE 技术的实施, 例如不便于采用 CAE 技术进行工程模拟与仿真分析等。到 20 世纪 80 年代, 实体造型理论开始形成, 几何建模方法逐渐被推广使用。实体造型技术能够表达零件的全部形体信息, 有助于 CAD 、CAM 、CAE 的集成, 被认为是 CAD 技术发展中的突破性进展。但是, 由于该技术还不够成熟, 早期的三维系统表现出了集成化程度低、系统庞大、使用复杂等多方面的不足。20 世纪 90 年代以来, 变量化造型理论和参数化造型理论已成为 CAD 技术的重要基础理论, 后者发展更为迅速。由参数化造
4、型理论开发的三维设计软件功能强大，设计效率高，应用日益广泛。美国 PTC 公司 (Parametric Technology Corporation, 参数技术公司)在国际上最先使用参数化造型理论进行软件开发，该公司推出的代表软件就是本课程将要详细介绍的 PEO/ENGINEER( 以下简称为Pro/E，并将 PRO/ENGINEER 2001 简称为Pro/E2001) 软件。一、 Pro/E系统的产生与发展美国 PTC 公司于 1989 年推出了 Pro/E软件的第一个版本。当时，美国 CV (Computer Vision) 公司的一批技术人员率先提出参数化实体造型技术，在该技术被公司领
5、导层否决之后， 这批技术人员离开 CV 公司，独自创立了 PTC 公司来推广这项新技术。后来，产品一经推出就在市场上获得了极大的成功，Pro/E 软件很快被广泛应用于自动化、电子、航空航天、医疗器械、重型机械等多个领域。随后，在花大力气进行技术开发的同时，公司不断收集用户的反馈信息，逐步在软件中增加各种实用功能，使之更趋完善。Pro/E软件从产生到现在已经历了10 几年的发展历程，技术上已经日益成熟。现在，PTC 公司以平均每半年推出一个新版本的速度不断对软件进行技术改进，并逐渐扩大其应用范围。在 2001 版本发布之前，最近的 3 个版本依次为Pro/E R20、Pro/E2000i 和Pr
6、o/E 2000i2。在 2001 版本之前发布的 3 个版本中，PTC 公司做了大量功能方面的改进，具体如：R20 版的视窗化界面、智能草绘模式；2000i 版的行为建模 (BMX)、大型装配功能；2000i2 版的可视化检索、意向参考等。Pro/E是优秀的三维 CAD/CAM/CAE 集成软件，在生产过程中能将设计、制造和工程分析 3 个环节有机地结合起来，使企业能够对现代市场产品的多样性、复杂性、可靠性和经济性等做出迅速反应，增强了企业的市场竞争能力。 Pro/E 2001 版的 CAD/CAM/CAE 集成功能更加强大。2001 年 5 月，Pro/E 2001 简体中文版正式在中国大
7、陆发布。 Pro/E 2001 版改进了软件界面，使其更加简洁友好，操作更加容易、直观和高效。此外，新版软件还作了以下方面的重要技术改进。 支持拖曳操作功能。新版软件精简了原有的大量菜单导航式的常规操作，引入了直接建模的功能，让用户在最少的界面交互和鼠标操作的情况下建立和编辑特征。现在用户仅仅通过鼠标单击和拖动就能快速地建立基本图元和特征。 全相关二维制图功能。新版软件把全相关设计能力扩大到二维图形的绘制中。 系统采用新的智能化约束和捕捉功能, 加快了图形的绘制。如果用户修改了实体模型中的有关数据，二维图形将按照设计中给定的约束进行更新、智能化地调整，使模型的二维图形始终保持为最新参数状态。
8、行为建模功能。新版本强化了已获得成功的行为建模和模型检测等基本模块。通过行为建模捕捉设计意图，软件可以自动计算出符合条件的最佳参数，并提供一系列虚拟原型，供设计者选择最佳设计方案。行为建模功能免去了设计中大量的重复操作，也省去了设计者进行大量分析计算以寻找最优设计方案的时间。 过程变形功能。这是在产品开发、分析和制造等后续处理过程中引入的一种技术。新版软件新的“继承” 特性允许控制某些独立于原始设计的“过程变形”，使用户能够对变形进行详尽修改，例如特征修改或删除，而不需要修改原设计方案。 同步工程功能。新版软件真正实现了不同地域内的同步工程，能够让一个开发小组在完全不同的部门和不同的地域，同时
9、对同一个产品进行设计开发。设计过程中的所有信息都能够在各设计者之间实时传递和更新, 以保证设计者能够轻松地合作, 并能够随时存取最新的产品模型信息。 新的装配、数据管理以及仿真等功能。新版软件试图通过强化这些模块来改善软件的使用性能并扩大其使用范围。要了解新版软件技术改进的详细内容，可以查阅相关资料或访问 PTC公司的网站, http:/ 总之，Pro/E 2001 全面而细致的技术改进使之更加贴近用户, 这些重要的设计思想也是三维 CAD 系统未来的发展趋势。二、 Pro/E系统的建模原理及其特点FTC 公司突破 CAD/CAM/CAE 的传统观念，提出了参数化、特征建模和全相关单一数据库的
