（机械设计及理论专业论文）基于ug二次开发的三维环境下产品参数化设计及虚拟装配研究.pdf

合肥工业大学 i i i i i1 11 1 1 1 1 1 1 1i i l l l l l1lll y 18 8 6 4 2 1 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕 士学位论文质量要求。 答辩委员会签名：( 工作单位、职称) 主席： 犀泳吻合肥通用机械研究院 高级工程师 委员： 气1 移f 乱合月巴工业大学 副教授 铆：肚 合肥工业大学副教授 独创性声明 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志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得盒罡王些太堂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。 学位论文作者签字： 雪签字日期：矽7 f 年绎月名 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金鲤王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金月曼王些太 兰l 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名王若孑 导师签名： c 签字日期：) o ff 年4 月疋细 签字日期妇f 7 年年月 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 基于u g 二次开发的三维环境下产品参数化设计及虚拟装配研究 摘要 在市场竞争日益激烈的今天，产品只有不断的更新，才能够满足客户对产 品的需求。企业为了提高市场的竞争力，在不断研发新产品的同时，还要努力 提高研发效率，尽量缩短研发周期。对c a d 软件进行二次开发，开发出适合 企业生产应用的专业化软件，也就显得尤为重要。而参数化设计以及虚拟装配 作为c a d 软件二次开发的重要组成部分，越来越受到众多企业的重视。 在此背景下，本文以某空调模块机为模型，以w i n d o w s 操作系统和u g 软 件为平台，综合运用u g o p e na p i 、u g o p e ng r i p 和u g o p e nm e n u s c r i p t 等 u g 二次开发工具，以及基于m f c 的u g 二次开发方法，以v i s u a lc + + 6 0 作 为集成开发环境，建立起了该空调模块机的参数化设计以及虚拟装配系统。 在本系统中，用户可以通过二次开发的u g 菜单选择产品各零件，在弹出 的交互界面中，只需输入恰当的参数，即可实现对该零件的建模。通过参数化 设计建立的各零件模型，可以通过虚拟装配系统完成装配，该过程也是通过开 发的u g 菜单完成操作，在开发的u g 菜单中选择装配模块，系统即按照既定 的装配路径完成该模块的装配。 该系统的实现，大大减少了设计人员的繁重工作，提高了设计效率，缩短 了设计周期，为空调模块机的干涉检测，运动仿真提供可能。同时该系统的建 立对家电行业其他产品的设计有一定的借鉴意义。 关键词：二次开发u g参数化设计虚拟装配 p a r a m e t r i cd e s i g no fp r o d u c t sa n dr e a r c ho fv i r t u a l a s s e m b l yb a s e do ns e c o n d a r yd e v e l o p m e n to fu g u n d e rt h r e ed i m e n s i o ne n v i r o n m e n t a b s t r a c t i nt h ei n c r e a s i n g l yc o m p e t i t i v em a r k e tn ow a d a y s ，p r o d u c t sw o u l db ea b l et o m e e tc u s t o m e r s d e m a n df o rp r o d u c t so n l yi fp r o d u c t sa r ec o n s t a n t l yu p d a t e d e n t e r p r i s e ss h o u l da l s os t r i v et oi m p r o v et h er e s e a r c he f f i c i e n c ya n ds h o r t e nt h e r e s e a r c hc y c l ei no r d e rt oi m p r o v et h em