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缓冲包装c a d 系统的开发 摘要 针对现已开发的缓冲包装c a d 软件所存在的不足，像设计模型结构单 一、设计过程智能性差、缺乏灵活性等缺点，本次设计需要开发一个集产品 特性和流通环境分析、衬垫的设计校核计算、包装件的结构优化、实体造型 处理等功能于一体的缓冲包装c a d 软件系统。 本文则是基于该系统，论述了它的实现过程，并据此所制订的衬垫设计 校核子系统和图形设计处理子系统的完整开发方案。 本文首先介绍了缓冲包装c a d 系统的总体方案设计，主要是提出系统 的总体设计思路、设计原则以及其构成框架和主要内容。描绘出系统的功能 树和相应的信息流程。 随后详细论述了衬垫设计校核子系统的设计及实现过程，明确了系统的 各功能模块的作用及内容，并对衬垫设计校核子系统的设计模块、校核模块、 信息数据库模块的开发设计过程进行了详细论述。 接着论述了图形设计处理子系统的设计及实现过程，包括三维实体参数 化造型理论在图形设计中的应用、图形设计处理子系统的总体设计方案及各 功能模块的实现和子系统的体系设计。 最后基于p r o e n g i n e e r 开发平台和v c 开发工具详细描述了两个子系 统的开发实现过程。重点讨论了p r o t o o l k i t 工具包的应用及其程序设计、 系统数据信息的管理以及软件的尺寸对象和关系式程序的操作和应用。并用 一个实例形式对该系统的内容进行了整体阐述。 本文所作的工作将加快运输包装缓冲设计方面的研究，进一步完善了包 装计算机辅助设计的内容。 关键词：缓冲包装，c a d ，数据库，p r o t o o l k i t 程序设计，v c d e v e l o p m e n to fc a ds y s t e mo f p a c k a g ec u s h i o nd e s i g n a b s t r a c t e x i s t i n gc a ds y s t e m sh a v es o m ef u n c t i o ns h o o a g e ，s u c ha st h es i n g l e s t r u c t u r eo fd e s i g n i n gm o d e l ，b a d l yi n t e l l e c t u a l i z e dd e s i g n i n gp r o c e s sa n dw e a k f l e x i b i l i t y i nt h i sc a g e ，w eh a v et od e s i g nas y s t e m ，w h i c hc o n t a i n st h ea n a l y s i s o fc i r c u l a t i n gc o n d i t i o n sa n dp r o d u c tp e r f o r m a n c e ，c a l c u l a t i o n so fp a dd e s i g n a n dc h e c k o u t ，o p t i m i z a t i o no f p a c k a g i n gs t r u c t u r ea n dt h ed i s p o s a lo fe n t i t s f i v e m o d u l e t h i sp a p e ri sb a s e do ns u c hs y s t e mt od e s c r i b ei t sr e a l i z i n gp r o c e s s a n d c o l l e c t i v ep r o j c o tw i l lb ep o p p e df o rt h es u b s y s t e m so n p a dd e s i g na n dc h e c k o u t a sw e l la sg r a p h i cd i s p o s a la n dd e s i g n f i a t o fa l l ，t h ec o l l e c t i v es c h e m ei sa d v a n c e df o rc a ds y s t e mo n c u s h i o n i n gd e s i g n i nt h i ss c