（机械设计及理论专业论文）基于solidworks的机械产品零部件参数化设计系统的研发.pdf

- 目 基于s o l i d w o r k s 的机械产品零部件 参数化设计系统的研发 摘要 s o l i d w o r k s 作为我国c a d 市场上比较流行的三维c a d 软件，它以其 市场份额增长最快、技术发展最快、市场前景最好、性能价格比最优而逐渐 被广大用户和企业所青睐。相比市场上同类的其他三维c a d 软件，它越来 越成为中国广大中小企业的首选设计软件。 正如其他优秀的国外软件一样，s o l i d w o r k s 也不是十全十美的。第一： 虽然s o l i d w o r k s 提供插件形式的独立的标准件模块，但这些标准件库都是 国外标准，和国标有一定的差别，而且很多国标零件不在其库内，从而给国 内厂家设计产品时选用标准件带来很大不便。第二：作为机械行业的一个通 用型软件，它也不可能完全满足特定企业的特殊要求，不能提供某个企业一 些特定通用件设计模块。所以设计人员在未经过本土化二次开发的 s o l i d w o r k s 环境下进行机械产品设计时，若需要大量的国家标准件和一些本 企业特定的通用件，不仅要正确选用标准件，而且还要对同个型号的不同尺 寸的标准件或企业特定的通用件逐个进行设计造型，很麻烦，大大阻碍了设 计人员的创造性和设计效率。而且随着企业间竞争的日益白热化，如何更快 的使所开发设计的产品响应市场，是企业和研究所生存的关键所在，而且， 就s o l i d w o r k s 而言，国内对它二次开发方面的研究刚刚起步。因此，对 s o l i d w o r k s 三维设计软件进行本土化的二次开发是很有必要的。 作者对s o l i d w o r k s 的二次开发作了深入的探索，研究出以s o l i d w o r k s 为平台，以v b 、v b a 、a p i 和a c c e s s 为开发工具的二次开发方法。论文主 要阐述了常用标准件和通用件的参数化设计过程，并通过生成s o l i d w o r k s 插件( d l l ) 文件实现所开发系统和s o l i d w o r k s 的无缝集成。论文最后介 绍了利用本系统的参数化设计功能而生成的减速器产品的动态模拟装配和 仿真运动实现过程。 关键词：s o l i d w o r k s ，二次开发，参数化设计 ，l t h er e d e v e l o p m e n to fp a r a m e t e r i z e d d e s i g ns y s t e mf o rm e c h a n i c a l c o m p o n e n t sb a s e do ns o l i d w o r k s a b s t r a c t a sat h r e e d i m e n s i o n a lc a ds o f t w a r e ，s o l i d w o r k si s v e r yp o p u l a ri n c h i n a sc a dm a r k e t i ti sf a v o r a b l ef o rm o s te n t e r p r i s e sb e c a u s eo f t h eq u i c k e s t l g r o w t h , t h eb e s tt e c h n o l o g y , t h eb e s tm a r k e tp r o s p e c ta n dt h el o w e s tp r i c e l c o m p a r i n gt oo t h e rt h r e e - d i m e n s i o n a lc a d s o t t w a r ei nt h em a r k e t s o l i d w o r k s 。 b e c o m e sm o r ea n dm o r ea a r a c t i v ef o rs m a l la n dm e d i u m s i z e de n t e r p r i s e si n c h i n a j u s tl i k eo t h e ro u t s t a n d i n go v e r s e a ss o f t w a r e ，s o l i d w o r k si sn o tp e r f e c t f i r s t , a l t h o u g hs o l i d w o r k sp r o v i d e si n d e p e n d e n ts t a n d a r dd a t a b a s e ，b u tt h e s e s t a n d a r dd a t a b a s e sa r ed i f f e r e n tf r o mg b b yr e a s o no fi t so v e i s e a ss t a n d a r d s s o i ti sv e r yi n c o n v e n i e n tf o rd e s i g n e rw h e nd e s i g n i n gm e c h a n i c