（机械设计及理论专业论文）基于vb的轴系结构设计系统开发.pdf

四川大学工学硕士学位论文 基于的轴系结构设计系统开发 专业机械设计及理论 硕士研究生付靖渝指导教师马咏梅 计算机辅助设计技术形成于上个世纪6 0 年代，发展非常地迅猛，应用非常 的广泛。到现在为止已经应用于机械、电子、航空、航天、汽车、船舶、轻工、 纺织、建筑及工程建设等各个产业领域。c a d 技术的应用已经成为实现优质、 高效、低耗、可靠和环保生产的重要手段，是2 1 世纪占主导地位的新生产模式， 集成制造系统的核心和关键技术，是现代产业技术的基础。轴系结构设计系统 利用计算机这个虚拟平台，以轴系结构的设计作为具体的研究对象，在c a d 软件的基础上，应用参数化设计技术来开发轴系结构，实时自动生成轴系结构 中的轴和轴上零件，并且在三维软件中进行轴系结构的装配，零件图的绘制工 作。参数化设计( p a r a m e t r i c ) 设计( 也叫尺寸驱动d i i l l e n s i o n d r i v e n ) 是c a d 技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使c a d 系统具有交互式绘图功能，还 具有自动绘图的功能。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设 计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度，并 减少信息的存储量。s u a l b a s i c 语言规则简单，但其功能很全、使用简捷、许 多类型转换能自动识别，使程序员开发难度大大降低，容易被初学者掌握。 1 论文阐述了软件设计的基本思路和设计目的，在分析系统目标和系统需 求的基础上，论述了系统的总体方案设计，对系统的总体结构和功能模块以结 构图和文字说明的形式进行论述，并提供了软件界面设计的部分程序。 2 讨论了轴系结构参数化设计建立的关键技术。介绍参数化造型的主要技 四川大学工学硕士学位论文 术特征，详细讨论了对s o l i d w b r l ( s 二次开发的方法，及s o l i d w b r k s 的特点：如特 征造型、参数化驱动、动态模拟功能、特征管理器和动态约束检查等。介绍了 利用s o l i d w b r l ( s2 0 0 6 a p i 函数控制图形绘制的过程。 关键词：轴系结构参数化设计数据库二次开发 四川大学工学硕士学位论文 d e v e l o p m e n to f a x l es y s t e mc o n s t m c t i o nb a s e dv b j o rm e c h a l l i c a ld e s i 印加dh 讧b 皿a t i o ne n g i i l e e 血g p o s t g r a d u a t e f uj i n g y u s u p e r r 虹o r m ay o n g m e i c a dt e c l l l l i q u ef o n l l e d 丘o m6 0y e a r so fl a s tc e n t u d e v e l o p i n gv e r ) rf i a s t 锄d a p p l i e di i i t om a n yf i e l d s b yf 打c a dt e c h n i q u eh a sb e e n 印p l i e d 血om a c h i n e i n d u s t r y ，e l e c t r i c 砌u 蚰吼a i ri 1 1 d u s t r y ，c a ri 1 1 d u 鲫呵a r l ds oo n c 久dt e c l l l l i q l j eh 嬲 b e c a m ea m e t l l o d ，w 1 1 i c hi sh i 曲q u 硝i 哆a 1 1 d1 1 i 曲e 伍c i e n c y ，r e l i a b l e c a dt e c h l l i q u e l e a dt l l ek e yt e c h n i q u ea n dt t l ec o r eo fi n t e 孕a t e dm a n u f a c t u r es y s t 锄a 1 1 db e c o m e t h eb a s eo ft l l em o d e mt e c h l l i q u e t h ed e s i g l ls y s t e mo fa ) 【e ls t r u c t u r em a k et l l e c o m p u t e rav i m a lp l a t f o ma 1 1 dm a k et 1 1 es y s t e mo fa x e ls 咖j c 嘶ao b j e c t ， d e s i g n i n gt h es y s t e mo fa x e l t h ed e s i g ns y s t e mo fa x e ls 饥j c t u r ea u t o m a t i c a l l y p r o d u c e sa x e ls y s