a r k e tc o m p e t i t i v e n e s sa tt h es a m et i m e i t i sa l s oi m p o r t a n tt od os e c o n d a r yd e v e l o p m e n ti no r d e rt od e v e l o pp r o f e s s i o n a l s o f t w a r ef o rm a n u f a c t u r ea n da p p l i c a t i o no fe n t e r p r i s e s p a r a m e t r i cd e s i g na n d v i r t u a la s s e m b l yd r a wm o r ea n dm o r ea t t e n t i o ni ne n t e r p r i s e sa sa ni m p o r t a n tr o l e o fs e c o n d a r yd e v e l o p m e n to fc a ds o f t w a r e i nt h i sc o n t e x tt h e p a r a m e t r i cd e s i g n a n dv i r t u a l a s s e m b l ys y s t e m o f a i r c o n d i t i o n i n gu n i tw a se s t a b l i s h e di nt h i sa r t i c l e ，t h ep l a t f o r mo fw h i c ha r et h e o p e r a t i n gs y s t e mo fw i n d o w sa n dt h e s o f t w a r eo fu g ，t h et o o l sf o rs e c o n d a r y d e v e l o p m e n to fw h i c ha r es o f t w a r eo fu g o p e na p i ，u g o p e ng r i pa n du g o p e n m e n us c r i p t ，t h em e t h o df o rs e c o n d a r yd e v e l o p m e n to fw h i c hi su gb a s e do nm f c ， t h ei n t e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n to fw h i c hi sv i s u a lc + + 6 0 u s e r sc a ns e l e c tp a r t so fp r o d u c tf r o mu gm e n ud e v e l o p e da n dm o d e lt h e p a r t ss e l e c t e dw i t ha p p r o p r i a t ep a r a m e t e r si n t h ep o p i n t e r a c t i v ei n t e r f a c e t h e p r o c e s st h a tt h ep a r t sc r e a t e db yt h ep a r a m e t r i cd e s i g nw o u l db e a s s e m b l e db y v i r t u a la s s e m b l ys y s t e mi sc o m p l e t e di nd e v e l o p e du gm e n u ，t h ep r o c e d u r eo f w h i c hi st h a tt h ea s s e m b l ym o d u l ew o u l db es e l e c t e da n dt h em o d u l ew o u l db e a s s e m b l e di nt h ew a yo fe s t a b l i s h e dp a t hi nt h es y s t e m t h es y s t e mg r e a t l yr e d u c e st h ew o r k l o a do fd e s i g n e r s ，i m p r o v e st h er e s e a r c h e f f i c i e n c y ，s h o r t e n st h e r e s e a r c hc y c l e ，a n dp r o v i d e sp r o g r a mf o