（机械设计及理论专业论文）岸边集装箱起重机小车机构的参数化设计.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 岸边集装箱起重机( 简称岸桥) 是港口集装箱的主要搬运工具，随着世界物流的加 速发展，集装箱货运的发展也被大大推动，因而提高岸桥的设计生产效率势不可挡。岸 桥小车机构作为起吊功能部分是岸桥上重要的组成部分之一，其设计基本成熟，属于系 列化产品，为了提高企业在市场中的竞争力，必须提高这类产品的设计开发水平和设计 效率，避免重复劳动。 为解决这一问题，设计人员多采用三维设计软件对产品进行参数化设计，但由于这 类三维软件注重通用性，不可能过多地考虑具体产品设计时如何方便，高效地使用的问 题，因此对这些软件进行二次开发，结合具体产品，建立适应各企业产品的设计系统日 益受到重视。 本论文首先确定岸桥小车机构的主要技术参数和主要尺寸参数，整理并建立尺寸间 的关联关系和驱动关系，然后采用a c f i v e xa u t o m a t i o n 技术对三维制图软件s o l i de d g e 进行二次开发，实现了基于s o l i de d g e 的岸桥小车机构的尺寸参数化设计及自动装配功 能，并根据设计准则，建立了尺寸校核功能，方便设计人员及时校核并调整机构尺寸， 最后利用v i s u a lb a s i c 6 0 可视化编程工具建立了良好的人机界面，使操作方便简单。此 外，为了增强系统的功能，在设计开发的系统中对a n s y s 进行了封装，用户可以自动 调用a n s y s 程序对梁截面尺寸进行优化设计，在传统经验设计的基础上大大节省了结 构用料。 本研究开发的基于s o l i de d g e 的岸边集装箱起重机小车机构的参数化设计系统，已 在工厂的生产中得到应用，加快了企业对市场需求的响应速度，对提升企业的竞争力具 有重要的实际意义。 关键词：岸边集装箱起重机；a c t i v e xa u t o m a t i o n ；s o l i de d g e ；优化；a n s y s 岸边集装箱起重机小车机构的参数化设计 p a r a m e t r i cd e s i g no ft h ec r a bo nt h ec o n t a i n e rc r a n e a b s t r a c t t h ec o n t a i n e rc r a n ei sa ni m p o r t a n th a n d b a r r o wo ft h ec o n t a i n e r si nt h eh a r b o r a st h e a c c e l e r a t e dd e v e l o p m e n to fw o r l d w i d el o g i s t i c s ，t h ed e v e l o p m e n to fc o n t a i n e rf r e i g h th a s b e e nd r i v e ng r e a t l y a sar e s u l t ，i ti sn e c e s s a r yt oa d v a n c et h ed e s i g na n dp m d u e t i o n e f f i c i e n c yo fe n n t a i n e rc r a n e n ec r a bo nt h ec o n t a i n e rc r a n ei so n eo ft h em a i np a r t sa sa f u n c t i o no fr i s i n ga n ds w i n g i t sd e s i g ni sm a t u r i t ya n ds e r i e s ，s oi ti sv e r ys i g n i f i e a t i v et o a d v a n c et h ed e s i g nl e v e la n de f f i c i e n c yo nt h ec h a n c eo fi m p r o v i n gt h ec o m p a n y s c o m p e t i t i o n n l ce n g i n e e r sm o s t l yu s e3 de n g i n e e r i n gs o f t w a r et od e s i g np r o d u c t i o n sp a r a m e t r i c a l l y b u tt h i sk i n do fs o f t w a r ep a y sa t t e n t i o nt ou n i v e r s a l i t y , s oi tm a yn o tt h i n ka b o u tt h e c o n v e n i e n c ea n de f f i c i e n c yw h e nu s i n gi tt od e s i g nt h es p e c i f i cp r o d u c t i o n s n o wi tr e c e i v e s m o r ea