t e ms t 】r i l c t u r ew i t l lp a r a m “ct e c q u ea 1 1 da s s e m b l e st h ep a n si i l 3 ds o 胁a r e t h e s u a lb a s i cl a n g u a g eh a ss i m p l er u l e ，b u th a sw o n d e r m l 缸1 c t i o n a n dm a n yt y p e s 仃i m s l a t i n gi m oe 础lo t h e r s ov i s u a lb a s i ci sas h l l p l el a l l 母l a g e 龇l d c a nb ya p p h e de 商l y p 舢e t r i cd e s i 口i san e ws u b je c ti i lt l l ec a da p p l y i l l g p 娥i i n e t r i cd e s i 弘n o t o i l l ym a l 【e st 1 1 ec a ds y s t e mh a v et h e 劬c t i o no fd r a 州力g ，b u ta l s oh a v et 1 1 e 缸1 c t i o n o f 蛐ga u t o m a t i c 出l y d e v e l o p 证gn e wp r o d u c t 、i t l lp a r 锄e t e rd e s i 印t e c q u e c a l ls a v em a l l y 劬ea n dm a j lr e s o u r c e 丘o mal o to f 、v o r k s s op 黜瑚e t e rd e s i 弘 t e c l m j q u ec a l le 1 1 l l a l l c et 1 1 ee 伍c i e n c yo fd e s i 弘a i l dr e d u c et 1 1 es t o r eo f 埘e o m a t i o n 1 7 i ke s s a ye x p l a i n st l l eb a s i cc o n s i d e r a t i o nw a ya 1 1 dt h ea j mo fs o r w a r e d e s i g i l ，b a s e do n n l ea i l a l y s i so fs y s t e ma i l l l s 锄dr e q u n m e m ，p r o v i d i n gt h eg e n e r a l d e s i g nw a y i ta l s oe x p l a i n st 1 1 eg e n e r a l m o d u l e s 研t hc o n s t m c t i o n 铲印1 1 i c s 觚d c o n s 仃u c t i o no ft h es y s t e ma n d 如n c t i o n w o r d s 觚dp i o v i d e ss o m ep r o c e ( 1 u r eo f i 四川大学工学硕士学位论文 s o r w a r ed e s i g n 2 1 1 1 e e s s a yd i s c u s s e s t h e k e yt e c l l i l o l o g y o fa x l e s y s t e md e s i 卿n g 功i 仃o d u c e st l l em a i nc h a m c t e r so fp 舢嘶cm o d e lb 试l d i l l g 趾dt h em e a i l i n go f 廿l e t e 肌sp a r a m e t r i c “v ep r i n c i p l ea 1 1 da u t o m a t i ca s s e m b l y i ta l s od i s c u s s e s 洫d e t a j lt h ef 吐m e rd e v e l o p m e n tw a yo fs o l i d w 6 r l 【sa n dt 1 1 e c l l a r a c t e ro fs o l i d w b r k ss u c h 嬲f i c a t u r i n gm o d e l m g ，p a r 锄e 仃i cd r i v e ，t l l ef 诅l c t i o n o f 由m 锄i cs i i n u l a t i o n ，f e a t u r em a n a g e ra n dd y n a m i c a l l yd e t e c t i n go fi n t e r f e r e n c e b e t w r e e n c o i n p o n e n t s e x p l a i n s t h ep r o c e s so fc o n 仃d 1 l i n g 伊印1 1 i c sb yu s i n g s 0 1i d w b r k s2 0 0 6a p i 1 ( e yw o r d s ：c 0 n s t m c t i o no fa ) 【l es y s t e m ，p 嬲m l e t r i cd e s i g n ，d a t ab a s e ， f u r t l l e rd e v e l o p m e m 四川大学工学硕士学位论文 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四 川大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 本学位论文成果是本人在四川大学读书期间在导师指导下取得的， 论文成果归四川大学所有，特此声明。 