（机械设计及理论专业论文）机构创新设计cad系统.pdf

贵卅【大学机械工程与自动化学院2 0 0 2 级硕士毕业论文 摘要 随着c a d c a m c i m s 技术的不断发展，企业结合实际需求，以结构设计和强 度分析为基础，对三维c a d 软件进行二次开发，研制适合自身行业特点的专业应 用软件，是提高设计效率，缩短设计周期，提升设计水平，增强企业市场竞争力 的有效手段。 目时机构c a d 系统的二次开发，主要集中在二维参数化绘图方面，而对机构 特于i j ! 参数化造型方面涉及很少。二维c a d 的最大不足是不能为仿真装配、仿真运 动、仿典分析等有限元分析提供模型。本课题结合机构设计的现状和三维c a d 软件目前的特点，以s o li d w o r k s 2 0 0 4 为平台进 t r - ：次开发，开发机构创新设计 c a d 系统。该软件能实现机构构件的直接组装，机构动态仿真，机构运动结果输 出等功能，避免了传统机构设计中采用实体样机模型所需的费用，具有较好的经 济效益。本课题所做的主要工作如下： 1 分析总结各种三维建模软件的特点，并结合机构创新设计实际需要j “选择 s 0 1 i d w o r k s 为软件平台，用v c + + 作为开发工具的二次开发方法。该软件的开发 方法对其它c a d 软件的二次开发具有启发和借鉴作用。 2 分析机构构件的结构特征如常用j i 级杆组，用基于特征的建模的方法实现 机构构件的建模。 3 熬悉s o l i d w o r k sa p i 函数，了解其对象、属性、方法。调用a p i 函数建 立机构构件的后台生成，机构的目动装配，动态仿真等功能模块。 关键词：s o l i d w o r k s ；a p z ；二次开发；c a d ：仿真 i n 垦型奎兰垫塑兰塑量! 垫些兰堕! ! 丝堡堡主堂、业堡苎 c a d s y s t e mf o rm e c h a n i s mi n n o v a t i o nd e s i g n a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fc a d ，c a ma n dc i m s p r o f e s s i o n a l s o f t w a r e a sar e s u l to f3 dc a da p p l i c a t i o nr e d e v e l o p m e n tb a s e do n s t r u c t u r a ld e s i g na n ds t r e s sa n a l y s i s ，i sau s e f u lt o o lt oi m p r o v ed e s i g n e f f i c i e n c y , s h o r t e nd e s i g nt i m ea n db u i l dt h ee n t e r p r i s em o r ea b i l i t yo f c o m p e t i t i o n c u r r e n t l y , s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t o fc a ds y s t e mo nt h e m e c h a n i s mm a i n l yc o n c e n t r a t e so np a r a m e t r i cd r a w i n gi nt w o d i m e n s i o n ， a n dh a r d l yi n v o l v ei np a r a m e t r i cm o d e lo fp r o p e r t yo nm e c h a n i s m c a d o ft w o d i m e n s i o ni st h eb i g g e s td i s a d v a n t a g et h a ti td o e sn o tp r o v i d e m o d e lf o re m u l a t i o n a la s s e m b l y , m o v e m e n ta n da n a l y s i s c o m b i n i n g a c t u a l i t yo fm e c h a n i s md e s i g na n dt r a i to f3 dc a ds o f l w a r e s t a k i n g s o l i d w o r k s2 0 0 4a sp r o g r a m i n gp l a t f o r mf o rs e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ， t h ec a ds y s t e mf o rm e c h a n i s mi n n o v a t i o nd e s i g nh a sb e e nd e v e l o p e d t h i s s o f t w a r es y s t e mh a ss p e c