h e m e ，i ti n c l u d e sd e s i g ni d e aa n dp r i n c i p l ea sw e l la s c o n s t i t u t i v ef r a m ea n dp r i m a r yc o n t e n t so ft h i ss y s t e m b e s i d e si td e s c r i b e st h e f u u c t i o n a lt r e ea n dr e l a t i v ef l o wc h a r t s e c o n d l y ，p r o c e s so f d e s i g na n dr e a l i z a t i o ni si n t r o d u c e di nd e t a i la b o u tt h e s u b s y s t e mo fp a dd e s i g na n dc h e c k o u t i tm a k e sc e r t a i ne v e r yf i m c t i o n sa n d c o n t e n t so f a l lt h ef u n c t i o n a lm o d u l e s a n dd e v e l o p e dp r o c e s so nd e s i g nm o d u l e ， c h e c k o u tm o d u l ea n di n f o d a t a b a s em o d u l ei sp i c t u r e di nd e t a i l t h i r d l y , i td e s c r i b e st h ep r o c e s so fr e a l i z i n gt h es u b s y s t e mo fg r a p h i c d i s p o s a la n dd e s i g n e v e r yf u n c t i o n a lm o d u l e sc o n t e n t si sg o n ei n t op a r t i c u l a r s w h i c hi n c l u d e sa p p l i c a t i o n si ng r a p h i cd e s i g no ft h e o r ya b o u tt h r e e - d i m e n s i o n a l p a r a m e t e r i z e dd e s i g n ，m a i nd e s i g ns c h e m eo ft h es u b s y s t e mo fg r a p h i cd i s p o s a l a n dd e s i g na n ds y s t e m a t i cd e s i g no f a l lt h ef u n c t i o n a lm o d u l e s a tl a s tt h i sp a p e ra m p l yi n t r o d u c e st h et e c h n o l o g yb a s e do np r 叽s e c o n d d e v e l o p m e n ta n d t h es k i l l sb a s e do nv c p r o c e d u r ef o rt w os u b s y s t e m s i tm a i n l y d i s c u s s e dt h ea p po fs a d d l e b a go fp r o t o o l k i ta n di t sp r o g r a m m i n gd e s i g n , t h em a n a g e m e n to fs y s t e m ai n f o r m a t i o na n dd a t aa sw e l la st h em a n i ) u l a f i o n a n d a p p l i c a t i o na b o u tp r o d i m e n s i o na n dp r o r e l s e t a n di nt h ee n do ft h i sp a p e r t h es y s t e