作者签名： 纠葫，钉 导师签名：寸翻b 侄孓 日期：2 即7 j - ；p 日期：7 ，d 7 t 刁。 四川大学工学硕士学位论文 第一章绪论 计算机辅助设计技术形成于上个世纪6 0 年代，发展非常地迅猛，应用非常 的广泛。到现在为止已经应用于机械、电子、航空、航天、汽车、船舶、轻工、 纺织、建筑及工程建设等各个产业领域。c a d 技术的应用已经成为实现优质、 高效、低耗、可靠和环保生产的重要手段，是2 1 世纪占主导地位的新生产模式 集成制造系统的核心和关键技术，是现代产业技术的基础。 1 1 课题的研究背景及意义 在进行机械实验的教学过程中，进行硬件的实物操作虽然能够增强学生的 动手能力，但是实验教学由于受到时间和空间的限制，往往教学效果不是特别 明显。开发轴系结构设计系统，就是为了辅助进行轴系结构的实验教学工作， 更好地提高实验教学的效率。另一方面轴系结构设计系统可以利用计算机平台 辅助完成轴系结构的设计工作。轴系结构设计系统利用计算机这个虚拟平台， 以轴系结构的设计作为具体的研究对象，在c a d 软件的基础上，应用参数化设 计技术来开发轴系结构，实时自动生成轴系结构中的轴和轴上零件，并且在三 维软件中进行轴系结构的装配，零件图的绘制工作。我所进行的轴系参数化设 计的重点放在结构设计，用户通过使用轴系参数化设计软件，能够熟悉轴系结 构设计和轴系结构分析。熟悉并掌握轴、轴上零件的结构形状及功用、工艺要 求和装配关系；熟悉并掌握轴上零件的定位与固定方式；了解轴承的类型、布 置、安装及调整方法，以及润滑和密封方式。 研究设计具体包括以下几个方面的内容： 1 了解c a d 技术的起源与定义，介绍c a d 技术的发展趋势以及在国内国 外的应用情况。 2 在了解几种开发s o l i d 、o r k s 方法的基础上，选择运用v i s 砌b a s i c 语言 来进行开发s o l i d 、o r k s 。介绍了开发s o l i dw o r k s 的关键技术。 3 介绍轴系结构设计的基本原理，为将轴系结构设计转化为逻辑程序打下 基础 四川大学工学硕士学位论文 4 了解数据库技术，并将数据库技术融入到参数化特征建模里面去 1 2 计算机辅助设计的定义和概念 计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 是在进行设计时，讲计算机作为设 计的辅助平台，辅助工程技术人员进行工程设计。在一般的工程设计中需要进 行大量的科学计算和图形处理工作。这些工作对于人来说，工作量无疑是巨大 的，而且很难完成。科学计算和图形处理正是计算机的优势所在。计算机参与 到工程设计中，实现了人和计算机的最佳结合，提高了工程设计效率。另一方 面在设计构思和工艺流程等需要发挥人的主观能动性的方面，人们可以将一些 设计指导的规则和流程以及一些经验公式，抽象成为计算机能够处理的数据模 型和数据模型处理程序。建立一个完整的c a d 系统应该具备以下三个条件。l l 弘1 1 ) 建立完备的产品设计数据库。产品设计数据库是用来存储设计某类产品 时所需的各种信息，如有关标准规范、经验曲线、计算公式等，都按照数据结 构关系存入计算机。数据库可供c a d 作业时检索或调用，也便于数据的管理和 数据资源的共享。 2 ) 建立完备的应用程序库。即将解决某一类工程设计问题的通用及专用设 计程序，如通用数学方法计算程序、常规机械设计程序、优化方法程序、有限 元计算程序等，汇集备用。 3 ) 建立多功能交互式图形程序库。利用图形程序库可以进行二维及三维图 形的信息处理，能在此基础上绘制工程设计图，建立标准件库、零部件库等图 形处理工作。“ 与传统的机械设计相比，无论在提高生产率、改善设计质量方面，还是在降低 成本、减轻劳动强度方面，c a d 技术都有着巨大的优越性。主要表现在以下几 个方面： 1 ) c a d 可以提高设计质量。在计算机系统内存储了各种有关专业的综合性 的技术知识，为产品设计提供了科学的基础。计算机与人交互作用，有利于发 挥人、机各自的特长，使产品设计更加合理化。c a d 采用的优化设计方法有助 于某些工艺参数和产品结构的优化。另外，由于不同部门可利用同一数据库中 2 四川大学工学硕士学位论文 的信息，保证了数据的一致性。”。 2 ) c a d 可以节省时间，提高生产率。设计计算和图样绘制的自动化大大缩 短了设计时间。c a d 和c a m 的一体化可显著缩短从设计到制造的周期，与传统 的设计方法相比，其设计效率可提高3 5 倍以上。 3 ) c a d 可以较大幅度地降低成本。