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Top-down设计方法探讨刘丰林（中兴通信股份）2006-03-17 10:00:00 CAD世界网1 背景介绍中兴通信在2001年以前主要使用AutoCAD来完成产品的结构设计，同时也用Pro/ENGINEER软件完成一定范围的结构设计，经过多年的使用，存在以下几个主要问题，影响产品的设计品质、设计周期、数据管理。
(1) 设计意图难以捕捉，部门之间由于性质不同存在沟通的困难。
(2) 工程师的主要工作集中在CAD绘图上，而不是设计的思考与优化，工程师之间的协作共享难以实现，设计意图也难以沟通。
(3) 设计错误不能及时发现，修改困难。
(4) 难以建立中央数据库系统。
(5) 工艺设计直观性差，工艺设计比结构设计滞后，难以实现并行工程。
(6) 造型设计与结构设计脱节，不能实现造型与结构的一体化设计流程。
2 项目分析经过我们的调研和实际使用Pro/ENGINEER的经验体会，公司在2001年全面启动Pro/ENGINEER的培训推广工作，主要是基于Pro/ENGINEER以下优点：首先，拥有单一数据库支持下的产品数据全相关的开发流程；其次是覆盖产品开发全流程应用的全面解决方案；最后，具有完善的参数化设计技术。
其中的全面解决方案包括：并行开发环境——Pro/INTRALINK；Top-down设计与装配管理功能，推进设计的自动化；设计知识、规则管理工具——Check；6σ质量控制方法——CE/TOL；产品可视化工具——ProductView；数据浏览——动态旋转、剖切、漫游；动态测量、批注和圈阅；三维拆装分析与动画制作。
3 项目实施情况介绍传输产品项目组成员为2人，从2001年10月10日开始，到2001年11月28日完成所有相关零部件三维建模、二维图绘制。
主要包括机柜、插箱、相关附件和相关标准件和非标准件。
完全达到当初项目设定的目标。
目前后续传输新产品已在原建模基础上进行改进设计。
4 项目实施目标(1) 项目在中兴传输产品ZX234JA上实施。
关于Creo parametric 2.0 Top Down建模的总结Top Down建模是一种对于大规模装配建模的思路，类似的还有Down Top，Half Half等。
实际工程中，常常是各种方法灵活叠加使用。
在大规模装配时，物件的位置和装配关系是第一重要的，这时采用Top Down建模可以使设计师专注于装配关系，并在此基础上设计各个分部件。
Top Down，就是自上而下设计，本质上将，就是从总装配关系入手设计，创建骨架模型，所有的零件先确定装配位置，再设计具体的细节。
初学者常常使用与之相反的Down Top 建模思路，就是直接建各个分部件，再在装配体中装配，发现干涉再回去修改。
Down Top 的缺点就是后期调整非常麻烦，对于较为简单的产品还可以使用，但是对于内燃机的全零件装配，后期调整几乎是不可能的。
下面说说使用Top Down建模思路建简单鼠标壳体的过程：第一步：零件拆分鼠标整体：A.prt----------------------------------------总骨架—上部：A1.prt----------------------------------------- 分骨架A——上壳：A1_1.prt——鼠标：A1_2.prt---------------------------------- 分骨架B———左鼠标：A1_2_L.prt———右鼠标：A1_2_R.prt—下部：A2.prt这一步是非常重要的，在使用Top Down建模之前，必须使用树状图对整体进行拆分，搞清总骨架是什么，分骨架是什么，零件是怎么装配的，也就是搞清装配之间的逻辑顺序。
后期我们要根据这个树状图建立装配体。
第二部：直接生成装配体在树状图中要显示特征的树图，在模型树项中选中“特征”，树状图中会出现ASM平面。
但是我们不需要这些平面，所以选择隐藏。
第三步：创建主骨架元件（A）点集创建-选择“零件-实体”选择定位默认基准-对齐坐标轴于坐标系在ASM原坐标系上点击一下，确定坐标系位置，会发现下部产生了第一个零件。
