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南京理工大学硕士学位论文波状挡边带式输送机快速设计及快建报价系统研究 摘要 众所周知，在全球一体化进程不断加快的今天，用户对产品设计方案的要求越来 越高，交货期要求越来越短。快速设计作为现代先进设计手段之一，不仅可以帮助企 业大大提高产品设计效率和设计质量，而且可以提高机电产品设计的规范化和标准化 程度，实现企业对用户需求的快速响应。它的研究和应用对于改革我国机电产品设计 现状和提高制造企业的竞争力有着十分重要理论意义和广泛、迫切的实际需求。 本文以波状挡边带式输送机为研究对象，根据企业实际需求，研究了产品资源数 据存储和管理模式，并具体开发了开放式工艺资源数据库管理系统，实现了工艺资源 数据的动态管理；研究了面向客户的输送机总体方案快速设计方法和快速报价方法， 并开发了快速生成和实时报价原型系统；运用参数化设计技术，进行面向生产的输送 机快速设计和优化计算研究，实现了快速设计和快速报价的系统集成。 关键词：波状挡边带式输送机快速设计参数化设计优化计算 快速报价 第1 页 塑塞墨三查兰坚主竺堡丝苎垫苎塑望堂塞塑垄垫坚堡盐墨堡苎塑竺墨竺翌塞 n o w a d a y s , w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fg l o b a li n t e g r a t i o n , t h er e q u i r e m e n to fu s e r s t ot h ed e s i g ns c h e m eo fp r o d u c t sb e c o m e sh i g h e ra n dh i g h e r , a n dt h ed a t eo fd e l i v e r yi s s h o r t e r a so n eo ft h ea d v a n c e dd e s i g nm e t h o d s , r a p i dd e s i g n 啪 1 0 t o n l yh e l pe n t e r p r i s e s i m p r o v et h ed e s i g ne f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo fp r o d u c t s , b u ti n c r e a s et h es t a n d a r d i z a t i o no f t h ee l e c t r o - m e c h a n i c a ld e s i g nt or e a l i z et h ef a s tr e s p o n s et ot h en e e d so fu s e r s i ti s v e r y i m p o r t a n tt or e s e a r c hr a p i dd e s i g nf o rr e f o r m i n gt h ed e s i g na c t u a l i t yo fp r o d u c t si no u r c o u n t r ya n de n h a n c i n gt h ec o m p e t i t i o no f t h em a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s t h eb e l tc o n v e y o ro fc o r r u g a t e ds i d e w a l li st h er e s e a r c ho b j e c ti nt h i sp a p e r t h et a s k s a l ea sf 0 1 1 0 w s f i r s t l y , o nt h eb a s i so ft h ed e m a n da n a l y s i so fr a p i dd e s i g no ft h ec o n v e y o r , t h e r e s o u r c ed a t am e m o r ya n dm a n a g e m e n tm o d eo fp r o d u c t sa r er e s e a r c h e da n dt h eo p e n p r o c e s sr c s o u l c ed a t a b a s es y s t e mi sb u i l tt oc a 唧o u tt h ed y n a m i cm a n a g e m e n to ft h e p r o c e s sr e $ o u t c ed a t a s e c o n d l y , t h es y s t e mo ft h ef a s tg e n e r a t i o no ft h ec o l l e c t i v ep r o j e c to fc o n v e y o ri s r e s e a r c h e df o rt h ec u s t o m a s o 缸t h es y s t e mo ft h er e a lt i m