設計背景
在現如今競爭越來越激烈的市場化需求下，伴隨當代制造工藝日趨成熟穩定和產品的升級，消費類產品的造型、設計、低成本的制造變得相當重要。對于兒童三輪車類的產品設計自然而然地會有了這些要求：設計周期盡量得短、造型獨特的同時要兼顧結構的正確性和制造的經濟性、還必須保證設計的可重用性和易更改性。在計算機技術飛速發展的今天，計算機輔助設計軟件也越來越普及，合理的選擇和運用這些軟件不僅可以解決以上問題，同時還可以將設計師從繁重的“被設計”的制圖（Computer Aided Drawing）工作中解放出來，而享受到一種真正操控軟件、屬于“設計”（Computer Aided Design）的快樂。
在早些階段，三輪車架叉類的產品圖紙，采用的都是二維設計工具。隨著現如今產品線的擴展，在一些新產品的開發上，二維設計表現得越來越吃力，僅能擔當一個完完全全的執行者。事實上在這個兒童三輪車（ICAR）上根本沒有“二維”零件，就算是那些經常被稱為“平面設計”的貼花，最后的結果大部分時候也還是被裝配（貼）在一個不“平”的面上。而較為復雜的外觀設計、基于裝配的設計、分層級的全程關聯的參數化驅動設計、零件或裝配體的分析和檢查、機構運動的正確性的驗證、專業的可繼承的跟制造加工的相關設計是二維設計較難甚至無法解決的問題。下面以一款新款兒童三輪車（ICAR）為例，介紹如何使用Inventor來完成三輪車產品和制造的全過程設計。
設計思路及實現過程
一個完整的產品設計需要從產品前期規劃開始，再到概念開發、細節設計、測試與改進等，直到模型制作完成包含多個環節，本文僅從狹義的產品設計來對部分流程進行描述。具體的流程如圖。
其中產品CAD階段具體運用及實現過程如下。
1.繪制草圖
使用AutoCAD勾畫出草圖，利用CDR上色，圖樣修改確認。
借助AutoCAD無與倫比的可操控性完成產品草圖，同時可以比較容易控制尺寸和比例，使得最初的產品二維概念草圖不至于與后面Inventor的概念草圖走樣太多。需要特別說明的是雖然透視圖在產品效果的表現上，會更直觀、更具有說服力；但是在產品設計的概略草圖階段，平行投影視圖更能夠簡單準確清晰的表達產品的外觀和結構，在繪制的難易程度上也更好掌握。
圖1 AutoCAD繪制草圖，利用CDR上色
2.轉入Inventor中利用多層次的概念草圖分流繪制下游模型草圖
Inventor是一款參數化驅動軟件，在草圖的繪制更改上十分方便。需要注意的是：為了更好地查找、修改和管理設計，應該在設計數據表達完整的情況下，盡量避免在一個草圖中完成多個零部件的草圖繪制，同時給草圖命名以方便查找。
圖2 利用多層次的概念草圖分流繪制下游模型草圖
3.創建模型
利用草圖和模型的衍生配合多實體功能完成下游結構模型的創建，同時兼顧其間突發奇想式的設計增減。（事實證明：這確實是一個關聯修改的可靠的方法之一）
對于復雜模型的創建，經常會有人抱怨Inventor的“曲面功能”太差，因為Inventor的相關幫助內容中并沒有很明確說明某類造型如何實現（實際上這個也很難歸總），所以我們只好自己想辦法。在這套模型當中，有幾套模型我分別使用了放樣構建的曲面（腳踏）、交叉的布爾運算（前車籃）和掃掠構建的曲面（坐墊）。雖然模型還是有一些粗糙，從中也可以發現Inventor的一些不足，但是從結果上看，Inventor是能夠實現這類形狀較為復雜的零件設計。
圖3 下游結構模型的創建
4.分析檢查
創建模型時，在Inventor中利用“干涉檢查”、“斑馬紋分析”、“拔模分析”等一系列分析功能對模型進行檢驗，以確認結構的正確性、觀賞性和（經濟的）可制造性；完成模型的創建后，利用約束驅動配合干涉檢查驗證結構的正確性；利用Inventor方便的測量功能對與標準相關的技術尺寸進行檢查驗證（比如擠夾點的檢查、腿部伸距的測量、腳蹬鞍座高度的測量及前后穩定性的驗證等）。力求在設計的最初階段就能予以避免和解決這些錯誤。
圖4 模型分析檢查
5.工藝設計
利用Inventor的衍生功能和專業模塊完成與零件制造相關的刀具、金屬模具、工裝夾具、檢具及塑膠模具的設計過程。
整套設計中刀具有：用于車架頭管內孔鏜孔和內外倒角的倒角刀桿、用于車把立管安全線的滾花刀、用于前叉豎管及推桿固定管內孔的螺旋鉸刀以及用于各弧口成型處的拉R切R刀。本文附件繪制的是下管接U型管的扁圓切刀。模型創建的關鍵點在于切刀截面的選擇。需要注意的是：U型管與下管的配合，由于下管是彎管成型，無論如何都做不到等同于Inventor中完成掃掠的差運算的結果，也就是說無論如何U型管與下管之間都會存在不是等同大小的焊縫，而附件的結果會是一個比較優化的選擇，使得U型管上下左右的焊縫大小更趨于平均，完成這個結果得益于Inventor良好的“CAGD”功能。