Top-Down Design 何谓Top-Down Design?•它是一种设计的方式由最顶层的产品结构传递设计规范到所有相关次系统的一种设计方式•它是一种管理的工具能在整个设计过程中掌控相关性与衍生的改变能有效的管理外部参考它提供了以下问题的答案:"我如何..."•掌控概念设计的结果•传递进行同步设计工程所须资料与相关设计工作•控制关键的设计资料•当设计变更时控制我的设计资料已更新•使用我的硬设备进行非常复杂的设计Top-Down Design 提供以下功能:•产品结构定义与运用的工具•在次系统与组装阶层攫取设计意念的工具•管理设计规范沟通与整合设计意念的工具•管理内部零件之间的关连性使得工程资料的再利用变得更容易为何要使用Top-Down Design•管理与组织设计意念完整的掌控与传递设计意念更佳的管理与运用避免在建构时不适当的参考关系•弹性化设计更容易与精确的测试造成的改变•资料共享确定共享设计与信息设定的一致性•效率更快的传达改变设变时需要较少时间,金钱与资源•运动控制确立运动的范围与检查干涉Top-Down Design的六个阶段:Top-Down Design的六个阶段: 1. 概念设计(设定设计规范)Conceptual Engineering2. 设定初步的产品架构Define Preliminary Product Structure3. 攫取设计意念(骨架)Capture Design Intent (Skeletons)4. 管理关连性Manage Interdependencies5. 相关设计意念沟通与传递Associative Communication of Design Intent1. 概念设计(设定设计规范)•了解目前的状况空间配置重要的需求•定义新的空间与运动2D草图3D模型仿真快速重复与累积•攫取关键的设计意念记录窗体所有人的资料概念设计现有应用软件输出资料产品结构概念模型工程经验既有影像资料设计需求与规范表格化设计资料 概念设计应用实例概念草图 模型 现有2D,3D 资料 窗体2. 设定初步的产品架构目的:•快速定义产品结构阶层- 在任何组件几何定义之前•直觉式的自动对应起始档案- 确保所有的设计使用相同的必要设定~层名,视角等•弹性与关连的BOM数据•后续工作传递的基础内容:•建立起始的产品结构组装建构环境(Pro/E与模型树弹出选单,Pro/INTRALINK与Pro/PDM)•组件建立方式空的组件,复制起始件,自动以内定基准组装,以现有组装组件为基础,未定位的组件•部分和过度拘束的组件3. 攫取设计意念(骨架)内容:•攫取组装架构的概念设计参数•在单纯与方便的位置取得并控制关键对象的界面•取得并控制多个设计变量•执行三度空间的包装体积与空间需求研究骨架模型•骨架模型是组装设计者的工作台•组装件的3D参数与特征式配置模型•永远是组装件中的第一个组件•可在不同的设计中被使用•可在一个组装件中使用多个骨架•可以包含家族表,可在BOM,简化表示,图面与模型树作特殊处理•独特的关连参考过滤条件•可设定为只能参考骨架•传递时可被过滤•支持BOM,质量性质计算,简化表示,图面与模型树•自动以组装件档名附加方式命名为何使用骨架模型•集中沟通的路线- 传递与保留设计规范与意念,较容易研究,区分与避免问题•使工作分配较容易- 设计变得更可携带与自足•提升良好组织过的设计环境- 真正掌控组装变量•能更快速有效的传递设变- 在正确的时间提供正确的信息骨架建立工具•建成如各别零件- 只包括需要的曲面与基准参考•建成如各别零件- 包括能表现整个组装件的内容•直接组装到现有组装中- 会自动排序到任何实体组件之前4. 管理关连性外部参考•在设计过程中产生与现在设计模型外零件与组装件的关连•快速作大型组装设计时产生的复杂关连需要被管理与组织为何外部的参考很重要•完全扩展参数关连设计的威力与弹性•能更有效率的管理相关连或不相关连对象之间的资料交换•控制能重复使用资料的使用量•确保整个设计意念配置的一致性在Pro/ENGINEER可使用的工具•参考对象控制(Reference Scope Control)•参照检视器(Global Reference Viewer)•参照图形显示(Reference Graph)•模型树(Model Tree)•Pro/PDM and Pro/INTRALINK - 提供更高层次的数据管理功能并在几何建立前先设好关连o确定Top-Down Design的设计方式是否被遵循o将设计管理规则直接合并到设计中o设定是否可被选择o可参考对象的处理方式o确定设计资料再使用的适当性o显示图标可得知所选组件的状态o可作总体性设定(config.pro)或设定在组装层次(模型树)参照检视器(Global Reference Viewer)o可作各组件细部的设计关连检查o了解当设计变更时会如何影响整个设计o检查出参考的种类(外部参考...)o可在树状结构显示方式中检视父子关系参照图形显示(Reference Graph)o容易了解复杂的相互关系o可设定显示的方式模型树(Model Tree)o进行设计时的信息中心o可设定显示资料让重要资料更容易检示5. 