mi sh a l k e do u tb yt h es y s t e mb ya l li n s t a n c e t h ew o r kd o n eb yt h i sp a p e rw i l lq u i c k e nt h es t u d yo np a c k a g ec u s h i o n d e s i g no nt r a n s p o r t a t i o n a l s oag r e a te f f e c tw i l lb em a d et op e r f e c tt h ec o n t e n t s o f p a c k a g i n gc o m p u t e ra n dd e s i g n k e yw o r d s ：p a c k a g i n gc u s h i o nd e s i g n ，c a d ，d a t a b a s e ，p r o g r a m m i n gd e s i g no f p r o t o o l k i t , v i s u a lc + + l i i 缓冲包装c a d 系统的开发 1 引言 1 1 概述 缓冲包装就是指为减缓内装物受到冲击和振动，保护其免受损坏所采取的一定防护 措施的包装。产品从生产到使用要经过一系列的运输、保管、堆码和装卸过程，置于一 定的环境之中。在任何环境中都会有力作用在产品之上，并使产品发生机械性损坏。为 了防止产品遭受损坏，就要设法减小外力的影响，对产品进行缓冲包装设计。 c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 是计算机最早，最重要的应用之一，也是计算机科 学和工程设计学科相结合形成的新兴技术，是先进制造技术的重要组成部分。目前计算 机辅助设计已成为现代各行各业不可缺少的技术基础和可持续发展的必要手段，并已创 造出极其巨大的社会财富。 计算机辅助包装设计c a d 技术是随着c a d 技术的发展而发展起来的。c a d 技术 已广泛应用在包装的各个领域中，有力地推动了包装工业的自动化水平。但是通用c a d 软件存在着应用范围专一、功能模块不全等诸多限制条件，使得开发专用包装c a d 系 统软件成为包装领域发展的一个趋势。 1 2 包装c a d 技术的应用发展现状 1 2 1c a d 技术发展现状及趋势 j 半个世纪以来，伴随着第一台图形显示器在美国麻省理工学院诞生，出现了具有简 单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术。在随后的二十年中，完整的c a d 系 统开始形成，出现了能产生逼真图形的光栅扫描显示器，推出了手动游标、图形输入板 等多种形式的图形输入设备。 直到8 0 年代超大规模集成电路制成的微处理器和存储器件的出现，c a d 技术开始 朝着标准化、集成化和智能化的方向发展，一些标准的图形接口软件和图形功能也相继 推出。系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联 成一体的计算机集成制造系统；固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术的应用， 极大地提高了c a d 系统的性能；人工智能和专家系统技术的引入，出现了智能c a d 技 术，系统的问题求解能力大为增强，设计过程更趋自动化埘。 当今，计算机软、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，c a d 技术研究正朝着如下方向发展： ( 1 ) 微机化 过去，c a d 主要以工作站为硬件平台，目前，以w i n d o w s 体系为主的微机己占有 计算机应用的大部分市场，随着微机硬件水平的不断提升，特别是w m d o w s n t 4 0 的推 陕西科技大学硕士学位论文 出，使得微机环境的可靠性、安全性和运行效率得到极大改善。微机作为c a d 平台己 为广大c a d 用户接受。不少c a d 软件商将工作站的c a d 软件移植到微机上，如i d e a s 、u o 、p r o e n g i n e e r 等。也出现不少直接在微机上开发出来的新的c a d 软件， 如m d t 、s o l i d w o r k s 、s o l i d e g e 等。