t t e n t i o nt od e v e l o pt h es o f t w a r ef o rs p e c i f i cp r o d u c t s t h i sp a p e rf i r s t l ym a d es u r et h em a i nt e c l m i e a lp a r a m e t e r sa n dd i m e n s i o n s ，a n d e s t a b l i s h e dc o n n e c t i o na n da c u m t i o nr e l a t i o n s ，t h e ni n t r o d u c e dam e t h o dt h a ts o l i de d g eh a d b e e nd e v e l o p e db ya c t i v e xa u t o m a t i o n a n dt h et e c h n i q u eo fd e s i g n i n gt h ec r a bo ft h e c o n t a i n e rc r a n ep a r a m e t r i c a l l yb a s e do ns o l i de d g eh a sb e e nr e a l i z e d t h em a n - m a c h i n e i n t e r f a c ew h i c hc a nb eo p e r a t e de x p e d i e n t l yw a sc o n s t i t u t e db yv i s u a lb a s i c 6 0 i na d d i t i o n , t h es y s t e me n c a p s u l a t e da n s y s ，w h i c hc a nb eu s e dt oo p t i m i z et h es e c t i o no f 舀概t o r e d u c et h ev o l u m eo f m a t e r i a l t h ed e v e l o p e ds y s t e mi nt l l i sp a p e rh a sb e e nu s e di n t h ec o m p a n y i th e l p e dt h i s c o m p a n yr e s p o n dt h em a r k e td e m a n d sr a p i d l ya n di m p r o v et h ec o m p a n y sc o m p e t i t i o n c a p a c i t yg r e a t l y k e yw o r d s ：t h ec o n t a i n e rc r a n e ；a c t i v e x a u t o m a t i o n ；s o l i de d g e ；o p t i m i z a t i o n ；a n s y s 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，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的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：焦兰：翌日期：2 丑! ! ：型 大连理工大学硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交 学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：! 圭兰! 茎 导师签名：j 铷导师签名：兰刍兰坠 丑年旦月目 大连理工大学硕士学位论文 1绪论 1 1 岸边集装箱起重机概述 世界物流的加速大大推进了集装箱货运的发展。岸边集装箱起重机( 简称岸桥) 是集 装箱船与码头前沿之间装卸集装箱的主要设备。个别码头还利用岸桥的大跨距和大后伸 距直接进行堆场作业。岸桥的装卸能力和速度直接决定码头作业生产率，因此岸桥是港 口集装箱装卸的主力设备，所以不断有大型的岸桥被设计制造，如图1 1 所示。 岸桥伴随着集装箱运输船舶大型化的蓬勃发展和技术进步而在不断更新换代，科技 含量越来越高，正朝着大型化、高速化、自动化和智能化，以及高可靠性、长寿命、低 能耗、环保型方向发展。 图1 1 大型岸桥照片 f i g 1 1 p i c t u r e so f t h ec o n t a i n e r c r a n e 经过十多年的发展，我国己经从一个港口集装箱机械的进口国，一跃成为世界上最 大的港口集装箱机械生产国和出口国。对于大型集装箱起重机的制造企业来说，设计的 质量和设计的效率都是至关重要的。而在起重机结构设计计算中目前仍沿用手工建模、 手工提取计算结果的做法，这种做法有很明显的局限性，工作量非常繁重，可以说是属 于“体力性”的脑力劳动。低效率的设计计算方法己严重不适应企业的需要，成了设计 工作中的瓶颈。鉴于此，本文提出的参数化建模方式可以提高像岸桥这种系列化产品的 设计开发周期，大大提高了设计效率和企业的市场竞争力。 