a lc o m p o n e n t s s e c o n d , a sag e n e r a lm e c h a n i c a ls o f t w a r e ，i ti si m p o s s i b l et os a t i s f yt h es p e c i a l r e q u e s to fe n t e r p r i s e ，s u c ha s , s o m es p e c i f i cs t a n d a r dp a r td e s i g n i n gm o d u l e s s o i ti sv e r yt r o u b l e s o m ef o rd e s i g n e r st od e s i g nm e c h a n i c a lp r o d u c t sw h e n t h e ya r e u s i n gs o l i d w o r k sw i t h o u tr e d e v e l o p m e n t i ti si m p o r t a n tf o re n t e r p r i s e sa n d g r a d u a t es c h o o lt od e s i g np r o d u c t sm o r eq u i c k l yi no r d e rt ow i n t h em a r k e t n o w , d o m e s t i cr e s e a r c h e r sj u s ts t a r tt oi t sr e d e v e l o p m e n t t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yf o r a st or e d e v e l o pt h et h r e e d i m e n s i o n a ls o f t w a r e t h ea u t h o ri n v e s t i g a t e st h et h e o r yo fr e d e v e l o p m e n tt h o r o u g h l y , d i s c u s s e s t h ed e v e l o p m e n ta p p r o a c h , w h i c hm a i n l yu t i l i z e ss o l i d w o r k sa sd e v e l o p i n g 毒 p l a t f o r m ，t a k e sv b ，v b a , a p ia n da c c e s sa st h ep r o c e s so fp a r a m e t e r i z e d i d e s i g nf o rp a r t si nc o m m o nu s e ，a n dr e a l i z e st h ei n t e g r a t i o no fs o f t w a r ea n d 。、s o l i d w o r k sb yc r e a t i n ga d l ld o c u m e n t f i n a l l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h e 。 d y n a m i cs i m u l a t i o na s s e m b l ya n dt h es i m u l a t i o nm o v e m e n to fag e a rr e d u c e r , w h i c hi sa c c o m p l i s h e db yt h ef u n c t i o no f t h i ss y s t e m k e y w o r d s ：s o l i d w o r k s ，r e d e v e l o p m e n t ，p a r a m e t e r i z e dd e s i g n 基于s o l i d w o r k s 的机械产品零部件参数化设计系统的研发 第一章引言 c a d 即计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) 是以计算机系统为支持，进行产品 的方案设计、解析计算、判断优化、分析评估和详细设计的一门技术，通过结构设计， 以数据文件和工程数据库定义产品结构信息；通过交互设计，以数学模型，计算分析和 绘图指标建立产品过程信息，其根本任务是为产品的丌发和生产建立一个全局信息模 型。这项技术的开发与应用彻底改变了传统的设计方法，大大促进了科研成果的开展和 转化，提高工程和产品的设计质量和设计水平，降低成本，缩短研制开发周期。无论是 军事工业还是民用工业，无论是建筑行业还是制造加工业，无论是机械、电子、轻纺产 品、还是文体、影视广告制作都离不开c a d 技术。c a d 技术是企业信息化的重要技术 基础，也是企业进入国际市场的入场券。 c a d 技术作为电子信息技术的一个重要组成部分，是促进科研成果的开发和转化， 促进传统产业和学科的更新和改造，实现设计自动化，增强企业及其产品在市场上的竞 争能力，加速国民经济发展和国防现代化的一项关键性高技术，也是进一步向计算机集 成制造( c i m ) 发展的重要技术基础。