微机化促进了c a d 的广泛应用，是c a d 技术发 展的一个重要的特点和趋势。 ( 2 ) 集成化与智能化 集成化就是共享数据。针对制造业而言，集成化就是把设计、分析、工艺、加工、 管理等夸个环节的各种功能软件有机地结合起来，统一数据的描述及交换，协调各功能 软件的有效运行，以发挥单个软件达不到的整体效果，得到最优化的系统解决方案。 初级的智能化表现在c a d 软件的人性化、使用方便，典型是应用动态导航技术， 引导设计者一步步进行设计。人工智能和专家系统技术的发展，使c a d 技术在更高层 次上为设计提供支持创造了条件根据具体设计方法、技术及经验，在处理数值性的工 作的基础上，进行推理型工作，包括方案构思与拟订、晟佳方案选择、评价、决策以及 参数选择等。将专家系统技术与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 ) 网络化与并行化 计算机网络是现代计算机技术与通讯技术相结合的产物。c a d 系统只有通过网络互 连起来，才能达到资源共享和协同作用。发挥更大的效益。c a d 的公用信息、图形、编 码、标准零部件等都存贮在服务器的公用数据库中，用户c a d 工作站通过网络共享其 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 机的各部门实现信息共享、协同作业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备设计部门同步进行，各个设计部件的设计信息共享 并以规定流程实现交流、反馈，牵一发动全身，同时对备阶段设计中的问题进行修正， 保证能在方案完成的同时。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 。随着各种c a d 软件系统的开发使用以及c a d 技术在各个行业的普及推广，为c a d 技术制定符合自身特点的完善的标准体系，增强c a d 软件产品的通用行促进c a d 软 件技术及应用已成为c a d 技术发展的一个重要问题。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。 2 缓冲包装c a d 系统的开发 数据模型应采用s t e p 标准体系。以前的一些标准接口已经无法满足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， 也将不仅限于几何数据模型。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。统一由于行业差别或国家差异 造成的不同标准，建立适合行业特点的标准件库，能够增强c a d 系统的实用性和方便 性1 3 1 1 4 。 1 2 2 国内外包装c a d 技术的发展状况 近几年来，由于国内外包装工业的迅速发展，包装行业自动化、计算机化程度有了 很大的提高。目前c a d 技术广泛应用在包装结构设计、包装运输、包装装潢设计等方 面。 在纸盒、纸箱设计领域已经开发出数百种包装纸盒纸箱设计排版的c a d c a m 软件， 如p k g 、b o x g e n 、e l c e d e 、k r u s e 、b a r c o 、l a s e r c o m b 等。其中应用较广的主 要有：美国h a r r yr o h d e 公司的h a r r yr o h d e 纸盒设计排版管理系统、美国a d v a n c e d s o f t w a r e 公司开发的a s i 瓦楞纸箱生产管理系统、美国d e s i g n a x i s 公司开发的p 虹纸盒 设计软件、美国c a p es y s t e m s 公司开发的用于包装排料、托盘和货运装载的软件c a p e p a c k 。 而在国内，随着市场经济的迅速发展，我国的包装工业取得了长足的进步，在计算 机辅助设计领域相继开发了一系列用于纸盒、纸箱、木质容器、包装机械等包装设计的 c a d 软件，为提高我国包装工业的技术水平、促进包装工业的发展发挥了积极的作用。 如北大方正的f o u n d e rp a c k 纸盒设计排版系统【目 尽管目前我国包装c a d 技术已取得了很大的进步，但是与发达国家相比还存在很芎 大差距。