eo f f e r t h j r d l y , t h ep a r a m e t r i cd e s i g ni su s e dt os t u d yt h er a p i dd e s i g na n do p t i m i z e c a l c u l a t i o nf o rt h ep r o d u c t i o n f i n a l l y , t h ep r o t o t y p es y s t e mo fr a p i dd e s i g na n dt h eq u o t a t i o no ft h ep r o d u c ti s c o m p l e t e d t om a k et h ei n t e g r a t i o no f t b er a p i dd e s i g n , r a p i do f f e ra n df a s td r a w i n g k e yw o r d s ：b e l tc o n v e y o ro f c o r r u g a t e ds i d e w a l l r a p i dd e s i g n p a r a m e t r i cd e s i g n o p t i m i z e dc a l c u l a t i o nr a p i do f f e r 第页 南京理工大学硕士学位论文波状捎边带式输送机快速设计及快速报价系统研究 l 绪论 随着全球经济一体化进程的加快，客户对产品的设计质量要求越来越高，交货期 要求越来越短，在产品的寿命周期中，作为现代产品生产的关键环节，产品设计过程 对于缩短企业的产品研制开发和制造周期，提高质量、改善产品性能起着至关重要的 作用。本课题的提出就是基于完成产品快速设计和报价而进行的系统研究。 1 1课题背景和研究意义 经济的快速发展使胶带输送机在码头、货场、料仓发挥着越来越重要的作用，近 年来工业发展的趋势使带式输送机朝着多品种、高速度、大功率、大运量、长距离的 方向发展。在条件适当的情况下，采用带式输送机输送散料具有明显的经济效益。 1 1 1 输送机发展现状与趋势 ( 1 ) 输送机发展现状 波状挡边带式输送机在国外各行业已广泛应用，但在我国还是一种新型的带式输 送机。普通带式输送机的输送倾角一般在1 8 。以下，需要达到较大的提升商度时， 将会出现输送距离长、占地面积大、土建工程量大、工艺布置复杂等缺点，从而大量 增加工程投资。波状挡边带式输送机吸收了传统带式输送机、斗式提升机，埋刮板输 送机的共同优点，同时又克服了普通胶带输送机的缺点，它的输送倾角可在0 。9 0 。 范围内任意布置嘲，有利于老厂房改造。该机的研制和推广应用，可节约大量土地资 源、减少土建工程量、降低工程投资，对我国工业的发展具有重要意义 普通带式输送机由于受到物料与输送带摩擦系数的限制，输送物料的倾角不能过 大，一般最大倾角只能达到1 8 。2 0 。，提高输送机倾角可采用深槽的托辊组、圆管 输送机、压带式输送机、花纹输送带式输送机等方法。而波状挡边带式输送机则是真 正实现大倾角输送物料的重要形式 波状挡边带式输送机最早( 2 0 世纪6 0 年代) 由德国的s v e d a l af l e x o w e l l 公司 研制，该公司与汉诺威大学合作，最先建立了波状挡边带式输送机的试验台，2 0 世 纪8 0 年代末开始向大型化发展。其产品已达到5 5 0 0 0 余台，分布于9 0 多个国家和地 区，广泛应用于煤炭、冶金、建材、化工、水电、矿山和港口等部门。 1 9 6 9 年此技术被引进到美国和加拿大，但当时并没有引起重视，直到1 9 8 9 年世 界最大的输送机生产厂美国胶带服务公司创建了挡边输送带部，才使波状挡边带 式输送机在北美洲得到发展。此后，美国的l a k es h o r em i n g 公司、英国的d o w r y l e c o ， n a m e c 、法国的b a n d a b o r 等公司均生产这种大倾角带式输送机国外目前波状挡边带 式输送机输送能力在2 0 0 0 t h 以下和带速在5 m s 以下时，提升高度可达5 0 0 m ；当提 升高度为2 0 0 m 、带速为3 7 5 m s 时，输送能力可达6 0 0 0 t h “1 第l 页 南京理工大学硕士学位论文波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研究 我国从2 0 世纪8 0 年代初开始研制波状挡边带式输送机，1 9 9 0 年北京起重运输 机械研究所开发出d j 型波状挡边带式输送机系列图纸并开始推广使用。经过l o 余年 的生产实践，技术得到了不断完善和改进。1 9 9 8 年，北京起重运输机械研究所、青 岛运输设备厂、九江市飞达机械设备制造有限公司等作为主要起草单位，制定了波 状挡边带式输送机行业标准( b t 8 9 0 8 - 1 9 9 9 ) ，进一步推广了我国波状挡边带式输 送机的发展。目前全国已有5 0 多个厂家生产了6 0 0 0 多台波状挡边带式输送机。据调 查，国内每年波状挡边带式输送机的需求量为1 5 0 0 2 0 0 0 台。