计算机的高速运算和绘图机的自动工作 大大节省了劳动力。同时，优化设计带来了原材料的节省。c a d 的经济效益有 些可以估算，有些则难以估算。由于采用c a d c a m 技术，生产准备时间缩短， 产品更新换代加快，大大增强了产品在市场上的竞争能力。 4 ) c a d 技术将设计人员从繁琐的计算和绘图工作中解放出来，使其可以从 事更多的创造性劳动。在产品设计中，绘图工作量约占全部工作量的6 0 ，在 c a d 过程中这一部分的工作由计算机完成，产生的效益十分显著。 1 3 计算机辅助设计的发展状况 机械c a d 技术应用范围很广，几乎涉及整个工业领域。最早采用c a d 技术 的是航空、航天工业，以后又向汽车、造船工业扩展，目前已广泛地应用于机床制 造业、模具制造业、电器和电子设备制造业。它所以能得到如此广泛的应用，是 由于它与传统的设计方法相比较具有非常明显的技术优势。v u 1 传统设计方法是通过工程图纸来表示、传递设备思想和设计意图。设计人员根 据产品性能和结构要求在头脑中构思产品的几何形状，然后通过我国国标所规 定的前视图、俯视图、左侧视图三个主要视图，依据投影几何原理，用产品的轮 廓线把所构思的产品几何形状表示出来。其他设计人员、工程技术人员、工人 根据工程图纸，同样依据投影几何原理，加上自己的理解，重新在各自的头脑中 构成三维产品的形状。由于二维视图表示三维产品的局限性，有时会产生二义性， 再加上各自的经验不同，对事物理解的差异，很容易产生偏差。因此，一些较复杂 的产品都要做原准样机，以验证设计的正确性想象的与现实的是否一致。 对于一些复杂的机械、机构，要在平面图形上协调各个零件在空间的相互位 置关系，其难度是可想而知的。因此，只能依靠原准样机生产来最终完善设计、 完善设计图纸。然后才能进入正式定型生产。由此造成新产品设计、试制生产 到成批定型生产的周期长、成本高，不能适应市场快速变化的需要。即使如此， 四川大学工学硕士学位论文 对于一些无法用平面视图完美地、正确地表达产品几何形状的产品，还不得不以 实物为依据。如汽车车身的表面模型，飞机机体的标准样件等。对于一些复杂的 运动机构，如飞机起落架、襟翼收放机构，食品包装机械上的凸轮、连杆机构、 汽车的转向机构等等，其结构协调工作更为复杂和艰难。它们不仅要求几何形状 上协调，不产生干涉现象，而且还要满足一定的运动特性要求。但是，往往由于受 到时间、经费等种种条件的限制，加之愈到设计后期，约束条件愈多，允许变动范 围愈小。因此，设计工作不能做到尽善尽美。”7 1 1 4c 加技术的发展趋势 1 标准化 除了c a d 支撑软件逐步实现i s 0 标准和工业标准外，面向应用的标准构建、 标准化方法也成为c a d 系统的必备内容，且向着合理化工程设计的应用方向发 展。 c a d 软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，为了支持异构跨平台的 环境，就要求它应是一个开放的系统，这里组要是靠标准化技术来解决这个问 题。目前标准有两大类：一是公用标准，主要来自国家或国际标准制定单位； 另一是市场标准，或行业标准，属私有性质。前者注重标准的开放性和所采用 的技术的先进性，而后者以市场为导向，注重考虑有效性和经济利益。后者容 易导致垄断和无谓的标准战。通过总结这个领域几十年标准化工作的经验，不 少标准化专家已认识到存在的问题，这几经成为进一步制定标准的障碍。因此 提出应该对传统化的工作进行革新。有专家建议标准革新的目标是公用标准应 变成工业标准，也就是说革新后仍以公用标准为基础，不过要从工业标准中吸 收其注重经济利益和效率的优点。另外，也有人提出现在制定标准的单位很多， 但是标准制定过程却没有标准，这也是标准革新过程中值得考虑的问题。这些 观点对我国制定c a d 标准也有所启迪。“ 2 开放性 c a d 系统目前广泛建立在开放式操作系统窗口w i n d o w 9 5 9 8 n t 和im x 平台上，在j a v ai m d ( 平台上也有c a d 产品，此外c a d 系统都为最终用户 提供二次开发环境，甚至这类环境可开发其内核源码，使用户可以定制自己的 4 四川大学工学硕士学位论文 c a d 系统。 3 参数化设计 用c a d 方法开发产品时，零件设计模型的建立速度是决定整个产品开发效 率的关键。产品开发初期，零件形状和尺寸有一定模糊性，要在装配验证、性 能分析和数控编程之后才能确定。这就希望零件模型具有易于修改的柔性。参 数化设计方法就是将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。对 于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的零件模型。l i 纠 在c a d 中要实现参数化设计，参数化模型的建立是关键。参数化模型表示 了零件图形的几何约束和工程约束。几何约束包括结构约束和尺寸约束。结构 约束是指几何元素之间的拓扑约束关系，如平行、垂直、相切、对称等；尺寸 约束则是通过尺寸标注表示的约束，如距离尺寸、角度尺寸、半径尺寸等。工 程约束是指尺寸之间的约束关系，通过定义尺寸变量及它们之间在数值上和逻 辑上的关系来表示。 在参数化设计系统中，设计人员根据工程关系和几何关系来指定设计要求。 