c a d 技术发展的主要趋势是集成化、标准化、 智能化和网络化。 c a d 是计算机科学与工程设计学科相结合形成的新兴技术，是计算机工程中最有 影响的应用技术之一，也是先进制造技术的重要组成部分。近年来，以微机平台、 w i n d o w s 操作系统以及i n t e m e t 网络技术为特征的新一代企业信息化体系正在深刻影响 和指导c a d 技术的应用及发展，c a d 理论研究与软件开发成果也日新月异i l 】。 本章将简要介绍c a d 技术的发展状况及发展趋势，并阐述了本课题的研究背景及 意义和主要的研究内容。 1 1 c a d 技术的发展状况 c a d 技术起步于2 0 世纪5 0 年代后期。进入6 0 年代，随着在计算机屏幕上绘图变 为可行而开始迅速发展。在c a d 软件发展初期，c a d 的含义仅仅是图板的替代品，即： 意指c o m p u t e ra i d e dd r a w i n g ( o rd r a f t i n g ) 而非现在我们经常讨论的c a d ( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) 所包含的全部内容。人们希望借助此项技术来摆脱繁琐、费时、绘制精度 低的传统手工绘图。此时，c a d 技术的出发点是用传统的三视图方法来表达零件，以 图纸为媒介进行技术交流，这就是二维计算机绘图技术。 c a d 技术以二维绘图为主要目标的算法一直持续到7 0 年代末期，以后作为c a d 陕两科技大学硕十学位论文 技术的一个分支而相对单独、平稳地发展。 迸人8 0 年代中期，c a d 技术的研究又有了重大进展，提出了一种比无约束自由造 型更新颖、更好的算法一参数化实体造型方法。 进人9 0 年代，参数化技术逐渐成熟起来，充分体现出其在许多通用件、零部件设 计上存在的简便易行的优势。早期应用较为广泛的是c a d a m 软件，近十年来占据绘 图市场主导地位的是a u t o d e s k 公司的a u t o c a d 软件。下面简要介绍c a d 技术的四次 技术创新。 1 1 1 c a d 技术的四次技术创新l ( 1 ) 第一次c a d 技术革命一曲面造型技术 6 0 年代出现的三维c a d 系统只是极为简单的线框式系统。这种初期的线框造型系 统只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系。由于缺乏形体的表 面信息，c a m 及c a e 均无法实现。 一一 进人7 0 年代，飞机和汽车工业蓬勃发展，飞机及汽车制造中遇到了大量的自由曲 面问题，当时只能采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面。由 于三视图方法表达的不完整性，经常发生设计完成后，制作出来的样品与设计者所想象 的有很大差异甚至完全不同的情况。设计者对自己设计的曲面形状能否满足要求也无法 保证，所以还经常按比例制作油泥模型，作为设计评审或方案比较的依据。既慢且繁的 制作过程大大拖延了产品的研发时间，对更新设计手段的要求越来越迫切。 此时，法国人提出了贝赛尔算法，使得人们在用计算机处理曲线及曲面问题时变 得可以操作，同时也使得法国的达索飞机制造公司的开发者们，能在二维绘图系统 c a d a m 的基础上，开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造 型系统c a t i a 。它的出现，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图 模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得c a m 技术的开发有了现实的基础。曲面造型系统c a t i a 为人类带来了第一次c a d 技术革命， 改变了以往只能借助油泥模型来近似准确表达曲面的落后的工作方式。曲面造型系统带 ! 来的技术革新，使汽车开发手段比旧的模式有了质的飞跃，c a t i a 跃居制造业c a d 软l 件的榜首，一直至今，它还是汽车及飞机制造业选用的主要c a d c a m 系统。 “。”9 “1 ( 2 ) 第二次c a d 技术革命一实体造型技术tt * m 一一一一t 一”一m - 一m m 。 。“ ， 有了表面模型，c a m 的问题可以基本解决。但由于表面模型技术只能表达形体的 表面信息，难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心、惯性矩等，对c a e 十分不 利，最大的问题在于分析的前处理特别困难。基于对于c a d c a e 一体化技术发展的探 索，s d r c 公司于1 9 7 9 年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型c a d c a e 软件 d e a s 。