“1 我国自贡运输机械 总厂于1 9 9 9 年为四川省投资公司生产了一台提升高度为1 0 4 5 m ，带宽8 0 0 删竹，输送 量1 4 0 t h 的波状挡边带式输送机，该机的提升高度是亚洲之最。目前国内波状挡边 带式输送机系列参数为：带宽1 6 0 0 r a m ，挡边高4 0 0 r a m 、带速2 5 m s 、倾角9 0 、输 送量3 0 0 t h 相比之下，国内目前能够生产的波状挡边带式输送机运输能力，提升高度、运行 带速都较低，与国外先进水平有较大差距。波状挡边带式输送机的应用范围也有待于 进一步扩大。因此，对波状挡边带式输送机结构的优化设计和输送带的研究成为当务 之急。 ( 2 ) 波状挡边带式输送机的发展趋势 波状挡边带式输送机今后总体上应朝大运量、大带宽、高提升高度方向发展。此 外，该机的发展还将体现在以下几个方面1 ： 支撑方式的改变 输送带的支撑方式对输送机的稳定运行起重要作用，现已形成的采用环形吊挂、 索道和轨道的波状挡边带式输送机和口袋式输送机的构想都有可能在不久的将来实 现 灵活的布置方式 波状挡边带式输送机可以和通用带式输送机一样，成为移动或移置输送机，从而 适应矿山开采的需要 应用范围的拓广 由于波状挡边带式输送机的大倾角输送物料能力强，使同一条输送机可以适应在 不同工作要求的不同倾角范围远远的优于通用带式输送机，目前已经应用改变倾角进 行卸船，这种“可变”特点今后将使波状挡边带式输送机广泛地在不同领域中应用 第2 页 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研究 图1 1 波状挡边带式输送机( 一) 图1 2 波状挡边带式输送机( 二) 1 1 2 课题来源及研究意义 本课题来源于企业，真题真做，具有很强的工程背景和研究价值。 ( 1 ) 课题来源 本课题来源于九江飞达机械设备制造有限公司，该公司创建于1 9 9 3 年，企业主 导产品为各类带式输送机，生产负荷饱满，年产值近2 0 0 0 万元。典型产品有交通部 三航四公司混凝土搅拌船输送机，深圳新丽鑫( 外资企业) 混凝土输送机，九江常鑫 公司( 外资企业) 高位料仓输送机。 随着飞达公司输送机业务的不断拓展，订单逐年增加，设计压力增大；另一方面， 随着我国轨道交通投资力度的不断加大，有越来越多的国内外企业参与了同类产品的 市场竞争在这种情况下，飞达公司原有的设计能力已不能适应市场对企业快速响应 能力的要求。因而产生了本课题要研究的问题，即波状挡边带式输送机设计如何在获 得用户基本要求后，用最短时间寻找最优倾角，使整机在保证输送量要求的前提下占 地面积最小，输送带最短、成本最低。并提供输送机整机结构方案和准确报价。 本课题的主要目标就是采用现代方法理念，基于知识工程的开发方法，在 a u t o c a d 2 0 0 0 平台上进行二次开发，完成一套适合于波状挡边带式输送机的快速设计 和快速报价系统 ( 2 ) 课题的研究意义 本课题完成后，将产生良好的社会效益和经济效益。 第3 页 南京理工大学硕士学位论文波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研究 缩短设计周期 传统设计在收到用户提供的基本要求和参数后，至少需要2 3 名工程设计人员 用1 5 2 0 天完成整机结构工艺方案设计和报价，完成本课题后仅需2 天即可完成。 提高设计质量 由于采用优化设计手段，可以实现在保证输送高度和输送量的前提下，提高输送 速度，减小整机体积 降低产品成本 本课题的完成，由于节省了设计时问，可以大量降低设计成本；由于参数合理减 小了整机体积，缩短了胶带长度，降低了产品制造成本和工程施工成本，与普通带式 输送机相比可节约投资2 0 3 0 ，提高了经济效益。 提高企业市场竞争力 本课题的研究成功，可以提高企业快速响应市场的能力，使企业在最短的时间内 为用户提供性能好、价格低、可靠性强的设计方案，极大地提高企业市场竞争力 实现产品快速修改与重构 该课题的完成，将提供一个波状挡边带式输送机智能设计系统，不仅为合作企业 系列产品的快速修改和重构提供极大方便。如系统能在行业推广使用，还将产生巨大 的社会效益。 1 2快速设计方法及国内外研究概况 机电产品的结构、功能、质量、成本、交货时间、制造工艺性、维修工艺性、产 品报废后处理等全生命周期内的各环节，原则上都是在产品的设计阶段确定的啪据 统计，产品生命周期成本的8 0 9 0 是由设计阶段最早的1 0 2 0 工作决定的， 而合同型企业的产品开发周期占整个产品交货期的6 0 以上随着现代科学技术的 发展，机械产品的市场寿命不断缩短，企业间竞争不断加剧。因此要求企业必须具备 快速响应市场的能力，具备从捕捉产品信息到及时投放市场的全面快速响应能力啪。 主要包括：快速捕捉产品市场动态需求信息及决策机制、产品快速设计、产品快速制 造工程，其中产品快速设计是企业快速响应市场的关键。 1 2 。1 快速设计方法 现代设计理论的方法和技术主要有；并行设计( c o n c u r r e n td e s i g n ) 嘲、协同 设计( c o l l a b o r a t i v ed e s i g n ) 、虚拟设计( v i r t u l ed e s i g n ) 、快速原型设计( r a p i d p r o t o t y p et e c h n o l o g y ) 、面向大批量定制的设计和基于产品全生命周管理( p r o d u c t d a t am a n a g e m e n t ，p d m p u i ) 的设计等等。