岸桥小车机构是起吊功能部分，零部件比较集中，是重要的组成部分之一。对岸桥 小车的三维设计一般遵循先设计零部件模型后装配成整车的设计思路，对于成熟的设 计，可开发出参数化设计系统，减少装配时间，提高效率。 岸边集装箱起重机小车机构的参数化设计 1 2 国内外c a d 技术的发展和机械c a d 1 2 1c a d 技术在国外的产生和发展 c a d ( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) 指使用计算机系统进行设计的全过程，包括资料检索、 方案构思、零件造型、工程分析、工程制图、文档编制等。由于它的辅助作用已经可以 遍及到设计的各个阶段，因而c a d 很快成为一门新兴的学科，在工程界的关注和支持 下，得到迅速的发展和日益的完善。 在c a d 的发展过程中，可以概括出四次重大的技术革命。 在2 0 世纪6 0 年代初，c a d c a m 的雏形形成，是由美国麻省理工大学m i t 开发的 名为s k e t c h a p 的计算机交互图形处理系统。随着计算机软、硬件的发展，逐步形成了 c a d 系统，将计算机应用于设计过程。但是直到7 0 年代中期，c a d 开始进入应用阶段， 但仍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，需要配备价格昂 贵的大型计算机系统。 2 0 世纪7 0 年代后期，飞机和汽车工业进入蓬勃发展的时期，但是在制造过程中却 遇到了大量的自由曲面的问题。贝塞尔算法的提出使计算机处理曲线和曲面问题变得可 行，法国达索飞机制造公司在二维绘图系统c a d a m 的基础上，率先开发出以表面模型 为特点的自由曲面建模的方法，推出了三维曲面造型系统c a t i a 1 1 。三维曲面造型系统 的出现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近似表达曲 面的落后工作方式。由于c a d 软件的昂贵价格，也被称为“贵族化”的曲面造型系统 f 2 】。 2 0 世纪8 0 年代初期，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 零件的其他特性，如质量、重心、惯性矩等，对c a e 十分不利，最大问题在于分析的 前处理特别困难。s d r c 公司基于对c a d c a e 一体化技术发展的探索，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- i d e a s 。由于实体造 型技术能精确地表达零件的全部属性，在理论上有助于统一c a d 、c a e 、c a m 的模型 表达，因此实体造型技术的应用标志着c a d 发展的第二次技术革命。 2 0 世纪8 0 年代中期，c a d 技术的研究又有了重大进展，即参数化实体造型方法。 该方法有着这样的特点；基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改等【3 1 。 p t c ( p a r a m e t r i ct e c l m o l o g yc r o p ) 公司推出了最早的参数化软件p r o e n g i n e e r 。进入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、零部件设计上的简 单易行的优势，因而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吼 2 0 世纪9 0 年代初期，s d r c 公司的设计人员发现了参数化技术的许多不足之处： 大连理工大学硕士学位论文 首先，“全尺寸约束”干扰和制约着设计者创造力及想象力的发挥；其次，如在设计中 关键形体的拓扑关系发生改变，失去了某些约束特征也会造成系统数据混乱。于是s d r c 提出了比参数化技术更先进的实体造型技术变量化技术，经过三年努力，终于推出 了全新体系的i - d e a sm a s t e rs e r i e s 软件。变量化技术成就了s d r c ，也促成了c a d 技 术发展的第四次技术革命。 当今c a d 技术是计算机在工程中最有影响的应用技术，作为现代工程制造技术的 重要组成部分，促进了研究成果的开发和转化，促进了传统产业和学科的更新与制造， 实现设计自动化，增强了企业及其产品在市场上的竞争力，是加强国民经济发展的一项 关键性高新技术。 1 2 。2c a o 技术在我国的发展 我国的c a d 技术尽管在研究、开发和推广应用等方面起步比较晚，却也取得了一 定的成绩，但与工业发达国家相比，无论在开发还是应用的广度与深度方面，仍存在较 大差距。 c a d 技术在2 0 世纪6 0 年代首先出现在西方工业发达国家，而且一直倍受重视， 巨额的资金投入促进了基础理论的研究和软件的开发。相反，我国的c a d 技术虽起步 于6 0 年代末，几乎与工业发达国家同步，但资金投入不足及软件商业化程度低的原因 导致了c a d 基础理论相对落后。