10、 CAD 设计新思想。正是采用了这种独持的建摸方式和设计思路，Pro/E软件表现出了不同于一般 CAD 软件的优越建模特性。下面分别阐述这些设计思想。1参数化设计参数化设计思想直接挑战传统模型设计思想。在参数化设计中，实体模型将取代线框模型和曲面模型，因为实体模型直观、真实, 与生产中的产品非常接近。同时，实体模型具有质量、体积、质心和重心等物理属性，可以方便地对模型进行分析和制造等后续处理。尺寸驱动是参数化设计的重要特点。所谓尺寸驱动就是：以模型的尺寸来决定模型的形状, 一个模型由一组具有一定相互关系的尺寸进行定义。设计者修改尺寸参数后, 经过再生处理即可获得新的模型形状, 直观快捷。这对国
11、内习惯于看图纸、用尺寸描述零件的工程人员来说很容易接受。事实上，生产中我们对于结构形状比较定型的产品采取系列化、标准化就是参数化设计思想的典型应用。此外，参数化设计还有利于检查模型尺寸之间是否一致，模型上是否存在欠约束和过约束的情况，如果有，系统会适时给出相关提示。Pro/E是第一套将参数化设计理论用于实际工程应用的软件。2特征建模的基本思想特征是对有实际工程意义图元的高级抽象。对设计对象的形状、结构、装配以及相互关系等进行合理抽象即可获得各种类型的特征, 例如实体特征、曲面特征、圆孔特征、基准平面特征等。一个大型模型可以看成是由多个不同种类的特征按照一定方式组成的。相对于线框模型、曲面模型以
12、及实体模型，特征造型是把一些复杂的操作屏蔽起来，设计者只需在绘制二维草图后通过旋转、拉伸、扫描等造型方法即可创建各类基础特征，然后在基础特征之上添加各类放置特征，如圆孔、倒角等特征，整个设计过程直观、简练。这样 Pro/E 软件对使用者的要求降低了，软件也更容易掌握和普及。特征建模的思想是 PEO/E 软件的重要特色，特征是使用软件进行三维建模的基本设计和操作单位。3全相关的单一数据库Pro/E系统建立在单一数据库基础之上，这一点不同于大多数建立在多个数据库之上的传统 CAD 系统。所谓单一数据库，就是工程中的所有资料都来自同一个数据库, 这样可以使不同部门的设计人员能够同时开发同一个产品,
13、实现协同工作。更为重要的是, 采用全相关的单一数据库后，在设计中的任何一处的修改都将反映到整个设计的其他环节中。例如, 如果修改工程图中的基本数据, 三维实体模型也将随之发生改变 , 在加工中的数控加工路径也会自动更新。这将给产品的设计和生产带来很大的方便。三、 Pro/E2001的组成模块及其功能简介Pro/E是一个大型软件包，由多个功能模块组成, 每一个模块都有自己独立的功能, 这类似微软公司的Office办公套装软件。用户可以根据需要调用其中一个模块进行设计,各个模块创建的文件有不同的文件扩展名。此外, 高级用户还可以调用系统的附加模块或者使用软件进行二次开发工作。下面简要介绍其中最常用
14、的 5 个模块的用途。1草绘模块草绘模块用于绘制和编辑二维平面草图。二维草图绘制在三维建模中具有非常重要的作用, 是使用零件模块进行三维建模时的重要步骤。在使用零件模块建立三维特征时, 如需要进行二维草图绘制, 系统会自动切换至草绘模块。同时，在零件模块中绘制二维平面草图时，也可以直接读取在草绘模块下绘制并存储的文件。2零件模块零件模块用于创建三维模型。由于创建三维模型是使用 Pro/E 进行产品设计和开发的主要目的，因此零件模块也是参数化实体造型最基本和最核心的模块。Pro/E 建模方法模仿真实的机械加工过程：首先创建基础特征，这就相当于在机械加工之前生产毛坯；然后在基础特征之上创建放置特征
15、, 如创建圆孔、倒角、筋特征等, 每添加一个放置特征就相当于一道机械加工工序。使用 Pro/E 进行三维模型创建的过程，实际上就是使用零件模块依次创建各种类型特征的过程。这些特征之间可以彼此独立， 也可以互相之间存在一定的参考关系，例如特征之间存在的父子关系。在设计中, 特征之间的相互联系不可避免, 建议应尽量减少特征之间复杂的参考关系, 这样可以方便地对某一特征进行独立的编辑修改。3零件装配模块装配就是将多个零件按实际的生产流程组装成一个部件或完整的产品的过程。在组装过程中, 用户可以添加新零件或是对已有的零件进行编辑修改。使用 Pro/E2001 的零件装配模块可以轻松完成所有零件的装配工
16、作。在装配过程中，按照装配要求，还可以临时修改零件的尺寸参数, 并且系统使用爆炸图的方式来显示所有零件相互之间的位置关系，非常直观。4曲面模块曲面模块用于创建各种类型的曲面特征。使用曲面模块创建曲面特征的基本方法和步骤与使用零件模块创建三维实体特征非常类似。这里需要特别指出的是, 曲面特征不具有厚度、质量、密度以及体积等物理属性。但是, 通过对曲面特征进行适当的操作可以使用曲面来围成实体特征的表面，还可以把由曲面围成的模型转化为实体模型。5工程图模块使用零件模块和曲面模块创建三维模型后，接下来的工作就是在生产第一线将三维模型变为产品。这时, 设计者必须将零件二维工程图送到加工现场，用于指导生产加工过程。使用工程图模块可以直接由三维实体模型生成二维工程图。系统提供的二维工程图包括一般视图 (即通常
