【概 要】Solid Edge软件是EDS公司的三维机械设计软件。通过引进该软件，我们在电子设备结构设计中实现了从二维电子图板设计方式向三维面向产品对象设计方式的转变。本文讲述了在电子设备结构设计的各个阶段中如何充分利用Solid Edge软件实现快速有效的设计。 

【关键词】电子设备 结构设计 Solid Edge软件

电子设备结构传统上采用的是AutoCAD或电子图板等二维CAD软件来辅助设计。这些二维CAD软件在结构设计的甩图板工程中占有非常重要的地位。但是随着产品复杂程度的提高，二维CAD软件在使用过程中出现了许多问题。例如：设计过程中由于直观性较差，许多装配方面的问题直到加工中才能发现从而不得不返工，严重地影响了产品的设计生产。诸如此类的问题在二维CAD软件的应用过程中不胜枚举。二维CAD软件最主要的缺陷是: 设计师无法从根本上摆脱图板的束缚，他们不得不花费大量的时间和精力进行图纸的完善，无法将精力集中于产品设计的改进和完善方面。因此形成了以图纸为中心的设计而不是以产品为中心的设计。

为了改变这种状况，我们引进了Solid Edge软件。经过两年的努力，我们逐步淘汰了二维CAD软件，转而采用Solid Edge软件来辅助电子设备结构设计。基本上完成了以图纸为中心的设计向以产品为中心的设计的转变过程。现在，Solid Edge软件的应用已经贯穿于产品设计的各个阶段，成为了电子设备结构设计中的标准平台。

Solid Edge在产品方案论证阶段的应用 

利用Solid Edge能够方便地完成多种方案设计

在方案论证阶段，利用Solid Edge软件能够有效地完成方案设计,并且方便地派生出多种设计方案以供用户选择。由于通过Solid Edge软件设计的方案是一种直观的三维模型，因而计算机用户可以直接获得产品的完整信息并了解产品的每个细节，从而能够有的放矢地提出改进的建议和意见。设计师根据用户所提出的建议和意见能够方便快捷地进行修改，最大程度地满足用户的需求。

建立通用件、标准件、常用件模型库，加快方案的设计进程

由于在设计中，约50%的零部件利用的是企业已有的通用件、标准件和常用件。建立起企业的通用件、标准件和常用件模型库能够极大地方便方案设计。设计时通过调用模型进行快速组合，从而缩短方案的设计时间。

用于方案演示的动画、图片的制作


图1 某项目总体方案外形图 
Solid Edge软件本身提供了基本的渲染和动画制作工具，能够完成基本演示动画的制作，但是由于这些功能较为简单。为了能够制作更为精美的设计方案图片和演示动画，我们通过格式转换，把Solid Edge软件完成的设计方案模型输入至3DSMAX软件中，利用3DSMAX软件的光影、渲染以及动画制作工具完成较为复杂的演示用的图片和动画(图1)。

充分展示设计方案

Solid Edge软件提供了透明化、剖视等工具，利用这些工具能够向用户充分展示设计方案的每一个细节。

在方案演示中，为了展示出产品内部的细节，可以利用软件所提供的透明化工具对外围的零部件进行透明化处理，或者利用软件所提供的剖视工具生成剖切的图形。 

通过Solid Edge软件的帮助，用户在产品的方案设计阶段能够直观地获得产品的信息，对产品有了深刻的印象，对研制单位成功研制产品增强了信心。

Solid Edge在产品详细设计阶段的应用 

配合自上向下以及自下向上两种设计方式完成产品的详细设计 

自上向下是指从装配至零件的设计方式。自下向上是指从零件至装配的设计方式。这两种设计方式是设计中最为常用的两种方式。Solid Edge软件支持这两种设计方式。在产品详细设计中，交叉配合使用两种设计方式能够达到事半功倍的效果。

在相配合的零部件的设计中，这种效果更为明显。首先完成基础件的设计，然后利用自上向下的设计方式在装配件中设计与基础件相配合的零部件。在新零部件的设计中充分利用基础件的点、线、面等特征元素进行建模工作，不仅能够加快设计进度而且能够提供设计的精度。从Solid Edge 8.0版本开始，软件提供了"Inter Part Copy"功能，它能实现配合零部件拓扑间的关联关系，能够保证配合零部件之间的设计精度。

欠约束设计

由于在详细设计的初期阶段，无法准确获得一些尺寸元素，这些元素需要根据以后的设计才能确定，这就要求软件支持欠约束设计。Solid Edge软件支持欠约束设计，在建模时它不要求特征的完全约束，约束条件可以在设计的后期再加入。