这些设计方法较多注重设计活动的外延， 而对设计本质，如如何重用企业及行业已有的设计资源、如何改进和提高产品开发过 程关注不够。 第4 页 南京理工大学硕士学位论文波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研究 参数化( p a r a m e t r i c ) 设计是8 0 年代末提出的一种c a d 产品设计方法。参数化 设计是指参数化模型的尺寸用对应关系表示，而不需要确定具体数值。变化一个参数 值，将自动改变所有与它相关的尺寸，并遵循约束条件，这就是采用参数化模型，通 过调整参数来修改和控制几何形状，自动实现产品的精确造型 参数化设计与传统方法相比，最大的不同在于它储存了设计的整个过程，能设计 出一族而不是单一的产品模型。传统的人机交互式绘图一般需要用精确的尺寸值定义 几何元素，输入的每一条线都必须有确定的位置，图形一旦建立，即使结构相似但要 改变图形大小尺寸，只能对图形进行编辑。而工程设计中，一方面，进行新产品设计 不可避免地要多次反复修改，进行零件结构和尺寸的综合协调、优化；另一方面，机 电产品设计的大量零部件图形结构具有一定的相似性。特别是对于结构定型的产品设 计，需要针对用户需求提供不同吨位、功率、规格的产品型号进行设计，以便形成系 列。利用参数化技术进行设计可以十分容易地修改图形，并能将以往的某些产品设计 的经验和知识继承下来。设计人员就可以把时间，精力集中于更富创造性的概念和整 体设计上去，因此可以充分发挥创造力，提高设计效率。所以参数化设计在实际工程 设计中得到了非常广泛的应用。 参数化技术的出现是c a d 技术的一次重大革命，在此之前的造型技术都属于约束 自由造型。随着计算机的诞生，机械设计师就梦想着实现机械设计的自动化，以将设 计人员从繁琐复杂的传统设计中解脱出来。c a d 技术一直沿着这条主脉发展，参数化 设计技术是追寻梦想的必然产物。对于结构比较定形的产品，在建立参数化模型的基 础上，通过调整参数可修改和控制几何形状，自动实现产品的精确造型，由此大大提 高产品的设计效率和设计质量。参数化设计技术出现的时间还不太长，目前仍处在不 断发展和完善时期。 传统的几何造型系统是针对事先已确定了的几何形状和具体尺寸来建立几何模 型，称之为静态造型系统。使用这种系统，从一开始设计，就要确定最终的几何模型， 很难进行修改。而实际产品的设计过程要历经概念设计、草图设计、详细设计等多个 过程，在这些过程中，产品的模型要被反复地修改优化直至形成满足各方面要求的几 何模型，因此是一个动态的过程。显然，静态的几何造型系统根本无法适应产品开发 的动态过程。另外，一个产品的更新、改型，都具有一定的继承性，应充分利用原有 产品的几何模型，经适当修改，即可很快生成新的几何模型还有，很多系列化的标 准件或零件，其形状几乎相同，只是具体尺寸不同，如果这些只需要修改尺寸大小的 几何模型都要重新建立，将浪费很多人力并延长产品开发周期。 参数化设计过程可视为约束满足的过程，设计活动本质上是通过提取产品有效的 约束来建立其约束模型并进行约束求解。参数化设计的主体思想是用几何约束说明产 品模型的形状特征，从而达到设计一族形状或功能上具有相似性的设计方案，并获得 第s 页 南京理工大学硕士学位论文波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研究 支持c a d 各种决策和分析活动的能力。设计活动中的约束主要来自功能、结构和制造 三个方面：功能约束是对产品所能完成的功能的描述：结构约束是对产品结构强度、 刚度等的表示；制造约束是对制造资源环境和加工方法的表达。在产品设计过程中将 这些约束综合成设计目标，并将它们映射成为特定的几何拓扑结构，从而转化为几 何约束所谓几何约束就是要求几何元素之间必须满足某种特定的关系。将几何约束 作为构成几何拓扑结构的几何基准要素和表面轮廓要素，可以导出各种形状结构的 估计和形状参数，从而形成参数化的产品几何模型参数化设计方法与传统设计方法 相比较，最大的不同在于它存储了设计的全过程，类比设计出一族而不是单一的产品 模型它使设计人员不需要考虑细节而尽快草拟零件图，并可以通过变动某些约束参 数来更新设计，而无须从头经历产品设计的整个过程参数化技术避免了重复劳动， 避免了资源的浪费。 1 2 2 国内外研究概况+ 我国企业对市场的快速响应能力与发达国家相比具有明显差距对我国2 0 0 0 种 机电新产品抽样调查显示，产品开发周期平均为1 8 个月，而美国早在1 9 9 0 年就实现 了新产品设计周期为3 个星期，试制周期为3 个月嘲的产品开发能力因此，产品设 计、交货周期长已成为我国企业在国内外市场竞争中失利的重要原因。 钟廷修研究了快速响应工程及快速响应设计，提出有效利用产品信息资源是实现 快速响应的关键，采用变型设计实现快速响应的策略”1 ；陈满意等提出了一个面向快 速响应的机械产品集成设计系统体系结构“1 文o 提出了一个初步的设计资源管理方 法，通过扩展产品c a d 模型成为可重用资源单元，并提供网络化的开放的存取机制， 从而最大化的重用公司或世界范围的设计资源。 