（材料加工工程专业论文）冲落式坐便器参数化cad系统的研究与软件开发.pdf

摘璺 摘要 卫生瓷产品是现代家庭不可缺少的一p 生设备。陶瓷产品的设计、制造和使用 在中国有菥悠久的历史。自1 9 9 3 年以来，我国卫生陶瓷的总产量稳居世界第一， 成为陶瓷的生产、消费大国。但就产品质量而言，我国卫生陶瓷产品属于中低档 次，外资企业及合资企业生产的产品与进口产品一起占据了国内高档产品的主要 市场。针对陶瓷制造业目前手工作坊式的产品 ：发模式，将c a d c a m r p 技术应用 于陶瓷产品的设计开发可以提高产品的质量、缩短产品的开发周期、降低开发费 用，提高企业对市场的反应能力和适应能力。这在推动我国陶瓷企业的标准化、 信息化发展方面具有重大意义。 结合企业的实际需求以现有的c a d 软件为平台进行仓业本地化的二次开 发，是提高c a d 软件使用效率，扩大c a d 软件应用范围的一个重要内容。本 文在对典挺的卫生瓷产品一坐便器造型分析的基础上，以u g 软件为平台丌发了 坐便器参数化c a d 造型模块。主要内容包括： 1 分析目前市场流行的通用c a d 软件的造型功能及其二次开发工具，针对陶瓷 洁具产品的造型特点，选择u g 软件作为系统的丌发平台。 2 分析坐便器产品的形状特征对坐便器采用不同方式多次造型，找出较好的 建模方式和组合方案，建立参数化c a d 模型。 3 坐便器作为一个产品整体，各组成单元形状大小的改变有可能影响其它组成 单元。本文对各组成单元之| 日j 的特征关联进行了分析和论述。 4 提取能够完全表征产品形状的特征线，选用合适的曲线及曲线组合表示特征 线。提取参数点作为特征线的控制点。以控制点的相对位胃作为用户输入的 数据源。 5 研究了u ga p i 函数的调用和使用规则。介绍了u f 函数的命名规则、u f 数 据结构标识、u f 的l i c e n s e 、u f 的o b j e c t 、b o d y 和f e a t u r e 等概念的区别 以及u f 的特征识别。 6 以v i s u a l c + + 6 0 作为程序调试， ：发平台，利用u g o p e na p i 、u i s t y l e r 、 m e n u s c r i p t 等二次开发工具编写用户程序，实现坐便器参数化c a d 系统。 坐便器c a d 系统提供了友好的向导对话框界面和参数化的特征曲线。在向导 广东t 业、学t 学t i , j 3 学位论文 提示下，用户u r 以刘坐便器产品方便快捷的建模。参数化的特征曲线随着用户对 界面控件的调节实时更新。坐便器参数化c a d 系统的 发与研究不但为坐便器设 计人员提供了方便快捷的建模方式，也为其它洁具产品的开发提供了可靠的理论 基础和可行的技术路线。 关键词：陶瓷产品；坐便器；参数化 c a d ：u g ：二次开发 a b s t r a c t s a n it a r yc e r a m i ca r e n e c e s s a r y i nm o d e r nf a m i1 y t h e d e s i g n ， m a n u f a c t u r ea n du s eo fc e r a m i ch a v eat o n gh i s t o r yi nc h i n a s i n c et 9 9 3 ， t h et o t a l o u t p u t o fs a n i t a t i o nc e r a m i c i no u rc o u n t r ys t a n d sf i r s t s t e a d i l y i f lt h ew o r l d a sf o rq u a t i t y ，t h es a n i t a t i o nc e r a m i co fo a r c o u n t r ys i t u a t e da t t h es e c o n d a r ya n dt h i r dc l a s s ，w h i l et h a to ft h e f o r e i g na n dt h ej o i n tc o m p a n i e sh o l dt h em a i nm a r k e t a tp r e s e n t ，m a n u a l o p e r a t i o nh a sb e e nt h em a i nm e t h o d i nt h ed e v e l o p i n ga n dm a n u f a c t u r i n g o fc e r a m i cp r o d u c ti nc h i n a t h ea p p l i c a t i o no fa d v a n c e dt e c h n o l o g i e s ， s u c ha sc a d c a m r pt ot h ed e v e l o p i n go fc e r a m i cc a ni m p r o v et h ep r o d u c t q u a n t i t y ，s h o r t e nt h ed e v e l o p i n gc y c l e ，r e d u c et h ed e v e l o p i n gc o s t ，a n d r e i n f o r c et h ec o m p e t i t i v ea n da d a p t i v ea h i t i t l e so fc o r p o r a t i o ni nt h e m a r k e t a c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a ld e m a n do fc o r p o r a t i o n ，f u r t h e rd e v e l o p m e n t b a s e do nc a ds o f t w a r ei sa ni m p o r t a n ta s p e c t o f i m p r o v i n g t h eu s i n g e f f i c i e n c ya n de x t e n d i n gt h ea r e ao fc a ds o f t w a r e b a s e do nt h ea n a l y s i s o ff l u s ht o t l e tm o d e l i n gt h a ti so n eo ft h et y p i c a lc e r a m i c ，w i t hu ga s s o f t w a r ep l a t f o r m ，f l u s ht o i l e tp a r a m e t r i cc a ds y s t e mi sd e v e l o p e d i t m a t n l yi n c l u d e st h ef o l l o w i n gc o n t e n t s 1 t h em o d e l i n gf u n c t i o na n df u r t h e rd e v e l o p i