ri n t e r f e r e n c e d e t e c t i o na n dm o t i o ns i m u l a t i o no fa i r c o n d i t i o n i n gu n i t t h es y s t e mp r o v i d e ss o m e r e f e r e n c ev a l u ef o rd e s i g n i n go fo t h e rp r o d u c t so fh o u s e h o l de l e c t r i ca p p l i a n c e s i n d u s t r ya tt h es a m et i m e k e y w o r d s ：s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t u g p a r a m e t r i cd e s i g n v i r t u a l a s s e m b l y 2 致谢 本论文是在导师陈科教授悉心指导下完成的，陈科教授渊博的专业知识， 严谨的治学态度，求实创新的开拓精神，精益求精的工作作风，诲人不倦的高 尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力给 我留下了深刻的印象，并时刻激励着我奋发向上。陈老师不仅使我树立了远大 的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多为人处世的道理。这 一切都将对我今后的学习和生活带来巨大的影响，令我终身受益。本论文从选 题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此， 谨向陈老师致以最衷心的感谢和最真诚的敬意! 同时，衷心感谢师母郑红梅教授在我读研期间给予的指导和帮助。 衷心感谢机械与汽车工程学院黄康老师对我研究工作的关心和大力支持。 衷心感谢机械与汽车工程学院数字化设计实验室给我创造的良好的科研条 件和学习环境，感谢董迎晖老师在我学习和科研工作上的指导和帮助。 衷心感谢何新华、刘靖宇、蒋新鹏、沙晓东、李鑫、周鑫淼、唐金栓、殷 磊、蔡云辉、郑立平、刘畅、徐书成、贾敬平、龚玉杰、敖希琴、张磊、韩松 博、钱根等同窗好友在我学习上和生活上对我的热情帮助。 衷心感谢家人的大力支持和亲切关怀，正是由于他们的理解和支持，才使 得我能安心完成学业。我将用一生来回报! 谢谢你们，我的老师、同学和亲人。 作者：王孝宁 2 0 11 年4 月15 日 目录 第一章绪论l 1 1研究背景1 1 2u g 二次开发现状3 1 3课题来源和研究的主要内容3 1 3 1 课题来源3 1 3 2课题研究的主要内容3 1 4u g 二次开发的意义4 1 5文章结构安排：4 第二章u g 二次开发基础及相关开发软件6 2 1 u n i g r a p h i c s 简介6 2 2 u g o p e n 二次开发工具7 2 2 1 u g o p e na p i 7 2 2 2 u g o p e ng r i p 9 2 2 3 u g o p e nm e n u s c r i p t 9 2 2 4 u g o p e nu i s t y l e r 1 0 2 2 5基于m f c 的u g 二次开发方法1 0 2 3v is u a lc + + 6 0 的开发环境1 2 2 3 1v c 6 0 项目的建立1 2 2 3 2v c 6 0 项目环境的设置1 2 2 3 3v c 6 0 程序的编译1 3 2 3 4v c 6 0 程序的运行1 3 2 3 5v c 6 0 程序的调试1 4 2 4数据工具的选择1 5 2 4 1o r a c l e 、a c c e s s 与s q ls e r v e r 1 5 2 4 2三种数据库的比较与选择1 7 2 5 本章小结1 7 第三章u g 参数化建模研究1 8 3 1参数化设计概述1 8 3 1 1参数化设计定义j 1 8 3 1 2参数化设计的步骤，1 8 3 1 3参数化设计的相关功能1 9 3 2齿轮参数化建模实例1 9 3 2 1参数化设计方法选择1 9 4 3 2 2齿轮关键曲线2 0 3 2 3系统数据库的建立2 1 3 2 4 系统实现。