（机械设计及理论专业论文）自动扶梯参数化设计系统框架构建及若干模块的开发.pdf

f 7 ； 鼍 at h e s i si nm e c h a n i c a l d e s i g na n dt h e o r y f r a m ec o n s t r u c t i o na n dc e r t a i nm o d u l e d e v e l o p m e n t o fe s c a l a t o rp a r a m e t e r i z e d d e s i g ns y s t e m b yx u ec h e n g c h a o s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rx i a op i n g y a n g n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 8 ， _ i 一 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的 研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研 究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 7 fi 、j 学位论文作者签名：铂r 鹳 e t 期：如君锋r 7 同fb 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文 的规定：即学校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，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口年口年籼两年口 学位论文作者签名：裤闷篷 签字日期：加占7 1 导师签名： 签字日期： 7 | l 0 东北大学硕士学位论文 摘要 自动扶梯参数化设计系统框架构建及若干模块的开发 摘要 本文以参数化设计为理论基础，结合江南快速电梯公司目前自动扶梯和自动人行道 的生产状况，根据当前生产模式中存在的问题，对其现有模式进行了改造。针对自动扶 梯和自动人行道中不同零部件的特点，建立了参数化设计系统的基本结构。文章主要通 过族表( f a m i l yt a b l e ) 和p r o t o o l k i t 模块对三维设计软件p r o e 进行了二次开发。通过 建立s q l s e r v e r 数据库和数据表，利用a d o 数据库访问技术实现v c + + 和s q ls e r v e r 的无缝连接。并以p r o t o o l k i t 及v c + + 6 0 开发的参数化平台，对模型信息进行动态的修 改以及工程数据库的操作，文章综合了参数化设计、特征建模和软件集成等技术，将产 品的特征和产品中凝聚的知识、经验和规则一体封装。根据p r o e 生成的模型，统计模 块直接从数据库搜索模型对应的属性，进行汇总，生成产品b o m ，输出产品设计参数， 以支持并实现快速响应设计。 笔者针对江南快速电梯公司的j e t - l 型人行道的金属桁架部分进行了知识系统的构 建，介绍了整梯系统模块化划分的原则并实现了对其结构的模块化划分，通过对人行道 结构的详细分析和驱动方案的确定，完成了人行道金属桁架基础模型的构建并对基础模 型进行了基于条件的阵列的创建和组的划分。制定了人行道的入口参数和驱动变量；通 过对零部件结构数学模型的建构，实现了驱动变量的数学表达，并将其固化在系统脚本 中，最终实现了模型的驱动。 关键词：自动人行道；参数化设计；二次开发；族表；p r o t o o l k i t - i i 一 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t f r a m ec o n s t r u c t i o na n dc e r t a i nm o d u l e d e v e l o p m e n t o fe s c a l a t o rp a r a m e t e r i z e d d e s i g ns y s t e m a b s t r a c t t h ep a p e rb a s e do nt h et h e o r yo fp a r a m e t e r i z e dd e s i g n ，c o m b i n et h et h ep r e s e n te s c a l a t o r a n dm o v i n gs i d e w a l k sp r o d u c t i o nc o n d i t i o no fj i a n g n a ne