目前，基于约束的参数化设计主要应用在相似零件的快速生成和修改，机构分析， 公差分析和设计优化等方面在已有的参数化造型系统中，允许的几何约束类型基本 上是组成产品形体的几何实体之间的公称尺寸关系和尺寸之间的工程关系。因此，参 数化设计技术又称为尺寸驱动技术( d i m e n s i o n d r i v e ng e o m e t r y ) 各种参数化设计 技术也主要因几何约束关系的表达方式、允许或能够处理的约束类型、约束求解方式 以及几何的构造方式的处理方法不同而异。 i 3本文研究的主要内容 本文共分为六章。 第一章宏观介绍课题来源与背景、研究内容与意义，提出本课题研究任务为开发 波状挡边带式输送机快速设计与快速报价系统，简要介绍快速设计方法和国内外发展 现状； 第二章从总体上对系统进行需求分析、功能分析和结构研究，提出整个系统的框 第6 页 南京理工大学硕士学位论文波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研究 架结构： 第三章是全文的核心内容，主要进行面向生产的输送机快速设计系统研究，讨论 参数化设计方法，研究输送机快速设计的主要内容，典型零件参数化设计，零件图和 输送机总装配图的自动生成； 第四章也是全文的核心内容，为面向客户的输送机快速设计与报价系统方案研 究，主要讨论输送机快速设计和报价的原理，客户需求与输送机总体结构，输送机成 本组成，快速设计与快速报价流程； 第五章输送机快速设计系统的实现，介绍系统开发环境，方案的实现工具和系统 工作界面； 第六章总结与展望，对本文所做工作进行了归纳总结，提出了研究存在的不足和 下一步研究打算 第一章绪论 第二章 输送机快速设计需求分析与总体设计 第三章 面向生产的输送机快速 设计系统研究 第四章 面向客户的输送机方案快速 设计和报价系统研究 第五章 输送机快速设计系统的实现 第六章 总结与展望 图1 3 论文体系结构示意图 第7 页 南京理工大学硕士学位论文渡状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研究 2 输送机快速设计需求分析与总体设计 要完成一个系统开发，首先必须明确系统的总体要求，即系统在功能要求、性能 要求和资源方面的需求等。只有这样，才能使开发工作有的放矢。 2 1系统需求分析 系统的需求分析包括对系统的功能需求、性能需求和资源需求分析。 2 1 i 系统的功能需求 飞达公司对波状带式挡边输送机快速设计系统功能的具体要求是： 能根据不同的设计参数自动实现整个输送机产品的快速设计，各零部件能自 动与总装配体关联变化； 能自动生成产品的总装配图和主要部件的二维工程图； 能自动选择标准件型号规格； 能自动进行整机价格估算； 用户参数输入界面简洁友好。 这些需求归结到一点，就是要开发出波状挡边带式输送机快速设计系统和快速报 价系统。 2 1 2 系统的性能需求 本课题所开发的系统除了应该具有必要的功能之外，还应该保证系统在实施和运 行过程中具有良好的性能。飞达公司对系统性能有着多方面的要求，不仅包括系统对 产品开发应具备的作用的性能要求，也包括系统正常运行在安全性、可靠性等方面的 要求。 ( 1 ) 波状挡边带式输送机快速开发系统应具有支持产品开发过程优化的能力 现代企业的竞争力，来自于它对快速多变市场的适应程度和反应速度，即根据市 场的变化情况，迅速调整人力、物力资源，在尽可能短的时间内做出科学合理的决策 反应，在最短的周期内生产出市场所需求产品的能力。市场竞争日益激烈的环境下， 通过有效缩短产品的形成周期，加快产品的开发步骤，是企业全面提高经济效益，在 市场竞争中取胜的关键所在。 ( 2 ) 系统应具有支持维护产品全生命周期数据的能力。 产品全生命周期数据包括从几何拓扑关系描述产品的各种零部件及其装配图到 从产品加工制造角度描述产品的工艺、工装设计信息，包括从制造装配角度描述产品 的各种表格文件到产品名细表、标准件表、外购件表、通用件表、原材料需求等信息， 包括产品开发的设计规范，工艺规范、加工规范、质量规范到产品出厂后的维护保养 规范，售后服务规范等等。 第8 页 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研究 ( 3 ) 系统应具有安全性和可靠性。 系统数据的安全性：产品数据是企业的生命线，数据安全与否直接关系到企业的 企业的生存和发展。数据的安全包括数据即信息的保密性、数据信息的完整性、数据 信息的可用性。信息的保密性必须确保重要的技术信息从输入开始到有效的整个信息 生命周期内不被非法浏览和盗用信息的完整性确保信息从输入开始到信息失效的整 个信息生命周期内，信息不被非法篡改和破坏。在设计审核文件等文件中必须确保信 息的施加者与信息的关系呈一一对应关系。 系统的集成性、开放性和扩展性：集成性是指快速设计与报价系统与p c c a d 系统 之间信息的有效集成和共享，以实现产品开发流程的有效展开；开放性是指能够随着 产品开发应用技术的发展，系统能够接纳新的应用技术，并保证各应用之间信息的有 效集成和共享；可扩展性是指根据企业产品开发实际需求的变化，系统具有增加新功 能的能力。