相关设计意念沟通与传递帮助设计者快速且容易的将设计规范与意念传达到所有相关次阶层并能及时的更新相关资料在Pro/ENGINEER可使用的工具•骨架模型•复制/发布几何(Copy/Publish)•封包特征( Shrinkwrap)复制几何特征(Copy Geometry Features)•可复制各种类的几何(曲面,边界线,曲线,基准,曲面组,复制/发布几何)•维持被复制几何的名称与层的设定)•可随时切换与被复制几何的关连外部复制几何特征(External Copy Geometry)•建立组装件与外部模型的关连•对使用坐标系统组装练习有帮助发布几何特征(Publish Geometry Features)•预先分类将被复制参考的几何•改善设计团队的沟通•容许设计者设定与其它成员的共享参考具关连性的封包特征•选项位置# Feature# Create# Data Sharing•可设成类似复制几何特征的内部(特征)或外部(组件)使用方式•内部封包- 当被制作封包的几何改变时会随之更新•外部封包- 制作成独立的零件文件供参考,是理想的简化处理方式封包特征何时会更新•内部封包- 参考曲面改变时,组装件重新运算时,使用者点选更新封包时,需要重新检视封包时,加入新的内容时•外部封包- 当此封包与参考的对象同时存在内存中时沟通相关设计意念的好处•改善产品结构中工作的传递- 依设定好的路线,使得资料的传递变得容易•简化工作环境的复杂性- 容易管理可减少问题发生•阶层化的相关信息- 次组装与零件只包含所需要的资料, 避免不需要的参考与关连•提升既存设计资料重复使用的相关性- 共同讯息与资料能重复使用避免无谓的新件6. 进行组装设计进行组装设计的工具•先建立组件再组装方式(自动的拘束条件方式动态拖曳拘束条件自动抓取)•直接在组装件建立组件(骨架模型,零件或组装件,镜射组装)•机构运动仿真(Mechanism)建立组件•建立个别零件•在组装件建立组件- 组件建立时与组件自动产生关连- 提供可选择种类与副种类- 可控制建立的方式(从既有模型复制,无几何的空对象,定位基准面,立刻直接建构几何) - 提供不放置定位选项镜射次组立特性•节省个别镜射组件与手动建立新镜像组立的需求•内定位置及几何与原来被镜像者保持关连•可从新定义位置以打破关连性•可以排除对称零件Mechanisms•提供设计机构运动的仿真•动态拖曳机构•设定的连接与固定件可直接在Pro/MECHANICA使用。
自顶向下设计方法在Proe中进行产品整体设计时，可以先把一个产品的每个零件都设计好，再分别拿到组件中进行装配，装配完成后再检查各零件的设计是否符合要求，是否存在干涉等情况，如果确认需要修改，则分别更改单独的零件，然后再在组件中再次进行检测，直到最后完全符合设计要求。
由于整个过程是自下（零件）而上（组件）的，所以无法从一开始对产品有很好的规划，产品到底有多少个零件只能到所有的零件完成后才能确定。
这种方法在修改中也会因为没有事前的仔细规划而事倍功半。
这种自下而上的设计，在有现成的产品提供参考，且产品系列单一的情况下还是可以使用的。
但在全新的产品设计或产品系列丰富多变的情况下就显得很不方便。
所以，Proe给我们提供了一种十分方便的设计方法——TOP-DOWN设计。
TOP-DOWN设计是指从已完成的产品进行分析，然后向下设计。
将产品的主框架作为主组件，并将产品分解为组件、子组件，然后标识主组件元件及其相关特征，最后了解组件内部及组件之间的关系，并评估产品的装配方式。
掌握了这些信息，就能规划设计并在模型中总体设计意图。
TOP_DOWN 设计有很多优点，它既可以管理大型组件，又能有效地掌握设计意图，使组织结构明确，不仅能在同一设计小组间迅速传递设计信息、达到信息共享的目的，也能在不同的设计小组间同样传递相同的设计信息，达到协同作战的目的。
这样在设计初期，通过严谨的沟通管理，能让不同的设计部门同步进行产品的设计和开发。
图1为TOP-DOWN经典设计流程。
图1 TOP-DOWN经典设计流程在Proe中进行设计的过程中，系统提供了以下方法来让我们进行TOP-DOWN 设计：二维布局（Layout）主控件（Master P art）产品数据管理骨架模型（Skeleton）直接建模的五大优势1.直接建模给您带来飞一样的感觉Direct modeling is easier because…you can design “on-the-fly”直接建模方式允许设计者直接对模型几何进行操作，例如您可以利用鼠标拖拽一个曲面或者拉动圆孔的直径直到到您期望的效果。
Inventor的Top-Down概念设计方法教程Inventor 基于多实体的Top—Down 创新概念设计方法教程Kevin Yan （2015）1. 基本概念Top-Down 是指自顶向下的设计方法。
区别于传统的自底向上的设计方法，T op-Down 更易于实现概念设计，充分发挥设计人员的想像力，并且实现它。
Top-Down还更有利于团队协作，用一个团队共同完成一件产品的设计。
