【正文】 ....... 27 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................... 28 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(xué)家希羅 ， 曾利用水力驅(qū)動(dòng)原理制造出會(huì)唱歌的鳥(niǎo)和活動(dòng)鐵匠鋪等玩具。 18 世紀(jì)，歐洲出現(xiàn)發(fā)條玩具。 19 世紀(jì)，英國(guó)、德國(guó)能制造十分精巧的機(jī)動(dòng)玩具 ， 如可裝置梳妝用品的八音盒、與鐘表連在一體的游樂(lè)宮等。 19 世紀(jì)末，德國(guó)能制造電動(dòng)玩具，品種有電 扇、火車頭 等 。 20 世紀(jì)20 年代，德國(guó)生產(chǎn)出能發(fā)出汽笛聲的電動(dòng)火車頭。不久意大利制成會(huì)冒煙的火車頭。 20 世紀(jì) 50 年代以來(lái)， 隨著 材料學(xué)、電工學(xué)、電子技術(shù)和加工工藝 等 的進(jìn)步，機(jī)動(dòng)玩具制作更為精巧，有的機(jī)動(dòng)玩具還配上電子元件，這是電子玩具的雛形。 20 世紀(jì) 60 年代，中國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)電動(dòng)玩具，當(dāng)時(shí)主要生產(chǎn)金屬外殼的電動(dòng)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(shí)連續(xù)生蛋。 “ 照相汽車 ” 能行駛、鳴喇叭，停車時(shí)，車上的記者會(huì)轉(zhuǎn)身拍照，相機(jī)上的閃光燈同時(shí)發(fā)光。 20 世紀(jì) 70 年代，電動(dòng)玩具外殼趨向采用塑料，出 現(xiàn)許多金屬和塑料相結(jié)合的電動(dòng)玩具。 20 世紀(jì) 80 年代， 是中國(guó)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(kuò)大。玩具材料應(yīng)用上也有迅速發(fā)展， 電動(dòng)玩具多為全塑型，表面采用曲面印刷、熱轉(zhuǎn)印、貼紙等工藝進(jìn)行裝飾 ， 機(jī)芯 趨于標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)玩具能完成各種精妙動(dòng)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(guó)玩具業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀 21 世紀(jì)，隨著中國(guó)加入世界貿(mào)易組織，中國(guó)玩具業(yè)的加快了發(fā)展步伐，至2021 年 ，中國(guó)已有玩具生產(chǎn)企業(yè) 15,000 多家， 2021 年年產(chǎn)值超過(guò) 1500 億元 ［ 1］ ，是出口創(chuàng)匯的重要行業(yè)，是國(guó)內(nèi)輕工業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。中國(guó)已成為世界玩具的生產(chǎn)大國(guó)。 中國(guó)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(chǎng)，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(jī)等已占半壁江山，且呈不斷上升的趨勢(shì) ［ 1］ 。 中國(guó)玩具業(yè)面臨的困難，遠(yuǎn)比表面繁榮多得多。中國(guó)是玩具生產(chǎn)大國(guó)，但遠(yuǎn)基于逆向工程的電動(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì) 2 遠(yuǎn)不是一個(gè)玩具強(qiáng)國(guó)。 品牌自有率低，對(duì)外依附嚴(yán)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(lái)料加 工或來(lái)樣加工，是在為國(guó)外品牌打工，自主開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新的能力不強(qiáng)，能夠以自創(chuàng)品牌出口的更少數(shù)，對(duì)外依附嚴(yán)重 ［ 2］ 。 由于科研不足，創(chuàng)新能力弱，自有品牌少，中國(guó)已淪為世界玩具業(yè)的“生產(chǎn)基地”，產(chǎn)品附加值少，總體效益低。內(nèi)地企業(yè)每為外國(guó)商人制造一件玩具，在美國(guó)賣(mài) 20 美元，但生產(chǎn)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(zhì)量問(wèn)題突出。 2021 年 10 月 1 日，新頒布的《國(guó)家玩具技術(shù)安全規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)已正式實(shí)施。但據(jù)國(guó)家質(zhì)檢總局去年公布的玩具抽檢結(jié)果，中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的玩具質(zhì)量合格率僅為 %。目前的大多數(shù)中國(guó)玩具企 業(yè)，其生產(chǎn)離新標(biāo)準(zhǔn)要求仍有不小的距離，各種質(zhì)量問(wèn)題突出。 科研機(jī)構(gòu)少，專業(yè)人員缺乏。目前中國(guó)玩具產(chǎn)業(yè)仍停留在最初的簡(jiǎn)單生產(chǎn)、單一營(yíng)銷階段，放眼全國(guó)，仍很少有權(quán)威的專業(yè)科研機(jī)構(gòu)和專業(yè)培訓(xùn)、教育機(jī)構(gòu)，與高校的聯(lián)動(dòng)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(chǎn)業(yè)發(fā)展后勁不足。 因此，應(yīng) 培養(yǎng) 中國(guó)玩具產(chǎn)業(yè)的 設(shè)計(jì)人才 ，主動(dòng)占領(lǐng)世界玩具產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)，提升中國(guó)玩具產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，打造中國(guó)玩具的自有品牌是中國(guó)玩具業(yè)的當(dāng)務(wù)之急 。 1． 3 逆向工程及其應(yīng)用 逆向工程是指用一定的測(cè)量手段，對(duì)實(shí)物或模型進(jìn)行測(cè)量， 根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)三維幾何建模方法重構(gòu)實(shí)物的 CAD 模型的過(guò)程 ［ 3］ 。