i a lf u n e t i o n ss u c ha sd i r e c ta s s e m b l yo f m e m b e r s ，t h em e c h a n i s m sd y n a m i ce m u l a t i o na n de x p o r t i n gr e s u l to f m o v e m e n ta n d e t c t h es y s t e ma v o i d se x p e n s e so fe n t i t ym o d e li n t r a d i t i o n a ld e s i g na n dh a sm o r ee c o n o m i cb e n e f i tt h a nt r a d i t i o n a ld e s i g n t h i ss u b e c tm a i n l yf o c u s e so na sf o l l o w s ： 1 g e n e r a l i z i n gt h ef e a t u r eo fe v e r yk i n do f3 dc a ds o f t w a r ea n d c o m b i n i n gt h ep r a c t i c a ln e e do fm e c h a n i s m si n n o v a t i o nd e s i g n ，t h e a u t h o rc h o i c e ss o l i d w b r k sa sd e v e l o p m e n tp l a t f o r m v i s u a lc + + 6 0j sa d e v e l o p e dt 0 0 1 t b ee x p l o i t i n gm e t h o di su s e f u lf o ro t h e rc a ds o f t w a r e s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t 2 t h ea u t h o ra n a l y z st h ec h a r a c t e ro fm e c h a n i s m sp a r t s a n da d o p t s t h e m o d e l i n g m e t h o db a s e do nc h a r a c t e rt om o d e lm e m b e r so f m e c h a n i s m 3 a c q u a i n t i n ga p io fs o l i d w b r k sa n dk n o w i n go b j e c t s m e t h o d s a n ( 1p r o p e r t i e so fa p i b yu s i n gf u n c t i o n so fa p i t h ea u t h o re s t a b l i s h s m o d e l sw h i c ha c h i e v es p e c i a lf u n c t i o n ss u c ha sb u i l d i n gm e m b e r so f m c c h a n i s mi nb a c k g r o u n d ，a u t o m a t i c a l l ya s s e m b l i n gm e c h a n i s m ，t h e m e c h a n i s m sd y n a m i ce m u l a t i o na n de t c k e yw o r d s ：s o l i d w o r k s ；a p i ；c a d ：s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ；e m u l a t i o n i v 贵i i 1 大学机械工程与自动化学院2 0 0 2 级硕士毕业论文 1 l l 刖舌 计算机辅助设计c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 是设计人员借助丁计算机进行设计的方 法。其特点是将人的创造能力和计算机的高速运算能力，巨大存储能力和逻辑判断能力很好 地结合起来。在工程、产品设计中，许多繁重的工作，例如非常复杂的数学和力学计算，多 种设计方案的提出、综合分析比较与优化，_ t 程图样及生产管理信息的输出等，均可由计算 机完成。设计人员则可对计算、处理的中间结果作果作出判断、修改，以便更有效地完成设 计工作。计算机辅助设计能极大地提高设计质量，减轻设计人员的劳动，缩短设计周期，降 低产品成本为开发新产品和新丁艺创造了有利条件。目前，c a d 技术在我国正受到企业 的欢迎和重视，已经比较成功地获得推广应用。 一选题背景 在科学技术飞速发展和市场瞬息万变的今天，随着竞争的日益加剧，当代机械制造业己 经面i 临着巨大的压力。以低的生产成本、短的生产周期开发出更多的新产品以适应市场多样 化和全球范围内的激烈竞争，是一个企业立于不败之地的关键。