2 3 3 3 本章小结2 5 第四章虚拟装配系统设计2 6 4 1基本概念和坐标系2 6 4 1 1 基本概念2 6 4 1 2装配空间坐标系2 7 4 2装配树的结构2 9 4 2 1 装配树的遍历3 0 4 3装配配合条件3 1 4 3 1配合条件的定义3 1 4 3 2配合条件的创建3 1 4 4 本章小结3 2 第五章虚拟装配系统的实例研究3 3 5 1系统结构规划3 3 5 2产品零件参数化建模3 6 5 3 装配实现方法3 8 5 3 1 u g o p e ng r i p 装配方法3 8 5 3 2 u g o p e na p i 装配方法4 2 5 3 3空调模块机装配过程4 4 5 4 本章小结4 6 第六章结论与展望j 4 7 6 1 工作总结4 7 6 2 工作展望4 7 参考文献4 9 攻读硕士学位期间发表的论文5 2 图2 1 图2 2 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图4 1 图5 - 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 图5 - 6 图5 7 图5 8 图5 - 9 图5 1 0 图5 1 l 图5 1 2 图5 1 3 插图清单 基于m f c 的u g 二次开发工作流程1 l u g 动态链接库调用过程1 1 直角坐标系2 l 螺旋线直角坐标图2 l 系统的总体结构2 2 齿轮参数化窗口2 3 齿轮槽实体2 3 齿轮三维实体2 4 某汽车装配体装配树结构2 9 参数化设计及虚拟装配系统结构图3 3 u g 环境下的系统菜单栏3 3 基座( 二) 工程图3 6 基座( 二) 交互窗口3 7 基座( 二) 模型3 7 修改参数后的基座( 二) 模型3 8 g r i p 装配流程3 8 出风口部件4 0 a p i 装配流程4 2 装配菜单栏：4 4 空调模块机外壳4 5 添加出风口的装配图4 5 产品总装图4 6 6 表格清单 表2 1 常用的头文件名称及其描述：7 表3 - 1 渐开线齿轮关系模型一2 2 表4 - 1 装配体中的常用术语2 6 7 第一章绪论 1 1 研究背景 当今制造业中c a d 的应用领域在不断扩大并且其应用水平也不断提高， 用户对c a d 系统模型的要求也越来越高，已经没有一个c a d 系统能够完全满 足用户的各种要求。c a d 软件作为一种产品，已经商品化，衡量该软件的适用 性、优劣性和生命力的关键就要看其是不是否拥有一个开放的体系结构。作为 一个开放式体系结构的关键和核心，就是要具有一个开发简便、运行高效的二 次开发平台。目前，主流的c a d 软件都提供二次开发工具，以此来实现用户 定制功能。 商品化、通用化的c a d 系统可以通过c a d 软件的二次开发工具实现用户 化、本地化，即以c a d 系统为基础平台，在c a d 软件提供的开发环境与编程 接口基础上，开发者结合自身的需要，开发出适合企业生产应用的专业化、知 识化、用户化、集成化软件，以此来提高产品的研发效率。将专业知识融入通 用c a d ，研发出专用c a d 系统是目前众多学者和企业青睐的研究方向。 把用户的设计思想通过c a d 二次开发工具添加到软件平台上，生成特定 的新功能需要以下基本要素，这些基本要素组成了c a d 软件二次开发平台的 基本结构： ( 1 ) 通用c a d 软件管理层。通用c a d 软件作为二次开发应用程序 的宿主，为整个软件的开发提供了平台。它应具有非常完善的基本功能，即使 不对其进行二次开发，它也能满足设计者的基本使用要求。在二次开发平台结 构中，通用c a d 软件主要负责图形显示、用户界面定制、交互流程控制、文 档数据管理、消息分发和应用程序的管理等工作，属于管理层。 ( 2 ) 编程开发环境开发层。开发者在特定的开发环境中采用一些计算 机高级编程语言( 如c c + + 等) 进行应用程序的开发。像v c + + 、d e l p h i 和v b 等高级编程语言，它们具有功能强大、可靠性强、使用简单和生成代码效率高 等优点，目前二次开发一般都是使用这些高级编程语言进行的。编程开发环境， 在二次开发的平台结构中主要用于应用程序源代码的编辑、编译、调试、链接 以及代码优化等，属于开发层。 ( 3 ) 应用程序编程接口( a p i ) 支持层。在二次开发过程中，编程开 发环境仅提供了一般性的语言支持，为了实现二次开发应用程序可以与原软件 应用程序链接，还需要有相应的a p l 支持。通过c a d 软件提供的a p i 接口， 就可以实现上述情况，使新开发的功能和原有的功能在宿主上同时体现。应用 程序编程接口，在二次开发平台结构中为用户开发的应用程序与c a d 软件之 间提供了链接、通信和交互操作的通道，属于支持层。 ( 4 ) 开发者的设计思想知识层。在一般情况下，c a d 软件开发商通过 管理层、开发层、支持层的引入为开发者提供了二次开发的工具以及方法。然 而，为了满足系列产品研发的需要，开发者的设计思想也要融入二次开发应用 系统中。开发者结合原有的c a d 软件系统功能，将他的设计思想通过二次开 发的工具和方法实现，才能构成具有实际应用价值的程序。用户设计思想，在 二次开发平台结构中是开发者的知识和能力的体现，是二次开发技术的应用和 实践，属于知识层。 