x p r e s se l e v a t o rc o ，l t d ，a c c o r d i n g t ot h ep r o b l e m st h a te x i s ti nc u r r e n tp r o d u c t i o np a t t e m ，i m p r o v e so ni t se x i s t i n gp a t t e r n i n v i e wo fc h a r a c t e r i s t i c si nd i f f e r e n tp a r t so fe s c a l a t o ra n dm o v i n gs i d e w a l k ，i te s t a b l i s h e st h e i n t e l l e c t u a l i z e dd e s i g ns y s t e m sb a s i cs t r u c t u r e t h ep a p e rc a r r i e so nt h es e c o n d a r y d e v e l o p m e n tt op r o em a i n l yt h r o u g hm o d u l e so ff a m i l yt a b l ea n dp r o t o o l k i t ，u s i n gt h e a d od a t a b a s ev i s i tt e c h n o l o g yr e a l i z e sv c + + a n ds q ls e r v e rs e a m l e s sc o n n e c t i o nt h r o u g h e s t a b l i s h i n gt h es q l s e r v e rd a t a b a s ea n dd a t a s h e e t a n du s i n gt h ep a r a m e t e r i z e dp l a t f o r m w h i c hd e v e l o p e db yp r o t o o l k i ta n dv c + + 6 0 ，o p e r a t e st h em o d e li n f o r m a t i o na sw e l la s r e v i s e st h ep r o j e e td a t a b a s ed y n a m c a l l y ，t h ep a p e rs y n t h e s i z e st e c h n o l o g i e ss u c ha s p a r a m e t e r i z e dd e s i g n ，m o d e l i n gb a s e do nc h a r a c t e r s a n ds o f t w a r ei n t e g r a t i o na n ds oo n e n c a p s u l a t e sc h a r a c t e r s ，k n o w l e d g e ，e x p e r i e n c ea n dr u l e s w h i c hc o n d e n s e di np r o d u c t s a c c o r d i n gt o t h em o d e lp r o d u c t e db yp r o e ，t h es t a t i s t i c a lm o d u l es e a r c h e se a c hm o d e l c o r r e s p o n d i n gp r o p e r t i e sf r o mt h ed a t a b a s ed i r e c t l y ，g a t h e r i n g ，p r o d u c e sb o m o fp r o d u c t s ， o u t p u t sd e s i g np a r a m e t e r so fp r o d u c t s ，s u p p o r t sa n dr e a l i z e sf a s ta n di n t e l l e c t u a l i z e dd e s i g n t h ea u t h o rc o n s t r u c t st h ek b es y s t e ma i ma tt h et y p eo fj e t - lm o v i n gs i d e w a l k sm e t a l t r u s sw h i c hm a d eb yj i a n g n a ne x p r e s se l e v a t o rc o ，l