要满足这些设计要求，不仅需要考虑尺寸或工程参数的初值，而且要在每次改 变这些设计参数时来维护这些基本关系，即将参数分为两类：其一为各种尺寸 值，称为可变参数；其二为几何元素间的各种连续几何信息，称为不变参数。 参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数。 因此，参数化模型中建立的各种约束关系，正是体现了设计人员的设计意图。 参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、 相似设计及专用c a d 系统开发方面都具有较大的应用价值。目前，参数化设计 中的参数化建模方法主要有变量几何法和基于结构生成历程的方法，前者主要 用于平面模型的建立，而后者更适合于三维实体或曲面模型。 4 变量化设计 长期以来，变量化方法只能在二维上实现，三维变量化技术由于技术较复 杂，进展缓慢，一直困扰着c a d 厂商和用户。 全国首届c a d 应用工程博览会上，一种新兴技术引起了与会者的广泛关注。 这一被业界称为2 1 世纪c a d 领域具有革命性突破的新技术就是v g x 。它是变量 化方法的代表。 v g x 的全称为v a r i a ti o n a lg e o m e t r ye x t e n d e d ，即超变量化几何，它是由 四川大学工学硕士学位论文 s d r c 公司独家推出的一种c a d 软件的核心技术。我们在进行机械设计和工艺设 计时，总是希望零部件能够让我们随心所欲地构建，可以随意拆卸，能够让我 们在平面的显示器上，构造出三维立体的设计作品，而且希望保留每一个中间 结果，以备反复设计和优化设计时使用。v g x 实现的就是这样一种思想。v g x 技 术扩展了变量化产品结构，允许用户对一个完整的三维数字产品从几何造型、 设计过程、特征，到设计约束，都可以进行实时直接操作。对于设计人员而言， 采用v g x ，就象拿捏一个真实的零部件面团一样，可以随意塑造其形状，而且， 随着设计的深化，v g x 可以保留每一个中间设计过程的产品信息。美国一家著 名的专业咨询评估公司d h b r o w n 这样评价v g x ：“自从10 年前第一次运用参 数化基于特征的实体建模技术之后，v g x 可能是最引人注目的一次革命。 。v g x 为用户提出了一种交互操作模型的三维环境，设计人员在零部件上定义关系时， 不再关心二维设计信息如何变成三维，从而简化了设计建模的过程。采用v g x 的长处在于，原有的参数化基于特征的实体模型，在可编辑性及易编辑性方面得 到极大的改善和提高。当用户准备作预期的模型修改时，不必深入理解和查询 设计过程。与传统二维变量化技术相比，v g x 的技术突破主要表现在以下两个 方面。 第一、v g x 提供了前所未有的三维变量化控制技术。这一技术可望成为解 决长期悬而未决的尺寸标注问题的首选技术。因为传统面向设计的实体建模软 件，无论是变量化的、参数化的，还是基于特征的或尺寸驱动的，其尺寸标注 方式通常并不是根据实际加工需要而设，往往是根据软件的规则来确定。显然， 这在用户主宰技术的时代势必不能令用户满意。采用v g x 的三维变量化控制技 术，在不必重新生成几何模型的前提下，能够任意改变三维尺寸标注方式，这 也为寻求面向制造的设计( d f m ) 解决方案提供了一条有效的途径。 第二、v g x 将两种最佳的造型技术囊直接几何描述和历史树描述结合起来， 从而提供了更为易学易用的特性。设计人员可以针对零件上的任意特征直接进 行图形化的编辑、修改，这就使得用户对其三维产品的设计更为直观和实时。 用户在一个主模型中，就可以实现动态地捕捉设计、分析和制造的意图。 在s d r c 公司1 9 9 7 年6 月2 0 日宣布的新版软件i d e a sm a s t e rs e r i e s5 中， 已经用到了这一技术。而且，这一产品自在美国宣布之日起，已经在北美、欧 洲和亚太等地区，引起了不小的冲击波。福特汽车公司已经决定把i d e a s 6 四川大学工学硕士学位论文 m a s t e rs e r i e s5 软件应用到开发完整产品的数字样车的各个方面，认为这一 包含诸多新技术的产品是实现该公司“f o r d2 0 0 0 目标的关键。在同年7 月北 京展览馆的全国首届c a d 应用工程博览会上，i d e a sm a s t e rs e r i e s5 再度掀 起热浪，其v g x 技术已经初露锋芒。”。 目前流行于九十年代的参数化、变量化这两种主流造型技术做一些技术特点上 的剖析及对比，以使读者对这两种技术有一些概貌性的了解。 5 智能c a d 智能c a d 是指通过运用专家系统、人工神经网络等人工智能技术使在作业 过程中具有某种程度人工智能的c a d 系统。 专家系统是一个能在某个特定领域内，用人类专家的知识、经验和能力去 解决该领域中复杂困难问题的计算机程序系统。它不同于通常的问题求解系统， 其基本思想是使计算机的工作过程能尽量模似领域专家解决实际问题的过程。 专家系统在c a d 作业中适时给出智能化提示，告诉设计人员下一步该做什么， 当前设计存在的问题，建议解决问题的几何途径；或模拟人的智慧，根据出现 的问题提出合理的解决方案。 专家系统是基于知识的系统，专家系统技术是知识获取、处理和运用的技 术。