逆向工程技術(shù)綜合了三維測(cè)量、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、快速成型等高新技術(shù)，關(guān)鍵技術(shù)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(chǎn)品原型出發(fā)，進(jìn)而獲得產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，使得能夠進(jìn)一步利用 CAD/CAE/CAM 以及 CIMS 等先進(jìn)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理。 逆向工程主要應(yīng)用情況如下 ［ 4］ ， CAD 模型時(shí)，通常采用逆向工程的方法復(fù)制相同的零件。 ，要生產(chǎn)同類產(chǎn)品，由于其外觀設(shè)計(jì)專利 或使用習(xí)慣上需要修改時(shí)，通過(guò)逆向工程形成完整的圖紙或模型，進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。 。模具制造行業(yè)中有時(shí)需要不斷試模和修改模具。若將最終符合要求的模具測(cè)量并反求其 CAD 模型，這樣建立或修改的設(shè)計(jì)模型，可大大減少修模量，提高模具生產(chǎn)效率，降低模具制造成本。 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 3 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 、創(chuàng)新設(shè)計(jì)上有相當(dāng)高的應(yīng)用價(jià)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(fù)制。人體事的器官、骨頭和關(guān)節(jié)等的復(fù)制、傅 假肢制造。 ，通常逆向工程可以方便地對(duì)快速原型制造的原形產(chǎn)品進(jìn)行快速、準(zhǔn)確 的測(cè)量，然后找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不足，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次迭代使產(chǎn)品完善。 CATIA 簡(jiǎn)介 法國(guó) Dassault Aviation 是世界著名的航空航天企業(yè)，其產(chǎn)品以幻影 2021和陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)最為著名。 CATIA 是法國(guó) Dassault System 公司的 CAD/CAE/CAM 一體化軟件，居世界 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船、機(jī)械制造、電子、電器、消費(fèi)品行業(yè)，其集成解決方案覆蓋幾乎所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域。 CATIA 提供方便的解決方案，迎合幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域 的大、中、小型企業(yè)需要。包括，從大型的波音 747 飛機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)到化妝品的包裝盒，幾乎涵蓋了所有的制造業(yè)產(chǎn)品。在世界上有超過(guò) 13,000 的用戶選擇了 CATIA。 CATIA 源于航空航天業(yè)，但其強(qiáng)大的功能以得到各行業(yè)的認(rèn)可，在歐洲汽車業(yè)，已成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。 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(jī)公司使用 CATIA完成了整個(gè)波音 777 的電子裝配，創(chuàng)造了業(yè)界的一個(gè)奇跡，從而也確定了 CATIA 在 CAD/CAE/CAM 行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先 地位。 課題背景及內(nèi)容 世界玩具業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)及中國(guó)玩具業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，要求中國(guó)玩具業(yè)加快發(fā)展步伐，雖然沒(méi)有捷徑可走，但可以參考別人的發(fā)展歷程，從高起點(diǎn)起步。 高端設(shè)計(jì)、分析、制造軟件的廣泛應(yīng)用，為玩具設(shè)計(jì)擺脫傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造模式提供了強(qiáng)有力的工具。 因此，應(yīng)用高端的 CAD/CAE/CAM 軟件，進(jìn)行玩具的設(shè)計(jì)、模擬分析與制造，是中國(guó)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(guó)，走向玩具強(qiáng)國(guó)的必經(jīng)之路。 本課題以逆向工程為基礎(chǔ)，獲得模型的原始數(shù)據(jù)，應(yīng)用 CATIA 軟件平臺(tái)，重構(gòu)了一款 電動(dòng)直升飛機(jī)，并對(duì)直升飛機(jī)的部分外形進(jìn)行改進(jìn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使外形更加美觀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更趨合理。 基于逆向工程的電動(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì) 4 對(duì)電動(dòng)玩具直升飛機(jī)的機(jī)械部分進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。 電動(dòng)玩具飛機(jī)，根據(jù)復(fù)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(jī)，僅能實(shí)現(xiàn)在地面的直線移動(dòng)，此型飛機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)含量低。實(shí)質(zhì)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(yùn)動(dòng)基本具備，如在地面除了直線移動(dòng)外，還能自動(dòng)轉(zhuǎn)彎、原地回轉(zhuǎn)、機(jī)翼的旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)。