計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計Pro／E

s

教育部文科計算機基礎(chǔ)教學(xué)指導(dǎo)委員會立項教材

藝術(shù)類動畫創(chuàng)作與設(shè)計系列教材

叢書主編：方肅

計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計

Pro/E

李和森著

內(nèi)容簡介

本書根據(jù)編者多年的教學(xué)經(jīng)驗和實踐心得編寫而成，在編寫時著眼實際，堅持課堂教

學(xué)與產(chǎn)品設(shè)計實踐相結(jié)合。本書共分7章，內(nèi)容包括計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計概論、數(shù)字

化建模基礎(chǔ)、實體與曲面、自由曲面、產(chǎn)品建?；A(chǔ)實訓(xùn)、產(chǎn)品建模進階實訓(xùn)、產(chǎn)品建模

高階實訓(xùn)。本書很多內(nèi)容都取自實際案例，遵循由淺入深、循序漸進的學(xué)習(xí)規(guī)律，有利于

遞進式和差異性教學(xué)。

本書注重實際產(chǎn)品建模能力和產(chǎn)品建模思路的培養(yǎng)；所選建模案例均源自真實的產(chǎn)品設(shè)計

項目，有較強的針對性；以圖文相結(jié)合的形式進行操作過程的解說，從而使讀者易學(xué)易懂，得

心應(yīng)手。最后，通過課后練習(xí)的方式鞏固建模過程的要點和難點。

本書適合作為高等學(xué)校產(chǎn)品設(shè)計類專業(yè)的教材，也可作為各類培訓(xùn)學(xué)校的教材及相關(guān)設(shè)計

人員的參考用書。

圖書在版編目（CIP）數(shù)據(jù)

計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計Pro/E/李和森著.—北京：

中國鐵道出版社,2013.11

教育部文科計算機基礎(chǔ)教學(xué)指導(dǎo)委員會立項教材藝術(shù)

類動畫創(chuàng)作與設(shè)計系列教材

ISBN978-7-113-17637-2

Ⅰ.①計…Ⅱ.①李…Ⅲ.①工業(yè)產(chǎn)品－計算機輔助

設(shè)計－應(yīng)用軟件－高等學(xué)校－教材Ⅳ.①TB472-39

中國版本圖書館CIP數(shù)據(jù)核字（2013）第272537號

書名：計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計Pro/E

作者：李和森著編

策劃：劉麗麗讀者熱線：400-668-0820

責(zé)任編輯：周欣彭立輝

封面設(shè)計：劉穎

責(zé)任印制：李佳

出版發(fā)行：中國鐵道出版社（100054，北京市西城區(qū)右安門西街8號）

網(wǎng)址：

印刷：北京市昌平百善印刷廠

版次：2013年11月第1版2013年11月第1次印刷

開本：787mm×1092mm1/16印張：20.75字數(shù)：505千

印數(shù)：1～3000冊

書號：ISBN978-7-113-17637-2

定價：49.00元

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購買鐵道版圖書，如有印制質(zhì)量問題，請與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調(diào)換。電話：（010）63550836

打擊盜版舉報電話：（010）51873659...

FOREWORD前言

計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計程序中重要的組成部分。產(chǎn)品設(shè)計是一個將設(shè)

計構(gòu)想轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實產(chǎn)品的創(chuàng)造性過程。為實現(xiàn)這一過程，工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計師除了要具備系

統(tǒng)的工程技術(shù)知識、深厚的美學(xué)素養(yǎng)、扎實的造型，還須熟練掌握從設(shè)計說明書的撰寫

到模型制作等一系列的設(shè)計表現(xiàn)技能。在這諸多的技能中，計算機輔助工業(yè)設(shè)計技能尤

為重要，因為無論在設(shè)計的哪個階段和層次，它都發(fā)揮著極其重要的作用。

對于學(xué)工業(yè)設(shè)計的學(xué)生而言，掌握計算機輔助三維建模技能是非常重要的，但很多

學(xué)生因表達設(shè)計不夠?qū)I(yè)而喪失學(xué)習(xí)信心。如果擁有熟練而準(zhǔn)確的三維建模技能表達設(shè)