激烈的市场竞争迫使传统的 生产方式和人们的观念发生了根本性的转变，新的制造哲理及制造模式正相继提出和实施。 计算机辅助设计与制造( c a d k c a m ) 、计算机集成制造( c i m s ) 、虚拟制造( v m 、快速原型 制造( r p ) 、企业资源规划0 1 r p ) 、绿色制造( g m ) 、制造资源计划( m r p i ) 等新的制造理论和 生产方式，其内涵也在随着计算机软硬件技术和喇络技术的迅猛发展而不断得到发展和更 新。 计算机辅助设计，( c a d ) 系统一般以工程数据库、图形库为支持，包括交互式图形设计、 儿何造型、工程分析与优化设计、人工智能与专家系统等功能。随着计算机辅助设计在企业 的推厂 麻埘，人们e t 益重视它与计算机辅助制造之间的信息集成。这种信息集成避免了产品 信息特重复输入。可以提高产品质量、缩短产品开发周期、大大提高企业效益。为此，国内 外近期着重发展产品整个生命期内的产品数据描述与交换技术。如果再进一步实现计算机集 成制造系统，将极大地改变企业面貌。并行设计与并行工程技术力图在产品设计阶段尽可能 早地解挟后续加工制造、维护等阶段所发生的问题，将使新产品的开发发展到更高的水平。 此外，进一步引入人工智能与专家系统技术，将增强计算机辅助设计智能化。 随着c a d c a m c i m s 技术的不断日新月异，企业如何按照自身不同偏好以及用户的不同 需求，进行制订个性化的生产将是新世纪制造业的主流，也是c a d 领域的研究者非常关注的 问题，确：设计过科中，如何提供一个具有创新性的c a d 设计手段，一个得心应手的环境，包 杆r ：。i 效j 簪的人帆交f 予段使设计者在以人为中心的设计环境中，更好地发挥创造性，将是 个t - f 仃挑战性的课题。为此，在牛鸣岐教授的悉心指导与帮助下，经过深入的调研，我们 f l 丌l j 以s o i id w o r k s 2 0 0 4 为系统平台，研发机构创新设计系统。 选题依据及意义 随着传统c a o 系统在工业界的应用普及以及现代设计问题的复杂化、智能化，人们不再 仅仅满足丁：用计算机取代人进行手工绘图。随着计算机图形学、人工智能、计算机网络等基 础技术的旋展和计算机集成制造、并行工程、协同设计等现代设计理论和方法的研究，使得 c a d 系统也由单纯二维绘图向三维智能设计、物性分析、动态仿真方向发展，参数化设计向 变量化和v g x ( 超变量化) 方向发展，儿何造型、曲面造型、实体造型向特征造型以及语义特 征造型等方向发展；另一方面，伴随着c a d 软件复杂程度的增加和各个不同应用系统间交互 操作的现实需要，人们希望c a d 系统具有极佳的开放性同时又能“搭积木”似的自由拼装形 贵州大学机械工程与自动化学院2 0 0 2 级硕上毕业论文 成不同的功能配置，软件工程技术特别是组件开发技术的研究应用和逐渐成熟为解决这一问 题提供了坚实的基础。 目前机构c a d 系统的二次开发，主要集中在二维参数化绘图方面，而对于机构特征参 数化造型方面涉及很少。同时，二维c a d 的晟大不足是不能为仿真装配、仿真运动、仿真 分析等有限元分析提供模型。笔者从c a d 技术发展方向及c a d 软件发展趋势方面考虑， 以s o l i d w o r k s 2 0 0 4 为平台，v i s u a lc + + 6 0 为开发工具，在系统接口、三维实体造型、机构 智能装配等方面，作了一定的探讨。提出了基于特征的机构三维建模方法，实现构件的后台 生成，机构自动装配、干涉检查及运动的动态仿真等功能，有效地提高了机构设计的质量和 效率。 第一章c a d 技术和系统 1 1 c a d 技术发展历程概览 c a d 技术起步丁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。入霄j 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。 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 r a 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 ra i d e dd e s i g n ) 所包含的全部内容。 c a ) 技术以二维绘图为主要目标一直持续到7 0 年代末期，以后作为c a d 技术的一个分子而 相对单独、平稳地发展。早期应用较为广泛的是c a d a g 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h u t o c a o 。中国的c a d 用户中，二维绘图仍然占有相当大的比重。 1 _ 1 1 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图形系统。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 ( c o m p u t e r a i d e d m a n u f a c t u r e ) 及c a e ( c o m p u t e r a i d e d e n g i n e e r i n g ) j 囱无法实现。 