第1章 预备知识
计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术是近年来工程技术领域中发展最迅速﹑最引人注目的一项高级技术，它已成为工业生产现代化的重要标志。它对加速工程和产品的开发、缩短产品设计制造周期、提高产品质量、降低成本、增强企业市场竞争能力与创新能力发挥着重要作用。它的应用及发展正引起一场产品工程设计与制造深刻的技术革命，并对产品结构、产业结构、企业结构、管理结构、生产方式以及人才知识结构方面带来巨大影响。作为CAD/CAM技术的主要载体，CAD/CAM方面的应用软件就显得越来越重要。
美国PTC公司（Parametric Technology Corporation）的Pro/ENGINEER以其参数化、基于特征、全相关等概念闻名于CAD界。该软件的应用领域主要是针对产品的三维实体模型建立、三维实体零件的加工、以及设计产品的有限元分析。作为向离散型制造企业提供PLM集成解决方案的全球领先供应商，PTC公司提供了出色的生命周期管理解决方案和支持服务。
1.1 Pro/ENGINEER简介
1.1.1 PTC公司简介
无论是全球性制造企业还是小型加工厂，产品成功与否在很大程度上决定着公司的成功。现今，CAD/CAM/CAE解决方已经成为开发出色产品的必备条件。
作为全球顶级的机械CAD/CAM/CAE开发软件供应商的PTC公司于1985年成立。1989年，公司上市即引起机械CAD/CAM/CAE界的极大振动，其销售额及净利润连续45个季度递增，现股市价值已突破70亿美元，年营业收入超过10亿美元，成为CAID/CAD/ CAE/CAM/PDM领域最具代表性的软件公司。
PTC公司的代表产品Pro/ENGINEER自1988年问世以来，经过短短十几年时间就成为了全世界应用最为广泛的三维设计软件，广泛应用于机械、汽车、航天、家电、模具、工业设计等行业。Pro/ENGINEER提供了一套完整的机械产品解决方案，内容包括了工业设计、机械设计、模具设计、加工制造、机构分析、钣金件设计、电路布线、装配管路设计、有限元分析以及产品的数据库管理等，是一个十分理想的设计环境。
PTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了CAD/CAE/CAM的传统观念。这种全新的观念已经成为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准。利用这一概念开发出的Pro/ENGINEER软件能将设计生产的全过程集成到一起，使所有用户都能够同时进行同一产品的设计制造工具，即实行了所谓的并行工程。PTC公司集成的计算机系统已经帮助众多的用户提高了生产率，缩短了从概念设计到制造的周期，提高了产品的质量，加速了新产品的上市。
PTC公司现有用户35000多家，赢得了许多全球知名公司的订单，如FORD、BMW、TOYOTA等。目前，PTC公司在国内拥有客户近1500家，包括航空航天、汽车、家用电器、通用机械等各行各业。
1.1.2 Pro/ENGINEER简介
Pro/ENGINEER是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。
l 参数化设计和特征功能
Pro/ENGINEER是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，设计者可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易、灵活和便利。
l 单一数据库
Pro/ENGINEER是建立在统一基础上的数据库上，不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为同一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。
1．Pro/ENGINEER
Pro/ENGINEER是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维实体着色或线框造型，产生完整工程图及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/ENGINEER是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、孔（Holes）、倒角（Chamfers）和壳（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。
这系统的参数化功能是采用符号参数的赋予形体尺寸，不像其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便，也可令设计优化更趋完美。利用Pro/ENGINEER完成的三维模型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/ENGINEER还可通过标准数据交换格式，输出三维和二维图形与其他应用软件（如有限元分析软件ANSYS、后处理软件等）共享。用户利用Pro/ENGINEER的强大二次开发能力，使用其中的模块或直接利用C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下（没有任何附加模块）具有大部分的设计能力，组装能力和工程制图能力，并且支持符合工业标准的绘图仪和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。
Pro/ENGINEER功能特点有：
l 特征驱动：凸台、孔、倒角、腔、壳等；
l 参数化：参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等；
l 通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间的关系来进行设计。
l 支持大型、复杂组合件的设计：规则排列的系列组件，交替排列，Pro/PROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等。
l 贯穿所有应用的全局相关性：设计中，任何部分的变动都将引起与之有关的每个部分变动。
2．其他辅助模块
Pro/ENGINEER的其它辅助模块将进一步提高扩展Pro/ENGINEER的基本功能。
（1）Pro/ASSEMBLY