t d ，i n t r o d u c e st h ed i v i s i o np r i n c i p l eo f t h ew h o l em o v i n gs i d e w a ys y s t e ma n df i n a l l yr e a l i z e s t h em o d u l a r i z a t i o nt oi t ss t r u c t u r e ， t h r o u g hm u l t i a n a l y s i s t ot h es i d e w a l k ss t r u c t u r ea n dt h ed r i v i n gp l a n se s t a b l i s h m e n t ， c o m p l e t e st h ec o n s t r u c t i o no f t h ef o u n d a t i o n a lm o d e lo ft h es i d e w a l km e t a lt r u s s ，a n dc a r r i e s o nf o u n d a t i o no fa r r a y s ，d i v i s i o no fg r o u p st oi tb a s e do ns p e c i f i c a l l yc o n d i t i o n s e s t a b l i s h e s t h ei n p u tp a r a m e t e r sa n dd r i v i n gv a r i a b l e so ft h et r u s s ；t h r o u g hc o n s t r u c t i n gt h ep a r t s m a t h e m a t i c a lm o d e ，r e a l i z e st h em a t h e m a t i c a ld e s c r i p t i o no ft h ed r i v i n gv a r i a b l e s ，a n d s o l i d i f i e si ti n t ot h es y s t e m ss c r i p t ，r e a l i z e st h em o d e ld r i v i n gf i n a l l y k e yw o r d s ：m o v i n gs i d e w a l k ；p a r a m e t e r i z e dd e s i g n ；s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ；f a m i l yt a b l e ； p r o 爪o l k i t i i i 东北大学硕士学位论文目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第l 章绪论1 1 1 课题研究背景1 1 2 自动扶梯的发展历程1 1 3 参数化设计概述。3 1 4 参数化设计的发展状况4 1 5 论文研究的内容5 第2 章参数化设计系统的整体规划6 2 1 江南快速电梯公司当前自动扶梯生产模式及存在问题6 2 1 1 当前生产模式6 2 1 2 以上生产模式存在的问题7 2 2 基于知识的扶梯参数化设计原理及构成8 2 2 1 基于知识的参数化设计。8 2 2 2 基于知识的参数化设计方法与系统构成9 2 3 系统开发语言及数据库技术1 1 2 3 1v c + + 作为系统开发语言的优势1 1 2 3 2 数据库的选用及其与v c + + 的接口1 2 2 4 参数化设计系统服务器体系结构的架构1 4 2 4 1c s 体系结构概述1 4 2 4 2 采用c s 体系结构的优势15 2 4 3 系统服务器中数据库的架构形式1 6 第3 章参数化系统各模块实现的关键技术1 8 3 1p r o e n g i n e e r 软件简介1 8 3 2 非线性变化件和标准件参数化设计的实现1 9 3 2 1 族表的结构2 0 3 2 2 零件族表的建立2 0 i v 东北大学硕士学位论文 目录 3 2 3 装配体族表的建立2 2 3 2 4 单层族表与多层族表2 3 3 - 3 线性变化件参数化设计的实现2 5 3 3 1p r o t o o l k i t 简介2 5 3 3 2p r o t o o l k i t 数据结构2 6 3 3 3 创建p r o t o o k i t 应用程序的基本模式2 7 3 - 3 4 基于p r o t o o l k i t 二次开发的基本过程2 7 3 4 统计模块的实现3 1 第4 章参数化设计系统的开发3 3 4 1 菜单项目的加载3 3 4 2 数据库的主要管理模块3 