包装c a d 还紧紧停留在纸盒、纸箱等专一模块系统的开发，对包装设计的其 它环节，如：缓冲包装设计、强度设计分析等研究较少，还未形成系统化的c a d 软件 因此对集成式包装c a d 系统的应用研究将具有积极的推动作用和广阔的应用前景。 1 2 3 缓冲包装c a d 的研究现状及存在的问题 缓冲包装目的是在运输、装卸和存储过程中，当发生振动、冲击等外力作用时，保 护被包装件产品的特性和形态。但是，传统的设计方法因其过程繁复、方案选择较难及 灵活性、可修改性和可扩充性差制约了缓冲包装设计的发展。因此有必要加强缓冲包装 的计算机辅助设计力度，提高设计的灵活性，从而减少设计周期、降低设计成本 鉴于目前缓冲包装c a d 的应用研究，由于涉及包装设计方法、包装材料性能分析 及结构优化等诸多方面，较之纸盒设计难度大大提高。目前的开发还不多，而现已开发 的软件则由于设计分析功能单元相对较简单，还存在着一些问题： ( 1 ) 分析功能模块不完善，缺乏对包装件的流通环境、结构选型、形状设计等分析 3 霸 陕西科技大学硕士学伊论文 环节的研究分析； ( 2 ) 村挚设计处理功能模型比较单一。仅能完成一种缓冲特性曲线的典型特例求解 没有考虑包装设计模型分析的复杂型和多样性； ( 3 ) 设计过程智能化水平低，缺乏智能推理决策支持； ( 4 ) 数据库支持系统不够完善，数据信息量太少 ( 5 ) 在衬垫模型的三维造型设计方面，由于开发平台的限制，设计的模型结构较单 一、缺乏直观效果，不能通过软件界面进行模型的造型修改，灵活性差 6 1 。 1 3 课题的需求及研究内容 1 3 1 课题的需求分析 一个完备的c a d 系统应该是以图形功能的交互计算机系统为基础，集科学计算、 数据处理、图形处理，分析检验、人工智能等多项功能的综合体系。鉴于目前已开发的 缓冲包装c a d 软件存在的诸多问题，开发出能够集成产品特性参数计算、衬垫的设计 校核计算、三维造型处理等功能一体化的缓冲包装c a d 软件系统就成为缓冲包装设计 的必然趋势。 缓冲包装设计涉及到产品特性分析、材料性能分析、结构优化处理，三维造型优化 等多个环节，为了较好地实现缓冲衬垫的优化设计，获得合理的设计方案值，系统基于 缓冲包装设计五步法设计理论，并借助包装数据库支持平台实现信息数据的相互、传递， 完成衬棼的基本设计过程。除此，还要实现衬垫设计在一定程度上的智能化，把包装设 计总结出来的经验应用到系统中，形成计算机内的知识库，不再完全依赖专业设计人员， 开发缓冲衬垫智能分析设计模块，实现缓冲包装的智能化设计。 图形设计方面。三维造型设计一直以来都是开发缓冲包装c a d 系统的难点。衬垫 的造型设计基本都是基于矢量图的二维平面构型，无法直观反应出衬垫模型的真实结构。 因此有必要实现衬垫构型二维图形和三维图形相结合，实现模型的立体构型。 1 3 。2 课题的主要内容 ， 本课题所研究的缓冲包装c a d 系统所实现的主要功能可以概述如下： 实现对产品的各种环境分析、特性分析，完成材垫的设计计算、校核过程，获 得衬垫的基本设计方案： 基于p r o e 为基本开发平台，开发缓冲包装图形设计处理子系统，完成衬垫的三 一 维及平面造型设计，并利用p m e 建立衬垫模型库，从而实现缓冲衬垫的快速构 型。 构建缓冲包装数据库支持平台，完成系统设计分析的基本参数、曲线数据库， 为分析、设计提供设计依据； 4 缓冲包装c a d 系统的开发 1 4 论文的主要内容 根据系统的规划和作者的研究进程，论文主要包括以下内容： ( 1 ) 论述了衬垫设计子系统的设计及实现过程。该部分首先基于系统的设计需求确 定了系统的功能模型，然后对衬垫设计子系统中各个功能模块的设计规划进行了详细论 述，包括设计模块、缓冲包装信息数据库模块以及智能分析设计模块的开发设计过程。 ( 2 ) 论述了衬垫校核子系统的设计及实现过程。其中对数据库的构建过程的论述中， 介绍了不同数据字库的构建内容和设计思路，并就数据库中关键技术的实现方法作了详 细的说明，如：结构化查询方法的实现、基于模型的曲线数据库的建立方法及数据访问 技术的应用等。 ( 3 ) 论述了图形设计处理子系统的设计及实现过程。该部分内容主要包括：三维实 体造型技术的基本理论及参数化特征造型的基本方法，研究了p r o e 二次开发方法，获 取了图形设计处理子系统的总体设计方案及完整的开发进程。 1 5 本章小结 、 本章对c a d 技术及其发展作了简要的介绍，然后对包装c a d 技术的应用研究现状 进行了叙述，说明了开发缓冲包装c a d 系统的意义，最后对课题进行了需求分析，确 定了课题开发的主要内容，并简要阐述了论文的研究内容。 