Pro/ASSEMBLY是一个参数化组装管理系统，能提供用户自定义手段去生成一组组装系列及可自动地更换零件。Pro/ASSEMBLY是Pro/ADSSEMBLY的一个扩展选项模块，只能在Pro/ENGINEER环境下运行，它具有如下功能：
l 在组合件内自动零件替换：交替式；
l 规则排列的组合：支持组合件子集；
l 组装模式下的零件生成：考虑组件内已存在的零件来产生一个新的零件；
l Pro/ASSEMBLY里有一个Pro/Program模块，它提供一个开发工具。使用户能自行编写参数化零件及组装的自动化程序，这种程序可使不是技术性用户也可产生自定义设计，只需要输入一些简单的参数即可；
l 组件特征：给零件和由零件组成的组件附加特征值。如：给两个零件之间加一个焊接特征等。
（2）Pro/CABLING
Pro/CABLING提供了一个全面的电缆布线功能，它为在Pro/ENGINEER的部件内真正设计三维电缆和导线束提供了一个综合性的电缆铺设功能包。三维电缆的铺设可以在设计和组装机电装置时同时进行，它还允许工程设计者在机械与电缆空间进行优化设计。
Pro/CABLING功能包括：
l 新特征包括：电缆、导线和电线束；
l 用于零件与组件的接插件设计；
l 在Pro/ENGINEER零件和部件上的电缆、导线及电线束铺设；
l 生成电缆/导线束直线长度及BOM信息；
l 从所铺设的部件中生成三维电缆束布线图；
l 对参数位置的电缆分离和连接；
l 空间分布要求的计算，包括干涉检查；
l 电缆质量特性，包括体积、质量惯性、长度；
l 用于插头和导线的规定符号。
（3）Pro/CAT
Pro/CAT是选用性模块，提供Pro/ENGINEER与CATIA的双向数据交换接口，CATIA的造型可直接输入Pro/ENGINEER软件内，并可加上Pro/ENGINEER的功能定义和参数工序，而Pro/ENGINEER也可将其造型输出到CATIA软件里。这种高度准确的数据交换技术令设计者得以在节省时间及设计成本的同时，扩充现有软件系统的投资。
（4）Pro/CDT
Pro/CDT是一个Pro/ENGINEER的选件模块，为CAD/CAM 2D工程图提供PROFESSIONAL CAD/CAM与Pro/ENGINEER双向数据交换直接接口。CAD/CAM工程图的文件可以直接读入Pro/ENGINEER，亦可用中性的文件格式，经由PROFESSIONAL CAD/CAM输出或读入任何运行Pro/ENGINEER的工作站上。Pro/CDT避免了一般通过标准文件格式交换信息的问题，并可使新客户在转入Pro/ENGINEER后，仍可继续享用原有的CAD/CAM数据库。
（5）Pro/CMPOSITE
Pro/COMPOSITE是一个Pro/ENGINEER的选件模块，需配用Pro/ENGINEER及Pro/SURFACE环境下运行。该模块能用于设计、复合夹层材料的部件。Pro/COMPOSITE在Pro/ENGINEER的应用环境里具备完整的关联性，这个自动化工具提供的参数化、特征技术．适用于整个设计工序的每个环节。
（6）Pro/DEVELOP
Pro/DEVELOP是一个用户开发工具，用户可利用这软件工具将一些自己编写或第三家的应用软件结合并运行在Pro/ENGINEER软件环境下。Pro/DEVELOP包括C语言的副程序库,用于支援Pro/ENGINEER的交接口，以及直接存取Pro/ENGINEER数据库。
（7）Pro/DESIGN
Pro/DESIGN可加速设计大型及复杂的顺序组件，这些工具可方便地生成装配图层次等级，二维平面图布置上的非参数化组装概念设计，二维平面布置上的参数化概念分析．以及3D部件平面布置。Pro/DESIGN也能使用2D平面图自动组装零件。它必须在Pro/ENGINEER环境下运行。其功能有：
l 3D装配图的连接层次等级设计；
l 整体与局部的尺寸、比例和基准的确定；
l 情况研究-参数化详细草图（2D解算器、工程记录和计算）绘制；
l 组装：允许使用3D图块表示零组件了定位和组装零件位置；
l 自动组装。
1.1.3 Pro/ENGINEER Wildfire 3.0新增功能
2006年3月底，PTC宣布推出Pro/ENGINEER Wildfire 3.0。Pro/ENGINEER Wildfire 3.0蕴涵了丰富的最佳实践，可以帮助用户更快、更轻松地完成工作。Pro/ENGINEER Wildfire 3.0是PTC有史以来质量最高的Pro/ENGINEER版本。
与前一代产品相比，Pro/ENGINEER Wildfire 3.0的改进处达180处之多，包含了绘图细节、装配、电缆设计、制造、模型检查、实体造型、计算机模拟等。其中，装配功能的改进多达14项，绘图细节改进多达28项，加工改进多达32项，实体造型改进多达25项，计算机结构与热分析改进多达28项。这些数据说明，Pro/ENGINEER Wildfire 3.0与前一代产品相比有了很大的提高。
目前日益复杂的产品开发环境要求工程师通过在不影响质量的前提下压缩开发周期，来缩短上市时间。为了成功地解决这些问题，工程师正在努力寻找能够提高整个产品开发过程中个人效率和流程效率的解决方案。Pro/ENGINEER Wildfire 3.0通过优化产品菜单结构、提高软件智能的方法，重点解决了这些具体问题。
1．提高个人效率
l 快速草绘工具：该工具减少了使用和退出草绘环境所需的点击菜单次数，它可以处理大型草图，使系统性能提高80%；
l 快速装配：流行的用户界面和最佳装配工作流可以大大提高装配速度，速度快了5倍，同时，对Windows XP-64位系统的最新支持允许处理超大型部件装配。；
l 快速制图：这一功能给传统2D视图增加着色视图的功能，有助于快速阐明设计概念和清除含糊内容。对制图环境的改进将效率提高了63%；
l 快速钣金设计：捕作设计意图功能使用户能以比以往快90%速度快速建立钣金特征，同时能将特征数目减少90%；
l 快速CAM：制造用户接口增强功能加快了制造几何图形的建立速度，快了3倍。
2．提高流程效率
l 智能流程向导：系统新增的可自定义流程向导蕴涵了丰富的专家知识，它能让公司针对不同流程来选用专家的最佳实践和解决方案。
l 智能模型：把制造流程信息内嵌到模型中，该功能让用户能够根据制造流程比较轻松地完成设计，并有助于形成最佳实践。
l 智能共享：新推出的便携式工作空间可以记录所有修改过、未修改过和新建的文件，它可以简化离线访问CAD数据工作，有助于改进与外部合作伙伴的协作。
与Windchill®和Pro/INTRALINK®的智能互操作性：重要项目的自动报告、项目只有发生变更时才快速检出、以及模型树中新增的报告数据库状态的状态栏，提供了一个高效的信息访问过程。