5 4 2 1 全局子表模块3 5 4 2 2 系统常用参数管理3 7 4 3 系统开发端模块设计3 8 4 3 1 模板树窗口及模板引用模块3 9 4 3 2 基本信息模块3 9 4 3 3 入口参数模块4 0 4 3 4 标准条件模块4 1 4 3 5 脚本编辑模块4 1 4 3 6 属性编辑模块4 2 4 3 7 脚本编辑工具模块4 2 4 3 8 基于参数化设计系统知识融合的基本过程4 2 第5 章自动人行道知识系统的构建4 4 5 1 自动人行道整梯的模块化分4 4 5 1 1 产品子模块的划分原则4 4 5 1 2 产品子模块的划分4 5 5 2j e t - l 型人行道三维参数化模型的建立4 7 5 2 1j e t - l 型自动人行道的设计范围一4 7 5 2 2v r o e 三维参数化模型的建立一4 9 5 - 3 入口参数及相关变量的确定5 4 5 3 1 入口参数的确定5 4 5 - 3 2 相关变量的确定5 5 5 4 数学模型的建立和变量的求解5 8 v 东北大学硕士学位论文 目录 5 4 1j e t - l 型自动人行道桁架结构分析5 8 5 4 2 金属桁架中部数学模型的建立和参数的求解5 9 5 4 3 中部桁架单片装配的模型驱动。6 5 5 4 4 变化零件的参数化设计6 7 第6 章结论与展望。6 9 6 1 结论6 9 6 2 展望6 9 参考文献7 l 致谢。7 4 v i 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题研究背景 高速经济下的中国正经历城市化发展进程中，房地产业的迅猛发展的同时也拉动了 电扶梯产业链的迅速延伸。然而，由于每一台电扶梯或人行道的设计和生产都是根据特 定的土建环境而定，这就决定了其无法实现批量化生产，而必须是根据客户订单的单件 柔性化生产。面对用户广阔和多样化的需求，要想在竞争激烈的电梯行业中生存，时间 和质量无疑成为每个电梯企业的追求的目标。在这种形式下，传统的生产流程已经远远 满足不了企业的要求。目前在影响企业对市场响应速度的诸多因素中，新产品的开发速 度无疑成为了重中之重【i 】。为此，产品的快速响应设计客观上也就成为企业的必然选择， 而在快速响应设计的有关实施方案中，产品的变型设计是最重要的一种。变型设计的重 要性虽然早已得到企业的认同，并有不同程度的实施，但并没有达到预期的目的。究其 原因主要有：一是企业产品资源缺乏有效地组织和管理；二是缺乏支持快速响应变型设 计的产品模型，这些严重地影响了快速响应变型设计的正确实施。 随着计算机技术在机械领域的深入应用，各类三维软件不断的被应用到机械产品的 设计和制造当中，以目前世界上应用最为广泛的高档三维商业软件p r o e 为例，它直接 采用三维设计，使设计者和顾客能了解产品的每一个细节，并利用其参数化设计的思想， 使零部件的设计、修改变得简单易行。然而，通用的c a d 软件毕竟是面对所有用户， 要发挥p r o e 的作用，提高设计效率，必须对p r o e 进行功能拓展，结合企业的自身特 点，加入特定产品设计的专用模块，对其进行二次开发。对于电梯行业而言，利用p r o e 超强的扩展性，设计一套具有一定智能程度的参数化设计系统可以在产品正式投入生产 前，模拟设计、制造、装配和安装的过程，在产品开发的初始阶段就可以解决产品设计、制 造、装配和安装中可能存在的问题，从而大大减少产品开发中由于设计不合理造成的返 工现象，降低开发成本，缩短产品开发的周期，使新产品可以迅速上市；对于按定单设 计制造的产品可以在投入生产前，按照客户的意见改进设计，可大大提高企业的竞争力。 1 2 自动扶梯的发展历程 自动扶梯作为运送旅客的交通工具，不仅成功地缩小了目标间的距离，而且使超短 途( 如楼层、月台间等) 的大流量人员运输成为可能。因此，经济学家说：“自动扶梯的 出现使人们有了逛大型商场的欲望。 交通学家说“是自动扶梯和自动人行道的应用使可 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 以把车站、机场建的尽可能大。”自动扶梯的应用已经改变了的生活，并已经成为现代物 质文明的一个重要标志。 同大部分发明一样，今天所认识的自动扶梯，其发明历程同样经历过曲折。杰西瑞 诺和查尔斯希伯格是这个行业最早时的两个伟人。 1 8 5 9 年，美国人内森爱米斯发明一种“旋转式梯级扶梯并获专利。但是，“旋 转式梯级扶梯，是让乘客沿正三角形的一边进入，到达顶点后飞降下来，类似于杂技的惊 险动作。因此，该扶梯未能付诸实践。但是，他的构思具有开拓性。 1 8 9 1 年，在美国科尼岛码头装了一部自动扶梯，轰动一时。它当时被称为“倾斜升 降机 ，是由纽约企业家杰西瑞诺设计制造的。他早在1 8 8 2 年就申请并发明了此项 专利。这种自动扶梯采用输送带原理，一条分节的坡道以2 0 度至3 0 度坡度移动。