由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统 2 基丁s o l i d w o r k s 的机械产品零部件参数化设计系统的研发 一c a d ，c a e ，c a m 的模型表达，给设计带来了惊人的方便性。它代表着未来c a d 技 术的发展方向。基于这样的共识，各软件纷纷仿效。一时间，实体造型技术呼声满天下。 可以说，实体造型技术的普及应用标志了c a d 发展史上的第二次技术革命。 ( 3 ) 第三次c a d 技术革命一参数化技术 进入8 0 年代中期，c a d 技术的研究又有了重大进展。c v 公司提出了一种比无约 束自由造型更新颖、更好的算法一一参数化实体造型方法。从算法来说，这是一种很好 的设想。它主要的特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。 8 0 年代末，计算机技术迅猛发展，硬件成本大幅度下降，c a d 技术的硬件平台成 本从二十几万美元一下子降到只有几万美元。一个更加广阔的c a i ) 市场完全展开，很 多中小型企业也开始有能力使用c a d 技术。由于他们设计的工作量并不大，零件形状 也不复杂，他们很自然地把目光投向了p r o e 软件( 参数化软件) 。进人9 0 年代，参数化 技术变得比较成熟起来，充分体现出其在许多通用件、零部件设计上存在的简便易行的 优势。可以认为，参数化技术的应用主导了c a d 发展史上的第三次技术革命。 ( 4 ) 第四次g a d 技术革命 s d r c 公司的开发人员发现了参数化技术尚有许多不足之处。“全尺寸约束”这一 硬性规定就干扰和制约着设计者创造力及想象力的发挥。全尺寸约束，即设计者在设计 初期及全过程中，必须将形状和尺寸联合起来考虑，并且通过尺寸约束来控制形状，通 过尺寸的改变来驱动形状的改变，一切以尺寸( 即所谓的“参数”) 为出发点。一旦所设 计的零件形状过于复杂时，面对满屏幕的尺寸，如何改变这些尺寸以达到所需要的形状 就很不直观；再者，如在设计中关键形体的拓扑关系发生改变，失去了某些约束的几何 特征也会造成系统数据混乱。 开发人员以参数化技术为蓝本，提出了一种比参数化技术更为先进的实体造型技术 一变量化技术。从1 9 9 0 1 9 9 3 年，将软件全部重新改写，于1 9 9 3 年推出了全新体系结 构的软件。变量化技术既保持了参数化技术的原有的优点，同时又克服了它的许多不利 之处。变量化技术成就了s d r c 公司，也驱动了c a d 发展的第四次技术创新【2 1 。 1 1 2 c a d 技术应用的主要阶段 c a d 技术等信息技术在企业中的应用，其关键是加强企业的核心竞争力，这种竞 争力表现在企业业务效率的极大提高，而信息技术应用的核心是企业管理的改革。企业 应用c a d 和c 1 m s 技术，必须走一条以电子商务为目标，循序渐进实现的道科3 1 。c a d 发展历程中的四次技术革命，大大促进了c a d 应用的发展。分析c a d 应用发展历程， 可将c a d 技术在应用方面归纳为以下几个主要阶段： ( 1 ) 甩图板阶段：以二维绘图为主，辅以部分三维线框造型，其目标在于提高绘图效率 和质量。 陕西科技大学硕士学位论文 但) 专用系统开发应用阶段：在某种图形支撑软件基础上，针对某一专用系统进行二次 开发，以提高软件的针对性和易用性，以提高专用系统设计开发的效率和质量为主要特 征。 o ) 基于产品数掘管理p d m 的一体化集成应用阶段：以产品整机设计及开发全过程 为目标，通过计算机网络和数据库技术，把企业生产过程中所有与产品相关的信息( 包 括开发计划、产品模型、工程图纸、技术规范、工艺文件和数控代码等) 和过程( 包括设 计、加工、计划调度、装配和检测等) 集成在统一的平台上，构成一个以产品为核心的 管理系统。 ( 4 ) 网络化阶段：建立基于虚拟技术、企业局域网( i n t r a n e t ) 和分布式客户机服务器模 式基础上的c a d g 蝴a e c a p p 集成环境，以实施产品开发并行工程为主要特征。 目前我国机械行业主要进行第二阶段的研究开发，一些企业开始进行第三、第四阶 段的探索研究。 。 1 1 3 c a d 技术的发展趋势 ， 7 现在计算机硬件水平的不断提高为c a d 技术的发展提供了必要条件，全球化激烈 。 的市场竞争为c a d 的普及应用提供了动力。c a d 技术有如下发展趋势： ( 1 ) 微机化 过去，c a d 主要以工作站为硬件平台：现在以w i n t e l 体系为主的微机己占领计算机 应用的大部分市场。同时，随着微机硬件水平的不断提升和微机操作系统w i n d o w s 的 不断发展，微机运行环境的可靠性、安全性和运行效率都得到了极大改善。微机作为 c a d 平台己被大多数c a d 用户接受。为占有具有广大用户的微机c a d 市场，不少c a d 软件商将工作站上的c a d 软件移植到微机上，如i - d e a s ，u gp r o e n g i n e e r 等，同时也 出现了不少直接在微机上开发的c a d 软件，如s o l i d w o r k s ，s o l i de d g e ，m d t 等。微机 化促进了c a d 的广泛应用，是c a d 技术发展的一个最重要的特点和趋势。 ( 2 ) 集成化和智能化 简单来说，集成化就是各环节数据的有机结合。