用Pro/ENGINEER建造包含一百万个零件的屋顶

Westfield London 购物中心是 London 最大的购物中心之一，它差不多就要完工了，里面有超过 270 家商店、40 家饭馆、一家有 14 块银幕的电影院，还有一个健身中心。它的最独特之处是 528 米长的玻璃屋顶，外形很像雨点落入一泓水中产生的波浪图案。

这种屋顶形状非常复杂，因此，不可能使用常用的方法来支撑屋顶，也即用几条大梁来支撑屋顶。实际上，屋顶的强度由网状结构提供，此网状结构包含大约 3,200 只六臂接头(称为节点)和 10,000 条钢梁(称为横梁)。任意两个相邻节点之间的距离都不同。横梁全都长 2 米，以便降低生产成本。每个节点的每条臂都具有不同的长度，从而造成外形上的与众不同。使用了柱支撑在屋顶的平坦部分提供额外的稳定性。

每个节点均由大约 30 个零件组成，其中包括 12 块侧板、12 块顶板和底板、钻孔且带螺纹的前面板，以及位于节点中间的顶板和中央板。每个节点均用螺栓固定到六条梁上，以形成屋顶的结构，并支撑着约 7,000 块三角形的釉面玻璃板和实心穿孔的吸音金属板。实心板与透明板的比率经过精心选择，以最大程度增加采光量，同时遵守节能法规的要求。横梁用三枚特种优质螺栓固定到节点上。

过于复杂，无法手工设计。

16,900 平方米的屋顶含有大约 1,000,000 个元件，其中大约有 250,000 个元件是与别不同的。seele GmbH & Co.KG(该公司负责这个屋顶的工程和建筑工作)的工程经理 Heiko Schmid 说：“十年前，要做出这种复杂程度的屋顶的详细设计方案，需要的时间会很长，以致于根本无法开始实施项目”。据估计，使用当今最先进的 CAD 工具手工做出详细设计方案需要 10 年时间。

设计这个屋顶的 Westfield 内部建筑师为 seele 提供了概念设计方案。Seele 面对的挑战是，做出详细设计方案和建造屋顶所需的生产用图。每个零件都使用激光机床切割、在特殊的可调整焊接模板中焊接、按照非常精密的公差进行加工并涂上涂料，最后在坐标测量机 (CMM) 上接受检查。

seele 的另一位工程师 Dieter Schnell 说：“我们从一开始就很清楚，如果使用惯常的手工 CAD 方法，绝无可能聘请到足够的设计师来做出详细设计方案。我们需要找到一种自动化方法来生成详细设计方案。我们考虑了几种不同 CAD 程序的宏语言。”

“Pro/ENGINEER 和 Pro/ENGINEER Expert framework Extension (EFX) 无疑是这项工作的最佳选择，因为它们具有独特的参数化功能和强大的工具包。我们聘请了 B&W Software 的顾问 Stefan Bachschuster 进行编程，因为他具有丰富的 Pro/ENGINEER 和 Pro/ENGINEER Expert framework Extension 使用经验。”

Bachschuster 说：“Seele 问我是否可以在 Pro/ENGINEER Expert framework Extension 中开发一个自动化程序，以创建详细设计方案。我提供了一个模型，说明我对完成这个项目的设想。他们很喜欢它，因此要求我开发出所有必需的功能，以完成整个详细设计方案。我使四个关键元件的创建实现了自动化，它们是节点、梁、玻璃板和钣金件板。”

使用参数化的组件模型。

从行业设计软件中导入了屋顶的几何形状，它们是作为包含每个节点的坐标的文本文件导入的。Pro/ENGINEER Expert framework Extension 处理每个元件的参数化组件模型。为了设计节点，seele 的设计师单击七个点、节点的中心线和连接到节点的六块板。然后，Pro/ENGINEER Expert framework Extension 自动计算节点的几何形状、调整参数化的组件模型，以及生成制造和检查节点所需的数以百计的图纸和程序。

通过使用 Pro/ENGINEER 和 Pro/ENGINEER Expert framework Extension，为项目总共设计了 120,000 份生产用图，包括 3D 组件模型、2D 图纸、供火焰切割机和激光机床(生产各个元件)使用的 DXF 数据、供五轴加工中心(按照最终尺寸切割生产出来的节点)使用的计算机数字控制 (CNC) 程序，以及供检查节点的 CMM 机床使用的 CNC 程序。

Pro/ENGINEER Expert framework Extension 加快工作的完成速度。通过使用 Pro/ENGINEER Expert framework Extension，可以在大约 4,000 小时内完成详细设计方案，这大约是使用手工 CAD 方法完成工作所需时间的 1/5。而且，设计和制造的准确性也比使用手工方法达到的准确性要高许多。在制造和装配全部 1,000,000 个元件后，屋顶的总长度仅比设计意图长 15 毫米，即偏差只有 0.009%。

Schmid 总结道：“Pro/ENGINEER 和 Pro/ENGINEER Expert framework Extension 使我们能够高度自动化数十万个元件的详细设计方案的产生过程，而所用的时间只是使用手工方法所需时间的一小部分，因此，它们帮助我们成功实施此项目。在建造过的众多屋顶中，这个屋顶是最复杂的之一，它也代表着 PTC 的先进 CAD 工具在简化棘手设计任务方面的能力典范。”