j l ! 入7 0 年代，正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期。此间飞机及汽车制造中遇到了大量的 i l 【山面问题，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 ：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 大拖延产了产品的研发时间，要求更新设计手段的呼声越来越高。此时法国人提出了贝塞尔 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 ( d a s s a u l t ) 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 零仆的主要信息，同时也是c a m 成为现实的基础。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。 1 1 2 实体造型技术 g 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 软件一 i 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，在理论上有助于统一c a d ，c a 4 ， 2 贵州大学机械工程与自动化学院2 0 0 2 级硕士毕业论文 c a e 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c a d 史上的第二次技术革命。但是新技术的发展往往是曲折和不平衡的。 实体造型技术既带来了算法的改进和未来发展的希望，也带来了数据计算量的极度膨胀。 在当时的硬件条件下，实体造型的计算及显示速度很慢，在实际应用中做设计显得比较勉强。 由于以实体模型为前提的c a e 本来就属于较高层次技术，普及面较窄，反映还不强烈：另外， 在算法和系统效率的矛盾面前，许多赞成实体造型技术的公司并没有下大力量去开发它，而 是转去攻克相对容易实现的表面模型技术。 1 1 3 参数化技术 8 0 年代中期，p t c ( 参数技术公司，即p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yc o r p ) 开始研制命名为 p r o e 的参数化软件。早期的p r o e 软件性能很低，只能完成简单的工作，但由于第一次实 现了尺寸驱动零件设计修改，使人们看到了它今后将给设计者带来的方便性。 8 d 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 十儿万美元一下子降到只需几万美元。一个更加广阔的c a d 市场完全展开，很多中小型企业 也开始有能力使用，但他们设计的工作量并不大，零件形状也不复杂，更重要的是他们无钱 投资大型高档软件，因此他们很自然地把目光投向了中低档的p r o e 软件。了解c a d 市场的 人都知道，它的分布几乎呈金字塔型。在高端的三维系统与低端的二维绘图软件之问事实上 存在一个非常大的中档市场。p t c 在起家之初即以瞄准这个充满潜力的市场，迎合众多的中 小企业的需求，大举进入了这块市场，获得了巨大的成功。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、零部件设计上存在的简便易行的优势。 1 1 4 变量化技术 参数化技术的成功应用，使得它在9 0 年前后几乎成为c a d 业界的标准，许多软件厂商 纷纷起步追赶。但是技术理论上的认可并非意味着实践上的可行性。s d r c 的开发人员发现 了参数化技术尚有许多不足之处。首先，“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耍的形状就很不直观：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。实事上，全约束是对 设计者的一种硬性规定。s d r c 的开发人员以参数化技术为蓝本，提出了一种比参数化技术 为先进的实体造型技术一变量化技术，作为今后的开发方向。变量化技术既保持了参数化 拽术i 竹蟓有的优点，同时义克服了它的许多不利之处。它的成功应用，为c a d 技术的发展提 供j 叱人的宁问平| j 机遇。 以止为鉴，可知兴衰。众多c a d 厂商的成败无一不与其技术发展密切相关。理论的每次 重人进展，无一不带动了c a d c a m c a e 整体技术的提高以及制造手段的更新。技术发展， 永无止境a 没有种技术是常青树，c a d 技术直处于不断的发展与探索之中。正是这种此 消彼长的互动与交替，造就了今天c a d 技术的兴旺与繁荣+ 促进了工业的高速发展。 1 2 现代c a d 技术特征 经过漫长的过程，c a d 技术得到了不断的发展和完善。现代c a d 技术已经日臻完善，并 形成了技术体系，具有各自的技术特征。现代c a d 技术的特征主要有： 3 贵州大学机械工程与自动化学院2 0 0 2 级硕士毕业论文 1 2 1 参数化造型技术 参数化技术，即可以建立实体的参数，并且可以参数化设计实体模型。