5 陕西科技大学硕士学位论文 2c a d 系统的总体方案设计 2 1 缓冲包装c a d 总体设计思路 通过对包装缓冲设计的研究和分析，该c a d 系统应该分以下几个部分进行考虑： ( 1 ) 完成衬垫的基本结构尺寸设计，这是系统的核心功能。由于缓冲包装整体设计 过程包括：产品流通环境的分析、产品特性参数确定、包装材料特性曲线选取计算以及 衬垫校核分析等。所以在进行系统规划时，需要构建衬垫设计分析和衬垫校核分析两个 单元，并结合实验将包装材料特性曲线选取内置于衬垫设计单元中，将产品流通环境选 取内置于衬垫校核单元中，从而在设计过程中依次完成参数确定、方法选择和计算校核 的流程。 ， ( 2 ) 缓冲包装数据库是为设计计算和分析提供设计参数服务的，因此开发与设计主 系统集成的数据库模块，借助m y s q l 强大的数据库工具包可以实现大量信息数据的存 储与调用，完成各种数值、图表信息的检索与记录。 ( 3 ) 采用特征建模技术建立统一的衬垫信息模型，结合三维参数化程序设计，构造 出衬垫三维结构造型。如果采用直接开发c a d 图形软件，必然使设计难度和工作量大 大增加。因此考虑运用基于p r o e n g 烈e e r 平台的二次开发技术设计缓冲包装c a d 图 形设计处理子系统，实现衬垫的特征造型m 。 2 2 缓冲包装c a d 的开发原则与功能分析 1 友好的人机交互界面 缓冲包装c a d 系统的使用对象是普通设计人员，所以应具有适合设计人员设计习惯 的用户界面。通过用户界面，设计人员不必了解许多关于计算机硬件和软件的知识，只 需按屏幕提示便能方便地完成衬垫的设计它应满足以下几方面要求： a 使用方便。提供的设计界面应方便设计人员使用，无需进行专i - l n 练。 b 记忆最少。设计人员尽量少记各种操作规则、专门名词和特殊符号。 c 帮助提示。各种操作具有恰当的帮助提示，引导设计人员有条不紊地完成包装衬 垫设计工作。 d 良好的人机交互方式。设计人员使用计算机进行设计时，应使其感到与计算机所 ， 进行的信息交流是十分自然的，与人们的手工作业习惯相符用户通过人机交互界面控 制系统各模块的工作，简单易用。系统需要用户输入必要的信息( 用于控制) 和数据( 用 于计算) ，可以自由设计衬垫结构，系统以平面和立体的方式显示输出计算分析结果，能 动性强。 e 良好的出错处理。增加输入参数的合理性判别提高其容错能力。 2 数据库与知识获取 缓冲包装c a d 系统的开发 系统应具备强大的数据库支持系统，提供设计过程的基本参数，并且能对设计、计 算、分析、绘图中所使用的大量信息进行存取、记录更新、查找比较、加工与处理。 3 科学计算 系统在传统缓冲包装设计方法的基础上，运用优化设计理论进行设计优化，综合分 析比较缓冲包装材料的性能、产品特性、流通条件等因素，科学计算衬垫的尺寸。 4 确定合理的产品参数特征建模 缓冲包装衬垫的三维构型技术是进行衬垫造型设计的一个难点，由于包装件产品结 构的复杂多样性，给缓冲衬垫的造型设计带来较大的难度，也使衬垫的特征建模难度增 加。为了实现基于典型衬垫特征建模技术的衬垫造型设计，本课题中根据典型衬垫的造 型特点，对衬垫特征分析作了一定的简化处理，建立衬垫造型特征库，从而实现衬垫的 三维结构设计。 5 文件编制和文本输出 系统应该能够根据用户需要编制各种技术文档资料，包括材料明细表、产品特性表、 数据库文档、设计方案管理等。系统还应具备良好的打印输出功能，可以将用户指定的 文本图表信息以相应的格式输出。r 6 正确的软件工程方法 软件工程是指导计算机软件开发和维护的工程科学，即采用工程的概念、原理、技 术和方法来开发软件。该c a d 系统从总体规划、详细设计、设计修改来贯彻软件工程 方法【，】嗍。 2 3 缓冲包装c a d 的构成框架 根据缓冲包装c a d 系统的用户需求和实现目标，我们把系统按功能分为两个子系 统：衬垫设计校核子系统和图形设计处理子系统应用系统的内外部接1 2 1 将两个独立子 系统通过适当的方式组合成一个相互协调、相互衔接、总体优化的缓冲包装c a d 系统。 2 3 1 系统的体系框架 经初步分析，系统体系的两个子系统相辅相成，我们以c + + 程序设计为基础，结合 p r o e n g i n e e r 开发环境，在m i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 0 的集成环境下完成系统设计。