計的能力，就可增強他們學(xué)習(xí)工業(yè)設(shè)計專業(yè)的興趣和信心。三維建模技能是企業(yè)選用工

業(yè)設(shè)計人才時考核的一項重要內(nèi)容。雖然三維建模技能遠不能包括設(shè)計思維和設(shè)計工作

的各個方面，但是有了這一技能的支持，設(shè)計師才能在創(chuàng)造性的產(chǎn)品設(shè)計過程中，游刃

有余地捕捉、追蹤并升華快速運轉(zhuǎn)的創(chuàng)作思維，開發(fā)出更多有市場潛在可能性的設(shè)計。

設(shè)計表現(xiàn)與設(shè)計思維是很難被截然分開的，離開視覺形象表現(xiàn)的設(shè)計是不存在的。

一方面，即便設(shè)計構(gòu)思美妙動人，但是若不能形象地表現(xiàn)出來，也是沒有說服力的，人

們終究體會不到它的美妙之處；另一方面，三維建模技能可以反映工業(yè)設(shè)計師對產(chǎn)品造

型審美的敏銳感受和鑒別處理能力。凡擁有熟練三維建模的工業(yè)設(shè)計師在處理產(chǎn)品造型

和外觀問題方面，均比那些不能熟練三維建模的工業(yè)設(shè)計師更有效率。對三維建模練習(xí)

和實踐得越多，產(chǎn)品設(shè)計表達能力就越強，就越能得心應(yīng)手地從事產(chǎn)品設(shè)計。這一點，

編者在多年的產(chǎn)品設(shè)計和教學(xué)工作中已有驗證。

全書借助Pro／Engineer（簡稱Pro/E）軟件環(huán)境展開講解工業(yè)產(chǎn)品建模知識。全書分

為7章：第1章計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計概論，主要介紹計算機輔助工業(yè)設(shè)計的演變

發(fā)展和相關(guān)的專業(yè)知識；第2章數(shù)字化建?；A(chǔ)，講述建?；A(chǔ)知識，熟悉軟件使用

環(huán)境和草繪圖形創(chuàng)建與編輯，為三維特征的創(chuàng)建做準(zhǔn)備；第3章實體與曲面，講述建

模的常用命令，主要展開講解實體特征與曲面特征的創(chuàng)建與編輯，為后面的建模工作打

下良好基礎(chǔ)；第4章自由曲面，講述造型環(huán)境內(nèi)的曲線和曲面的創(chuàng)建與編輯，向讀者

講述參數(shù)化軟件環(huán)境下自由建模的行為方式；第5章產(chǎn)品建?；A(chǔ)實訓(xùn)，這部分選用

較為簡單的案例講解建模的基本思路；第6章產(chǎn)品建模進階實訓(xùn)，通過有一定難度的

案例講述高級曲面的用法和修補曲面的制作思路；第7章產(chǎn)品建模高階實訓(xùn)，選用高

難度的案例全面講述高級曲面模型的制作思路和多種有一定難度的漸消面的解決方案。

通過本書的學(xué)習(xí)，既能培養(yǎng)建模思路又能鞏固相關(guān)的基礎(chǔ)知識，這樣安排的目的是盡量

讓讀者更系統(tǒng)化地掌握軟件工具。

本書由李和森著，特別感謝湖北美術(shù)學(xué)院設(shè)計系方肅老師的深切關(guān)懷與指導(dǎo)，感謝

康翼、張江南、劉翰弋和謝丹義等諸位同學(xué)在本書編寫過程中給予的幫助。感謝中國鐵

道出版社的諸位編輯及工作人員為本書的編寫付出的辛勤勞動，正是有他們的幫助本書

才會順利出版。

本書所配光盤包含編者精心錄制的相關(guān)教學(xué)視頻以及完善的案例素材，方便讀者

更好地學(xué)習(xí)。

由于時間倉促，編者水平有限，本書難免有疏漏與不足之處，敬請各位讀者批評

指正。

編者

2013年9月

CONTENTS目錄

第1章計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計概論..............................................................................1