扶梯 的起止点都有齿长4 0 厘米的梳状铲，与脚踏板上的凹齿啮合。乘客站在倾斜移动的节片 上。不必举足，便能上、下扶梯。 1 8 9 5 年，杰西瑞诺在纽约市的考尼岛第一次展示了“自动扶梯 ( 它更像一部为 人设计的传送带) 。美国的乔奇惠勒与瑞诺同年获得了另一种形式自动扶梯的专利，但 他的专利很长时间无人问津。 1 8 9 8 年，查尔斯希伯格买下了乔奇惠勒与杰西瑞诺的自动扶梯专利，并加以 改造。1 8 9 9 年查尔斯希伯格与奥的斯公司携手制造出第一台阶梯式自动扶梯。7 月9 日，第l 台奥的斯西伯格梯阶式( 梯级是水平的，踏板用硬木制成，有活动扶手和梳 齿板) 扶梯试制成功，这是世界第一台真正的自动扶梯。 1 9 0 0 年，查尔斯希伯格将拉丁文中的“s c a l a ”( 梯级) 一词与当时在美国已经用 的相当普遍的“e l e v a t o r 一词组合成为e s c a l a t o r , 并注册为产品商标，这就是自动扶梯 一词的来源。1 9 1 0 年西伯格将它卖给了奥的斯公司。直到1 9 5 0 年，奥的斯公司拥有该 商标。1 9 5 0 年根据商标保护法的规定，“e s c a l a t o r ”失去了它名称的专有权，成为自动 扶梯的通称。 1 9 2 0 年，奥的斯公司把杰西瑞诺的倾斜板条式扶梯和西伯格的梯阶式扶梯两者的 长处融为一体，重新进行设计，使扶梯性能大为改观。1 9 2 2 年，奥的斯公司制造了世界 上第一台现代化自动扶梯，水平楔槽式梯级与梳齿板相结合，此后被其它自动扶梯制造 商所沿用。 1 9 8 5 年，三菱电机公司研制出曲线运行的螺旋型自动扶梯，并成功投入生产。螺旋 型自动扶梯可以节省建筑空间，具有装饰艺术效果。 1 9 9 1 年，三菱电机公司开发了带有中间水平段的大提升高度自动扶梯。这种多坡度 2 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 型自动扶梯，在大提升高度时可降低乘客对高度的恐惧感，并能与大楼楼梯结构协调配 置。 1 9 9 3 年，据日立评论报道，日本日立制作所开发了可以乘运大型轮椅的自动扶 梯。几个相邻梯级可以联动形成支持轮椅的平台。 2 0 世纪9 0 年代末，富士达公司开发了变速式自动人行道，即自动人行道以分段速 度运行，乘客从低速段进入，然后进入高速平稳运行段，再后进入低速段离开。这样提高 了乘客上下自动人行道时的全性，缩短了长行程时的乘梯时间。 2 0 0 0 年4 月，美国e l e v a t o r w o r l d 报道，位于德国汉堡的蒂森自动扶梯工厂，制造出 全彩色自动扶梯梯级，它由玻璃纤维材料制成，有蓝色、绿色、红色、灰色和黑色等。彩 色梯级为建筑师提供了丰富的设计想象空间。 2 0 0 2 年4 月1 7 日至2 0 日，三菱电机公司在第5 届中国国际电梯展览会上展出了 倾斜段高速运行的自动扶梯模型。可铰接伸缩的驱动齿条结构在运行时可使梯级的间隔 发生变化，从而使速度也产生变化。其倾斜段的速度是出入口水平段速度的1 5 倍，这样 既缩短了乘客的乘梯时间，也提高了乘客上下扶梯的安全性与平稳性 2 0 0 3 年2 月，奥的斯公司发布新型的n e x t s t e p 自动扶梯，它采用g u a r d e d 踏板设 计，梯级踏板和围裙板成为协调运行的单一模块；它还采用了其它一些提高自动扶梯安 全性的新技术，自动扶梯技术又一次更新。 自动扶梯经过1 0 0 多年的研究发展，已经成为一种比较成熟的产品。但是目前世界上 的大型电梯公司，如：奥的斯、日立、迅达、三菱等依然投入大量的人力、物力对自动 扶梯和自动人行道进行研究开发。其研究重点主要集中于节能、环保和安全等方面。 1 3 参数化设计概述 参数化、变量化技术是支持概念设计、系列化产品设计的重要方法【l 】。面向产品 设计的约束表示模型及相关算法是当前c a d c a m 领域中的研究热点之一。 产品在从概念设计到零部件设计过程中，尤其在产品的初级设计阶段，其几何尺寸 及结构形状不可避免地要反复修改、进行优化和调整。在当前的大量机械设计中，变型 设计占据重要的地位，据统计其设计工作量的百分之七八十是变型设计。设计人员的主 要精力集中在繁琐的重复计算和绘图，为了提高设计速度他们常常在已有设计上仅仅修 改设计尺寸而不重新绘制设计图纸，这将导致几何图形与设计尺寸之间的不一致而出现 设计错误。传统c a d 系统所构造的产品几何图形都只是几何图形元素( 如：线、圆弧、曲 线和体素等) 的简单堆叠，它仅仅描述了设计产品的可视形态，而不包括设计人员的产品 设计思想，及产品的各几何图形元素的拓扑关系和各种约束关系，也不具备由于几何尺 - 3 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 寸的改变而使图形变化的尺寸驱动功能随之而面临的问题是哪怕只需修改图形的一个 尺寸，如一个倒圆的半径，也必须删掉原有图形重新绘制相关部分以保证图形的正确性 这种繁琐的简单劳动，给设计人员带来了诸多不便。