对制造业而言，集成化就是把设计、! 分析、工艺、管理等各个环节的各项功能软件有机地结合起来，统一数据的描述及交换， l 协调各功能软件的有效运行。其中计算机集成制造系统( c 讧s ) 是c a d 系统集成发展的 一个重要方向。集成化c a d 能缩短产品研制周期，增强企业竞争力。r - r n 。“一r t 一。 ，智能化是c a d 发展的必然趋势，其主要特点是不仅能处理数据，而且能处理知识， 功能远远超过了计算机范畴，它能进行推理、优化、选择、判断并做出决策，这样的系 统在解决问题方面能够达到专家水平，即“专家系统”1 4 j 。 初级的智能化表现在c a d 软件的人性化、使用方便，其中的典型是应用动态导航 技术，引导设计者逐步进行设计。更高级的是根据具体设计方法、技术及经验，在处理 基于s o l i d w o r k s 的机械产品零部件参数化设计系统的研发 数值型工作基础上，进行推理型工作，包括方案构思与拟定、最佳方案设计与选择、结 构设计、评价以及参数选择等。这些工作需要知识、经验及推理，将专家系统与c a d 技术结合起来，是智能化c a d 系统发展的必然趋势。 ( 3 ) 网络化和并行化 计算机网络是现代计算机技术与通讯技术相结合的产物。网络的最大作用是实现资 源共享。c a d 系统只有通过网络互联起来，才能达到资源共享和协同工作的目的，发 挥c a d 的最大效益。c a d 的公用信息、图形、编码、标准零部件等都存储在服务器的 公用数据库中，用户c a d 通过网络共享其中的数据，进行各自的工作，交换所需的中 间处理数据和最终结果。网络化为应用计算机的各部门实行信息共享、协同工作提供了 物质基础条件。 并行设计作为并行工程在产品设计开发活动中的体现，是从传统串行顺序方式演化 到合作并行求解方式的一项重要技术。c a d 的集成化与网络化为c a d 实现并行设计提 供了软硬件基础。c a d 并行设计实现产品的方案设计、概念设计、详细设计、分析设 计、工艺设计、加工仿真各阶段工作在各设计部门同步进行，各个设计部门的设计信息 共享，并以规定流程实现交流、反馈，同时对各阶段设计中的问题进行修正，保证在方 案完成的同时，产品即可加工出来。并行化c a d 是全新的c a d 组织形式，最大程度 缩短产品研制周期，是大型企业实施c a d 的发展趋势。 ( 4 ) 规范化 一 规范化的趋势体现在数据模型的标准化、数据交换格式的标准化及c a d 资源的规 范化三个方面。数据模型应采用s t e p 标准体系。它包含a p 2 0 3 ，a p 2 0 4 等，还有许多 子集正在制定中。随着s t e p 标准体系的逐渐完善，它对于几何数据、工程数据模型的 思想将作为新一代c a d 系统的开发指南。 以前的一些标准接口无法满足c a d 数据交换的要求。在新一代c a d 系统中，基 于s t e p 标准的数据交换将成为主流，所传输的内容也将不仅局限于几何数据模型。目 前参数化特征模型的传输还是一个世界难题，在s t e p 标准的基础上，相信这一点能有 所突破。 这里所说的c a d 资源主要是指各种标准件库和标准符号库等。它是由各国标准和 国家标准所规定的，是工程设计的重要依据。目前许多参数化系统中都不专门提供标准 件模块，理由是参数驱动的能力使得系列化设计变得十分容易，因此该项工作留给了用 户。但根据实际经验发现：用户一般希望系统尽可能方便，从以前的直接调用方式返回 到自己建库的方式，不易被接受，而且标准件库的三维视图和二维工程图的简化画法的 不同也很麻烦。因此，对用户来说建立标准件库还是很有必要的。 陕西科技大学硕士学位论文 1 2 本文的研究背景及意义 c a d 技术在促进企业适应市场经济，提高竞争能力，提高产品质量，降低生产成 本与缩短产品生产周期( 包括产品开发和产品制造两个环节) 起了关键作用。目前，在 我国c a d 市场上比较流行的三维c a d 软件有s o t i d w o r k s 、u g 、p r o e 、c a = n a 、m d t 等。但总的来说，目前s o l i d w o r k s 是市场份额增长最快、技术发展最快、市场前景最 好、性能价格比最优的软件。 s o l i d w o r k s 是新一代的机械设计自动化软件，是业界的主流设计软件，它可以在 w i n d o w s 环境下为机械设计进行高质量的三维实体建模。s o l i d w o r k s 是基于特征的参数 化实体建模的三维设计软件。其功能强大、使用简单为工程师提供了一个能够充分发挥 他们的创造力、创新能力和工程设计技能的设计平台。这套系统简单易用、软硬件要求 低、且运行速度快，具有很好的建模功能和集成能力。在软件的易用性和建模能力这两 个互相矛盾的特性上做到了很好的平衡，在工业界得到了广泛应用p 】。 企业在市场上能够买到的三维c a d 软件，是支撑性的通用c a d 软件，它只提供 绘图工具和通用分析，计算等功能，并没有提供一个产品设计所需的完整的计算机辅助 设计功能。如：设计人员要开展产品设计不仅需要提供图板，绘图工具，而更需要提供 各种设计手册及制造手册中的各种数据，典型的结构，计算的方法和公式，产品标准， 技术要求，外购件，原材料样本手册，还需要本厂产品的典型结构，经验数据，工装情 况。 - 正如其他优秀的国外软件一样，s o l i d w o r k s 也不是十全十美的。第一：虽然 s o l i d w o r k s 提供插件形式的独立的标准件模块，但这些标准件库都是国外标准，和国标 有一定的差别，而且很多国标零件不在其库内，从而给国内厂家设计应用带来了很大不 便。而且标题栏，明细表，放大图的标注，剖视图的标注以及装配图的序号都和我国有 所不同。第二，作为机械行业的一个通用型软件，它也不可能完全满足特定企业的特殊 要求，不能提供某个企业一些特定通用件设计模块。例如：技术人员在机械产品的设计 开发过程中，需要大量的国家标准件和一些本企业特定的通用件，但是这些国外软件包 括s o l i d w o r k s 也没有适合我国国标的标准件库。因此在s o l i d w o r k s 下进行机械产品的 三维设计时，不仅要正确选用标准件，而且还要对同种型号不同尺寸的标准件或企业特 定的通用件一一进行设计，造型，很麻烦，大大阻碍了设计人员的创造性和设计效率。 但是随着企业间竞争的日益白热花，如何更快的使所开发设计的产品响应市场，是企业 包括其他设计类研究所生存的关键所在。 因此，为了适合特定企业的特殊需求，形成企业自己的特色，使s o l i d w o r k s 在我 国的企业中更有效的发挥作用，并使常用的或重复的任务自动化，从而提高效率，就必 6 t l 基于s o l i d w o r k s 的机械产品零部件参数化设计系统的研发 须对s o l i d w o r k s 进行本地化和专业化的二次开发工作。 本文就是基于这点考虑，使用v b 对s o l i d w o r k s 进行二次开发，旨在通过对机械行 业的通用软件的标准件和通用件的二次开发，能够加快特定企业设计人员的设计步伐， 快速响应市场。使的设计人员能够从繁杂枯燥的重复性设计中摆脱出来，从而能够将更 多的精力用于创新性设计方面。因此机械产品的参数化设计系统的研究开发是解决上述 难题的有效途径，这方面的研究探索是十分必要且有一定的现实意义的。 1 3 本文研究的主要内容 根据系统软件的研发过程和本课题的研究进程，论文主要包括以下内容： ( 1 ) 探讨了目前c a d 技术的发展状况，并由c a d 技术的发展趋势和目前流行的三 维c a d 通用型软件普遍存在的问题，阐述了本课题的研究背景和意义。 ， ( 2 ) 根据本课题的研究过程设计思路，首先介绍了利用v b 对s o l i d w o r k s 进行二次开 发的理论基础，其中探讨了二次开发和参数化设计相关的关键技术，例如：d l l 文件、 数据库、s o l i d w o r k s a p i 技术、o l e 、参数化设计、特征建模等等。由此，为作者很好 的进行机械产品零部件的参数化设计奠定了基础。 ( 3 ) 论述了利用v b 进行s o l i d w o r k s 机械产品零部件参数化设计的具体实现过程，该 部分是本论文的重点。本部分涉及典型零部件的三维建模过程、模型方程式的添加、系 统控制程序的编写、国标尺寸数据库的设计以及利用本系统开发而成的减速器对它进行 运动仿真的实现过程。 ( 4 ) 最后介绍了所完成的系统软件的操作和运行实例以及减速器的仿真运动动画模 拟。 1 4 本章小结 本章首先对c a d 技术的发展状况做了简要的介绍，然后介绍了当前在中国比较流 行的c a d 软件s o l i d w o r k s ，并指出了该通用型软件在中国国内企业应用中存在的一些 问题和不便之处。提出了在该背景下对s o l i d w o r k s 进行本土化二次开发的必要性，从 而开发出适合中国国情的标准件和通用件参数化设计插件。最后，简要介绍了进行该课 题需要研究掌握的主要内容。 陕西科技大学硕士学位论文 第二章v b 二次开发s o l i d w o r k s 的理论基础 2 1 利用v b 开发s o l i d w o r k s 的关键技术 要对s o l i d w o r k s 软件进行二次增值开发，二次开发人员大多会条件反射似的想象 通过增加或修改系统源程序来满足二次开发要求，但这几乎是不可能的。原因之一是商 品化软件开发机构出于保护软件的知识产权和技术机密的关系，不会将软件系统源代码 提供给软件销售商，销售商在销售软件产品时，仅提供打包封装后的执行代码，因此期 望全面分析、了解该软件产品的设计原理、基本框架、程序编制流程，通过修改软件产 品的源代码来满足企业对该软件产品个性化功能需求是根本不现实的；原因之二是即便 商品化软件开发公司对某些特别机构尤其是长期赞助支持企业提供软件系统源代码或 部分源代码以及相应的技术文件，这些企业要想通过增补或修改源代码来实现企业的个 性化功能需求，事实上也是非常困难的。c a d 软件毕竟是技术含量极高的产品，要想 完全解析它，在具有源代码和相应的技术文档的情况下，技术上虽然可行，但在开发成 本及开发周期上是不可行的。但二次开发几乎是所有应用c a d 软件企业的共同需求， 商品化软件开发机构为了开拓市场、扩大市场份额、保持产品的市场地位，就自然会重 视企业在应用c a d 软件时的这个共性需求。种行之有效的方式就是让c a d 软件对 用户提供开放的可扩性的接口。目前优秀的商品化的c a d 系统均采用这一策略【6 j 。 