1.1計算機輔助設(shè)計的溯源...........................................................................................................1

1.2計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的相關(guān)概念.................................................................................1

1.3計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計.......................................................................................................3

1.4計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的影響..........................................................................................3

1.5計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)的構(gòu)成及功能....................................................................4

1.6計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的應(yīng)用和發(fā)展.............................................................................4

1.6.1計算機輔助造型技術(shù)..................................................................................................4

1.6.2逆向工程........................................................................................................................5

1.7計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計軟件技術(shù)基礎(chǔ).............................................................................5

1.7.1計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計軟件的造型原理...........................................................5

1.7.2計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計軟件介紹........................................................................6

1.7.3計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展方向....................................................................7

課后練習(xí)...............................................................................................................................................8

第2章數(shù)字化建模基礎(chǔ)....................................................................................................9

2.1Pro／Engineer用戶界面..........................................................................................................9

2.2文件管理...................................................................................................................................11

2.3輔助操作...................................................................................................................................13

2.4基準(zhǔn)............................................................................................................................................16

2.4.1基準(zhǔn)點..........................................................................................................................16

2.4.2基準(zhǔn)軸..........................................................................................................................22

2.4.3基準(zhǔn)曲線......................................................................................................................26

2.4.4基準(zhǔn)面..........................................................................................................................28

2.4.5坐標(biāo)系..........................................................................................................................32

2.5草繪............................................................................................................................................33

2.5.1草繪環(huán)境......................................................................................................................33

2.5.2繪制圖形......................................................................................................................34

2.5.3編輯圖形......................................................................................................................39

2.5.4圖形約束......................................................................................................................41

2.5.5尺寸標(biāo)注......................................................................................................................45

2.5.6修改工具......................................................................................................................48

課后練習(xí).............................................................................................................................................50

第3章實體與曲面.........................................................................................................51

3.1實體特征...................................................................................................................................51

3.1.1拉伸..............................................................................................................................51

計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計Pro/E

3.1.2旋轉(zhuǎn)..............................................................................................................................54

3.1.3掃描..............................................................................................................................55

3.1.4混合..............................................................................................................................59

3.1.5掃描混合......................................................................................................................60

3.1.6變剖掃描......................................................................................................................62

3.2工程特征...................................................................................................................................63

3.2.1孔...................................................................................................................................63

3.2.2殼...................................................................................................................................64

3.2.3筋...................................................................................................................................64

3.2.4拔模..............................................................................................................................66

3.2.5圓角..............................................................................................................................67

3.2.6切角..............................................................................................................................68

3.3特征編輯...................................................................................................................................69

3.3.1鏡像..............................................................................................................................69

3.3.2陣列..............................................................................................................................69

3.4曲面創(chuàng)建...................................................................................................................................74

3.4.1拉伸..............................................................................................................................74

3.4.2旋轉(zhuǎn)..............................................................................................................................76

3.4.3掃描..............................................................................................................................76

3.4.4混合..............................................................................................................................78

3.4.5掃描混合......................................................................................................................79

3.4.6變剖掃描......................................................................................................................80

3.4.7邊界混合......................................................................................................................82

3.4.8填充..............................................................................................................................83

3.5曲面編輯...................................................................................................................................84

3.5.1拔模..............................................................................................................................84

3.5.2實體化..........................................................................................................................85

3.5.3合并..............................................................................................................................85

3.5.4圓角..............................................................................................................................86

3.5.5鏡像..............................................................................................................................87

3.5.6加厚..............................................................................................................................88

3.5.7投影..............................................................................................................................88

3.5.8相交..............................................................................................................................89

3.5.9復(fù)制粘貼......................................................................................................................90

3.5.10切角............................................................................................................................91

3.5.11修剪............................................................................................................................91

3.5.12延伸............................................................................................................................93

3.5.13偏移............................................................................................................................93

課后練習(xí).............................................................................................................................................95

2

目錄

第4章自由曲面.............................................................................................................96

4.1基準(zhǔn)平面...................................................................................................................................96

4.1.1活動平面......................................................................................................................96