参数化造型技术 的主要特点是：基于特征、全尺寸约束、尺寸驱动设计修改、全数据相关等。这种技术彻底 克服了自由建模的无约束状态，几何形状均以尺寸参数的形式而得到有效地控制。参数化设 计( p a r a m e t r i c ) ，也叫尺寸驱动( d i m e n s i o nd r i v e l l ) ，是c a d 技术在实际应用中提出的课 题，他不仅可使c a d 技术交互式绘图能力，还具有自动绘图的功能。目前他是c a d 技术应用 领域内的一个重要且有待进一步研究的课题。使用参数化造型技术可以十分方便地实现复杂 的三维零件实体造型、复杂装配图和生成工程图。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。 1 2 2 变量化造型技术 变龄化造型技术是在参数化造型技术的基础上作了迸一步改进后提出来的设计思想。他 保铘，参数化造刑设计的基于特征、尺寸驱动设计修改、全数据相关的特点，而在全尺寸约 爪山i f i i 作了重人修改，他将形状约束和尺寸约束分开来考虑。这样可以让设计者对实体上的 仆意特征实时地进行编辑修改，方便操作，更好地表达设计者的创作意图。变量化造型技术 的基础是主模型技术。主模型技术包括：几何信息、形状特征、变量化定义、拓扑关系、几 何约束、装配顺序、性能描述、绘图、样件及刀具设计、加工参数、运动关系、设计规则、 数控技术、工艺描述信息等。 1 2 3 大型组件设计技术 组件就是应用模块，模块之间功能应自足，接口定义应清晰。用这种模块建立应用系统， 只要了解接口定义，不管对象内部是怎样工作的，将其内部数据封装起来，也就是面向对象 技术。 几乎所有的3 dc a d 软件，都具有自上而下的设计功能。也就是说，先设计零件，再逐 步建立组件。新的组件设计技术，则是先以组件的外观为基础，对零件实体进行设计。由于 这项技术是姆组件与实体分割，因此在同一环境中可以包括许多个实体，使用者可以将不同 的实体定义成一个组件去完成由上而下的组件设计。 1 2 4 i n t e r f l e t 技术 i n t e n e t 止在改变我们的一切，正在引人注目地改变着全球的制造业，正在影响着我们 m 活中行有小可缺少的产品设计。i n t e r n e t 促使设计本身发生了巨大的变化： a 使设计能在设计室和绘图室以外进行： 【j 使设计贳通于企业的完整生产和销售过程之中。 i n t e r n e t 技术是最为高效的设计集成方式，贯穿了整个商业过程并且超越了客户和供 应商。他使设计具有高度的互动性，跨越了因低敏造成的实际尺寸与设计师目测所产生的鸿 沟。客户、销售人员和市场 推广人员能够容易的在产晶开发阶段，衡量出产品的商业价值，因而能够帮助创造出适应市 场需求的产品。i n t e r n e t 技术的应用还使协同化设计和并行化设计成为可能，并减少反复， 缩短开发时间。 1 2 5c a d c a m c a e p d m 集成技术 现代设计制造系统的发展趋势是集成化、智能化，目的是达到高度的自由化。实现这一 标的基础是给系统的各个环节提供能够共享的产品信息。现有的c a d c a m 系统，因不一个 4 贵卅l 大学机械工程与自动化学院2 0 0 2 级硕j 一毕业论文 完整的产品模型来支持各工程应用活动，在设计、制造及检验的各个环节中，使用者 需要重复的输入和识别一些信息，定义一些新模裂，以满足各工程应用子系统的具体要求， 从而导致产品自动化和制造中信息处理的中断、人为干预量大、数据大量处理的后果。 c a d c a m c a e p d m 信息集成技术是解决在现有商业化c a d 系统下，通过特殊技术实现c a d 与 c a m ，p d m ( 产品数据管理) 等应用系统信息集成的有效方法。 1 3 常见的c a d 软件 由于c a d 应用巨大市场的存在，不仅传统的c a d 软件开发公司不断推出自己的商品软件， 许多新兴的软件公司也加入了竞争的行列，涌现出来许多c a d 软件开发企业 i 3 1 国外软件 国外些c a d 软件开发公司长期从事c a d 方面技术的研究，其技术实力雄厚，市场占有 牢l ：i 。i 。婴的c a d 软件有： i ，a u t o c a d a u t o c a d 址| i | = 界第四人p c 软件公司a u t o d e s k 的主导产品，是当今优秀的二维绘图软件 之 。他除具有强火的绘图、编辑等二维功能外( 同时也具有简单的三维造型能力) ，还提供 a u t o l i s p ，a d s ，a r x ，v b a 等二次开发的工具，在不少行业( 如机械、建筑、电子等) 得到开 发应用。a u t o c a d 于8 0 年代进入我国，得到了广泛的应用，在各行业的影响较大。 2 ，u n i g r a p h i c s ( u g ) u g 是u n i g r a p h i c ss o l u t i o n s 公司的产品，其特点是将优越的参数化和变量化技术与 传统的实体、线框和曲面结合在一起。