知识工程是专家系统技术的基础。专家系统通常由知识库、推理机、知识 获取系统、解释机构和一些界面组成。 人工神经网络具有下列特征：它包含大量的人工神经元，提供了大量可 供调节的变量；信息是分布式存储的，从而提供了联想与全息记忆的能力； 具有高度的自适应能力，高度的容错能力，很强的计算能力以及自组织能力。 人工神经网络已在语音识别、模式分类、自动控制等领域取得了比较成功的应 用，在工程设计中的应用正在不断地研究发展，如基于人工神经网络的机械设 计领域知识表达方法的研究，智能系统的知识自动获取、基因遗传算法的原理 在机械工程中的应用等。 目前，神经网络和专家系统有联合起来的趋势，神经网络也可设计成某种 专家系统，实现专家系统的功能。基于神经网络的专家系统在知识获取、并行 推理、适应性学习、联想推理、容错能力方面明显优于传统的专家系统。 6 基于特征的设计 特征设计是用易于识别的、包含加工信息的几何单元，如孔、槽，倒角等， 7 四川大学工学硕士学位论文 来取代以往设计中所用的纯几何描述，如直线、圆弧等。特征是构造零件的最 基本的单元要素，它们能以较高的抽象级别、不需要解释的方式来标示一个产 品。它既反映零件的几何信息，又反映零件的加工工艺特征信息。例如，对孔 的设计，非特征的系统常采用圆柱体与某个实体进行逻辑运算来实现，计算机 仅仅知道哪些部分没有材料而已，并不能“认识 哪是一个孔。对基于特征的 设计系统，孔是一个特征，具有直径、长度、公差、表面粗糙度、位置等属性， 并包括它在装配图中的情况。每一个特征基本上对应的一组加工制造方法。特 征的“语义 ，使设计人员和工艺人员对同一特征有相同的理解，并且特征定义 显式地包含了所有几何和非几何信息。因此，基于特征的设计更适合于 c a d c 削的集成和c i m s 中的建模需要。 1 5c 加技术在机械设计中的应用 a u t oc a d 在机械设计中的应用c a d 系统软件分为两大类：一类是支撑软件， 如计算机操作系统、程序设计语言、图形支撑系统等，另一类为应用软件，它包 括工程应用图形库、常用数学方法库、典型机械零件设计及绘图程序库，面向产 品的工程数据库，面向产品的工程分析程序库和产品性能计算机仿真程序应用 软件是c a d 的核心，常用的c a d 软件很多，如美国a u t o d e s k 公司开发的a u t o c a d 、 美国s d r c 公司推出的i d e a sm a s t e rs e r i e s s 、美国p t c 公司开发的 p r o e n g i n e e r 、法国m a t r a 公司开发的e u c l i d 以及我国自主开发的p i c a d 、 高华c a d ，开目c a d 和c a x a 等等，其中a u t oc a d 系统是美国a u t o d e s k 公司为 微机开发的一个交互式绘图软件，它具有较强的绘图、编辑剖面线和图案绘制、 尺寸标注以及方便用户的二次开发功能，同时也具有部分的三维作图造型功能 它是目前世界上应用最广的c a d 软件，其功能强大，完全是专业级的机械绘图软 件，国内大部分高校、工厂都普及了a u t o c a d 的教学和应用a u t o c a d 可以完成 专业机械图的绘制，包括简单机械零件图的绘制、简单机械装配图的绘制、显示 视图和创建文本、标注一张机械图纸、0 l e 和自动数据交换、等轴侧投影图绘 制、构建三维实体零件图等特别是在做机械设计方案和产品资料时，要同一些 非专业人员进行交流，此时如果能有一张色彩鲜明、能形象逼真的反映设计对象 的色彩效果图，将会更加清楚地展现产品的本来面目，更有效地传递设计意图， 8 四川大学工学硕士学位论文 此时3 d 模型的渲染显得尤为重要。“”一。 1 图形交互技术 c a d 软件是产品创新的工具，务求易学好用，得心应手一个友好的、智能化 的工作环境可以开拓设计师的思路，解放大脑，让他把精力集中到创造性的工作 中因此，智能化图标菜单、 拖放式”造型、动态导航器等一系列人性化的功能， 为设计师提供了方便此外，笔输入法草图识别、语言识别和特征手势建模等新 技术也正在研究之中 2 智能c a d 技术 c a d c a m 系统应用逐步深入，逐渐提出智能化需求设计是一个含有高度智 能的人类创造性活动。c a d 在机械设计中的应用现状与发展趋势智能c a d c a m 是发展的必然方向智能设计在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的 设计仓库，及时准确地向设计师提供产品开发所需的知识和帮助，智能地支持设 计人员，同时捕获和理解设计人员意图、自动检测失误，回答问题、提出建议方 案等并具有推理功能，使设计新手也能做出好的设计来，现代设计的核心是创 新设计，人们正试图把创新技法和人工智能技术相结合应用到c a d 技术中，用智 能设计、智能制造系统去创造性指导解决新产品、新工程和新系统的设计制造， 这样才能使我们的产品、工程和系统有创造性。