【正文】 ....... 27 參考文獻 ....................................................................................................................... 28 南京工業(yè)職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 1 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第一章 緒 論 引言 公元前 100 年，歐洲的 一位 科學家希羅 ， 曾利用水力驅動原理制造出會唱歌的鳥和活動鐵匠鋪等玩具。 18 世紀，歐洲出現(xiàn)發(fā)條玩具。 19 世紀，英國、德國能制造十分精巧的機動玩具 ， 如可裝置梳妝用品的八音盒、與鐘表連在一體的游樂宮等。 19 世紀末，德國能制造電動玩具，品種有電 扇、火車頭 等 。 20 世紀20 年代，德國生產出能發(fā)出汽笛聲的電動火車頭。不久意大利制成會冒煙的火車頭。 20 世紀 50 年代以來， 隨著 材料學、電工學、電子技術和加工工藝 等 的進步，機動玩具制作更為精巧，有的機動玩具還配上電子元件，這是電子玩具的雛形。 20 世紀 60 年代，中國開始生產電動玩具，當時主要生產金屬外殼的電動玩具。品種有 “ 母雞生蛋 ” ，以電池為能源，母雞能邊走邊發(fā)出叫聲，同時連續(xù)生蛋。 “ 照相汽車 ” 能行駛、鳴喇叭，停車時，車上的記者會轉身拍照，相機上的閃光燈同時發(fā)光。 20 世紀 70 年代，電動玩具外殼趨向采用塑料，出 現(xiàn)許多金屬和塑料相結合的電動玩具。 20 世紀 80 年代， 是中國玩具快速發(fā)展的起步階段。玩具企業(yè)數(shù)量迅速增加，玩具品種趨向豐富，玩具數(shù)量急劇擴大。玩具材料應用上也有迅速發(fā)展， 電動玩具多為全塑型，表面采用曲面印刷、熱轉印、貼紙等工藝進行裝飾 ， 機芯 趨于標準化、系列化、小型化 ，使玩具重量減輕，噪聲減小，使用安全?，F(xiàn)在，電動玩具能完成各種精妙動作，還能發(fā)光、冒煙、噴火，有的裝上電子元件， 可以遙控，更加方便兒童操作。 中國玩具業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀 21 世紀，隨著中國加入世界貿易組織，中國玩具業(yè)的加快了發(fā)展步伐，至2021 年 ，中國已有玩具生產企業(yè) 15,000 多家， 2021 年年產值超過 1500 億元 ［ 1］ ，是出口創(chuàng)匯的重要行業(yè)，是國內輕工業(yè)的支柱產業(yè)之一。中國已成為世界玩具的生產大國。 中國玩具以傳統(tǒng)的毛絨玩具、木制玩具為主。 但現(xiàn)在全球玩具市場，傳統(tǒng)的毛絨玩具、木制玩具逐萎縮，電子玩具、益智玩具、游戲機等已占半壁江山，且呈不斷上升的趨勢 ［ 1］ 。 中國玩具業(yè)面臨的困難，遠比表面繁榮多得多。中國是玩具生產大國，但遠基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設計 2 遠不是一個玩具強國。 品牌自有率低，對外依附嚴重。獲得出口許可證的 3， 000多家玩具企業(yè)，其出口 70%以上玩具都屬于來料加 工或來樣加工，是在為國外品牌打工，自主開發(fā)和創(chuàng)新的能力不強，能夠以自創(chuàng)品牌出口的更少數(shù)，對外依附嚴重 ［ 2］ 。 由于科研不足，創(chuàng)新能力弱，自有品牌少，中國已淪為世界玩具業(yè)的“生產基地”，產品附加值少，總體效益低。內地企業(yè)每為外國商人制造一件玩具，在美國賣 20 美元，但生產企業(yè)只可從中得到 1 美元左右的收益。 規(guī)范化程度不高，質量問題突出。 2021 年 10 月 1 日，新頒布的《國家玩具技術安全規(guī)范》標準已正式實施。但據(jù)國家質檢總局去年公布的玩具抽檢結果，中國國內市場的玩具質量合格率僅為 %。目前的大多數(shù)中國玩具企 業(yè)，其生產離新標準要求仍有不小的距離，各種質量問題突出。 科研機構少，專業(yè)人員缺乏。目前中國玩具產業(yè)仍停留在最初的簡單生產、單一營銷階段，放眼全國，仍很少有權威的專業(yè)科研機構和專業(yè)培訓、教育機構，與高校的聯(lián)動更是缺乏，現(xiàn)有的玩具從業(yè)人員基本是“半路出家”，專業(yè)人才缺乏，令產業(yè)發(fā)展后勁不足。 