先有一个总体的概念设计，然后分解给团队中的每一个人，每个人基于总体概念设计来完成局部的零部件设计，最后完成整个新产品的设计。
这是当今创新设计的前沿方式，是未来设计的主流方向。
传统的自底向上的设计方法不利实现创新性设计。
2. 多实体建模一个零件文件（.ipt ）中，可以仅由一个实体构成。
当你在拉伸一个草图时，就会产生一个实体。
在模型树窗口中，你会发现实体数是1. 一个零件文件也可以由多个实体构成，各个实体可以单独编辑，这就构成了T op-Down 设计的基础。
多实体的创建有多种方法。
以下以草图拉伸为例进行讲解步骤：3. Top-Down 设计方法我们在使用Inventor 软件进行创新设计过程中，初学者往往习惯于采用传统的自底向上设计方法，自底向上设计（即我们精确设计每一个零件，然后根据需要逐层向上进行装配，最终形成总装配的设计方法）具有非常方便的工作流程，容易被设计师所掌握。
但在全新的机械创新设计中，设计师往往需要根据设计意图和设计需要指定出一套设计方案，然后绘制出设计的整体构架，最后进行各个零部件的细化设计，这也就是我们所说的Top-Down 的设计思想。
Top-Down 设计能够有效地传递设计规范给各个子组件，从而更方便高效的对整个设计流程进行管理。
近年来，随着Inventor 不断的研发，Top-Down 设计的方式方法也越来越多，在Inventor 设计过程中，Top-Down 设计模式主要有基于概念草图、基于概念模型、基于布局、基于多实体等。
Top-Down设计在组织方式上展开装配设计时通常包括六个主要步骤，这些步骤包括：规划、创建产品结构；通过产品的结构层次共享设计信息；独立元件之间获取信息。
在构建大型装配的概念设计时，Top-Down设计是驾御和控制Pro/ENGINEER软件相关性设计工具最好的方法。
1.?定义设计意图
所有的产品在设计之前要有初步的规划，如设计草图、提出各种想法和建议及设计规范等来实现产品设计的目的和功能。
这个规划帮助设计者更好地理解产品并开始系统地设计或元件的详细设计。
设计者可以利用这些信息开始定义设计结构和独立元件的详细需求并利用Pro/ENGINEER软件完成设计。
2.?定义初步的产品结构
产品结构由各层次装配和元件清单组成，在定义设计意图时有许多必须的子装配是要预先确定下来的。
产品结构在Pro/ENGINEER中很容易创建，允许创建不含任何零件的子装配或不含任何几何的零件。
已经存在的子装配或零件也可以添加到产品结构中而实际上无须完成装配。
预先定义产品结构可帮助组织规划装配设计并便于管理和分配任务到项目组成员。
3.?定义骨架模型
骨架模型作为装配的三维空间规划可以被用来描述空间需求、重要的安装位置或运动。
它们也可用来在子系统之间共享设计信息并作为在这些子系统之间一种参考控制手段。
骨架模型提供多种目的服务，例如定义装配的形式、策划和功能，主要有：
空间宣告（三维规划或空间策划）
元件和元件之间的空间策划（策划）
运动描述（功能）
4.?通过装配结构传递设计意图
顶层的设计信息例如重要的安装位置和空间位置需求可放在顶层装配的骨架模型中。
这个信息可以被分发到所需要的相应的子装配的骨架模型中。
这样，每个子装配的骨架模型中就只包含和该子装配相关的设计信息了。
这个子装配的设计团队就可以安心地进行自己的设计了，因为该团队成员拥有顶层设计的局部权限（主管设计师通过骨架模型传递设计信息并授予相应的权限）。
这种设计意图的沟通意味着许多独立的设计团队可在他们自己的子装配中工作并参考着同样的顶层设计信息。
这样协同工作的结果是使设计并行地发展。
在不同的产品结构层次中推荐使用保存设计意图的Pro/ENGINEER工具是骨架模型。
拷贝几何特征（Copy?Geometry?feature）功能允许你通过骨架模型沟通和传播设计意图。
5.?组织后续设计
在已经明确了设计意图并定义了包括骨架模型在内的产品基本结构和清晰的产品框架后，下一步将围绕设计意图和基本框架展开零件和子装配的详细设计。
6.?管理元件间的相互性
用Pro/E软件设计的好处之一是利用它的相关性，具备设计意图修改后目标零件作相应的自
动更新的能力。
这需要通过外部参考关系、零件间的相互依赖性或参考控制来实现。
尽管创建外部参数功能是Pro/E软件最强有力的武器，但对于大型设计仍是非常复杂的工作。
因此，可以通过软件提供的外部参数管理工具来调查或管理这些参考。
用简洁语言概括说明如下：
1?在Layout中定义整个产品信息
2?建立初始产品结构
3?通过骨架模型定义产品三维信息
4?使用Publish?Geometry特征分发设计信息
5?使用复制几何工具传递设计信息到每个设计单元
6?利用核心参考信息创建模型几何
7?使用实体模型展开设计
8?建立交互设计变更环境，解决设计变更信息传递问题?