同时，各子系统要能提供标准的行业编程工具，包括应用程序接口( a p i ) 、 内嵌式v b 、o l e 功能函数、编码规则设计器等，方便用户根据自己的需要百分之百 地实现系统的本土化，并为用户、合作伙伴、及实施队伍进行二次开发建立良好技术 基础； 此外，整个系统还应具有所有应用系统的一般性能要求如要求硬件系统工作可 靠，性能稳定；软件系统有良好的人机界面，运行可靠，无二义性，操作方便、灵活、 易于理解，能够引导用户快捷地完成整机设计和报价工作 2 1 3 系统的资源需求 绝大多数的机械设计是基于美国的a u t o d e s k 公司提供的a u t o c a d 平台。它的开 放式的体系结构允许用户或二次开发商拓宽新的功能和设计各种应用程序。a u t o d e s k 公司为满足广大用户的需求，自a u t o c a d v 2 1 7 版至a u t o c a d 2 0 0 0 的短短十几年间， 就相继推出了三代二次开发工具阻“ ( 1 ) 第一代开发工具：a u t o l i s p a u t o l i s p 是1 9 8 5 年随a u t o c a d v 2 1 7 提供的二次开发工具。它是一种人工智能 语言，是嵌入a u t o c a d 内部的c o m m o nl i s p 的一个子集。在a u t o c a d 的二次开发工具 中，它是唯一的一种解释型语言使用a u t o l i s p 可直接调用几乎所有的a u t o c a d 命 令。h u t o l i s p 语言最典型的应用之一是实现参数化绘图程序设计，包括尺寸驱动程 序和鼠标拖动程序等。另一个典型应用就是驱动a u t o c a d 提供p d b 模块构成d c l ( d i a l o gc o n t r o ll a n g u a g e ) 文件，创建自己的对话框。 ( 2 ) 第二代开发工具：a d s a d s ( a u t o c a dd e v e l o p m e n ts y s t e m ) 是a u t o c a d r l1 开始支持的一种基于c 语言 的灵活的开发环境a d s 可直接利用用户熟悉的c 编译器，将应用程序编译成可执行 第9 页 南京理工大学硕士学位论文波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研究 文件后在a u t o c a d 环境下运行，既利用了a u t o c a d 环境的强大功能，又利用了c 语言 的结构化编程、运行效率高的优势。 ( 3 ) 第三代开发工具；v i s u a ll i s p ，o b j e c ta i i ) ( 及基于a u t i v e xa u t o m a t i o n 技 术的v b a 等。 v i s u a ll i s p ( v l i s p ) v l i s p 是a u t o l i s p 的换代产品。它与a u t o l i s p 完全兼容，并提供它所有的功能， 是新一代的a u t o c a dl i s p 语言。v l i s p 对语言进行了扩展，可以通过m i c r o s o f t a c t t v e x a u t o m a t i o n 接口与对象交互。同时，通过实现反应器函数，还扩展了a u t o l i s p 响应事件的能力。作为开发工具，v l i s p 提供了一个完整的集成开发环境( i d e ) ，包 括编译器、调试器和其他工具，可以提高二次开发的效率。另外，v l i s p 还提供了工 具用于发布独立的应用程序。 a r x r x ( a u t o c a dr u n t i m ee x t e n s i o n ) 是a u t o c a dr 1 3 之后推出的一个以c + + 语言 为基础的面向对象的开发环境和应用程序接口a 1 1 ) 【程序本质上为w i n d o w s 动态链接 库( d l l ) 程序，与a u t o c a d 共享地址空间，直接调用a u t o c a d 的核心函数，可直接 访问a u t o c a d 数据库的核心数据结构和代码，以便能够在运行期间扩展a u t o c a d 固有 的类及其功能，创建能够全面享受a u t o c a d 固有命令特权的新命令a r x 程序与 a u t o c a d 、w i n d o w s 之间均采用w i n d o w s 消息传递机制直接通讯。在a u t o c r or 1 4 的 开发环境中a d s r x 是a r x 的一个子集，它等效于a d s 。使用a d s p o ( ，能够用c 语言编 写基于a u t o c a d 的程序，也能很方便地将a d s 程序移值为a r x 程序。 基于a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术的w a 等开发工具。 a c t i v e xa u t o m a t i o n 是一套微软标准，以前称为o l ea u t o m a t i o n 技术。该标 准允许通过外显的对象由一个w i n d o w s 应用程序控制另一个w i n d o w s 应用程序，这也 是面向对象编程技术的精髓所在。 c t i v e xa u t o m a t i o n 技术的完全面向对象化编程 的特点，使其开发环境具备了强大的开发能力和简单易用的特点，开发工具的选择也 具有很大的灵活性。 