因此，應 培養(yǎng) 中國玩具產業(yè)的 設計人才 ，主動占領世界玩具產業(yè)的制高點，提升中國玩具產業(yè)的核心競爭力，打造中國玩具的自有品牌是中國玩具業(yè)的當務之急 。 1． 3 逆向工程及其應用 逆向工程是指用一定的測量手段，對實物或模型進行測量， 根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模方法重構實物的 CAD 模型的過程 ［ 3］ 。逆向工程技術綜合了三維測量、計算機輔助設計、快速成型等高新技術，關鍵技術在于形狀表面數(shù)字化、三維模型重建、數(shù)字化制造、逆向工程集成。逆向工程是從產品原型出發(fā)，進而獲得產品的三維數(shù)字模型，使得能夠進一步利用 CAD/CAE/CAM 以及 CIMS 等先進技術對其進行處理。 逆向工程主要應用情況如下 ［ 4］ ， CAD 模型時，通常采用逆向工程的方法復制相同的零件。 ，要生產同類產品，由于其外觀設計專利 或使用習慣上需要修改時，通過逆向工程形成完整的圖紙或模型，進行進一步的改進。 。模具制造行業(yè)中有時需要不斷試模和修改模具。若將最終符合要求的模具測量并反求其 CAD 模型，這樣建立或修改的設計模型，可大大減少修模量，提高模具生產效率，降低模具制造成本。 南京工業(yè)職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 3 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 、創(chuàng)新設計上有相當高的應用價值。例如，日本戰(zhàn)后的巨大成功就有這方面的因素。 、考古文物的復制。人體事的器官、骨頭和關節(jié)等的復制、傅 假肢制造。 ，通常逆向工程可以方便地對快速原型制造的原形產品進行快速、準確 的測量，然后找出產品設計的不足，進行重新設計，經過反復多次迭代使產品完善。 CATIA 簡介 法國 Dassault Aviation 是世界著名的航空航天企業(yè)，其產品以幻影 2021和陣風戰(zhàn)斗機最為著名。 CATIA 是法國 Dassault System 公司的 CAD/CAE/CAM 一體化軟件，居世界 CAD/CAE/CAM 領域的領導地位，廣泛應用于航空航天、汽車制造、造船、機械制造、電子、電器、消費品行業(yè)，其集成解決方案覆蓋幾乎所有的產品設計與制造領域。 CATIA 提供方便的解決方案，迎合幾乎所有工業(yè)領域 的大、中、小型企業(yè)需要。包括，從大型的波音 747 飛機、火箭發(fā)動機到化妝品的包裝盒，幾乎涵蓋了所有的制造業(yè)產品。在世界上有超過 13,000 的用戶選擇了 CATIA。 CATIA 源于航空航天業(yè)，但其強大的功能以得到各行業(yè)的認可，在歐洲汽車業(yè)，已成為事實上的標準。 CATIA 的著名用戶包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳等一大批知名企業(yè)。其用戶群體在世界制造業(yè)中具有舉足輕重的地位。波音飛機公司使用 CATIA完成了整個波音 777 的電子裝配，創(chuàng)造了業(yè)界的一個奇跡，從而也確定了 CATIA 在 CAD/CAE/CAM 行業(yè)內的領先 地位。 課題背景及內容 世界玩具業(yè)的發(fā)展趨勢及中國玩具業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，要求中國玩具業(yè)加快發(fā)展步伐，雖然沒有捷徑可走，但可以參考別人的發(fā)展歷程，從高起點起步。 高端設計、分析、制造軟件的廣泛應用，為玩具設計擺脫傳統(tǒng)的設計、制造模式提供了強有力的工具。 因此，應用高端的 CAD/CAE/CAM 軟件，進行玩具的設計、模擬分析與制造，是中國玩具業(yè)趕超世界玩具業(yè)的一條比較可行、快捷的發(fā)展道路，是從玩具制造大國，走向玩具強國的必經之路。 本課題以逆向工程為基礎，獲得模型的原始數(shù)據(jù)，應用 CATIA 軟件平臺，重構了一款 電動直升飛機，并對直升飛機的部分外形進行改進、內部結構優(yōu)化，使外形更加美觀，內部結構更趨合理。 