三?Top-Down设计方法的优点
Top-Down设计方法有许多优点，可用来管理大型装配，组织复杂设计并与项目组成员共享设计信息。
管理：这个方法通过用户调用唯一的骨架模型（skeleton）到内存中并做出想要的设计改变来管理大型装配设计。
骨架模型包含重要的设计准则例如安装位置、为子装配或零件提供的必需的空间、传递设计参数例如关键尺寸。
对骨架模型可以做出改变并且这些改变可以传播到整个设计的所有子装配中。
组织：Top-Down设计组织并强化了装配中元件之间的交互性和依赖性。
许多交互和依赖性存在于实际的装配设计中并且在设计模型中是需要提取的。
举一个关于依赖性的例子，一个零件上有一个安装孔而另外零件的相应位置也存在孔，如果第一个零件的安装孔的位置发生改变，利用Top-Down技术可以控制第二个零件孔的位置也随之改变。
这种依赖性用户是可以控制的，利用从动模型的模型树中的工具进行设置可使用户得到或限制元件的依赖性。
信息共享：有组织的装配结构允许不同层次的零部件之间可以信息共享。
如果在某一层发生了改变，它将在所有的相关的装配或元件之中产生影响。
当不同的设计组和个人进行组件或元件设计时，提供了团队协同设计环境。
在设计的初期阶段，可以通过几何发布把复杂的大型装配设计分解成简单的任务并分配给项目组的不同成员。
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四?了解一下Top-Down设计使用的工具
1?布局（Layouts）
我理解这个工具是一个储存参数的“容器”，它是一个非参数化的二维标记环境，用来集中控制顶层的设计标准、参数、产品配置，也有把它叫做工程笔记本的。
2?骨架模型（Skeletons）
装配环境下特有的一种零件模型，是产品的一个空间规划，受控于Layout并为装配环境集
中控制和捕捉设计信息，可以说是Layout意图的三维诠释者。
Layout和skeleton是Pro/E 软件自顶向下设计的核心。
3?包装（Packaging）
当设计的时候不能确定元件的精确位置时，会把元件放在一个大致的位置，这时候元件就处于“包装”模式下，这在产品设计初期搭建产品结构的时候非常有用，这种模式下BOM可以正常输出的。
4?发布几何（Publish?Geometry）
我理解，这是Pro/ENGINEER软件的一种特殊特征，允许设计者把设计信息打包，便于需要的其他设计者使用。
一般主管设计师在划分工作任务时，把不同设计者需要的几何信息分别打包存放，分管设计师一次性完整地把需要的内容拿走，避免错误并提高效率。
5?复制几何（Copy?Geometry）
也是?Pro/ENGINEER软件的一种特征形式，允许设计者把模型几何信息从一个模型传递到另外一个模型中，这里的信息传递采用"拉"的方式，就是我需要什么就从另外的模型中拉过来，Pro/E软件把拉过来的结果储存为一个特征，用户可以随时修改这个特征的内容和独立性。
6?关系式（Relations）
关系式是Pro/E软件贯彻设计意图的重要手段之一，当设计变更时，用户通过各种关系式来表达或明确想要的设计结果。