u g 是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功能 发展起来的软件。1 9 9 7 年u n i g r a p h i c ss o l u ti o n s 公司合并了i n t e r g r ag l 公司的机械c a d 产品，将微机版的s o l de d g e 软件统一到p a r a s o l i d 平台上。由此形成了个从低端到高端， 兼容w i n d o w sn t 微机版的较完善的c a d c a e c a m p d m 集成系统。 3 s o l d e d g e s o l de d g e 是基于参数和特征实体造型的机械设计c a d 系统，他运用强大的设计指引工 具在全三维参数化几何造型环境申方便地构建机械零件和装配。是最早的应用实体造型系 统。 4 p r o l e n g i n e e p p r o e 系统是美国参数技术公司( p a r a m e t r i ct e c h n o l o g y c o r p o r a t i o n ，简称p t c ) 的产 品。p t c 公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械c a d c a m c a e 的传统观念，这种全新的概念以成为当今世界机械c a d c a m i c a e 领域的新标准。利用该概念 开发山来的第三代机械c a o c a m c a e 产品p r o e n g i n e e r 软件能将从设计到生产全过程集成 j | = | j 趑，【l = j 行t r 的川户能同时进行同一产品的设计制造工作，即所谓的并行工程。 5 i d e a s i ) i ! a s 足美国s d r c 公司的产品，是全世界制造业广泛应用的大型c a d c a m i c a e 软件。 s i ) r c 挺出了一种比参数化技术更先进的实体造型技术一变量化技术，这成为c a d 软件今 后发展的方向。他以极高的效率，在单一数字模型中从产品设计、仿真分析、测试直到数 控加工的产品研发全过程。 6 s o l i d w o r k s s o li d w o r k s 的建模核心是基于w i n d o w s 的c a d c a m c a e p d m 桌面集成系统，他是 在总结和继承了大型机械c a d 软件的基础上，在w i n d o w s 环境下实现的第一个机械c a d 软件。 s o li d w o r k s 软件是面向产品级的机械设计工具，他全面采用非全约束的特征建模技术。 s o l i d w o r k s 的全相关技术使得零部件之间和零部件与图纸之间的更新完全同 5 贵i l 大学机械工程与自动化学院2 0 0 2 级硕士毕业论文 步：s o l i d w o r k s 能自动进行动态约束检查，具有强劲复杂曲面造型能力，能设计表面形状复 杂的曲面零件：s o l i d w o r k s 既可以先设计立体的钣金零件，也可以按零件的平面展开图进行 设计。由于以上特点，s o l i d w o r k s 成为目前微机平台上的主流三维设计软件。 s o lid w o r k s 通过对象链接与嵌入( o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d d i n g ，即o l e ) 技术为用户 提供了强大的二次开发接口s o li 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 ) ，凡支持0 l e 编程的开发工具，如y i s u a lc + + ，v i s u a lb a s i c ，d e l p h i 等均可用于s o l i d w o r k s 的二次开 发，创建出用户定制的、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 还可与 c o s m o s 等有限元分析软件无缝连接，实现仿真分析。 7 c a t i a c a t i a 是法国d a s s a u l ts y s t e m 公司的c a d c a e c a m 一体化软件，居世界c a d c a e c m 领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子、电器、消费品 行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的d b l z j 电子样机模块功 能及洮合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。c a t i a 提供方便的解决方案，迎 合所仃i b t k 领域的人、中、小型企业需要。包括：从大型的波音7 4 7 飞机、火箭发动机到化 ：l 女- w n 乜城盒，儿乎涵盖了所有的制造业产品。在世界上有超过1 3 ，o o o 的用户选择了c a t i a 。 c a t ja 源】：航空航天业，但其强大的功能以得到各行业的认可，在欧洲汽车业，己成为事实 上的标准。