在参数化技术方面，我国仍处于不断完善二维图形参 数化技术阶段，而欧美已出现较为成熟的三维参数化c a d 软件系统，它们利用其强大 的技术优势基本占领了国际市场和一部分国内市场。国内自主版权的c a d 软件如高华 c a d 、电子图板c a x a 、开目c a d 等软件技术含量相对较低，主要面向国内市场，提 供操作简便的二维工程图设计平台。c a d 技术的应用可以起到提高企业的设计效率、 优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期等的作用，经过多年的投入和 推广，我国c a d 技术已经基本广泛应用在机械、电子、航空、建筑等行业。概括来说， 我国c a d 技术的差距主要表现在以下四个方面：1 具有自主版权和设计功能的c a d 应 用软件较少；2 自主开发的c a d 应用软件商品化程度较低；3 引进c a d 软件的功能尚 未得到充分开发和利用；4 不同行业和地区间的c a d 应用程度参差不齐。 近年来，我国c a d 技术的研究也取得了长足的进步，在三维实体造型技术方面达 到了世界先进水平。由于微机功能不断增强，很多设计已经转移到微机上完成，而在微 机平台上开发c a d c a m 软件是一个全新的领域，只要我们能认清自己的优势、了解国 内市场、得到技术支持，并跟踪国际先进c a d 技术，遵循各种国际规范，就可以开发 出符合自己习惯、有特色的c a d 软件产品。 岸边集装箱起重机小车机构的参数化设计 1 2 3 机械c a d 的概述 对于机械c a d 系统有着这样几个特点，首先，在设计时可以使用多种分析方法求 取设计参数，运用系统工程进行方案设计，从系统的整体来检查产品的性能，使设计方 案达到最优；而且，在c a d 系统中引进了大量的分析和计算方法，如有限元法、有限 差分法、数值积分法等对整机进行各种分析计算，从而大大提高设计计算精度，此外对 机械的研究已从静态分析逐步发展到动态分析，从而可以实现对机械故障的诊断和寿命 的预测；再者，c a d 系统具有强有力的图形处理和数据处理功能，能让设计者确认和 及时修改图形，直到满意为止，数据库不仅存储着大量分析、计算、比较所需的数据资 料，而且还能对分析计算所得结果进行必要的处理和存储，因而图形处理能力和数据库 功能的强弱是衡量一个c a d 系统性能的重要指标；另外，c a d 系统可以大大缩短设计 周期，并提高设计质量，由于c a d 系统可以与计算机辅助制造系统c a m ( c o m p u t e r a i d e dm a n u f a c t u r e ) 联成一体，从而实现设计制造一体化，大大降低产品成本。 进入9 0 年代，国内自主版权的c a d 软件走向成熟，为企业的技术进步发挥了重要 作用。机械c a d 主要朝着以下几个特点发展：第一、逐步向专业型c a d 软件发展，主 要提供绘图、标注、图形库、输出等功能，也有钣金下料等辅助功能，独立开发的机械 c a d 软件可以针对机械行业和工程图的特点开发更多使用的功能；第二、操作方式的 智能化、宜人化、智能化的目的是不断提高计算机辅助的水平，减少用户的信息输入量 和记忆量，提高工作效率；第三、提供参数化设计功能；第四、提供工程图形库和建库 工具，由于在各行业中使用的标准件不同，c a d 软件应提供标准件的建库工具，目前 较为流行的建库方法是交互绘图，然后直接进行参数化的建库方式，但只有少数c a d 系统提供这一功能；第五、提供图纸管理和查询功能，目前许多c a d 软件都不同程度 地提供了图纸管理模块，可以根据图纸的名称、图号等参数来进行搜索和调用图纸，还 提供了根据零件类别、材料进行分类和查询统计的功能；第六、方便装配图的设计，一 些先进的c a d 系统可以自动生成零件明细表和整个产品的b o m 表，并可生成d b f 文 件，与数据库软件集成。 1 3 参数化技术的发展及现状 参数化就是将设计要求、设计目标、设计原则、设计方法与设计结果用可以改变的 参数和明确统一的模型来表示，以便在人机交互过程中根据实际情况加以修改的技术。 参数化技术以几何约束关系建立产品的参数化模型，修改参数化模型的参数可得到同系 列不同尺寸的产品，因此参数化技术适合于系列化设计。参数化设计使产品模型以尺寸 参数与其他设计参数统一起来，以实现产品的自动化设计，从而提高产品设计的智能化 大连理工大学硕士学位论文 水平。 1 3 1 参数化技术的发展 参数化技术的研究在国外最早可以追溯到2 0 世纪6 0 年代，s u t h e r l a n d 在开发的 s k e t c h p a d 系统中，首次将几何约束表示为非线性方程组来确定二维几何形体的位置【4 】。 在s u t h e r l a n d 的研究基础上，很多研究人员又做出了大量的研究工作。从6 0 年代至今， 参数化技术的发展可以大致划分为4 个阶段：6 0 - 7 0 年代的萌芽期、7 0 8 0 年代的开创期、 8 0 - 9 0 年代的发展期，9 0 年代至今的基于知识的参数化理论时期，参数化方法在此过程 正逐步完善，并在实践中广泛应用【5 1 ，比如国外的a u t o c a d ，u g ，p r o e n g i n e e r 以及 c a t t a 等二维、三维软件都具有较强的参数化设计功能与三维特征造型功能。