同时，这种环境也不利于设计人员 表达自己的设计思想其次，在机械产品设计领域中，系列化定型产品占有相当比例，系 列中的绝大多数零件和部件，都具有相似的外形轮廓特征。能否将一组给定的设计参数， 与零件和部件特征的几何尺寸建立联系，若要设计新规格零件和部件，修改其部分数据 即可。事实上，这种方法就是参数化设计。在新一代c a d 系统中，一般都具有一定的 参数化设计功能，使得产品几何图形随着其参数的调整、尺寸的修改而自动修改图形。 1 4 参数化设计的发展状况 参数化设计起步在8 0 年代中期，由p t c ( p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yc o m p a n y ) 公司推 出的参数化软件p r o e n g i n e e r 引领了这次c a d 技术革命。进入9 0 年代，参数化技术 变得相对成熟，充分体现出其在通用件、零部件设计上简单易行的优势【2 】。该方法具有 以下特点：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。应用p r o e n g i n e e r 可以极大地提高设计效率。充分运用p r o e n g i n e e r 提供的二次开发工具p r o p r o g r a m 、 p r o t o o l k i t 、族表等进行参数化设计研究与开发工作，是对p r o e n g i n e e r 的改善，能在 很大的程度上提高软件的利用率。 参数化建模技术是指对于特定的产品，根据用户输入的参数或c a d 设计系统产生 的数据结果，系统可以动态地、自动地生成所需模型。目前自动建模般都采用基于成 型的c a d 平台的高级开发的方法。行为建模是指在设计产品时，综合考虑产品所需求 的功能行为、设计背景和几何图形，采用知识捕捉和迭代求解的智能化方法，使工程师 可以面对不断变化的要求，追求高度创新的、能满足行为和完善性要求的设计。 我国的c a d 技术的研究始于上世纪6 0 年代末，最早起步于航空工业，近年发展 很快，己在机械，电子，建筑，汽车，服装等领域进入实用阶段 3 1 。为了满足一些专用 领域的需要、进一步提高设计质量、缩短设计周期，如同各种c a d 平台的更新换代一 样，对c a d 平台的高级开发研究一直没有停止过。特别是9 0 年代以来，由于c a d 应 用在国内的逐渐普及，国内很多科研院所、企业都进行过针对具体应用的开发工作。可 是由于我国三维系统软件的推广及应用起步相对较晚，前两年主要还是针对一些中端 c a d 平台( 如生信实维针对s o l i d w o r k s 开发的s o l i d c a m 模块，东大欧磊针对s o l i d e d g e 开发的标准件库等。) 的高级开发。目前随着一些高端c a d 平台已经逐渐提供了良好的 应用程序接口( a p i ) ，用户可以定制自己的应用程序，如u g 提供了u g o p e n 二次开 发工具集，p r o e n f f n e e r 提供了p r o t o o l k i t 开发工具包。这种开发方式下创建的应用模 4 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 块虽然没有自主版权，灵活性受支撑平台控制，但是应用性非常强、周期短、投入少、 开发相对简单。无疑将具有广阔的市场。 1 5 论文研究的内容 本文主要是针对江南快速电梯公司自动扶梯和自动人行道目前的生产模式，建立了 一个参数化设计系统，本系统首先根据该公司的标准化二维图纸建立了产品的三维模型 库和标准件库，然后通过对系列扶梯和人行道的设计范围和专家经验进行总结，以脚本 程序的形式将知识固化到参数化系统，建立产品的脚本库和属性库，最后由统计模块对 装配体进行统计。合同处理人员在入口参数录入介面中只需输入必要的扶梯或人行道的 土建设计参数，系统即可自动输出产品的三围模型、b o m 清单和设计参数。课题具体 的研究内容有以下几个方面： ( 1 ) 通过对江南快速电梯目前生产模式缺陷的总结，制定了参数化设计系统的基 本流程和参数化设计系统的总体结构； ( 2 ) 针对自动扶梯和自动人行道零部件的特点，针对性的采取了不同的开发模式， 对p r o e 中的族表( f a m i l y t a b l e ) 模块和p o r t o o l k i t 模块的二次开发过程进行了详细的 介绍； ( 3 ) 确立了系统服务器的c s 架构形式，提出双重数据库的架构模式和访问模式， 提高了系统数据的稳定性和安全性； ( 4 ) 通过p r o e n g i n e e r 的p r o t o o l k i t 接口，用v c + + 6 0 及s q ls e r v e r 进行了参数 化设计系统界面的设计和数据库设计，开发出参数化设计平台； ( 5 ) 构建了j e t - l 型人行道的三维参数化模型，对整体进行了模块化划分，分析 了整梯的使用范围，并对其金属桁架模块进进行了知识的总结，确立了模型的总体驱动 方案，实现了产品的快速设计。 