基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設計 4 對電動玩具直升飛機的機械部分進行重新設計。 電動玩具飛機，根據(jù)復雜程度從低到高，主要有以下幾種。 ，只是模型上像一架直升飛機，僅能實現(xiàn)在地面的直線移動，此型飛機結構簡單，技術含量低。實質上只是一輛玩具汽車的變形。 ，除了不能在空中飛行外，其他的運動基本具備，如在地面除了直線移動外，還能自動轉彎、原地回轉、機翼的旋轉等運動。此款直升飛機基本具有飛機的功能，屬于中等復雜程度 的飛機。 ，此飛機根據(jù)復雜程度不同，可在空中簡單路線的飛行或復雜路線的飛行，能實現(xiàn)起降。此直升飛機屬于比較高檔的玩具，集成了電子學、機械學、流體學等學科。 本課題選用的電動玩具直升飛機是屬于一般型，主要實現(xiàn)在地面的移動，可實現(xiàn)遇障礙物自動轉彎、一定時間間隔原地回轉、機翼的旋轉。 第二章 玩具飛機外殼及結構設計 玩具外殼、機械傳動系統(tǒng)是構成玩具飛機的二個主要部分。玩具外殼不論在南京工業(yè)職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 5 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 功能使用、產品造型、售后服務等方面均具有極其重要的地位。消 費者購買一架玩具飛機，首先考慮的是從其外形出發(fā)，若外形吸引顧客，才能留住消費者的目光，才會有購買的可能，功能的考慮往往是第二步。 本課題的外殼采用逆向工程的方法，得到設計的原始數(shù)據(jù)。 外殼在玩具中的地位 從整體布置的角度，外殼尺寸主要由機械傳動機構、底盤等尺寸決定，同時考慮玩具整體尺寸。外殼與底盤等相聯(lián)接。 玩具殼體設計原則 [5] 外殼設計是玩具設計的重要內容之一，玩具的造型通過外殼設計展現(xiàn)，直接影響消費者的對產品的第一印象。外殼設計一方面要有強烈的藝術感染力，另一方面還要考慮良好的加工工藝性， 要做到以下幾個方面。 ，色彩鮮艷 外殼設計前，首先要明確產品的定位，對消費者年齡段、產品銷往的國家和地區(qū)人們的喜好、風俗習慣、文化背景等，都要有詳細的了解，使設計具有針對性，在造型設計、色彩搭配上符合消費者的心理和愿望。在造型上，兒童都喜歡夸張、可愛的形象，尤其動畫片、漫畫故事中的人物、動物會給兒童留下很深的印象，設計玩具外殼時要充分利用兒童作品的影響力，在不侵權的基礎上對這些形象加以改變，使容易接受。 作為一名優(yōu)秀的玩具設計人員，必須掌握多方面的文化知識，綜合考慮各種因素，才能設計出好產品 。 、簡約，工藝性好 評價一個玩具的好壞，并不是看它的復雜程度，兒童喜歡簡單、直觀的東西。因此，設計外殼時造型線條要簡潔、流暢，復雜的外形只會增加加工的難度。模具成本在玩具生產成本中占不小的比例，外殼設計的簡單化，會降低模具制造成本，還會使零件的加工工藝性、裝配效率得到提高。 ，保證使用者的安全 無論是塑料外殼，還是木制外殼，都要保證無毒，以免對兒童造成傷害。尤其是低齡幼兒玩具，對于外殼的原料、涂料的使用都要符合國家安全標準。 本課題根據(jù)以上設計原則，結合市場調研決定玩具直 升飛機外殼整體采用白色 ABS+PC 塑料。表面采用彩色貼圖的方式。 基于逆向工程的電動玩具直升飛機的設計 6 逆向工程的基本流程 逆向工程與一般的正向設計流程不同，其主要流程如圖 所示。 圖 逆向工程主要流程 在市場調研的基礎上，尋找?guī)卓钿N售情況較好，受消費者歡迎的樣本小飛機，分析其特征，找出設計比較好的方面。 利用激光三坐標測量機 (CMM)，對玩具直升飛機外殼進行掃描。掃描前將外殼涂刷一層顯影液，在外殼前方放置一基準球，從上、下、左、右不同角度對外殼進行掃描，得到點云。由于本課題飛機是左右對稱，故掃描一半外殼，另一半點云通過鏡像 獲得。 由于從不同的角度拍點云，會出現(xiàn)重點現(xiàn)象，需對點云進行過濾，去除無用的雜點；同時， 刪除點云中無用的點，后期逆向特征比較精確，減少工作量的目的。 生成的點云文件，一般轉成 IGES 格式，為后續(xù) CAD 軟件讀入做準備。 圖 是本課題經三坐標測量機點云拍攝，且去除雜點后的外殼點云。 南京工業(yè)職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文 7 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