c a t i a 的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等大批知名企业。其用户 群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。波音飞机公司使用c a t i a 完成了整个波音7 7 7 的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而也确定了c a t i a 在c a d c a e c a m 行业内的领先地 位。 1 3 2 国内软件 为了摆脱国外c a d 软件的长期垄断，在c a d 软件市场占有一席之地，国内也涌现出了一 批c a d 软件开发企业，其软件产品主要有： 1 高华c a d 高华c a d 是由北京高华计算机有限公司推出的c a d 产品。主要高华c a d 是由北京高华计 算机有限公司推出的c a d 产品。主要包括计算机辅助绘图支撑系统g h d r a f t i n g 、机槭设计 及绘图系统g h i v m s 、工艺设计系统g h c a p p 、三维几何造型系统g h g e m s 、产品设计管理系统 g h p d m s 及自动数控编程系统g h c a m 。 2 c a x a 电子图板 c a x a 电子图板是北京北航海尔软件有限公司的产品。他包括零件图、装配图、工艺图 表、平面包装等方面的辅助设计系统。适合所有需要二维设计的场合。 3 开目c a d 开目c a d 是华中理工大学开发的c a d 和图纸管理软件，他面向工程实际，模拟人的设计 绘幽思想，揲作简便，机械绘图效率较a u t o c a d 有明显提高。开目c a d 支持多种几何约柬种 类成彩视h 同时驱动，具有局部参数化的功能，能够处理设计中的过约束和欠约束的情况。 1 4c a d 技术研究开发热点 1 4 1计算机辅助概念设计 根据有关的统计资料表明，产品工本费的7 0 是在产品设计阶段决定的。同时。一旦概 念设计被确定下来，产品设计的6 0 - 7 0 也就被确定下来。尤其需要提及的是即使详细设 计再好，也难以弥补概念设计阶段所出现的缺陷。还有产品的创新及其所具有的竞争能力基 本上也是在概念设计阶段就被确定下的。故概念设计是设计过程中一个非常重要的阶段，它 6 贵州大学机械工程与自动化学院2 0 0 2 级硕士毕业论文 已成为企业竞争的一个制高点。因此计算机辅助概念设计愈来愈受到重视。但是在概念设计 期间，所涉及的设计需求和约束的种种知识，往往是不精确的、近似的或未知的，也就是说 复杂性很高，这给c a d 技术带来很大的难度。 概念设计的过程主要是评价和决策的过程，它涉及到产品功能、动作和结构等因素，它 对产品的价格性能、可靠性、安全性等等起决定性的影响作用。正因为应考虑的因素和目标 是多方面的。因此评价和决策过程是一个很复杂的，难度很大的过程。目前计算机辅助概念 设计的方法可分为两大类：即自动生成方案和交互生成方案。当然，应用时这两种方法可以 混合使用。 1 4 2 计算机支持的协同设计 设计i ：作是一个典型的群体工作。群体成员既有分工，又有合作。冈此群体的工作由两 个部分细成：一是个体工作，群体成员应完成的各自分工的任务：另一是协同丁作，因为群体 j 1 外川熊分解为互相独立的个体工作，群体成员之间存在相互关联的问题。一般称为接口 地， 妾ff 新免会出现矛盾和冲突，如不及时发现和协调解决，就会造成返工和损失。传统 的c a i ) ；t 统j 1 支持分i ：斤各自应完成的具体任务，至于成员间接口问题，计算机不能支持， 1 。悭：l | | 淡成粜种通讯i ：具进行讨论并加以解决。但这些方式很难做到及时并充分地协商和 讨论。冈l 酊一项人的设计任务接口问题难免要出差错，这正是为什么设计工作会出现不断反 复、不断修改这一过程的主要原因。 计算机支持的协同设计是计算机支持的协同工作( c s c w ) 技术在设计领域的一种应用。计 算机支持的协同设计强调在产品设计初期就考虑产品生命周期的各个阶段和各种因素，由不 同学科专家协同工作完成产品的设计任务r 多主体协同设计系统的分布性和开放性决定了不 可能完全依赖静态方式确定各主体闯的控制关系，必须融入一定的动态管理机制。 1 4 3 支持设计创新 创新设计过程本质上就是一个概念设计创新的过程。创新的概念设计的基本内容就 是针对产品功能、原理、布局、形状以及结构等五个方面的创新，在现有研究的基础上，从 设计方法学和产品创新的角度出发，并结合产品设计开发模式的整体发展趋势，提出它们在 概念设计过程中的实现方法，最终研制出产品。 从产品创新的实现角度看，其中的功能创新和原理创新，由于涉及到众多的领域知识， 信息需求培火，而且设计师的思维和经验也占了相当的比重，因而要实现这一过程，需要建 ，舟信息集成化的基础上，有网络化的协同设计平台的支持，同时提供知识获取、信息处理 的川父i 。j i 。目前，由于客观条件的种种限制，要实现上述目标尚有相当难度。 布局仓u 新、形状创新和结构创新主要依赖于产品造型、产品结构、部件组合等因素。这 些豢土要涉及到产品的三维造型技术，人机交互技术以及产品建模技术等等，而上述技术 目前l j 发展比较成熟，因而有可能从这个角度首先得到突破。 