本文介紹了SolidWorks自上而下的設計方法。

　　一、Down-Top和Top-Down的基本概念

　　1.Down-Top設計的優點

　　Down-Top設計方法是最基本的設計方法，它的基本設計流程如圖1所示：首先單獨設計零件，然后由零件組裝裝配體，裝配體驗證通過后生成工程圖。

圖1 Down-Top設計方法

　　◎簡單：由于零部件單獨設計，彼此之間沒有相互關聯參考，所以建模簡單，不容易出錯，即使出現錯誤也容易判斷和修改。

　　◎對工程師要求低：設計任務清晰，即使初學者也能輕松完成設計任務。

　　◎對硬件要求低：零部件之間沒有關聯參考，修改局限于單個零件或裝配體，所以運算量比較小，對于硬件的要求相對較低。

　　2.Down-Top設計的缺點

　　◎不符合產品設計流程：Down-Top設計流程與產品設計流程正好相反，因此不適合進行新產品研發。

　　◎局限性強：設計修改局限于單個零部件，不能總覽全局進行設計和修改，修改單個零部件后，相關零部件不能自動更新，需要進行手工干預。

　　3.Down-Top設計的適用范圍

　　◎SolidWorks軟件初步引入，對已有2D圖樣進行三維轉化階段，尤其適合初學者，或者剛剛完成初級/中高級培訓的企業。

　　◎已有產品的變型設計和局部修改，這種針對局部進行的修改適用于Down-Top設計。

　　4.Top-Down設計的優點

　　Top-Down設計屬于SollidWorks的高級設計方法，設計流程如圖2所示。

圖2 Top-Down設計流程

　　◎符合產品開發流程：由圖2可知，Top-Down設計流程與產品研發流程基本一致，符合現有的設計習慣，可以完全融合到產品研發中。

　　◎全局性強：總圖修改后，設計變更能自動傳遞到相關零部件，從而保證設計一致。

　　◎效率高：一處修改而全局變化。在系列零件設計中效率更高：主參數修改→零部件自動更新→所有工程圖自動更新，一套新的產品數據自動生成，現在用幾個小時就能完成原來幾周的工作量。

　　5.Top-Down設計的難點

　　◎復雜：零部件之間有大量的關聯參考，會增加零部件的復雜度，有時候甚至因為找不到參考源頭而無法修改。

　　◎對工程師要求高：由于參考關聯復雜，要求工程師能夠熟練操作軟件，熟悉產品設計流程和變化趨勢。對總工程師的要求更高，如果初始布局不合理，則需要進行大量修改，甚至因為無法修改而導致整體崩潰。

　　◎對硬件要求高：關聯設計帶來大量關聯計算，尤其是總圖的更新，會導致全部相關零部件自動更新，對于計算機硬件和網絡速度提出了很高的要求。

　　◎對數據管理要求高：由于零部件關聯很多，所以對數據文件管理的要求非常高，如果管理不善，會導致數據丟失和關聯斷裂，從而造成設計混亂。

　　6.Top-Down設計的應用范圍

　　◎新產品研發：要求在熟練掌握Down-Top技術的基礎上，首先由部件開始嘗試，逐步推廣到整機設計，否則不僅不能提高設計效率，還會造成設計延誤。

　　◎系列產品設計：主產品定型后，對產品結構與參數傳遞進行優化。這樣在系列產品設計中，通過修改參數就能自動完成大部分重復設計，從而提高設計效率。

　　二、Top-Down設計分類

　　SolidWorks的Top-Down設計方法主要分為三類：關聯參考、外部參考法和布局，下面分別進行介紹。

　　1.關聯參考

　　關聯參考法是基礎的Top-Down設計設計方法，它通過零部件之間的關聯參考來傳遞設計關聯，從而達到修改一個零部件，則相關零部件根據關聯自動更新的目的。

　　關聯參考案例一：如圖3所示，墻板和接頭的接口位置決定了管路的起始方位，接口的大小決定了管路的標準。在設計過程中，管路零件的路徑草圖和截面分別與墻板和接頭添加圖示的關系。

圖3 關聯參考

　　關聯參考案例二：如圖4所示的水平儀設計，水平儀頂蓋板的大小和厚度都由水平儀主零件開槽形狀和尺寸決定。通過添加兩零件之間的參考引用或關系，可以保證當水平儀主零件的開槽尺寸和深度有變化時，頂蓋板的形狀和厚度自動進行更新。

　　優點：關聯參考方便快捷，可以同步更新。

　　缺點：關聯是單向的，并且當關聯很多時不易查找參考源和修改錯誤。

　　應用范圍：主要應用在部件級關聯設計，關聯盡量控制在一定的范圍內，這樣容易進行控制和修改。

圖4 水平儀

　　2.外部參考法(即主零件法)

　　在一個主零件中完成整體設計，然后使用多體或分割的方法，將主零件分解為多個局部并傳遞到單獨的零部件中，對分解后的零件進行詳細設計，最后在裝配體內進行匯總以完成設計。

　　案例一：玩具設計和家電外觀設計，如圖5所示的變形金剛。

圖5 變型金剛設計流程

　　變型金剛的設計采用分割的方法，流程為：首先設計主零件，然后由主零件分割出不同的部分并分派到不同的零件內，對每個子零件進行詳細設計，最后組裝在一起。當設計變更時，只需修改主零件，所有的子零件會自動更新。

　　案例二：特種車輛設計(零部件之間相互沒有運動或運動很少，但是關聯很多且復雜)，如圖6所示的水泥散裝車。

圖6 水泥散裝車

　　水泥散裝車采用多體的方法設計主零件，然后把每一個實體(零件)插入到新零件中形成新的零件，然后進行詳細設計，最后組裝在一起。當設計變更時，只需修改主零件，所有的子零件會自動更新。

　　優點：所有相關零部件在同一個主零件中完成，這樣就不會產生復雜的關聯參考，并且修改容易。

　　缺點：如果零部件之間有復雜的相互運動，或者零部件非常多，這樣設計就很困難。

　　適用范圍：零部件之間的關聯非常多而且復雜、部件之間相互沒有運動，在這種情況下，如果使用關聯參考法，就會造成關聯太多、太復雜而無法管理的情況。

　　3.布局

　　布局符合傳統產品開發流程：首先進行裝配體布局，然后進行任務分解和分派，詳細設計后再進行匯總。

　　典型應用：液壓支架，如圖7所示。

圖7 液壓支架

　　首先，根據初始參數，在裝配體內進行總體布局(也可以稱之為“骨架模型”繪制布局草圖)、定義草圖塊，同時完成圖塊間的裝配關系。驗證結構設計正確后開始建立零部件的虛擬結構，把主要參數和結構形狀傳遞到相應的零部件中。然后把設計任務(包含設計信息的子裝配體)分拍到項目組成員手中進行詳細設計，當詳細設計完成后，進行匯總生成總裝配體，驗證完成后生成相應的工程圖。在需要修改設計時，通過修改總體布局，所有相關零件會自動更新。

　　優點：符合傳統產品開發流程，設計具有全局觀，總圖修改，所有相關零件自動更新。

　　缺點：關聯參考復雜，對設計團隊整體實力和圖檔管理能力要求高。

　　適用范圍：模塊化傳統機械設計和有復雜機構運動的機械設計。

　　三、結束語

　　SolidWorks提供的Top-Down設計方法和Down-Top設計方法各有自己的優點和不同的應用范圍，大家需要根據具體的產品選擇合適的設計方法。Top-Down設計方法對軟硬件的要求都很高，企業要采用循序漸進的方法推進設計，首先在部件級設計中進行試用，總結經驗后再進行推廣。