国内的 大多数参数化设计仅限于二维绘图功能，具有参数化功能的特征造型系统还处在研究阶 段。近二十年来，由于c a d 技术在我国得到了迅速的发展，因而作为c a d 技术重要内 容的参数化技术也在得到不断的深入研究，所以虽然相对于国外而言，我们的起步有些 晚，但是各种参数化设计的理论方法仍相继产生。 根据图形重建的方法，可以将参数化技术分为两类：程序参数化与交互参数化。程 序参数化将生成图形的过程编制成程序，程序的流程就是图形的生成步骤。这种参数化 方法求解快，不需要通用的推理算法，但是程序参数化专用性很强，一个程序只能设计 一个固定的图形，而且程序比较复杂，对复杂产品的图形进行参数化很不经济。程序参 数化一般应用在结构比较稳定、拓扑结构比较简单、数据计算量大的产品设计中。交互 参数化则需要建立几何图形的几何约束模型以表达设计意图，并通过统一的几何推理算 法( 几何约束求解器) 重新求解图形的各个元素，以得到整个新的图形。交互参数化方 法重在建立图形的统一表示模型，对任何图形都采用统一的求解算法，因此参数化实现 方法相对简练，适用于通用的c a d 系统。 变量化技术是参数化技术的进一步发展。变量化技术也是以几何约束系统来表示几 何模型，并通过求解几何约束系统的非线性方程组实现变量化模型的求解。在变量化图 形的几何约束系统中，几何约束方向没有确定，在几何约束求解时经几何推理得到。与 变量化建模相比，参数化建模偏重于图形生成的过程，记录信息是顺序生成的几何元素 之间的约束关系，这种记录过程与几何元素的生成次序有关。而变量化建模侧重于几何 元素之间的约束关系，即设计者包含在图形中的设计意图，与设计的过程关系不大。变 量化建模将各几何元素之间的约束关系转化为非线性约束方程组，通过联立求解来重建 图形，因此变量化设计是允许欠约束的设计，允许用户不必关心约束设置的顺序，符合 用户的设计习惯。严格意义讲，参数化设计是变量化设计的子集。 岸边集装箱起重机小车机构的参数化设计 1 3 2 参数化技术现状 在产品设计过程中，参数化技术可以支持产品设计初期的概念设计。由于这个阶段 产品模型处于不确定阶段，图形只能用几何约束模型表示，而不适合以精确图形表达。 以几何约束模型表示产品的工程图形，其尺寸参数作为待定参数，在后续设计中逐步修 改，最终达到设计目标的精确模型。参数化技术在近似结构产品的变形设计、成组设计 等场合也得到了广泛的应用。对于结构相同而尺寸不同的一族零件，只需要定义同一个 参数化模型，就可以通过改变尺寸参数产生近似的零件。这样以来，产品数据管理( p d m ) 就可以借助通用数据库技术来实现。由于参数化模型的结构特征唯一性，对于需要进行 尺寸优化的产品设计，可以借助几何约束模型来提供对优化过程的支持。 大型装配体的参数化一直是参数化研究中的难点。装配体的参数化，是对装配模型 的参数化，它是参数化方法在装配建模中的应用。装配件建模是并行工程的研究重点， 是面向装配的设计( d f a ) 等先进设计技术的基础。装配系统的参数化，需要建立装配 信息模型和装配约束模型，还要对组成装配体的零部件分别实现参数化建模，以及整个 装配图的几何约束表达，使设计过程中零件的进化在装配体中得到同步更新。在无参数 化功能的c a d 系统中，生成装配图需要将相关零件图打散并组装在一起，且对零件图 的尺寸与结构更新后，装配图不会自动更新。将装配系统参数化后，将各零件图的几何 约束系统通过装配约束关系关联起来，对零件图的编辑会将几何约束的改变传播到其他 相关零件的几何约束模型中，引起整个装配系统的更新。由于装配约束关系的特殊性， 以及装配模型的复杂性，使得装配体的参数化比单个零件的参数化较为复杂。 参数化技术在其他图形系统中的应用还没有得到广泛推广，但是由于图形系统中图 形绘制与编辑操作的共性，可以根据需要利用参数化技术来提高图形有关操作的自动化 水平。 1 4 本课题的研究目的、意义和内容 1 4 1 课题研究的目的和意义 为了提高企业在市场中的竞争力，设计人员正在广泛使用高效快捷的设计手段，即 应用s o l i de d g e 、u g 、p r o e 等大量三维c a d 设计软件。但是这类软件由于注重通用 性，不可能过多地考虑具体产品设计时如何方便高效地使用的问题，也不具备一些与特 定产品或企业密切相关的专用功能。因此基于这些通用软件进行二次开发，结合具体产 品，建立适应各企业产品的设计系统日益受到重视。把参数化特征造型技术应用到具体 的产品设计上，可以大大提高设计人员的效率，避免大量重复的工作，降低新产品研发 的成本。这正是许多企业所希望的。但受到目前整体二次开发水平的限制，以及其它诸 一6 一 大连理工大学硕士学位论文 多条件的影响，要建立完全开放性的系列化设计信息系统还比较难，但毕竟这是发展的 趋势。 本论文就是结合以上背景，研究基于s o l i de d g e 的岸桥小车机构的参数化设计系统。 岸桥小车机构是在岸桥上使集装箱或吊具和上架做水平往复运动的机构总成【6 】。用v b 对s o l i de d g e 进行二次开发，制作岸桥小车机构，使得小车中各零部件的结构参数化， 实现其尺寸驱动及自动化装配。这样在生产加工中只须改动相关尺寸，就可以设计出变 形产品，有利于缩短生产周期，提高生产效率，增强企业的竞争力。 