在机械产品设计中，大量存在着一些尺寸不同但结构形状相同或相似的标准件和通 用件零部件，在s o l i d w o r k s 中，虽然可以利用新建不同的配置等方法来实现零件的系 列化造型，但如果个系列中零件个数很多，这些方法的设计工作量就很大，带来很大 的不便【7 】o 为此，也为了减少这种重复性的劳动，提高设计和零件造型的效率，我们以 s o l i d w o r k s 为三维模型图形处理平台，v b 为二次开发编程工具，a c c e s s 为国标尺寸 数据库管理系统，利用s o l i d w o r k sa p i 实现所开发的d l l ( 动态联接库) 程序与 s o l i d w o r k s 的无缝集成。 ”t s o l i d w o r k sa p irs o l i d w o r k sa p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e f f a c c ) 提供了支持二次开 发的应用编程接口，通过该接口可以开发嵌入式功能模块以扩充原s o l i d w o r k s 的功能， 形成客户化定制的s o l i d w o r k s 软件系统。该开发接口支持s o l i d w o r k s a c t i v e x a u t o m a t i o ni n t e r f a c e 技术( 即通常所说的a c t i v e x 自动化界面技术) ，由于s o l i d w o r k s a c t i v e x 技术是一种完全面向对象的技术，所以许多面向对象化编程的语言( 如v b ， v c + 十) 可以通过a e t i v e x 与s o l i d w o r k s 进行通信，也就是说，s o l i d w o r k sa c t i v e x 提供 8 基于s o l i d w o r k s 的机械产品零部件参数化设计系统的研发 了一种机制，可通过编程手段从内部或外部来操纵s o l i d w o r k s as o l i d w o r k sa c t i v e x 包 容了绝大多数s o l i d w o r k s 功能，且均以方法和属性的方式被封装在a c t i v e x 对象中，只 要采用某种适当的方式，使隐藏的a c f i v e x 对象“暴露”、“开放”出来，就可以使用各 种面向对象编程的语言对其中的方法、属性进行引用，从而达到对s o l i d w o r k s 实现编 程的目的，也就是达到二次开发的目的1 8 1 。 下面就对a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术、s o l i d w o r k s 二次开发接口a p i 对象、d l l 动 态连接库和数据库的创建等四种s o l i d w o r k s 二次开发关键技术分别进行分析和研究。 2 1 1 s o l i d w o r k s 二次开发工具的选择 v b 作为可视化编程软件，以其简单易懂、操作方便、功能强大而被业内人士所广 泛使用。v b 不仅可创建良好的用户界面，而且具有强大的数据库管理功能，同时 s o l i d w o r k s 也为它提供了二次开发的接口。并且也能够生成d l l ( 动态联接库文件) 程序文件，使得用户能够把该d l l 文件作为s o l i d w o r k s 的插件实现和s o l i d w o r k s 的无 缝集成。 v i s u a lb a s i c 语言规则简单，不象其它高级语言( 如v c + + ) 那么复杂，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。 s o l i d w o r k 又提供了宏录制功能。其特点是通过宏录制可以记录s o l i d w o r k s 用户整个产 品设计过程，把用户的界面菜单操作所用到的s o l i d w o r k 对象、方法都一一记录下来， 并且语法完全符合v i s u a lb a s i c ，这对于实现参数化产品设计有重要的意义。例如：用 户通过s o l i d w o r k s 软件设计一个零件，并用宏录制设计过程，开发人员根据宏文件中 的对象和方法在自己的应用程序中合理组织，作较少的修改，对具体参数用变量代替， 这样通过对变量的控制就可实现产品的参数化设计。在二次开发过程中，宏录制文件中 的许多对象、方法可以直接在v i s u a lb a s i c 应用程序中应用，这就大大简化了开发人员 的开发过程1 9 j 。 所以我们选择v b 作为开发工具来进行s o l i d w o r k s 平台上的机械产品零部件的参数 化设计开发。 2 1 2 a e t 。i v e x a u t o m a t i o n 技术 a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术由o l ea u t o m a t i o n 技术扩充和发展而成，采用客户服务 器模式。它允许一个客户程序控制服务程序对象的编程界面，服务程序暴露出的对象称 为自动化对象( a u t o m a t i o no b j e c t ) ，外部客户程序通过使用这些对象的属性，方法，就 可以控制该服务程序的目的，从而实现服务端对象的自动化1 1 0 1 。