产品创新设计，首要条件是要建立在设计方法学的基础上，从设计思维出发，并体现概 念设计的全过程；同时，要紧密结合计算机的自身特点，扬长避短，使设计师在计算机的辅 助下能更加简捷、有效的完成设计工作 1 4 4 虚拟设计 虚拟设计是- - f l 新兴的多学科交叉技术。它涉及多方面的学科研究成果与专业技术，通 过虚拟现实技术为基础，以机械产品为对象，是设计人员能与多维的信息环境进行交互。同 时，利用这项技术也可以大大地减少实物模型和样件的制造。 虚拟设计关键技术有以下方面： 贵州大学帆 戚工程与自动化学院2 0 0 2 级硕士毕业论文 ( 1 ) 基于微机的虚拟环境体系结构计算机硬件发展的日新月异为基于微机的普及型虚拟 环境体系结构的建立提供了物质基础。 ( 2 ) 基于几何建模和图像相结合的建模方法和相关算法采用虚物实化、实物虚化、虚实结 合、增强现实的方法既可以使模型的真实感强，又可以有效地减少模型的数据量，以满足实 时交互性的要求。 ( 3 ) 基于图像的虚拟现实关键技术图像建模具有模型简单、数据量小的优点，适合于微机 环境的实时建模和浏览。如何建立快速图像压缩和解压缩算法，实现基于图像的机械产品模 j f 门维重建等是关键 1 5c a d 技术的发展趋势 现扯，随着计算机性能成数量级的提高，其价格成倍地下降：随着“网络通讯的普及化”、 “信息处理晌钾能化”、“多媒体技术的实用化”，随着c a d 技术的普及应用越来越广泛， 越来越深入：c a d 技术止向着开放、集成、智能和标准他的方向发展。正确把握c a d 技术 的发展趋势对于我国c a d 软件行业开发适销对路的产品，对于企业正确选型和规划自身 的c a d 应用系统，都有非常深远的意义。 1 5 1 标准化 c a d 软件一般是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 求它应是个开放的系统，这里主要是靠标准化技术来解决这个问题。 除了c a d 支撑软件逐步实现i s o 标准和工业标准外，面向应用的标准构件( 零部件库) 、 标准化方法也已成为c a d 系统中的必备内容。且向着合理化工程设计的应用方向发展。 完善的c a d 标准体系是指导我国标准化管理部门进行c a d 技术标准化工作决策的科 学依据，是开发制定c a d 技术各相关标准的基础，也是促进c a d 技术普及应用的约束手 段。因此在c a d 应用工程中跟踪国际的相关标准、研究制定符合我国国情的c a d 标准， j f 切实加以执行是促进我国c a d 技术研究开发、推广应用能不断发展的重要保证。在这方 面的主要工作有以下几点： 1 研究开发符合国际标准化组织颁布的产品数据转换标准s t e p 的转换接口建立符合 s t e p 标准的全局产品数据模型，促进c a d 技术与国际的交流、合作。 2 研究制定网络多媒体环境下在不同层次、不同种类数据信息的表示和传输标准，支持 异地协同设计与制造。 3 将国家c a d 技术基础标准化与各部委行业c a d 技术标准化结合起来，推出权威、公 正、可操作的c a d 标准体系，促进c a d 应用工程的规范化。 4 同京和行j k 结合建立图文并茂、参数化的标准件库，替代现行的各种形式的标准化手 段 j 5 2开放性 c a i ) 系统目前广泛建立在开放式操作系统窗口9 5 9 8 n t 和u n i x 平台上。在j a v a 、 1 。i n u x 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 境可开放其内核源码，使用户可定制自己的c a d 系统。c a d 系统的开放性是决定其能否真 正达到实用化、能否真正使之转化为现实生产力的基础。c a d 系统的开放性主要体现在系统 的工作平台、用户接口、应用开发环境以及与其他系统的信息交换等方面。 1 5 3 集成化 集成就是向企业提供c a d c a m 技术一体化的解决方案。集成的出发点是：食业中各个 8 贵州大学机械t 程与自动化学院2 0 0 2 级颐十毕业论文 环节是不可分割的，必须统一考虑；企业的整个生产过程实质上是信息的采集、传递和加工 处理的过程。从集成的c a d 系统来看，可分为以f 四个层次。 其一是以“甩掉图板”为目标的计算机辅助绘图与设计系统。我国不少行业在此层次上 的普及率和覆盖率己超过i 3 ，有我国自主版权的系统已有一定的市场占有率。 其二是以资源共享，权限控制为目标的产品信息管理系统( p d m s ) ，由此可以甩掉纸介质 的图纸文档，并且在企业实现设计生产信息和管理信息的集成，逐步实现甩掉工艺卡。 其三是以建立全局产品模型、无纸设计、加工管理为目标的计算机辅助三维设计、分析、 仿真模拟、加丁集成系统，波音7 7 7 的设计制造过程是应用这类系统的典范。 其四足以控制产品生命周期为目标的并行工程。并行工程的基本要素是优化设计，并且 从产1 ”l ：能设计、产品制造工艺性能设计、产品可检测性能设计、产品可维护性能设计以及 产依从一陀能敬计入手进行优化，促进快出多出市场对路的新产品。 从命、i k 班施术再，一般是效益驱动、总体规划、分步实施、重点突破，先推广应用单元技术， 1 1