1 4 2 课题研究内容 产品是由一个或多个零件组成，当其中一个零件的形状和尺寸改变时，就会引起多 个零件的形状和尺寸同时发生变化。要同时驱动这些参数的变化，达到设计要求，就必 须实现装配参数化设计。本文就是利用三维c a d 软件s o l i de d g e ，研究如何实现装配参 数化设计。具体包括以下几方面的内容： ( 1 ) 小车各部分的结构设计计算； ( 2 ) 整理小车各功能区及功能区中零部件的关联尺寸和驱动关系； 0 ) s o l i de d g e 的参数化设计方法及其二次开发技术； ( 4 ) 针对岸桥小车模型，提出可行的系统开发办法； ( 5 ) 通过v i s u a lb a s i c 编程语言实现岸桥小车结构的参数化控制和自动装配； ( 6 ) 通过二次开发a n s y s 软件对小车中起升滑轮支撑梁进行优化设计。 岸边集装箱起重机小车机构的参数化设计 2s o ii de d g e 的二次开发技术 2 1 s o i de d g e 简介 s o l i de d g e 软件是为机械行业量身定做的计算机辅助设计( c a d ) 软件，用于进行 机械装配、零件建模和工程图生成。s o l i de d g e 软件采用“流”( s t r e a m ) 技术开发而 成，利用推理逻辑和决策管理等概念，能领会设计师实体建模的设计意图，因而使得 s o l i de d g e 具有卓越的性能、良好的用户界面，使软件易学易用，确保绝大多数用户提 高生产效率【1 2 l 。 s o l i de d g e 作为中端的c a d 软件包，提供了杰出的机械装配设计和制图性能、高效 的实体造型能力、无与伦比的易用性，具有多数c a d 软件所不具备的特殊特点 1 3 - 1 5 】： ( 1 ) 友好的界面。用户只要按下命令钮，就会在s m a r t r i b b o n 上看到该命令的具体 内容和详细步骤，同时会在状态条上提示用户下一步该如何操作。 ( 2 ) 方便的装配设计和管理功能。在s o l i de d g e 的装配环境中可以设计新的零件， 利用相邻零件的几何形状保证精确的配合功能。采用了自顶向下和自底向上的设计技 术，简化了大装配件的装配过程。软件也支持多个设计者同时对相同的装配进行工作， 可以彼此之间直接访问当前的设计。 ( 3 ) 二维用户提供三维性能。在s o l i de d g e 工程图模块中，打开a u t o c a d 或二维 i g e s 文件获得零件的二维表达，通过复制粘贴操作就可以放置二维几何图形作为特征 轮廓用于三维实体造型。 ( 4 ) s o l i de d g e 是基于参数和特征实体造型的c a d 系统。设计人员完全可以利用参 数化技术，完成机械零件或装配件的造型，并可把s o l i de d g e 特征保存在特征库内 供以后使用。在二维状态下，用户可以任意徒手绘图，通过h t e l l i s k e t c h 技术抓取各种 特殊点，在标注尺寸后，参数化地驱动图形，使得设计修改简单易行。 ( 5 ) 采用的特征造型技术，可以记录设计的全部过程。可以在特征管理器中浏览、 修改特征，甚至改变特征的次序。使设计人员在发现设计有误时，修改极为方便。只需 重新编辑特征，系统将按照最新的修改重新计算零件。 ( 6 ) 工程图模块。在s o l i de d g e 中不管是实体零件、装配模型还是草图设计，都能 快速生成工程视图。工程图模块专为机械制图而开发，为用户提供了优秀的图纸生成、 标注和尺寸控制方法，并自动应用所需要的机械制图标准。 ( 7 ) s o l i de d g e 的变量表技术。用户可以利用s o l i de d g e 变量表技术，针对一些关键 尺寸建立数学关系式，用户只要修改关键尺寸，就可以得到形状和性能各异的零件，并 大连理工大学硕士学位论文 通过零件族的功能存储起来。这样，工程师设计了一个零件后，实际上是设计了一个系 列产品。 s o f i de d g e 完全支持o l e 的标准并提供了自动化接口，用户可以使用开发语言，如 v b 或v c 对其进行二次开发，编写具有自己企业特点的应用程序。 2 2v i s u a ib a s i c 6 o 简介 v i s u a lb a s i c ( 以下简称) 是美国微软公司推出的w i n d o w s 环境下的软件开发工 具，使用v b 可以快速开发w m d o w s 应用软件。随着组件对象的不断发展，以及i n t e m e t 应用的不断普及，v b 也在不断地进步。在它的带动下，与其相关的v i s u a lc + + 、d e l p l l i 、 p o w e r b l l i l d e r 等开发工具相继出现。但由于v b 功能强大且简单易用，特别是在数据库、 多媒体、商用系统的应用及对一般应用程序的开发设计等方面，v b 仍然具有不可取代 的优势。v b 作为开发w i n d o w s 应用程序的工具，它具有以下的特点【1 日： ( 1 ) v b 是可视化的设计平台。