在c a d 中要实现参数化设计，关键是建立参数化模型。参数化模型表示 了零件图形的几何约束和工程约束。结构约束和尺寸约束都属于几何约束。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，设计人员根据几何关系和工程关系来指定设计要求。 为了满足这些设计要求，在考虑尺寸或工程参数初值的同时，还要保证在每次 改变设计参数时，系统能够根据要求维护一些基本关系，因此，参数可以分为 两类：一类为各种尺寸值，叫做可变参数；另一种为几何元素间的各种连续几 何信息，叫做不变参数。在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变 参数，这就是参数化设计的本质。所以，在参数化模型中建立各种约束关系， 也就体现了设计人员的设计意图。 通过参数化设计能够很大程度提高模型的生成和修改速度，在产品的相似 设计、系列设计以及专用c a d 系统开发方面都具有较大的应用价值。 虚拟装配在虚拟制造中有很重要的地位，利用虚拟装配，能够验证装配设 计和操作是否正确，以便发现装配中存在的问题，及时对模型进行修改，并可 以通过可视化显示装配的过程。在虚拟装配系统中，设计人员可以考虑可行的 装配序列，自动生成装配规划。自动化、数字化是现在产品制造主流的发展方 向，虚拟装配是产品数字化定义中的一个重要环节。 虚拟装配技术具有良好的服务环境，使生产能够在高效、高质量、低成本 的环境下短时间完成。虚拟装配从模型重新定位、分析方面来说，是一种零件 模型按照约束关系进行重新定位的过程，是分析产品设计合理性的一种有效手 段；从产品的装配过程来说，虚拟装配根据产品设计的精度特性、形状特性，真 实的模拟产品三维装配过程，该过程允许用户以交互方式控制，以此来检验产 品的可装配性。 虚拟装配技术作为虚拟制造的关键技术之一，近年来受到了众多学者和企 业的关注，并促进了虚拟制造、敏捷制造等先进制造模式的实施。通过在虚拟 环境下建立产品数字化装配模型，可以用虚拟产品代替传统设计中的物理样机， 能够模拟、分析产品的装配过程，对产品的装配性能进行预估，在产品生产之 前发现潜在的装配冲突与缺陷，并将得到的装配信息反馈给设计人员。运用虚 2 拟装配技术有利于并行工程的开展，大大缩短了产品开发周期，降低了生产成 本，提高了产品的市场竞争力。 1 2u g 二次开发现状 u g 二次开发是以u g 软件为基础，在高级编程软件平台上，结合产品具体 的应用需求，总结产品的设计知识和经验，开发符合产品设计流程的专用c a d 系统。目前，在通用c a d 基础上结合专业知识开发出专用c a d 系统是当前 c a d 应用发展的主流方向。各行业在这方面也投入大量的精力，进行适合企业 产品的专用c a d 系统的研发。由于高校中c a d 二次开发的研究相对较早，因 此对于专用c a d 系统的开发更多以企业和高校联合的形式。u g 二次开发技术 也是在这样的背景下，越来越受到企业和高校学者的重视。 大连理工大学的学者们在v i s u a lc + + 6 0 环境下，利用u g o p e na p i 对u g n x 3 0 进行二次开发，设计并开发了一套贯穿换热设备设计全过程的c a d 系 统，并对机械设计，虚拟装配与资源管理等模块进行了深入研究【4 1 。 西南交通大学的学者们在u g 统一数据库的基础上，构建了2 k h 行星减 速器计算机辅助设计系统。完成行星减速器设计的同时，重点研究了行星减速 器特征参数化及其实体三维造型和设计数据共享技术；建立了一套行星减速器 设计系统；利用u g 二次开发实现了行星减速器零件设计、三维参数化特征建 模、虚拟装配及仿真的系统解决方案，解决了设计过程中的“自动化孤岛 问 题，实现系统集成1 5 。 青岛大学的学者们以弧面分度凸轮机构为研究对象，利用u g o p e n 二次开 发技术，实现了自动生成符合设计要求的弧面分度凸轮机构三维模型的设计系 统。并在装配环境下，对弧面分度凸轮机构进行了装配、干涉检查【6 】。 山东理工大学的学者们通过对u g 进行二次开发，实现了轻型货车车身造 型元素的参数化设计。此系统以数据点的参数化为基础，构建出一种参数化的 车身模型。并存整车参数化的基础上实现了各造型元素的参数化设计，能达到 有效、方便的进行车身造型计算机辅助设计的目的【7 j 。 1 3课题来源和研究的主要内容 1 3 1课题来源 空调模块机参数化设计及虚拟装配项目来源于合肥工业大学数字化设计 与制造重点实验室与滁州扬子空调合作项目，为了实现产品各零部件在三维环 境下的参数化设计，并最终完成产品整体的装配、出图及相应的必要的检测。 1 3 2课题研究的主要内容 该课题主要研究在三维环境下进行产品设计时，如何在各设计步骤中使产 3 品参数化，以此提高设计效率，最终完成产品的虚拟设计系统。