a u t o l i s p 具有同时用于开发小型和大型项目的一些独有的优点这些优点包括 a u t o l i s p 的交互作用和可利用灵活的表数据结构，用以控制各式各样的图形数据。 a u t o l i s p 中的很多函数都支持表数据结构。在其它语言中表达复杂的图形数据可能 是额外的编程工作，它可能会使设计人员进入指针的“迷宫”或需要编写专门的支持 程序，而在a u t o l i s p 中，利用简单而功能强大的表结构通常可以满足结构化数据方 面的所有需求。 另外，辅助工具也有助于a u t o l i s p 能同类似c 语言( 具有一个丰富的编程环境的 语言) 那样的语言竞争。这些辅助工具包括用于a u t o l i s p 的语法检查编辑器、调试器、 第l o 页 南京理工大学硕士学位论文波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研究 库和代码分析器) 。 2 2系统功能与结构 在系统需分求分析的基础上，必须进一步研究系统的功能，组成和结构，根据系 统总体设计的目标和原则进行系统框架研究与设计。 2 2 1 总体设计目标、原则 系统开发的总体目标实现波状挡边带式输送机的快速设计与快速报价，具体分述 如下； ( 1 ) 建立波状挡边带式输送机零部件数据库、图形库 为了提高设计效率，在 u t o c a d 平台上，利用参数化技术开发挡边带式输送机元 件库、典型结构库，并将输送机元件和典型结构的规格尺寸存放在数据库中。图形库 存放波状挡边带式输送机设计所需的各种元件、组建、标准件、非标准件和设计时用 到的各种符号、格式等 ( 2 ) 归纳整理波状挡边带式输送机设计相关专家知识库 专家系统的核心是知识库，知识库的完善与否将决定专家系统的优劣知识库由 事实概念库，设计规则库、内外部数据库和框架组成。该模块收集波状挡边带式输送 机设计专家的基本思想，应用专家系统的知识表达方法描述方案设计中的不同知识， 并将不同知识联系起来建立方案设计知识库。 ( 3 ) 设计挡边带式输送机设计相关知识推理机 推理机是利用知识库中现有的知识，按一定的推理策略，模拟波状挡边带式输送 机专家选择类型、确定元件，并调用程序库中的绘图程序生成元件模型及各元件间的 合理布局等。也就是说，推理机根据知识库中的规则进行搜索和匹配，利用人机接口 输出挡边带式输送机元件或结构图，通过装配设计输出装配图。 ( 4 ) 建立输送机成本计算模型，完成快速报价 根据设计结果，建立相应的产品成本计算模型，对输送机成本进行计算，并按合 理利润空间进行报价。 其成果体现为建立快速设计对话框，在输入用户提供的基本参数水平投影长 工、垂直提升高度日，输送量t h 和其它约束参数后，通过系统自动设计计算，达到 以下功能： 确定最佳倾角，得出整机设计方案； 自动进行精确计算，快速得出整机报价； 自动绘制整机总装图。 第1 1 页 南京理工大学硕士学位论文波状挡边带式输送机快速设计及快速撮价系统研究 2 2 2 系统总体组成和逻辑结构 一个完善的计算机设计系统首先应该具备良好的可使用性和可操作性，也就是 说，系统的使用是面向用户的，而不是面向系统设计人员。因此应该使界面更加友好， 达到可视化的程度。本课题使对话框控制语言( d i a l o gc o n t r o ll a n g u a g e ，简称d c l 语言) 设计对话框。 ( 1 ) 系统的总体组成 攘个系统由任务书、平面布置、结构设计、设计资料、系统配置，使用帮助六个 子系统构成。 任务书模块主要负责处理输送机设计基本参数的输入及管理。 平面布置模块根据计算结果，按照设计规则，进行平面布置图的设计。 结构设计子系统负责输送机的结构设计，包括机身设计、头架设计，驱动装 置设计和其他零件设计。 设计资料模块负责有关标准数据的管理和维护。 系统配置模块负责该系统的环境及基本配置。 使用帮助提供系统操作帮助 ( 2 ) 系统的逻辑结构 整个系统的各个子系统之间相互关联。图2 1 为系统总体结构。 波状挡边带式输送机参敦化设计系统 + + l 任务书ll 平面布置li 结构设计| i 设计资料ii 系统配置ii 使用帮助 jj 参数化绘图 ， 000 机身设计 头架设计驱动装置设计 其它零件设计 i 二维零件图自动装配 - 总装设计 图2 1 系统总体结构 第1 2 页 南京理工大学硕士学位论文波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研究 2 3 系统框架 如图2 2 所示，系统总体框架由用户需求分析、用户参数输入、快速方案设计、 快速报价，快速详细设计、零件图生产和装配图生成七个部分组成。其中主要模块快 速方案设计、快速详细设计和快速报价又可以细分如图2 3 所示。 用户需求分析模块主要是对用户提出的输送物料性能，输送水平投影距离和垂直 提升高度、输送量要求进行分析，并要求用户提供施工工艺相关要求( 场地基本情况 等) ，为系统工作打下基础 用户参数输入模块主要完成物料性能参数、输送距离要求、输送量要求和预设参 数的输入，为系统设计计算提供依据。 快速方案设计主要是在满足设计要求的情况下，通过优化计算确定输送机倾斜段 最小倾角，使整机造价最低。 快速详细设计模块是在得到客户确认输送计倾角后对输送各零部件的进一步设 计，标准件和外购件的选型；整机的运动仿真分析等。 