6 ”1 3 虚拟现实技术 虚拟现实技术在c a d 中己开始应用，设计人员在虚拟世界中创造新产品，可 以从人机工程学角度检查设计效果，可直接操作模拟对象，检验操作是否舒适、 方便，及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题，及早看到 新产品的外形，从多方面评价所设计的产品虚拟产品建模就是指建立产品虚拟 原理或虚拟样机的过程虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加工、测试、仿 真和分析，以评价其性能，可制造性、可装配性、可维护性和成本、外观等，基于 虚拟样机的试验仿真分析，可以在真实产品制造之前发现并解决问题，从而降低 产品成本虚拟制造、虚拟工厂、动态企业联盟将成为c a d 技术在电子商务时代 继续发展的一个重要方向i 另外，随着协同技术、网络技术、概念设计面向产品 的整个生命周期设计理论和技术的成熟和发展，利用基于网络的 c a d c a p p c a m p d m e r p 集成技术，实现真正的全数字化设计和制造，已成为机械 设计制造业的发展趋势。“” 9 四川大学工学硕士学位论文 第二章利用v b 开发s o | id w o r k s 的关键技术 参数化设计( p 跏n e t r i c ) 设计( 也叫尺寸驱动d i m e n s i o n d r i v e n ) 是c a d 技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使c a d 系统具有交互式绘图功能，还 具有自动绘图的功能。目前它是c a d 技术应用领域内的一个重要的、且待进一 步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员 从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度，并减少信 息的存储量。 由于上述应用背景，国内外对参数化设计做了大量的研究，目前参数化技 术大致可分为如下三种方法：( 1 ) 基于几何约束的数学方法；( 2 ) 基于几何原 理的人工智能方法；( 3 ) 基于特征模型的造型方法。其中数学方法又分为初等 方法( p r i 眦r ya p p r o a c h ) 和代数方法( a 1 9 e b r a i ca p p r o a c h ) 。初等方法利用 预先设定的算法，求解一些特定的几何约束。这种方法简单、易于实现，但仅 适用于只有水平和垂直方向约束的场合；代数法则将几何约束转换成代数方程， 形成一个非线性方程组。该方程组求解较困难，因此实际应用受到限制；人工 智能方法是利用专家系统，对图形中的几何关系和约束进行理解，运用几何原 理推导出新的约束，这种方法的速度较慢，交互性不好；特征造型方法是三维 实体造型技术的发展，目前正在探讨之中。 参数化设计有一种驱动机制参数驱动，参数驱动机制是基于对图形数据的 操作。通过参数驱动机制，可以对图形的几何数据进行参数化修改，但是，在 修改的同时，还要满足图形的约束条件，需要约束间关联性的驱动手段秉约束 联动，约束联动是通过约束间的关系实现的驱动方法。对一个图形，可能的约 束十分复杂，而且数量很大。而实际由用户控制的，即能够独立变化的参数一 般只有几个，称之为主参数或主约束；其他约束可由图形结构特征确定或与主 约束有确定关系，称它们为次约束。对主约束是不能简化的，对次约束的简化 可以有图形特征联动和相关参数联动两种方式。“b “。 所谓图形特征联动就是保证在图形拓补关系不变的情况下，对次约束的驱 动，亦即保证连续、相切、垂直、平行等关系不变。反映到参数驱动过程就是 要根据各种几何相关性准则去判识与被动点有上述拓补关系的实体及其几何数 1 0 四川大学工学硕士学位论文 据，在保证原关系不变的前提下，求出新的几何数据。称这些几何数据为从动 点。这样，从动点的约束就与驱动参数有了联系。依靠这一联系，从动点得到 了驱动点的驱动，驱动机制则扩大了其作用范围。 所谓相关参数联动就是建立次约束与主约束在数值上和逻辑上的关系。在 参数驱动过程中，始终要保持这种关系不变。相关参数的联动方法使某些不能 用拓补关系判断的从动点与驱动点建立了联系。使用这种方式时，常引入驱动 树，以建立主动点、从动点等之间的约束关系的树形表示，便于直观地判断图 形的驱动与约束情况。 由于参数驱动是基于对图形数据的操作，因此绘制一张图的过程，就是在 建立一个参数模型。绘图系统将图形映射到图形数据库中，设置出图形实体的 数据结构，参数驱动时将这些结构中填写出不同内容，以生成所需要的图形。 参数驱动可以被看作是沿驱动树操作数据库内容，不同的驱动树，决定了 参数驱动不同的操作。由于驱动树是根据参数模型的图形特征和相关参数构成 的，所以绘制参数模型时，有意识地利用图形特征，并根据实际需要标注相关 参数，就能在参数驱动时，把握对数据库的操作，以控制图形的变化。绘图者 不仅可以定义图形结构，还能控制参数化过程，就象用计算机语言编程一样， 定义数据、控制程序流程。这种建立图形模型，定义图形结构，控制程序流程 的手段称作图形编程。 在图形参数化中，图形编程是建立在参数驱动机制、约束联动和驱动树基 础上的。利用参数驱动机制对图形数据进行操作，由约束联动和驱动树控制驱 动机制的运行。这与以往的参数化方法不同，它不把图形转化成其他表达形式， 如方程，符号等；也不问绘图过程，而是着重去理解图形本身，把图形看作是 一个模型，一个参数化的依据，作为与绘图者“交流 信息的媒介。