自頂向下設計是快捷高效的產品開發方法，能準確地傳遞產品設計信息，保證各零件的配合質量。應用Pro/E 軟件的數據共享方法實現產品零件自頂向下的參數化設計，能有效提高開發設計效率和質量。

　　引言

　　傳統的產品設計是先設計零件，然后由零件進行裝配成為部件或產品，這種設計方法稱為“自底向上(Bottom-Up)” 的設計。如果設計的產品形狀比較簡單， 各零件間也沒有復雜的裝配關系，“自底向上”的方法即可較快地完成設計任務。而面對現代產品更新換代周期短頻快的柔性化要求，“自底向上”分別設計各個零件， 既不易保證產品的整體外形及裝配要求，又難以快捷有效地實現產品的設計變更。相對而言，“自頂向下設計(Top-Down Design)”是首先設計產品的整體外型或組成框架，然后將產品的結構信息傳遞到各組件或零件中，再分別完成零件的詳細設計。由于這種設計方法較容易實現協同設計和并行設計，在面向產品柔性化設計要求方面有著非常顯著的優勢。

一、自頂向下設計的方法

　　借助現代廣為應用的Pro/Engineer 軟件系統，可有多種實現自頂向下設計的方法，主要有骨架模型、數據共享和布局。其中，骨架模型和布局主要用來控制組件整體結構， 當組件涉及多個零件的相對位置或需要對整個組件進行布局規劃時， 則可通過骨架模型和布局控制整體產品結構， 驅動產品各零件自動裝配及更新裝配， 使產品設計者能著眼于整體結構的規劃與更新。而數據共享可以從組件向零件或在零件間傳遞實體、曲面、基準等設計參數信息，是自頂向下設計中的重要方法。Pro/E 中提供的數據共享工具主要有收縮包絡、合并/繼承、發布幾何和復制幾何、注釋元素等，其中合并/繼承是Pro/E 中實現數據共享的常用工具。

　　合并/繼承特征可用于復制其它零件中的所有特征，包括實體特征、幾何特征(如點、線、面)及基準特征，被復制的零件稱為參照零件。其區別在于，合并特征將參照零件作為不可拆開的整體進行復制，不能對參照零件已有特征查看、修改，但可以在參照零件的基礎上添加新特征。而繼承特征將參照零件作為特征的組合進行復制， 并可對繼承復制的特征進行查看及單向編輯。

　　對于電子產品中有復雜曲面外形要求的如手機、鼠標、玩具等的結構設計，為保證各零件間配合質量及外形效果，通常采用自頂向下設計模式，通過合并/繼承特征來實現數據共享，保證各零件之間配合面一致，達到產品精度要求。其設計的基本方法過程如下：

　　1.產品的整體造型設計。以產品的功能結構為基礎，結合人體工程學、美學設計產品整體外形模型。

　　2.產品的分解。根據產品的制造、裝配要求，建立將整體外形拆分為組件或零件的曲面以及裝配定位軸線。

　　3.產品的零件設計。建立各零件文件，使用合并/繼承的方法將產品的整體模型和拆分曲面、定位軸線復制，再去除非本零件的部分，并進行零件細節設計。

　　4.組裝。將各零件組裝成整體，完成產品設計。

二、自頂向下設計方法的優點

　　自頂向下設計首先考慮產品的整體功能和外觀需求，然后再從結構方面進行細化，符合產品開發從抽象到具體的思維過程。由于引入了數據共享，使得該方法具有如下優點：

　　1.可以快捷、準確地傳遞產品設計信息。自頂向下設計是基于裝配模型的設計， 設計從產品整體結構出發， 后續零件詳細設計過程都是基于最初的裝配模型， 各零件的形狀及配合面由整體結構精確控制，能夠很好地保證各零件之間的裝配質量，并簡化了零件設計完成之后裝配的工作。

　　2.便于實現產品協同設計、并行開發。產品結構設計師完成整體結構設計后， 將產品信息傳遞到各零部件， 由設計團隊各成員并行地進行多個零部件的細化設計，極大地提高了設計開發效率。

　　3.為過程的組織管理提供了完整的信息。自頂向下設計在頂層設計中建立產品的總體模型， 再由總體、組件、零件，自上而下逐步細化，在此過程中，建立了產品的整個結構框架及裝配關系， 對于產品設計過程的組織管理提供了完整清晰的信息。

三、應用案例

　　根據客戶需求及市場分析， 設計一款卡通形象造型的玩具對講機，要求外形生動可愛、小巧美觀，具備相應的按鍵功能。由于各零件間配合面為曲面，對形狀、尺寸要求較高，使用合并/繼承特征的方法自頂向下設計可以在各零件間共享、傳遞幾何及尺寸信息，滿足設計要求。

　　1.首先設計對講機的卡通外形。使用掃描混合、掃描、拉伸、斜度、鏡像、曲面合并等曲面創建及編輯命令，建立對講機模型。模型如圖1 所示。

　　2.根據功能、裝配要求，將對講機整體模型分解成天線、開關按鈕、對講按鈕、上殼體、下殼體、電池蓋。其中按鈕、上殼體組成上部組件;電池蓋、下殼體組成下部組件。建立各零件的分割面、定位螺釘孔軸線。如圖2 所示。

　　3.建立各零部件的模型。具體步驟如下：

　　(1)新建零件文件，如天線命名為“tianxian.prt”、外殼命名為“waike.prt”等。

　　(2)建立合并/繼承特征。單擊【插入】—【共享數據】—【合并/繼承】， 在彈出的合并/繼承操控面板上單擊按鈕，選取對講機整體造型零件，并選擇【缺省】定位，完成合并。

　　(3)以對講機外殼與天線的分割面切除合并特征中多余的實體， 按要求分別只保留天線部分或外殼體部分等。

　　(4)建立天線與對講機殼體配合的結構部分。可同樣地建立上蓋、下殼的組件模型，并繼續進一步地建立上蓋組件的按鈕及下蓋組件的電池蓋等零部件的模型。

　　玩具對講機設計的整體過程體現了產品各零件如圖3 所示的組織結構關系。

　　上述玩具對講機的設計過程中，按鈕與殼體的配合面為曲面，上下殼體必須保證整體外型效果，整體造型模型的空間形狀、尺寸參數等信與所有組件和零件共享，并隨著設計過程逐層深入細化傳遞給各零件，從而保證了產品整體結構、各零件的配合面的一致性，提升了產品質量。在產品整體造型設計時，建立一些必要的參數及關系式，通過更改主要參數值來控制頂層模型的變化，從而使設計變更能實時有效地傳遞到產品的各個零部件，實現產品的參數化設計。

　　零件的詳細設計中， 對于零件間的某些配合結構，例如對講機各零件的裝配定位螺紋孔支撐面，配合高度及直徑大小需一致， 將零件按缺省位置裝配為組件后，可以在組件中進行，這樣可以確定必要的外部裝配參考關系; 也可以在組件中修改現有的零件，利用復制、參照配合零件的幾何形狀、基準特征等信息，來設計配合面。

四、結束語

　　Pro/E 軟件系統中自頂向下設計方法多種多樣，歸納起來其基本原理是參考某個關鍵零件來設計其它相關聯的零件， 即通過共享產品的關鍵幾何信息數據使各配合零件關聯起來。

　　自頂向下設計在信息的傳遞、裝配協調、設計變更等方面有著極強的優勢， 滿足了產品對裝配質量的要求，容易實現協同設計和并行設計，對提高設計效率和產品競爭力具有積極的意義。