4.1.2內(nèi)部基準(zhǔn)平面.............................................................................................................97

4.1.3插入圖片......................................................................................................................97

4.2曲線............................................................................................................................................98

4.2.1自由曲線......................................................................................................................98

4.2.2圓...................................................................................................................................99

4.2.3圓弧............................................................................................................................100

4.2.4投影建線....................................................................................................................101

4.2.5交面建線....................................................................................................................101

4.2.6基準(zhǔn)建線....................................................................................................................102

4.2.7曲面建線....................................................................................................................102

4.3曲線編輯.................................................................................................................................103

4.3.1自由編輯....................................................................................................................103

4.3.2組合............................................................................................................................103

4.3.3移動............................................................................................................................104

4.3.4復(fù)制............................................................................................................................104

4.3.5偏移............................................................................................................................105

4.4曲面創(chuàng)建與編輯....................................................................................................................106

4.4.1自由曲面....................................................................................................................106

4.4.2三線曲面....................................................................................................................106

4.4.3曲面修剪....................................................................................................................108

課后練習(xí)...........................................................................................................................................108

第5章產(chǎn)品建?；A(chǔ)實訓(xùn).............................................................................................109

5.1數(shù)碼彩擴機建模案例解析...................................................................................................109

5.1.1導(dǎo)入三視圖...............................................................................................................110

5.1.2制作數(shù)碼彩擴機的整體曲面.................................................................................111

5.1.3根據(jù)數(shù)碼彩擴機的結(jié)構(gòu)將機體分塊....................................................................116

5.1.4制作各個部件的拉手..............................................................................................121

5.1.5制作數(shù)碼彩擴機頂殼前部的細節(jié)........................................................................128

5.1.6制作數(shù)碼彩擴機頂殼后部的細節(jié)........................................................................135

5.1.7數(shù)碼彩擴機的散熱孔..............................................................................................141

5.2自動沉降細胞染色機建模案例解析.................................................................................145

5.2.1導(dǎo)入三視圖...............................................................................................................146

5.2.2制作染色機的整體曲面..........................................................................................147

5.2.3根據(jù)染色機的結(jié)構(gòu)將機體分塊.............................................................................152

5.2.4制作染色機LOGO面板和操作面板....................................................................158

課后練習(xí)...........................................................................................................................................163

3

計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計Pro/E

第6章產(chǎn)品建模進階實訓(xùn).............................................................................................164

6.1電動黑板擦建模案例解析................................................................................................164

6.1.1制作電動黑板擦的整體曲面.................................................................................164

6.1.2進一步明確電動黑板擦的整體曲面....................................................................169

6.1.3制作電動黑板擦的細節(jié)..........................................................................................172

6.2聽力篩查儀案例解析...........................................................................................................182

6.2.1導(dǎo)入三視圖...............................................................................................................182

6.2.2制作聽力篩查儀的整體曲面.................................................................................183

6.2.3制作前殼的屏幕、按鍵等細節(jié).............................................................................191

6.2.4制作后殼的電子倉及各端口等細節(jié)....................................................................199

課后練習(xí)...........................................................................................................................................211

第7章產(chǎn)品建模高階實訓(xùn).............................................................................................212

7.1便攜式多媒體數(shù)字平臺建模案例解析.............................................................................212

7.1.1導(dǎo)入三視圖...............................................................................................................213

7.1.2制作“平臺”的整體曲面.....................................................................................216

7.1.3制作“平臺”的前端造型.....................................................................................225

7.1.4制作鏡頭曲面并分割“平臺”.............................................................................231

7.1.5制作“平臺”前端散熱孔和頂部按鈕區(qū)等細節(jié)..............................................237

7.1.6完善“平臺”剩下細節(jié)并制作兩側(cè)散熱孔.......................................................241

7.2玩具沖鋒槍建模案例解析...................................................................................................245

7.2.1制作槍管....................................................................................................................246

7.2.2制作前后手柄...........................................................................................................249

7.2.3細化槍體表面造型..................................................................................................262

7.2.4制作前后手柄的底部曲面.....................................................................................272