系统 体系框架如下图： 7 陕西科技大学硕士学位论文 缓 衬垫设计校核 蓁蓁蓁蓁 v is u a lc + + 冲子系统 包p r o e n g i n e e r 装 o p r o t 0 0 l k i t 图形设计处理 o 子系统 m y s o l 库库 图2 一l 缓冲包装c a d 系统体系框架图 f i g 2 一is y s t e mf r a m eo f c u s h i o np a c k a g i n gc a d 2 3 2 系统的构成内容 根据上述缓冲包装c a d 的用户需求和所确定的系统体系框架，对两个子系统的功 能从总体上进行规划，明确各子系统的作用、构成及其相互关系。 1 衬垫设计校核子系统 该子系统作为缓冲包装c a d 系统的一个功能模块，其主要功能是分析产品的运输 环境，获得衬垫设计的合理方案，由产品脆值和流通中的受力特性选择合适的缓冲材料， 给出产品的特性参数，并计算衬垫的尺寸参数，然后进行相应的校核分析，从而得到满 足设计要求的合理的结构尺寸。 衬挚设计校核子系统建立了缓冲包装c a d 系统的衬垫设计、优化计算和信息交换 机制，它是整个缓冲包装c a d 系统的核心。在该设计校核模块中，用户可以通过系统 设计开发平台，完成包装件衬垫的分析设计过程，获得满足设计需求的合理结构尺寸。 设计过程包括三个分析环节：包装件流通环境分析环节、衬垫设计计算环节和衬垫校核 计算环节。 衬挚设计校核子系统的功能实现是通过设计模块、校核模块、信息数据库模块和智 能分析模块共同作用完成的。其中设计模块是衬垫设计校核子系统的基础模块，用于完 成衬垫基本结构尺寸的分析计算，它包括设计计算分析和设计方案管理两个功能单元。 校核模块则是用于对衬垫基础设计进行其它方面性能校核删。信息数据库模块是缓冲包 装c a d 系统中进行衬垫设计校核分析设计的重要功能模块，为衬垫设计提供基本参数， 通过进行各项包装试验，记录和存储大量的数据信息，并按照缓冲包装设计的要求将数 据分类管理。面对复杂而庞大的数据，通过数据库管理系统能迅速找到用户所需的数据， ”一 一方面提高了设计的效率，同时又保证了数据的统一性和正确性。智能分析模块是专家 系统技术在包装c a d 系统中的运用。它通过建立包装设计知识库与相应的推理机构， 构建分析模型，并借助分析决策知识对模型进行推理分析，辅助设计人员的包装设计过 程，可以实现包装设计的智能决策和优化设计。 b 缓冲包装c a d 系统的开发 2 图形设计处理子系统 图形设计处理子系统是缓冲包装c a d 的图形支持子系统。该子系统根据衬垫设计 校核子系统计算得到的衬垫结构基本尺寸，基于参数化特征建模技术对衬垫进行二维三 维造型设计。 在该子系统中，用户结合开发平台所提供设计造型手段和功能，利用该子系统所开 发的衬垫结构特征库，可以实现缓冲衬垫的快速造型设计此外，用户还可以按照自己 的意愿想法，对衬垫各部分进行修改组合，设计出符合条件的理想衬垫结构。 衬垫结构特征库是图形设计处理子系统的重要组成部分，是参数化特征造型技术在 包装造型设计过程中的具体体现。在完成该特征库的建立前，首先需要建立衬垫结构， 并规范模型特征的建立、三维模型的参数化及信息创建检索方式，保证该子系统衬垫特 征信息模型的统一和信息交换机制的确立。 2 3 3 系统功能树 缓冲包装c a d 系统 衬垫设计校核子系统 图形设计处理子系统0 li 厂1 厂 设校信基础衬垫专用衬垫 计核息 i俸傅墼结 。 块块据 辐 库辑 模 锰 蓐 块 库 图2 2 缓冲包装c a d 系统功能树 f i g 2 2 f u n c t i o nt r e eo f c u s h i o np a c k a g i n gc a d 为了较好的表达该系统的层次结构，采用树状模式描述出整个体系中所涉及到的各 个模块，如图2 2 所示。 2 3 4 系统信息流程 根据系统的体系内容和构成框架，以及系统各功能模块的设计目标和内容，分析得 到系统的信息流程图如下： 9 陕西科技大学硕士学位论文 2 4 本章小结 图2 3 缓冲包装c d 系统信息流程图 f i g - 2 - 3f l o wc h a r to f c u s h i o np a c k a g i n gc a ds y s t e m 根据缓冲包装c a d 系统的实现目标，概述了系统的总体设计思想、开发原则和系 统的体系结构，明确了系统各功能模块构成，建立了系统的功能树。 