绘图者通 过图形把自己的意图“告诉”参数化程序，参数化程序返回绘图者所需要的图 形。它关心的是图形，也就是图形数据库的内容，边理解，边操作，因此运行 起来简洁、明了；实现起来也较方便。训 参数驱动是一种新的参数化方法，其基本特征是直接对数据库进行操作。因 此它具有很好的交互性，用户可以利用绘图系统全部的交互功能修改图形及其 属性，进而控制参数化的过程；与其他参数化方法相比较，参数驱动方法具有 简单、方便、易开发和使用的特点，能够在现有的绘图系统基础上进行二次开 四川大学工学硕士学位论文 发。而且适用面广，对三维问题也同样适用。 s 0 1 i d w o r k s 提供了大量的o l e 对象用于二次开发，这些0 l e 对象涵盖了全部的 s o l i d w o r k s 的数据模型，通过对s o l i d w o r k s 的o l e 对象属性的设置和对o l e 对象 方法的调用，就可以在用户自己开发的系统中实现与s 0 1 i d w o r k s 相同的功能。 s o l i d w o r k s 的0 l e 对象总共可以分为十个大类，数百个对象，涵盖从s o l i d w o r k s 基本操作如打开、保存等到建模，修改等各个功能m 刮 s 0 1 d w o r k s 对象，可以实现应用程序的最基本的操作，如创建、打开、关闭 和退出s o l i d w o r k s 文档，设置当前的活动文档，并可以对s o l i d w o r k s 的系统环 境进行设置。 d i m e n s i o n 对象用于设置尺寸标注值和公差标注等内容。 s k e t c h 对象允许获取关于轮廓线的基本信息。 m o d e l d o c 对象属于模型层，是s o i l d w o r k s 的子对象。用m o d e l d o c 对象可以实 现视图设置、轮廓线修改、参数控制、对象选择打开和保存文档、创建编辑 特征参量、创建框架等与实体模型相关的各类操作，m o d e l d o c 对象包括p a r t d o c 、 a s s e m b l y d o c 和d r a w i n g d o c 等三个常用的对象。 s o l i d w o r k s 二次开发的工具 s 0 1 i d w o r k s 二次开发的方法有两种：一种是基于o l e ( 0 b j e c tl i n k i n ga n d e m b e d d i n g ，对象链接与嵌入) 技术；另一种开发方式是基于w i n d o w s 基础的 c o m ( c o 砌p o n e n t0 b j e c tm o d e l ，组件对象模型) 。任何支持0 l e 和c o m 技术的编 程语言都可作为s 0 1 i d w o r k s 的二次开发工具。 s o l i d w o r k s 的二次开发工具有很多，开发者可根据自身条件、工具的特点 选择一种适合的开发工具。下面对几个s 0 1 i d w o r k s 的二次开发工具做一概述。 2 5 2 1d e i p h i 开发s o i d r k s 的方法 d e l p h i 是b o r l a n d 公司的产品，d e l p h i 是一个r a d ( 快速开发工具) ，它有可 1 2 四川大学工学硕士学位论文 视化的开发环境，它是目前开发客户机服务器数据库应用程序的强有力的工 具，我选择d e l p l l i ! 基于以下理由： 1 d e l p h i 是真正面向对象的。 2 d e l p h i 的c o d e i n s i g h t 技术( 即代码自动完成功能) 是建立在编译器信 息上的，而v b 使用的是类型库信息，使用编译器信息的好处是更具灵活性。 3 语言的高效 4 d e l p h i 基于o b j e c tp a s c a l 语言。这是一种真正支持面向对象而又优雅 美观的语言。其在功能的健全上毫不逊色于各种其它的面向对象的语言，但同 时又不贪多，盲目地增加复杂性。使得开发者运用各种模式进行设计时都能得 到完善的支持，实现时却不用考虑太多语言编译器细节。 5 编译的高效 d e l p h i 是w i n d o w s 平台上最快的高级语言本地代码编译器了。编译速度快有 什么好处呢? 快速的编译器可以让你频繁地在修改代码和编译运行的状态间切 换。 6 执行的高效 d e l p h i 不但编译速度快，生成的目标代码的执行效率也非常高。d e l p l l i 与c + + b u i l d e r 使用的是同一个后端优化器，因此其生成的代码的效率与优秀的 c + + 编译器生成的代码相同。【2 6 ，2 7 】 7 d e l p 址生成完全本地代码，因此d e l p l l i 编译结果的可执行文件可以被独 立执行、分发，不需要其他运行库支持。 8 维护的高效 c + + 把许多决策权给了程序员，因此功能十分强大，但同时，要用c + + 写出 出色的面向对象的代码，就要求程序员具有一定的素质。而d e l p l l i 程序员会在一 定程度上被限制在v c l 提供的框架中( 当然，完全可以在d e l 中摆脱v c l 编 程) ，相对来说j 更容易建立良好设计的代码。而s u a lb a l s i c