s o l i d w o r k s 支持a c t i v e x a u t o m a t i o n 技术，即s o l i d w o r k s 自身成为一个服务器程序，暴露一系列对象和接口， 使得s o l i d w o r k s 可以被许多不同的编程环境和其他应用程序或称为客户机程序访问。 v b 提供了完整的w i n d o w s a p i 接口调用，o l e a u t o m a t i o n ，a c t i v e x ，d d e ，数据库及多 9 堕翌型垫查兰堡主兰垡兰茎 媒体支持等，是开发s o l i d w o r k s 的理想工具 2 1 3 s o l i d w o r k s 二次开发接口a p i 对象 要编制系统的控制程序，关键就是要解决其与s o l i d w o r k s 进行数据通讯的问题， 这就涉及到s o l i d w o r k sa p i 技术。 图2 - 1s o l i d w o r k sa p i 编程参考图 f i g2 1r e f e r e n c e dp i c t u r ef o rp r o g r a m m i n g o f s o l i d w o r k sa p | s o l i d w o r k sa p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ，应用程序界面) 是与s o l i d w o r k s 相关的o l e 程序设计接口，其中包含了上百种可以在v i s u a lb a s i c ，v b a ( e x c e l ，a c c e s s 等) 、c ，c h 或s o l i d w o r k s 宏文件中调用的函数。这些函数使程序设计员可以直接使用 i o 基于s o l i d w o r k s 的机械产品零部件参数化设计系统的研发 s o l i d w o r k s 的功能。用户利用它并借助支持o l e 编程的开发工具，可以建立用户需要 的专用的s o l i d w o r k s 功能模块。 s o l i d w o r k s a p i 由大量的对象、方法、属性、事件组成，其结构如图3 7 所示。从 图中可以看到s o l i d w o r k s a p i 的对象分为若干层，每一层又包括若干对象，每个对象又 都有自己的属性、方法和事件。当然，在开发用户的应用程序时并不是每一种对象都会 用到。 s o l i d w o r k s 对象是s o l i d w o r k sa p i 中的顶层对象，它能够直接或间接地访问 s o l i d w o r k s a p i 中的所有其他对象。利用它，可以实现应用程序的最基本的操作，如生 成、打开、关闭、结束文件，重排图标和窗口、设置当前的激活文件、生成属性定义， 也可以对s o l i d w o r k s 的系统环境进行设置。s o l i d w o r k s 对象主要有 m o d e l d o c e n v i r o n m e n t ，f r a m e ，a t t r i b u t e d e f , m o d e l e r , s w p r o p e d y s h e e t 等等。应用程序可 以使用c r e a t e o b j e c t ，g e t o b j e c t 来获得s 1 d w o r k s 对象。其主要对象的功用如图2 1 所示： e n v k o n m e n t 对象：用于分析文本和几何关系，该几何关系用于生成符号。比如若 有一个包含了符号的注释，想要重新生成该注释时可用e n v i r o n m e n t 对象。f r a m e 对象： 用于修改、检查、添加s o l i d w o r k s 的下拉菜单和弹出菜单。 a t t r i b u t e d e f 对象：应用程序能够在s o l i d w o r k s 文件中，生成附加于实体上的属性 数据。这个属性是特殊的应用数据包，它将自动地存储s o l i d w o r k s 文件，并在文件被 打开时自动重载数据。 m o d e l e r 对象：m o d e l e r 对象为管理t e m p o r a r yb o d y ( 1 临时体) 对象提供了一种界面。 用c r e a t e b o d y f r o m f a c e s 等方法能产生临时体。 s w p r o p e r t 3 r s h e e t 对象：s w p r o p e r t y s h e e t 对象允许应用程序增加记录到某些由 s o l i d w o r k s 输出的属性表中。可以在s w c o n s t h 定义的s w p r o p s h e e t t y p e _ e 列表中找到支 持这种功能的属性表。 m o d e l d o c 对象：属于模型层，是s 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