1 0 缓冲包装c a d 系统的开发 3 衬垫设计校核子系统的设计 3 1 衬垫设计校核子系统的构成 根据设计目标分析，对设计校核子系统进行详细地功能划分，明确各功能模块的作 用及内容，建立功能树，并确定各模块之间的相互关系。 3 1 1 系统及相应模块功能树 1 衬垫设计校核子系统功能树如下图： 衬垫设计校核子系统 设计模块 ，7 、 设方 计案 计选 算择 分管 析理 图3 1衬垫设计校核子系统功能树 f i g 3 - 1f u n c t i o nt r e eo f c u s h i o nd e s i g na n dc h e c k o u ts u b s y s t e m 衬垫设计校核子系统包括设计模块、校核模块、信息数据库模块和智能分析模块四。 个功能模块。其中设计模块与信息数据库模块是衬垫分析设计过程中最基础和重要的模 块，也是整个c a d 系统的核心 2 设计模块功能树的建立， 根据缓冲包装衬垫基础设计理论，将设计计算分析单元分为流通环境分析、产品特 性分析和材料性能分析三个环节。 其中，流通环境分析环节涉及装卸搬运环节、运输环节和贮存环节等基本 条件分析环节，因此增加系统分析功能部件对输入的基本参数进行流通环境分析评价， 获得与包装件流通环境相应的决策方案。 通过设计计算分析后得到的设计参数，可作为设计方案结果输出针对不同的设计 方法系统可以获得不同的设计结果，因此有必要添加方案选择管理功能单元对设计计算 的不同方案进行定量分析和比较，从而获得用户需求的最优方案。 功能树见图3 2 。 块 张数据管理肖询 据一 做一数据库的建立块、校核结果调整 模 核一 校校核计算分析 厂鼬张撕黑 卜运输环节 广装卸搬运环节 ，设计计算分析l 产品特性分析看簧鑫曩理论 | 设计模块 l 材料性能分析一缓冲特性曲线 ：竺嚣塞校核 校核计算分析十一跌落姿态改变时缓冲能力的校核 校核模块 1 3 6 0不限机械搬运底面3 0 表3 1 。装卸环境与跌落高度 一 7 “。“”t a b3 - ld r o ph e i g h t a n d l o a de n v i r o n m e n t 2 气象条件数据库 气候条件的影响是包装件在运输过程中受到的主要影响之一。我国幅员辽阔，从地 域上看。从北到南，横跨几个不同的气温带虽然温度随地域的变化比较平缓，但产品 一 缓 缓冲包装c a d 系统的开发 包装件常常在较短的时间内经历较剧烈的温度、湿度、水分和太阳辐射的变化，对包装 产品的性能有明显的影响。纸、塑料一类的容器，以及包装容器的药品、食品、化工原 料等对温、湿度变化尤为敏感。当商品在多雨季节或多雨区流通运输时，其包装必须具 备较好的防雨能力。 同时太阳辐射对包装材料，尤其是塑料、橡胶等也有重大影响，诸如加速老化、分 子激发、降解等0 7 l s 。因此对气象条件数据库的设计可以根据产品运输的特点及气候条 件对包装件的影响，将气象条件数据库的属性分为省份、地区、月份、平均温度、最高 温度、最低温度、平均相对湿度、最高相对湿度、最低相对湿度、日照百分率，平均降 水量、最大降水量、最小降水量、图片和详细资料等信息项。 下图显示的是北京地区的气象信息数据库。 图3 9气象条件数据库设计界面 f i g 3 9o p e r a t i o ni n t e r f a c eo f w e a t h e rd a t a b a s e 3 振动特性曲线库 振动特性曲线库用于记录和存储描述运输环境中包装件的振动特性的各种特性曲 线。本设计分别建立出缓冲材料的传递率一频率曲线和不同运输条件下的频率谱( 加速 度一频率曲线) ，它们是进行缓冲防振校核的基础参数曲线。 a 加速度频率曲线 不同流通环境中包装系统的振动特性是不相同的。采用公路运输的包装件固有频率 应避开其共振频率；火车运输时车轮驶过钢轨接缝时车轮受到冲击，引发车辆的周期性 强迫振动；空运时飞机的振动主要取决于发动机的振动，表现出单振动、高频激振的特 点，其振动加速度较小；航海运输中在平静的海面上稳定航行时，出现低强度振动，加 速度较小，当遇到大的风浪时，出现高强度的振动，加速度较大，会出现振动破坏。因 此设计加速度一频率曲线图表时应按照运输环境、严酷等级、运输工具等进行属性分类， 建立不同运输环境下的频率谱线。 b 传递率曲线 单自由度系统在受迫振动条件下的振动响应可以用传递率表示，传递率公式为： 陕西科技大学硕士学位论文 z =( 3 1 4 ) 式中：= f ：一传递率； 频率比a = 石六( 二是激