主要内容包括： ( 1 ) 产品各零部件的参数化建模，并且实现对设计的零部件能够根据尺寸 要求做相应的修改； ( 2 ) 在完成各零部件的建模之后，能够通过系统开发的虚拟装配环境实现 产品整机的自动装配，并根据需要自动导出相应产品的工程图。 需要解决的问题： ( 1 ) 各零部件重要参数的提取； ( 2 ) 零件建模时三维软件和编程软件之间平台的搭建； ( 3 ) 产品自动装配时需要用到的关键技术，如装配树遍历，坐标转换等。 ( 4 ) 产品输出工程图时，格式的转化问题。 预期效果： 建立起适合相关设计人员操作的系统，在系统中包含基本的设计框架，使 设计人员能够根据需要对产品中参数化的数据进行修改。从而得到满足设计人 员要求的零部件，并根据要求判断是否生成工程图。 通过调用设计出的零部件，实现在三维环境下整机产品的自动装配，并且 根据要求实现对装配体装配关系的检测，自动生成检测报告。同样根据要求判 断是否生成装配体工程图。 1 4 u g 二次开发的意义 u g 二次开发的意义在于消除基础软件与用户之间的距离，即在基础软件 与用户之间建起一座桥梁，从而使其成为更适合用户的专业的设计软件。 u g 作为一款功能强大的三维建模软件，包含了三维实体建模与编辑、草 图的建立及约束管理、表达式、工程图的建立、工程图的编辑与注释、组件装 配、组件爆炸视图、组件克隆及明细表、自由形状特征的建立与编辑等功能。 但作为用户或者开发者，往往需要一些特定的功能模块，来开发、修改或者优 化特定的产品。这就需要对u g 的功能进行整合，添加一些适应特定产品开发 特点的功能，在满足用户或者开发人员的要求的同时，得到更加适合该产品研 发的系统。因此u g 的二次开发在实际的应用中也显得尤为重要。 1 5 文章结构安排 第一章介绍u g 二次开发的研究背景，讲述参数化建模，以及虚拟装配 的特点，发展，及其应用。提出本课题的研究内容。 第二章对u g 软件，以及开发环境v i s u a lc + + 6 0 进行介绍。介绍u g 二 次开发所用到的工具，以及数据库的概念，并对常用的数据库进行了比较。 第三章介绍了参数化设计的定义，参数化设计的步骤，以及参数化设计 的三种建模方法。给出齿轮参数化建模实例。 4 第四章介绍了虚拟装配系统常用的术语，以及空间装配坐标系的概念。 基于装配树在装配过程中的重要意义，以实例介绍了装配树的结构，介绍了装 配树遍历的两种方法：深度搜索算法和广度搜索算法，并对深度搜索算法的基 本步骤进行了介绍。最后介绍了配合条件的定义，以及创建配合条件的过程。 第五章介绍了系统的整体框架结构，以及系统实现产品参数化建模过程。 通过u g o p e ng r i p 装配方法和u g o p e n a p i 装配方法的介绍，给出了系统实 现装配的方法。阐述了装配步骤，最终给出了产品的三维模型。 第六章总结本文的研究工作，同时对进一步的研究方向提出了展望。 第二章u g 二次开发基础及相关开发软件 2 1 u n i g r a p h i c s 简介 u n i g r a p h i e s ( 简称u g ) 是计算机辅助设计、辅助工程、辅助制造和产品数 据管理( c a d c a e c a m p d m ) 一体化的软件系统之一，是目前全球主流m c a d 系统，应用极其广泛。应用领域主要包括：通用机械、汽车、航空航天、医疗 器械、工业设备以及其它一些高科技应用领域的机械设计和模具设计、加工等。 u n i g r a p h i e sc a i d c a d c a e c a m 系统为产品设计提供了一种基于工程的 设计环境，使产品的开发从设计到加工实现了数据的无缝集成，因此，优化了 企业产品的设计与制造过程。u g 面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键 技术，在该技术的支持下，可以保证用户的全部产品以及它精确的数据模型在 产品研发的各个阶段的相关性，为实现并行工程奠定了良好的基础。 u g 软件具有比较强大的曲面造型、实体造型、虚拟装配和生成工程图等设 计功能，还可以在设计过程中对设计的产品进行机构运动分析、动力学分析、 有限元分析和仿真模拟，从而提高了产品设计的可靠性。同时，u g 软件还支 持数控代码生成功能，可以通过建立的三维模型用于产品的加工。此外u g 所 提供的二次开发语言u g o p e na p i 和u g o p e ng r i p 功能强大、简单易学，便 于设计者开发专用的c a d 系统。具体的说，u g 软件具有以下一些特点： ( 1 ) 具有统一的数据库，可实施并行工程。真正实现了c a i d 、c a d 、c a m 和c a e 等模块之间无数据交换的自由切换。 ( 2 ) 采用复合建模技术，将实体建模、线框建模、曲面建模、参数化建模 与显示几何建模等建模技术融为一体。 ( 3 ) 在实体造型中，采用基于特征的建模和编辑方法作为基础，形象直观， 与工程师传统的设计方法相似，并能采用参数驱动。 ( 4 ) 采用非均匀有理b 样条作为曲面设计基础，能够用多种方法生成复杂 的曲面，特别适合于汽轮机叶片和汽车外形等复杂曲面的造型。 ( 5 ) 二维图设计功能强大，二维工程图能够方便地从三维实体模型直接生 成，可以按照i s o 标准和国标生成各种剖视图、形位公差、标注尺寸以及汉字 说明等。 ( 6 ) 以p a r a s o l i d 为实体建模核心，目前许多著名c a d c a m c a e 软件均 将它作为实体造型的基础。 ( 7 ) 提供了界面良好的二次开发工具，并且能够通过高级语言接口，使 u g 的图形功能和高级语言的计算功能紧密结合，以便于用户开发专用的c a d 系统。 ( 8 ) 具有良好的用户界面，绝大多数功能都可以通过图表实现；在进行对 象操作时，具有自动推理功能；在进行每个操作步骤时，都有提示信息与之对 应，方便用户做出正确选择。 6 2 2 u g o p e n 二次开发工具 ， u g o p e n 是一系列u g 二次开发工具的总称，是u g 软件为用户或研发者 提供的最主要的开发工具。它主要由u g o p e na p i 、u o o p e ng r i p 、u g o p e n u i s t y l e r 和u g o p e nm e n u s c r i p t 四个部分组成。 2 2 1 u g o p e na p i 2 2 1 1 u g o p e na p i 基础知识 u g o p e na p i 是实现u g 与外部应用程序之间进行数据交流的接1 2 1 ，该接 口是u g 所提供的一系列函数和过程的集合。通过c c + + 语言编程可以调用这 些函数和过程实现如下功能： ( 1 ) 对u g 文件及相应模型进行操作，包括构建、编辑u g 模型，建立、 遍历装配体，以及创建工程图等。 ( 2 ) 在u g 主界面中实现交互式程序界面的创建。 ( 3 ) 实现用户定义对象创建与管理。 。 在$ u g b a s e d i r u g o p e n 文件夹下的头文件中定义了u g o p e na p i 中的这些函数和过程，一些常用的u g o p e na p i 头文件名称及简单描述见表2 1 所示： 表2 1 常用的头文件名称及其描剥8 1 头文件名称头文件描述 u f h u g o p e na p i 的公共类型和函数定义 u f a s s e m h与装配有关的函数和结构定义 u f a t t r h与部件和对象属性有关的函数和结构定义 u f d e f s hu g o p e n 接口所需要数据类型和宏的定义 u f d i s p h 与显示有关的函数和结构定义 u f d r a w h 与制图中截面线和图纸等有关的函数和结构定义 u f m o d l h与模型创建、查询有关的函数和结构定义 u f o b j e c t h 与u g 对象及属性操作有关的函数和结构定义 u f p a r t h 与部件文件操作有关的函数和结构定义 u f s t y l e r h与u i s t y l e r 有关的函数和结构定义 u ft l i h 与用户界面功能有关的函数和结构定义 u f v i e w h 与视图有关的函数和结构定义 2 2 1 2 u g o p e na p i 应用范围 u g o p e na p i 的主要应用有以下几个方面： ( 1 ) 制定用户化的c a d 环境。它主要包括：提供用户化c a d 规范；定 制用户化c a d 界面；提供用户标准件库等。 7 ( 2 ) 开发能够在u g 软件平台上运行的用户专用软件。u g 软件提供了通 用c a d 软件所具备的基本功能，但仍有一些功能没有提供，或者说一些功能 不能满足用户要求。这就需要开发一些在u g 软件平台上运行的用户专用软件。 例如c a p p 软件、d f m 软件、d f a 软件、c a d c a e 接口软件等。 ( 3 ) 实现其他c a d 软件与u g 软件的无缝连接。市场上商品化c a d 软 件的种类很多，如s o l i d w o r k s 、c a t i a 、p r o e 、a u t o c a d 等。它们都有各自的 数据结构来建立三维模型或者二维图纸，有时需要把一些软件间的数据进行相 互交换，这是在交流过程中会遇到的实际问题。这就需要开发它们之间的接口， 实现他们之间的无缝连接。 2 2 1 3 u g o p e na p i 运行环境 使用u g o p e na p i 编写的程序能在两种不同的环境下运行，他们是内部 ( i n t e r n a l ) 环境和外部( e x t e r n a l ) 环境。