东北大学硕士学位论文 第2 章参数化设计系统的整体规划 第2 章参数化设计系统的整体规划 2 1 江南快速电梯公司当前自动扶梯生产模式及存在问题 2 1 1 当前生产模式 与汽车等其他运输工具不同，自动扶梯和自动人行道是一种静态运输工具，必须依 附于某些建筑物。这就决定了每台扶梯或人行道的设计必须因其特定的建筑环境和客户 的不同要求而定。所以，自动扶梯的生产方式是基于客户订单的单件或小批量柔性化生 产。江南快速电梯公司自动扶梯和自动人行道生产模式如图2 1 所示。 首先，销售人员将客户的需求反馈到合同处理部门，合同处理部门根据客户的需求 制定出扶梯的基本参数，如提升高度、土建水平跨距和中间支撑个数及位置等等，再将 这些基本参数提供给扶梯技术部，技术部判断其是否为标准梯型，若不是，工程师们将 根据所给参数对该梯型的标准参数化图纸进行修改，这些修改一部分是根据该梯型固有 的结构计算公式，另一部分则是根据工程师多年的设计经验。技术部将修改过的图纸及 参数经过内部校验后反馈给合同处理部门，合同处理部门再进行一次校验后若无问题则 下发至生产部门。 在上述流程中，还有大量的工作是由设计人员来完成的。比如，对标准图纸的查阅、 对图纸的修改等等。由于设计员容易受到各种客观或者主观因素的影响，在工作中出现 错误，尤其是在工作量比较大的绘图工作中。对于一个技术经验丰富的成熟设计员来说， 一般可以克服这些影响，做到少犯错误甚至不犯错误。但是对于一个新加入公司的设计 员来说，犯错的可能性就非常大。而在设计中出现问题，对整个生产带来的负面影响是 最大的，也是最致命的。在图纸里出现的错误并不容易被发现，只有在各零部件生产出 来并进行组装时才会显现出来，这时候再进行修改就会浪费巨大的人力和物力。应该说， 在工作量比较大，同时工作的精度要求又比较高的工作中，只要有人的参与，那么就会 存在人为因素的影响。另外，在设计人员进行这项工作时，当时间超过一个时限，工作 效率会逐渐降低，劳动生产率也会随之下降。 东北大学硕士学位论文第2 章参数化设计系统的整体规划 图2 1 江南快速电梯公司目前生产流程 f i g 2 1t h ep r o d u c t i o nf l o wc h a r to f j i a n g n a ne x p r e s se l e v a t o rc o ，l t d 2 1 2 以上生产模式存在的问题 ( 1 ) 零部件的表达还仅限于二维状态，不便于零部件的修改和校验； ( 2 ) 二维下的图形缺少直观性，很多潜在的设计错误很难被觉察，大大提高了设 东北大学硕士学位论文 第2 章参数化设计系统的整体规划 计的出错率和返工率； ( 3 ) 每款梯型的b o m 清单都需要人工进行统计和计算，任务量非常巨大； ( 4 ) 设计过程中对设计者的设计经验要求较高； ( 5 ) 各部门的数据库相对比较孤立，缺少相互联系，给各部门的协调和沟通带来 了很大不便； ( 6 ) 整梯的设计周期很长，不利于企业对市场的快速响应。 综上，利用三维c a d 技术和数据库技术，通过建立产品的三维模板库、知识库及 零部件属性库等对电梯进行参数化设计可以大大提高电梯的生产效率，减轻设计人员的 工作量，加快设计周期。 2 2 基于知识的扶梯参数化设计原理及构成 k b e ( k n o w l e d g e b a s e de n g i n e e r i n g ) ，是给设计经验不足者以导引，同时最大限度减 少设计者的重复劳动为目标，综合利用各种设计理论和知识处理技术，在已有知识与经 验的基础上，通过知识的表达、重用与挖掘，对工程问题提供优化解决方案的计算机集成 处理技术。 一个完善的知识系统一般应包含知识处理、计算分析、数据管理与服务以及图形处 理等四大基本功能。而基于知识的参数化设计系统是以专家系统为核心的c a d 系统， 它将知识系统的知识处理能力同常规的c a d 计算分析能力、数据库管理能力与服务能 力、图形处理能力等有机结合起来，从而可以协助设计者完成诸如方案设计、参数选择、 结构设计、图形处理等不同阶段、不同复杂程度的设计任务。 2 2 1 基于知识的参数化设计 参数化设计是通过改变模型的某些部分的尺寸，或修改已定义好的零件参数，自动 完成对模型中相关部分的改动，从而实现对模型的驱动。参数驱动的方式便于用户修改 和设计。用户只需为零件的关键部分定义一些参数，通过对参数的修改实现产品的设计 和优化。 