7.2.5制作前手柄的按鈕及分割槍體.............................................................................283

7.2.6細化槍管前端造型..................................................................................................289

7.2.7完善槍體表面細節(jié)及感應(yīng)燈.................................................................................291

7.2.8制作前瞄準(zhǔn)器...........................................................................................................300

7.2.9制作槍體LED屏幕及后瞄準(zhǔn)器...........................................................................307

7.2.10制作槍體瞄準(zhǔn)鏡導(dǎo)軌............................................................................................310

7.2.11完成槍體鏡像操作和圓角處理..........................................................................315

課后練習(xí)...........................................................................................................................................324

4

第1章計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計概論

數(shù)字化技術(shù)的深入發(fā)展和專業(yè)的細化使計算機輔助設(shè)計被進一步細分，包含計算機輔助

工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、計算機輔助環(huán)境設(shè)計、計算機輔助圖形設(shè)計等。本書將討論計算機輔助工業(yè)

產(chǎn)品設(shè)計的有關(guān)內(nèi)容。

數(shù)字時代使藝術(shù)與科學(xué)等元素在產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域得到了充分融合，產(chǎn)品設(shè)計這門藝術(shù)始終

能不斷地吸收科學(xué)技術(shù)的最新成果而得到發(fā)展，數(shù)字化社會對設(shè)計師的知識更新提出了更高

的要求，尤其是計算機輔助設(shè)計等數(shù)字技術(shù)。

數(shù)字化技術(shù)是一種信息處理手段，它可以完整、準(zhǔn)確、快速地建立、編輯、保存并配合

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸各種類型的信息和數(shù)據(jù)。數(shù)字化技術(shù)除了可幫助產(chǎn)品設(shè)計人員完成大量信息處

理的工作外，還改變了產(chǎn)品設(shè)計的設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計方式。

1.1計算機輔助設(shè)計的溯源

“計算機輔助設(shè)計”一詞源于20世紀60年代的美國，此期間計算機輔助設(shè)計是以二維繪

圖為主，不是真正意義上的計算機輔助設(shè)計。

20世紀70年代，法國的達索飛機制造公司推出的三維軟件CATIA，提高了計算機處理

曲線及曲面的能力，并用計算機描述產(chǎn)品三維模型的主要信息?；谲浖氖褂贸杀竞蛯τ?/p>

件的特殊要求，此時的計算機輔助設(shè)計技術(shù)尚未普及，只能應(yīng)用于某一領(lǐng)域。

20世紀80年代初，美國SDRC公司第一個推出基于實體造型技術(shù)的大型三維設(shè)計軟件

I-DEAS，它能進行三維造型、自由曲面設(shè)計、有限元分析等，開創(chuàng)了變量化的造型技術(shù)理論

基礎(chǔ)，使計算機輔助設(shè)計在行業(yè)內(nèi)得到進一步發(fā)展。

20世紀80年代中期，美國PTC公司推出了參數(shù)化軟件Pro/E，在國際上率先實現(xiàn)了尺寸

驅(qū)動零件及文件內(nèi)及文件間相關(guān)性的設(shè)計修改，給設(shè)計師的設(shè)計工作帶來了極大方便。該軟

件的參數(shù)化造型理論和基于特征的實體建模技術(shù)，為建立產(chǎn)品信息模型奠定了基礎(chǔ)。Pro/E

軟件的出現(xiàn)突破了三維曲面建模軟件使用的局限性，拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，使計算機輔助設(shè)計在

行業(yè)內(nèi)開始普及并充分發(fā)展。

目前，計算機輔助設(shè)計有比較細致的劃分，諸多專業(yè)領(lǐng)域都在運用計算機輔助設(shè)計這一

手段推進專業(yè)的發(fā)展，如計算機輔助環(huán)境設(shè)計、計算機輔助平面設(shè)計、計算機輔助創(chuàng)意設(shè)計，

以及計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計等。

1.2計算機輔助工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的相關(guān)概念

隨著專業(yè)技術(shù)的發(fā)展和深入，新的設(shè)計、制造、管理方法和理念相繼出現(xiàn)，學(xué)科的完