v i s u a l 是“可视化”的意思，采用直观的编程方法， 通过使用窗口、控件来设计工程界面，v b 把w i n d o w s 的应用程序中界面设计的复杂化 “封装”起来，用户不用写大量的代码行来描述和控制界面元素的位置、大小等，只是 通过鼠标选择v b 提供的工具( 按钮、文本框、列表框等控件) ，并对控件的属性进行 设置来改变其外观，就可以方便快捷地设计出工程界面，大大提高了编写程序的效率。 ( 2 ) v b 提供面向对象的设计方法。对象可以是窗体和控件，也可以是一个应用程序， 它是代码和数据的组合封装。在设计对象时，不用编写每个对象的程序代码，而是在把 它们画在界面上的同时，由v b 自动生成对象的程序代码并封装起来，避免了编写程序 的麻烦。 ( 3 ) v b 通过事件驱动来执行对象的操作。在事件驱动的程序中，代码不是按照预定 的路径执行，而是在响应不同的事件时执行不同的代码模块。每个对象都有一个事件集， 每个事件发生都要有相应的程序代码来响应。事件可以由用户操作触发，也可以由操作 系统或其他甚至本身的应用程序的消息触发。事件的顺序决定了代码执行的顺序。 “) 交互式的程序开发过程。传统的编程过程中，如果编写的源程序中出现错误， 只有在编译和运行时才会被编译器捕捉，此时必须先返回编辑状态修改错误，然后再编 译、连接和运行，直到正确为止。v b 采用的是交互式方法开发应用程序，v b 编程在输 入代码时便进行解释，及时捕获并突出显示大多数语法或拼写错误，同时将出现警告对 话框，并将出错的源代码以红色显示，方便用户及时修改程序。 ( 5 ) 提供强大的数据库访问工具。随着计算机技术的发展，数据库越来越显示出其 强大的数据存储和数据管理能力，为了满足人们对数据库的需要，v b 提供了强大的数 一9 一 岸边集装箱起重机小车机构的参数化设计 据库程序设计能力。它不仅能管理m i c r o s o f ta c c e s s 格式的数据库，还能访问其他外部 数据库，如f o x p r o ，p a r a d o x 等格式的数据库。另外，v b 还提供了开放式数据库连接 ( o d b c ) 功能，可以通过直接访问或建立连接的方式使用并操作后台大型网络数据库， 如s q ls e r v e r ，o r a c l e 等。 ( 6 ) 提供创建强大的i n t e r n e t 应用程序工具。使用v b 新的i n t e m e t 编程特征，可以 利用v b 提供的工具创建动态的、功能强大的i n t e r a c t 应用程序，可以创建运行在客户 端或服务器端的应用程序，在基于窗体的应用程序中使用h t m l 页面，或在w e b 上使 用a c t i v e x 部件。此外，还可以方便迅速地将应用程序发布到i n t e r n e t 上。 ( 7 ) 充分利用w i n d o w s 资源。v b 提供的动态数据交换( d d e ) 编程技术可以在应 用程序中实现与其他w i n d o w s 应用程序建立动态数据交换、在不同的应用程序之间进 行通信的功能。v b 提供的对象链接与嵌入( 0 l e ) 技术是将每个应用程序都看作对象， 将不同的对象链接起来，嵌入到某个应用程序中，从而可以得到具有图像、动画、文字 等各种信息的集合式文件。v b 还可以通过动态链接库( d u 。) 技术将c c + + 等语言编 写的程序加入到v b 的应用程序中。 2 3 二次开发技术 2 3 1a c t i v o xa u t o c r a t i o n 技术 a c t i v e xa u t o m a t i o n 是m i c r o s o t t 公司提出的一个基于c o m ( c o m p o n e n to b j e c t m o d e l ，组件对象模型) 的技术标准，以前被称为o l e ( o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d d i n g ， 对象链接与嵌入) 技术，其宗旨是在w i n d o w s 系统的统一管理下，协调不同的应用程 序，准许这些应用程序之间相互沟通、相互控制。每个应用程序可以决定自己的哪些信 息可以暴露出来，这些暴露出来的信息可以被其他应用程序所操纵。 a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术通过在两个程序间安排对话，达到一个程序控制另一个程 序的目的，但是这种对话不是双向的，对话的双方也不是平等的。客户程序( c l i e n t ) 是开始要求对话的应用程序，服务程序( s e r v e r ) 是响应c l i e n t 的应用程序。a c t i v c x a u t o m a t i o n 的代码在c l i e n t 上运行，而这些代码所控制的动作由s e r v e r 执行。 一个应用程序控制另一个应用程序的过程一般是这样的：首先，一个应用程序决定 引发a c t i v e xa u t o m a t i o n 操作，这个应用程序自动成为c l i e n t ，被它调用的应用程序为 s e r v e r 。s e r v e r 收到对话的请求后，决定暴露哪些对象给c l i e n t 。在给定的时期，由c l i e n t 决定使用哪些对象。