但是单纯的参数化设计是以尺寸驱动模型，这种驱动模式有很多不足。在这种模式 下，设计人员的设计意图和使用的企业规范不能够清晰地表达出来。将k b e 理论应用到 参数化设计过程中可以很好地解决这一问题。 基于知识的参数化设计是将设计过程中所有涉及产品设计的信息集合起来，组成一 个包含设计标准、设计公式、校验公式、产品的尺寸关联、尺寸约束、特征关联以及产 品属性等内容的产品知识库。通过面向对象的知识表示方法对其进行封装，实现基于知 东北大学硕士学位论文第2 章参数化设计系统的整体规划 识的尺寸驱动和特征驱动，可以大大提高产品设计的效率。参数化技术可以大大简化设 计工作，提高设计速度，在c a d 系统中得到了广泛的应用，将参数化设计技术与k b e 技术相结合，将设计知识融入到参数化设计中，可以更有效地完成设计任务。 2 2 2 基于知识的参数化设计方法与系统构成 基于知识的参数化设计过程如图2 2 所示。首先，根据新的设计任务，找到产品相应 的模板，系统将根据现有的知识库对产品零部件进行自动设计，包括产品三维模型的结 构设计、b o m 和相关参数的输出。在知识规则模块中，蕴含着设计人员的设计意图和 企业的设计规范，参数化系统会根据设定好的知识规则对产品进行设计。扶梯的零部件 主要被分为三大类：非线性变化件、线性变化件和标准件。 非线性变化件：即该部件或零件的变化受到过多参数的影响，很难或无法抽象出具 体的计算公式，也可能是该零部件的变化规律与其关联参数并非线性关系，从而导致此 类零部件变化规律是一系列离散点，对于此类零部件，可将其所涵盖的所有离散数据均添 加到族表当中，然后通过参数化设计系统中的参考实例模块将其引入为参考实例。 线性变化件：此类零部件的尺寸变化规律已经过系统性的推理或专家的设计经验总 结出特定的设计公式，在知识系统中将以线性的变化规律存在；此类模型将通过线性关 系对模板进行驱动得到。 标准零部件：包括已公司自身经生产过的零部件和国标紧固件。此类零部件均为非 变化件。此类零件在模型中均为非变化件，为了调用方便，通过对族表将其开发成素材 库，需要时尽管调用即可，而对于公司自身已经标准化了的零部件，可将相应的离散点 加入标准条件模块。若标准条件被满足，则系统将自动将其所有信息进行提取，第三章 将进行详细说明； 对于企业的非标准梯型，新实例生成后要对其进行结构和性能的分析评价，若通过 检验验收，即可下发参数及相关图纸投入生产，同时也将该型号存入企业的标准实例库， 以便以后遇到相同订单可直接引用。否则返回到详细设计阶段对该梯型的知识库进行进 一步修改和完善。 - 9 东北大学硕士学位论文第2 章参数化设计系统的整体规划 图2 2 参数化设计系统的设计过程 f i g 2 2t h ed e s i g np r o c e s so f t h ep a r a m e t e r i z e dd e s i g ns y s t e m 参数化设计系统主要由三个模块组成，如图2 3 所示，分别为参数化设计模块、非 模型模块和统计模块组成，其中参数化设计模块又由线性变化件、非线性变化件、标准 件设计部分组成，图中不带箭头的线条表示系统结构的组成或分支，带箭头的线条表示 1 0 东北大学硕士学位论文笫2 章参数化设计系统的整体规划 系统中模块的设计流程。 图2 3 参数化设计系统的构成 f i g 2 3t h ef r a m eo ft h ep a r a m e t e r i z e dd e s i g ns y s t e m 2 3 系统开发语言及数据库技术 2 3 1v c + + 作为系统开发语言的优势 对参数化设计平台的开发，相较于其它编程工具，对于v c + + 主要有以下优势： ( 1 ) 可视化的设计平台 用传统程序设计语言编程时，需要通过编程计算来设计程序的界面，在设计过程中 看不到程序的实际显示效果，必须在运行程序的时候才能观察。如果对程序的界面不满 意，还要回到程序中去修改，这一过程常常需要反复多次，大大影响了编程的效率。v c 提供的可视化设计平台，把w i n d o w s 界面设计的复杂性“封装”起来。程序员不必再 为界面的设计编写大量程序代码，只需按设计的要求，用系统提供的工具在屏幕上“画 出 各种对象，v c 自动产生界面设计代码，程序员所需要编写的只是实现程序功能的 那部分代码，从而大大提高了编程的效率。 ( 2 ) 面向对象的应用程序框架m f c v c 采用面向对象的应用程序框架m f c ( m i c r o s o f lf o u n d a t i o nc l a s s ) ，即微软的基本 类库，m f c 本质就是一个包含了微软公司定义完成的对象的类库。在进行程序设计时， 如果类库中的某个对象能完成所需要的功能，这时只要简单的调用已有对象的方法就可 以了。还可以用面向对象技术中的“继承方法从基类中派生出自己的对象，这