此款直升飛機(jī)基本具有飛機(jī)的功能，屬于中等復(fù)雜程度 的飛機(jī)。 ，此飛機(jī)根據(jù)復(fù)雜程度不同，可在空中簡(jiǎn)單路線的飛行或復(fù)雜路線的飛行，能實(shí)現(xiàn)起降。此直升飛機(jī)屬于比較高檔的玩具，集成了電子學(xué)、機(jī)械學(xué)、流體學(xué)等學(xué)科。 本課題選用的電動(dòng)玩具直升飛機(jī)是屬于一般型，主要實(shí)現(xiàn)在地面的移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)遇障礙物自動(dòng)轉(zhuǎn)彎、一定時(shí)間間隔原地回轉(zhuǎn)、機(jī)翼的旋轉(zhuǎn)。 第二章 玩具飛機(jī)外殼及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 玩具外殼、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是構(gòu)成玩具飛機(jī)的二個(gè)主要部分。玩具外殼不論在南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 5 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 功能使用、產(chǎn)品造型、售后服務(wù)等方面均具有極其重要的地位。消 費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)一架玩具飛機(jī)，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(fèi)者的目光，才會(huì)有購(gòu)買(mǎi)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(shè)計(jì)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(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、底盤(pán)等尺寸決定，同時(shí)考慮玩具整體尺寸。外殼與底盤(pán)等相聯(lián)接。 玩具殼體設(shè)計(jì)原則 [5] 外殼設(shè)計(jì)是玩具設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，玩具的造型通過(guò)外殼設(shè)計(jì)展現(xiàn)，直接影響消費(fèi)者的對(duì)產(chǎn)品的第一印象。外殼設(shè)計(jì)一方面要有強(qiáng)烈的藝術(shù)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(gè)方面。 ，色彩鮮艷 外殼設(shè)計(jì)前，首先要明確產(chǎn)品的定位，對(duì)消費(fèi)者年齡段、產(chǎn)品銷往的國(guó)家和地區(qū)人們的喜好、風(fēng)俗習(xí)慣、文化背景等，都要有詳細(xì)的了解，使設(shè)計(jì)具有針對(duì)性，在造型設(shè)計(jì)、色彩搭配上符合消費(fèi)者的心理和愿望。在造型上，兒童都喜歡夸張、可愛(ài)的形象，尤其動(dòng)畫(huà)片、漫畫(huà)故事中的人物、動(dòng)物會(huì)給兒童留下很深的印象，設(shè)計(jì)玩具外殼時(shí)要充分利用兒童作品的影響力，在不侵權(quán)的基礎(chǔ)上對(duì)這些形象加以改變，使容易接受。 作為一名優(yōu)秀的玩具設(shè)計(jì)人員，必須掌握多方面的文化知識(shí)，綜合考慮各種因素，才能設(shè)計(jì)出好產(chǎn)品 。 、簡(jiǎn)約，工藝性好 評(píng)價(jià)一個(gè)玩具的好壞，并不是看它的復(fù)雜程度，兒童喜歡簡(jiǎn)單、直觀的東西。因此，設(shè)計(jì)外殼時(shí)造型線條要簡(jiǎn)潔、流暢，復(fù)雜的外形只會(huì)增加加工的難度。模具成本在玩具生產(chǎn)成本中占不小的比例，外殼設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單化，會(huì)降低模具制造成本，還會(huì)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(wú)論是塑料外殼，還是木制外殼，都要保證無(wú)毒，以免對(duì)兒童造成傷害。尤其是低齡幼兒玩具，對(duì)于外殼的原料、涂料的使用都要符合國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)。 本課題根據(jù)以上設(shè)計(jì)原則，結(jié)合市場(chǎng)調(diào)研決定玩具直 升飛機(jī)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(dòng)玩具直升飛機(jī)的設(shè)計(jì) 6 逆向工程的基本流程 逆向工程與一般的正向設(shè)計(jì)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(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，尋找?guī)卓钿N售情況較好，受消費(fèi)者歡迎的樣本小飛機(jī)，分析其特征，找出設(shè)計(jì)比較好的方面。 利用激光三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) (CMM)，對(duì)玩具直升飛機(jī)外殼進(jìn)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(zhǔn)球，從上、下、左、右不同角度對(duì)外殼進(jìn)行掃描，得到點(diǎn)云。由于本課題飛機(jī)是左右對(duì)稱，故掃描一半外殼，另一半點(diǎn)云通過(guò)鏡像 獲得。 由于從不同的角度拍點(diǎn)云，會(huì)出現(xiàn)重點(diǎn)現(xiàn)象，需對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行過(guò)濾，去除無(wú)用的雜點(diǎn)；同時(shí)， 刪除點(diǎn)云中無(wú)用的點(diǎn)，后期逆向特征比較精確，減少工作量的目的。 生成的點(diǎn)云文件，一般轉(zhuǎn)成 IGES 格式，為后續(xù) CAD 軟件讀入做準(zhǔn)備。 圖 是本課題經(jīng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)點(diǎn)云拍攝，且去除雜點(diǎn)后的外殼點(diǎn)云。 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 7 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