快速报价模块是系统依据设计结果选择报价模型，并对输送机各部件和外购件进 行成本计算，完成整机报价 零件图和装配图绘制模块是系统依据设计结果，由计算机自动计算各部件插入点 和( 或) 各线段连接点，完成零件图的绘制或从数据库中调用相关部件自动绘制输送 机总装配图。 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统 用 户 需 求 分 析 用 户 参 数 输 入 快 速 方 案 设 计 快 速 报 价 快 速 详 细 设 计 图2 2 系统总体框架 零 件 图 生 成 装 配 图 生 成 第”页 工 作 部 件 的 确 定 快速方案设计 辅 助 部 件 的 确 定 方 案 的 生 成 最 佳 方 案 确 定 图2 3 系统主要功能框架 2 4本章小结 本章对波状挡边带式输送机快速设计及报价系统的功能需求、性能需求和资源需 求进行了分析；确定了系统总体设计目标、设计原则，构建了系统组成与结构。 第“页 南京理工大学硕士学位论文波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研究 3 面向生产的输送机快速设计系统研究 与面向客户的系统设计要求不同，面向生产的输送机快速设计系统研究主要任务 是利用参数化设计方法，快速生成自制件图纸和外购件规格、型号及数量。 3 1面向生产的输送机参数化设计系统概述 实现产品快速设计的有效方法之一是参数化设计，作为系统开发的基础和工具， 在系统开发之前，必须对输送机参数化设计任务和参数化设计方法进行分析研究。 3 1 - l 面向生产的输送机参数化设计任务 在输送机设计方案和报价得到用户确认后，签订生产合同后，系统面向生产还应 完成以下工作； 确定电动滚筒、输送带滚筒轴承、螺栓螺母等标准件型号规格和数量； 设计水平机架、倾斜机架及墙板支撑、张紧装置、转弯弧等零部件结构和尺 寸，提供生产图纸。 3 1 2 参数化设计的方法 ( 1 ) 编程参数化方法 图形的描述可以分三个部分：图形的拓扑关系、图形的几何参数以及几何参数与 图形结构参数之间的关系。参数化编程方法的实质就是将图形信息记录在程序中，它 用一组变量来记录图形的几何参数，用赋值语句表达这些几何参数与结构参数之间的 关系，然后再调用一系列绘图语句来描述图形的拓扑关系m 1 。 在各种参数化方法中，编程参数化方法是最早且又最常用的一种方法这种方法 通过分析模型的特点，确定样板各尺寸之间的数字关系，给定输入参数，然后确定其 它参数的值，并用高级语言或采用系统提供的内嵌编程语言或二次开发语言接口来定 义及驱动产品的参数化模型，达到参数化设计的目的。 这种方法的优点是程序一旦编制完毕，操作非常方便，用户不需要调用交互绘图 命令逐条线绘制图形，而由程序自动完成绘图工作用户所做的工作只是向程序提供 绘图所要求的参数。但它也具有局限性，一是编程调试比较繁琐，二是程序完成后， 图形的结构也就固定了，要改变结构只能修改程序所以，这种方法主要适用于结构 较稳定，仅尺寸数值发生变化或仅有局部结构变化的场合，多用于在通用c a d 软件上 进行二次开发，比如进行标准件和常用件的建库工作，这种方法对弥补一些通用的 c a d 软件在专用性方面的不足很有效，对系统的个性化和用户化有重要的意义。图 3 i 为参数化编程方式的操作流程。 第1 5 页 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研究 图3 1 参数化编程方式的操作流程 ( 2 ) 人工交互参数化方法 人工交互参数化方法模型的生成和约束的施加是交互进行的，重要特点是约束随 着模型的产生而形成，模型又跟着约束的改变而变化约束可以在模型的生成过程中 由用户指定，也可以隐含在模型中根据约束求解方式的不同，又可将其分为初等方 法、变量几何法、人工智能法、构造过程法。 初等方法 初等方法利用预先设定的算法，求解一些特定的几何约束，求解的灵活性比程序 参数化方法有所改进，但在理论和应用方法上都很不完善。这种方法简单、易于实现， 最初，这种方法仅适用于只有水平和垂直方向约束的场合m 1 ，经过1 0 多年的发展， 该方法已吸收其他求解方法的优点，应用范围也得到了很大的拓宽 变量几何法( 代数法) 这是一种面向非线性方程组整体求解的代数方法，最早是由英国剑桥大学的 h i l l y a r d 提出，美国麻省理工学院的g o s s a r d 研究小组发展并完善了这一理论m 1 变 量几何法把几何形状定义成一系列的特征点，约束则表示成以特征点坐标为变元的非 线性方程组，通过n e w t o n - - r a p h s o n 迭代求解非线性方程组，从而确定出几何细节。 将非线性方程组表示成： ，( 工) 一0 式中 x - ) j 量m f 一( 五) j m 对于初值工o ，第万+ 1 次迭代的工”1 值由以下迭代公式得到 x 一z 一一【f 伍。) - - 1 ，伍。) 第1 6 页 南京理工大学硕士学位论文波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研究 式中 令 则有 得 嘲一弦厂 蚁x “一x 。 陋伍一f 伍一 x 一麟+ z - j a x 一1 式中 ， 峨 a 黾 a 兄 缸i 堕堕 缸2 缸_ 以 嵋