金屬模具有用于鞍座底板的落料模、成型模，用于油漆前車架磷化的工藝消水孔或裝配孔的沖孔模，用于各管材相接處R位成型加工的夾模，彎管成型的沖壓模彎管模等。本文附件繪制的是頭管消水孔的沖孔模。雖然Inventor沒有直接支持金屬模具設計的專業模塊，但是好在這類模具的模型構建還不算太復雜，利用好Inventor的衍生功能最起碼還是能夠比較順暢地完成在此模型上的關聯設計。至于其中的結構設計、間隙配合、極限尺寸和設計校核計算，更多的還是需要我們自行把握。
夾具主要用于車把、前叉、車架、腳蹬、推把的各處焊接夾具工裝。本文引用繪制的是車架組立的焊接工裝，用來完成車架各小件的最后組合焊接。從總體設計布局，到模型構建，經驗仍然能起到作用，而且能夠通過更直觀的結果讓我們把心思花在設計的優化上。
檢具有各種沖壓件、焊接件的檢具工裝。本文附件繪制的是車架后軸管的檢具工裝，用來檢驗頭管、下管與后軸管中心面的一致性，同樣利用良好的衍生功能，Inventor能夠很輕松準確地完成任務。
注塑模具這個產品涵蓋大量的注塑件，如警燈、前后車藍、鞍座、腳踏、車輪、篷布附件等。本文中我嘗試了其中兩個零件的注塑模具設計，警燈的上蓋（分模面比較復雜但在同一平面）和鞍座（分型面較簡單但不在同一平面），根據設計結果，結論是：Inventor 2011注塑模具模塊能夠完成一般消費品產品注塑模設計的要求，需要注意的是Inventor注塑模設計中分型面的創建中會有一些規則存在，需要我們多多摸索，可能它會要求模型必須做的很精準；且對于分型面的創建方法必須要求我們時刻保持清醒的頭腦，Inventor最順暢最直接的模型創建結果不一定會是最經濟、最合適的選擇。
圖5 零件制造相關工藝設計
6.工程文件及成果展示
利用Inventor的相關功能完成BOM表、SPEC表和費用預算相關的工程文件，使用Inventor的表達視圖完成產品說明書，使用Inventor的studio工具完成產品的動畫效果圖。
而對于工程文件的建立，在數據的關聯處理上Inventor大多數情況下能夠勝任，不過對于各行業各企業產品設計中大同小異的細微差別，可能需要我們自己多操點心，去做一些關于工程文件的定制。
需要說明一下的是，產品價格可能不存在于狹義的設計范疇中，但是對于消費品行業來說，產品的初步估價對于整個設計項目會存在一票否決的權利。我個人習慣把價格的預算當做是產品設計的一部分。
效果圖和動畫表達相比較其他CAD軟件，可以說是Inventor的長項，在初學階段，相信有不少人是跟我一樣被Inventor的studio所吸引來。而Inventor的studio確實可以獨擋一面。
圖6 工程文件及成果展示
7.文件歸檔
使用Inventor的“打包”功能對設計項目進行整理存儲。
設計結束，為保證文件歸檔后的正確性和有效鏈接，必須使用Inventor的“打包”機制對設計成果進行打包管理，以方便文件的保管和再利用。需要注意的是該項目中采用其他軟件繪制的諸如二維效果圖之類的文件不會被打包，同時需要檢查依附于該套模型的所有工程文件是否都被打包。
設計難點
所有設計（包括對于專業的后續制造加工設計）最重要的全程關聯，尤其是如何分層級地處理關聯要素，Inventor本身提供相當多的功能供我們使用，比如自適應、跨零件投影、多實體及衍生等，而如何選擇適合的、可靠的一個套路，需要我們自己有非常清醒的頭腦，必須具備相當的設計和軟件使用經驗。
如何使用Inventor創建一個完全符合GB標準的工程圖向來是我們頭痛的事情之一。無論是尺寸標注、文字樣式，公差標注、焊接符號，還是標題欄和明細欄等，始終都有一些無法讓人百分百滿意的問題所在，所以有時候我不得不求助于AutoCAD工具。
對于三輪車類的產品來說，外觀的可觀賞性、造型的流線型要素，大部分時候是必須的。對于這類產品設計的基本觀念是“Form Follows Function——造形即機能”。而在Inventor的現有模塊中，建模能力不足一直為人詬病，在各大論壇上，對于如何使用Inventor的“曲面”功能創建復雜模型一直是討論的焦點，大部分人保持的觀點是Inventor的“曲面”功能很差，甚至是“很爛”。確實，從Inventor界面顯示出來的寥寥無幾的“曲面”功能來看，甚至可以稱得上“寒磣”，然而，Inventor的建模能力真的是像看起來一樣“寒磣”嗎？我的答案是否。在這款ICAR中，包含大量的可以稱得上為“復雜”模型的零件，如鞍座、腳踏板、警燈、前泥板等。同時在本公司其他產品設計中也包含許多外形或者結構都較為復雜的零件。
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