然后a e t i v e x a u t o m a t i o n 命令被传给s e r v e r ，由s e r v e r 对这些命令 做出反应。c l i e n t 可以持续地发出命令，s e r v e r 忠实她执行每一条命令，最后由s e r v e r 提出终止对话。 大连理工大学硕士学位论文 二次开发s o l i de d g e 是将s o l i de d g e 理解为一个服务程序s e r v e r ，而二次开发出来 的程序作为客户程序c l i e n t 。用户只要在客户程序上进行操作，客户程序将驱动s o l i d e d g e 完成相关的工作。 2 3 2s o | _ de d g e 的对象层次结构 面向对象程序中的对象之间一般通过被称为对象模型或者以对象层次结构的形式 相互联系。只有很好地理解各种构成自动操作界面的层次结构，才能顺利地进行s o l i d e d g e 的二次开发工作。s o l i d e d g e 的对象层次结构可以描述为自上而下的树结构，其根 节点对象通常是一个应用。s o l i de d g e 拥有四种工作环境：零件( p a r t ) 、钣金( s h e e t m e t a l ) 、装配( a s s e m b l y ) 和工程图( d r a f t ) 。其中，零件和钣金共用一个对象层次结 构，而装配和工程图分别拥有各自独立的层次结构。根节点作为应用对象是唯一一个允 许开发程序直接访问的对象，可以也只能通过该对象才能访问其下级的所有对象。 图2 1 所示为四种工作环境的简单对象层次结构，a p p l i c a t i o n 指s o l i de d g e 应用程 序，d o c u m e n t s 是一个集合对象，它包含了前面提到的四种工作环境。要访问某一工作 环境，首先必须得到它的文档对象d o c u m e n t ，这里可以选择进入不同的工作环境。许 多属性和方法适用于所有的文档类型，还有些属性和方法仅针对特定的文档类型。在交 互方式下工作时，可以通过开始菜单选择进入不同的应用环境，从而创建或调用不同的 文档对象，而当通过编程实现自动操作时，就要使用不同的程序语句来启动s o l i de d g e 的各应用环境【l ”。 图2 1 对象的层次结构 f i g 2 1h i b e r a r c h yo f o b j e a s 岸边集装箱起重机小车机构的参数化设计 2 4v b 与s o ii de d g e 的接口 2 4 1 引用s o i de d g e 类型库 由于v b 的强大功能和特点，并且支持o l e 自动化技术，使不同程序之间可以进 行相互通讯。s o l i de d g e 软件提供了大量与v b 接口的类型库，在进行二次开发以前， 必须包括以下的类型库，才能通过o l e 自动访问s o l i de d g e 提供的主要对象，在此基 础上进行二次开发。 s o l i d e d g e a s s e m b l y t y p e l i b r a r y ：装配类型库( a s s e m b l y t l b ) 。 s o l i de d g ec o n s t a n t st y p el i b r a r y ：常数类型库( c o n s t a n t t l b ) ，包含了s o h de d g e 中 使用的所有常数。在任何将常数作为输入、输出的地方，这些常数也可以包含在类型库 中。 s o l i de d g ed r a f tt y p el i b r a r y 制图类型库( d r a f t t l b ) 。 s o l i de d g ef i l ep r o p e r t i e so b j e c tl i b r a r y ：文件属性对象库( p r o p a u t o d 1 1 ) ，使用时不 需要启动s o l i de d g e ( 拥有类型库作为内建资源) 。 s o l i de d g ef r a m e w o r kt y p el i b r a r y ：框架结构类型库( f r a m e w o r k f i b ) ，这是s o l i d e d g e 的基础结构层。 s o l i de d g ef r a m e w o r k s u p p o r tt y p el i b r a r y ：框架结构支持类型库( f w k s u p p f i b ) ，支 持二维对象，主要用于制图、草图环境中，如布局、轮廓等。 s o l d e d g e g e o m e t r y t y p e l i b r a r y ：几何类型库( g e o m e t r y t l b ) 。 s o l de d g ep a r t st y p el i b r a r y ：零件和钣金类型库( p a r t r i b ) 。 s o l i d e d g e r e v i s i o n m a n a g e r o b j e c t l i b r a r y ：版本管理对象库( r e v m g r t l b ) 。 若想通过a c f i v e xa u t o m a t i o n