这两种环境又被成为内部模式和外 部模式。 ( 1 ) i m e r n a l 环境 i n t e r n a l 环境( 也叫开发模式) 下的程序是一个动态链接库( d l l 文件) ， 只能在u g 的界面环境( s e s s i o n ) 下运行。该模式有下列特点： 执行代码文件小，连接快。 当内部模式的应用程序被加载到u g 系统分配的内存后，就可以作为u g 进程的子进程常驻内存。当该程序再次被调用时，不需要重新加载。 运行结构在u g 界面的图形窗口中可见。 标准入口函数是u f u s r o 或u f s t a 0 。 ( 2 ) e x t e r n a l 环境 e x t e r n a l 开发模式不在u g 环境中作为u g 的子进程运行，而是以奉e x e 的 方式在操作系统( w i n d o w sn t 2 0 0 0 x p 及u n i x ) 下直接运行。一般情况下， e x t e r n a l 模式应用于那些不需要图形界面的后台运行应用程序，例如打印机输 出或绘图仪等。 只有当u g 的部件( p a r t ) 文件被打开时才能调用访问u g 格式数据的函数。 绝大部分的u g o p e na p i 函数或子过程可以在以上两种模式下使用。只有极少 数的函数只能在内部模式中使用，这主要是用户界面函数。 2 2 1 4 u g o p e na p i 应用程序的初始化和终止 为了保证获取和释放u g o p e na p i 的执行许可权限，所有的u g o p e na p i 程序必须正确的初始化和终止。u g o p e na p i 提供的两个函数：u f i n i t i a l i z e ( ) 和u ft e r m i n a t e o ，可以完成这项工作。在应用程序中，为了获取执行许可权 限，声明变量之后第一个调用的u g o p e na p i 函数必须是u f i n i t i a l i z e ( ) 。为 8 了释放执行许可权限，最后一个调用的函数必须是u f _ _ t e r m i n a t e o 。 2 2 2 u g o p e ng r i p u g o p e ng r i p ( g r a p h i c si n t e r a c t i v ep r o g r a m m i n g ) 是一种专用的图形交互编 程语言，它与一般通用语言一样，有完整的语法规则、内部函数和程序结构。 用户通过g r i p 语言编程能够自动完成在u g 下进行参数化设计和绝大部分操 作，如实体建模、制造加工、工程制图、系统参数控制、图形修改和文件管理 等。g r i p 程序同样要经过编译、链接后，生成可执行程序才能运行，使用g r i p 进行编程的一般步骤如下。 编写源代码：利用文本编辑编写源代码，并且用扩展名g r x 存盘。 编译源程序：将源程序进行编译生成编译文件宰g r i 。如果在主程序中含有 子程序，那么主程序和子程序要分别进行编译，链接时两者会自动实现链接。 链接程序：将扩展名为g r i 的文件链接生成扩展名为g r x 的可执行的g r i p 文件。 运行程序：链接生成扩展名为g r x 的文件，它可以通过用户化的菜单或对 话框对其进行调用，也可通过u g 的菜单项【f i l e 】- 【e x e c u t e 】一【g r i p 】直 接运行。 运用u g o p e ng r i p 工具可以使各种比较复杂的三维造型功能通过比较简 单的语言程序实现，用户编制的数据文件可以通过用户编制的g r i p 主程序读 取，从而一系列不同规格标准件的三维实体可以通过一个主程序得到。与g r i p 语言相比，用a p i 函数编程则可实现功能更为复杂的操作。 2 2 3 u g o p e nm e n u s c r i p t u g o p e nm e n u s c r i p t 主要用于制作用户菜单，是u g 的辅助模块。通过该 模块用户可以利用a s c i i 文件来编辑u g 的菜单，菜单代码编译之后可以通过 无缝集成的方式嵌入用户开发的应用程序中，创建出u g 风格的菜单。u g o p e n m e n u s c r i p t 提供的菜单栏报告工具，还可以帮助用户查看定制的菜单，以及诊 断错误。菜单的自定义可以分为以下三个层次。 ( 1 ) 自定义菜单：该级别的定义不需要编程就能够实现。单个用户或者管 理员可以通过这种级别的自定义重新安排u g 的功能，产品开发过程中一些不 需要的功能可以通过该级别的自定义予以删除。 ( 2 ) 自定义u g 功能：单个用户或第三方开发商可以通过该级别的自定义 取代或者增加标准的u g 功能，自己定义的功能也可以通过该级别自定义添加 到用户开发的应用程序中。 ( 3 ) 添加自