基于核心的设计 

电子设备结构设计经常要求针对某一个现有的元器件设计出加固用的结构安装件。元器件成为我们设计的核心部件。首先，建立核心部件的模型，然后输入一个装配件中。利用Solid Edge软件可以在装配过程中设计出零件的功能，并完成外围结构安装件设计。在这样的设计中，我们抓住了设备的核心部件，围绕着核心部件进行外围件设计，充分利用Solid Edge软件提供的功能来提高设计的准确性，减小设计师的工作强度。

除了以上所提及的应用之外，我们还可以充分利用Solid Edge软件提供的特征库、零件切割和干涉检查等功能来提高设计的准确度和效率。

利用Solid Edge的特征库(Feature Library)实现电子设备结构的快速设计 

实现电子设备结构的快速设计 


图2 屏蔽盒腔体 

图3 特征库 
为了实现电子设备结构的快速设计，建立起标准件、通用件和系列件库是非常必要的。但是仅仅这样还不够。单独一个零件的设计和建模速度并没有提高。如何提高一个零件的设计和建模速度呢？我们可以对电子设备结构中的一些零部件进行分析。可以发现，零件可以再分解为更小的组成构件。我们以图2所示的屏蔽盒腔体为例进行说明。这种类型的屏蔽盒是设计工作量最大的一种零件。由于它的每个腔体在进行草图绘制时，设置约束较为繁琐，经常会发生缺少约束的情形，造成了尺寸更改时拓扑关系不是按照我们所希望的进行修改。通过对这种类型的零件进行分析后，我们发现腔体可以分解为固定装置、型腔（包括每边两个固定点、三个固定点等）和导向装置等几个构件。这样就可以把每个构件单独抽取出来，利用Solid Edge软件所具有的特征库功能把每个部分建立为单独的特征并建立特征库。设计时从特征库中选取所需要的特征进行组合，再修改相关的尺寸约束就可以快速地完成新零件的设计，如图3所示。 

建立特征库需注意的一些问题

建立特征库时需注意以下一些问题。

特征库的管理：建立一个公用的特征库储存在服务器中，把不同类型的特征存放在不同的目录中方便查找。 
由于特征库中的特征在引用时需要对特征的约束尺寸进行修改，所以特征必须是全约束。否则，在修改时会造成特征中拓扑关系不可预知的变化。 
如果有两个以上的特征同时抽取，要保证特征之间完整的相对位置关系。
抽取出的特征尽量不要与未抽取出的特征之间有位置关系，否则特征在引用时会出现不可预知的错误。
利用Solid Edge的Engineer HandBook模块进行齿轮等零部件的设计 

Engineer HandBook是Solid Edge软件所提供的一个额外的模块。它不属于Solid Edge软件的基本模块之列。Engineer HandBook是一个非常好的设计工具，它能够提供齿轮（包括直齿轮、斜齿轮和扇形齿轮等）、蜗轮蜗杆、轴承、轴等常用零部件的设计计算以及建模工作。唯一的缺憾是它的一些标准不符合我国的国家标准。 

利用Engineer HandBook模块可以非常方便地完成这些零部件的设计并且能够形成所需要的设计报告。在实际设计工作中，我们可以利用设计出的一些齿轮毛坯再进行更详细的设计。

利用Solid Edge的零部件组功能实现系列化设计 

利用Library这个功能能够从零部件中提取出关键尺寸。通过改变这些关键尺寸能够快速完成类似零部件的设计，实现零部件的系列化。

通过Solid Edge软件所提供的二次开发接口，我们可以利用零部件组功能，建立起零部件尺寸系列表。通过在表中选择就能够快速地完成所需要的模型的建模工作。

利用Solid Edge的XpressRoute模块辅助刚性电缆的设计

XpressRoute模块是Solid Edge软件提供的一个附加模块。它提供了管道设计功能。利用这个模块在电子设备结构设计中可以进行刚性、半刚性电缆的设计与布置。

刚性、半刚性电缆由于其优良的电磁屏蔽性能以及低信号衰减性能在电子设备中有着广泛的用途。但是此类型电缆由于安装时不易调整，所以对于尺寸的要求较为严格。这种类型电缆大多是一种空间三维零件，设计一直比较困难。利用XpressRoute模块可以方便地解决这类电缆的设计问题。 


图4 某设备内部刚性电缆 
使用XpressRoute模块进行电缆设计时，首先必须确定电缆的起始点和终止点。利用这两点由软件产生路径。然后对路径进行必要的调整避免与元器件干涉，最后生成所需要的刚性电缆模型。 

由于XpressRoute模块中提供了多种路径调整工具，能够对路径方便地进行调整，因而可以对电缆进行优化设计以实现最短尺寸(图4)。

结束语

从Solid Edge软件的引进至今经历了近两年的时间。这两年的期间，我们逐步淘汰了二维软件而采用了Solid Edge软件，积累了软件的一些使用经验。现在把其中的一些写出来，希望能够与同行们共享，希望对大家能有所帮助。