Pro/E动画设计模块在产品开发过程中的应用

【摘    要】简介了Pro/ENGINEER动画设计模块Design Animation在产品开发设计过程中的应用，以及制作动画的一般过程。

1 动画设计的应用

    在当今产品开发过程中，通过协同作业来提高工程设计效率的做法非常普遍。当中的信息交流传递也越来越重要。在三维设计软件面世之前，工程图样包含了整个产品的所有数据信息，由于它起到的重要作用，其也被称为工程语言。随着产品升级更新的步伐不断加快，产品本身构造日益复杂，仅靠工程图样已无法表达设计者的全部意图。当以参数化为核心的Pro/ENGINEER提供了三维实体设计功能后，很快被广大用户接受。其中的Design Animation就可以在Pro/ENGINEER的装配中把产品的现实情景以动态的形式演示出来，即使交流的对方没有CAD工作站，仍然可以通过从Animation输出的MPG或JPG将其传递出去，这大大丰富了信息交流传递的内容和方式。

    雅达电子是世界知名企业爱默生集团旗下的骨干公司，其主要产品电源系列一直处于业界领先水平。公司采用Pro/ENGINEER软件做为唯一的三维设计工具已有4年时间。公司与客户供应商（包括PTC公司在内）一直保持良好的协作关系，并将之间定期的工程信息交流活动当作产品开发的一项重要内容来进行。

2 制作动画的一般过程

    虽然Animation要在装配中操作，但并不需要所有零件的3D实体特征全部完成后才可以进行，因为建立3D实体详细特征时，往往都已处于产品设计的具体化阶段。而Animation在这之前完成则是更好的选择。

    当主要零件建成初始简单的3D模型后，即可进行动画制作。当3D实体修改变化时，因Pro/ENGINEER本身的相关性自动会映射到装配中，此时再将Animation重新生成，即可以使Animation反应到产品的最新状况。建议不要使用含有原始骨架模型的源装配来制作动画。可以根据动画所要表达的重点做一个单独的装配档案。因为源装配中的装配关系都是在零件建立的同时就被完全定义，一些动画效果需要在装配中定义与源装配不同的约束条件才能实现。当然，新建装配文件中零件的最终位置必须与源装配保持一致。下面以雅达公司一型号为例，大致介绍Pro/ENGINEER 2001动画设计的制作过程。

    该型号是一高功率电源，主要部件由面壳散热器，底壳，2个风扇组件，一个PCB组件以及一个电源插座构成。如图1所示。风扇组件及PCB组件含有不同的零件组成。装配关系是风扇组件装在面壳散热器上，PCB组件及电源插座装在底壳中，底壳最终固定在面壳上。各组件都是通过螺钉连接固定。

图1 所有零件在原始位置

    我们期望得到的动画效果包含的信息有 ：整机的装配过程以及模拟风扇的工作状态，同时也展示主要零件的大致外形特征。这些正是供应商、生产部门与客户都关注的。显然工程图样无法表达这些信息，实体装配文件也不具备动画的动态演示动能。在该装配中首先装入的零件是面壳散热器，需要把它与装配文件的三个基准面的关系全部定义，然后依次装入其他子组件及零件。因为要输出风扇的运动状态，所以扇叶的装配连接需特别处理，以便定义伺服电动机。

    完成总装配后，可以开始将各组件或零件拖动到想要的位置并拍取快照保存，以供动画制作使用。在拖动零件时，系统会根据装配关系把零件定义成不同的缺省主体，系统会以拖动主体的方式来实现拖动零件。可以拖动除了Ground 以外的所有主体。如果定义的缺省主体与所期望值不同，则需要重新定义。

    本例中的Ground是第一个装入的零件面壳散热器，如图2所示。拖动主体的操作类似于修改装配中的分解状态。但此处多出不少功能选项，除了常用的平移，也可任意移动或旋转。加上限制条件以后，还可以把一个零件拖动到另一零件相对特殊的位置。

    在拖动过程中，系统会检查这一步骤跟原始定义的装配关系是否有冲突，并根据情况发出警告信息。拖动到预期的位置后即可拍取快照加以保存，系统缺省快照名为snapshot“n”。

    重复以上的操作：定义主体（无需每次都定义）→拖动零件→拍取快照，就像把产品拆开分解的过程。

图2 拖动部分零件后状态

    快照之间可以相互借用位置，但并不存在父子关系。为了最终的动画效果反映的真实装配次序，需要快照之间保持连贯性。理想的状态应该像一个人上台阶，先从最底的一层开始，逐步到达顶层，每上一个台阶就捕捉为一个快照。

图3   所有零件拖动到最终位置的状态

    存取所需的快照后，就可以将其编辑成影片段。影片段是由N个快照在一段时间内依次出现的演示效果，它是动画中的核心组成部分。完成的影片段会自动出现在Pro/ENGINEER主窗口下面的时间线内。然后定义好风扇的伺服电动机，系统也会把它放入时间线内，接下来就可以运行这一动画效果。为了让动画生动，通常会把视角及零件的不同显示模示加入到时间线内，然后进行整体编辑，编辑完成后可以进行播放演示效果，如有不协调的状况则再修改，直至达到最佳方案。

3 展望

    Animation作为一个传递设计意图的可视化工具，能够把直观细致的3D实体及之间的装配关系更清楚地表达出来，这大大方便了用户。其主要侧重于产品真实状况在虚拟环境中的再现，如果虚拟环境有较强的行业针对性，那么这一模块的内容会更丰富。