n gt o o l so ft h ep o p u l a r c a ds o f t w a r ei nt h em a r k e ta r ea n a l y z e d a c c o r d i n g t ot h em o d e i i n g c h a r a c t e ro fs a n i t a r yc e r a m i c ，u gi s s e l e c t e da s d e v e l o p i n g s o f t w a r e p l a t f o r mo ft h i ss y s t e m 2 w it ha n a l y z i n gt h es h a p ec h a r a c t e ro fp r o d u c ta n dm o d e i i n gw i t h v a r i o u sm e t h o d s ，p r e f e r a b l em o d e l i n ga n dc o m b i n a t i o nm e t h o dis s e l e c t e d a n dp a r a m e t r i cc a dm o d e l i n gi ss e tu pt o o 3 f l u s ht o tl e tisap r o d u c tc o m p o s e do fs e v e r a lp a r t s t h ec h a n g e s o fo n ep a r ti ns h a p ea n dd i m e n s i o nm a ya f f e c to t h e r s t h ec h a r a c t e r i s t i c 广东l 业人学l 学坝i ：学位论艾 r e f a t i o n sa m o n gt h e s ep a r t sa r ea n a l y z e da n dd i s c u s s e di nt h i sp a p e r 4 f e a t u r el i n e st h a tc a nf u l l yd e s c r i b et h e s h a p e o f p r o d u c t a r e a b s t r a c t e d m o r e o v e r t h e s el i n e sa r ed e p i c t e dw it hp r e f e l 、a b l ec u r v eo r m u l t ic u r v e s t h ec o n t r o lp o i n t sa r ea b s t r a c t e df r o mt h ef e a t u r el i n e s t h e i rr e l a t i r ep o s i t i o n sa r ei n p u tb yu s e ra sd a t as o u r c e 5 t h eu s i n gr u l e so fu ga p if u n c t i o n sa r er e s e a r c h e d n a m i n gr u l e s ， i d e n t i t i e so fd a t as t r u c t u r e s ，l i c e n s e t h ed if f e r e n c e so fc o n c e p t sa m o n g o b j e c t ，b o d ya n df e a t u r eo fu fa r e i n t r o d u c e d 6 v i s u a lc + + 6 0i su s e da st h ed e v e l o p i n ge n v i r o n m e n t u s e r p r o g r a mi sc o m p l l e d w i t ht h ef u r t h e rd e v e l o p i n gt o o l so f u gs u c ha su g o p e n a p i 、u i s t y l e ra n dm e n u s c r i p t f l u s h t o i l e tp a r a m e t r i cc a d s y s t e m i s r e a l i z e di nt h ee n d f r i e n d l yi n t e r f a c eo fw i z a r dd i a l o g sa n dp a r a m e t r i cf e a t u r ec u r v e s a r ep r o v i d e di nt h ec a ds y s t e m f o l l o w i n gt h eg u i d eo ft h ew i z a r d s i t i sf a c i l ea n de x p e d i t i o u sf o ru s e rt od e s i g np r o d u c tm o d e l s t h es h a p e s o fp a r a m e t r i cf e a t u r ec u r v e sa r es y n c h r o n o u su p d a t e dw it ha d j u s t i n gb y u s e r t h ed e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c ho ff l u s ht o i l e tp a r a m e t r i cc a ds y s t e m p r o v i d e s n o to n l yf a c i l ea n de x p e d i t i o u sm o d e l n gm e t h o df o rp r o d u c t d e s i g n sb u ta l s or e l i a b l et h e o r i e sa n dv i a b l et e c h n o l o g yr o u t e sf o rt h e d e v e l o p m e n t o fo t h e rs a n i t a r yc e r a m i c k e y 育o r d s ：c e r a m i c ：f l u s ht o i l e t ：p a r a m e t r i c ：c a d ：u g ：f u r t h e rd e v e l o p m e n t v 第一章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 陶瓷制造业是我国的传统产业之一，陶瓷产品的设计、制造和使用 在中国有着悠久的历史。自1 9 9 3 年以来，我国卫生陶瓷的总产量稳居世 界第一，成为陶瓷的生产、消费大困。但是，就产品质量而言，我国 建筑卫生陶瓷产品还属于中低档次，高档产品仅占总产量的1 0 1 5 【2 】。 外资企业及合资企业生产的产品，与进口产品一起占据了囡内高档产品 的主要市场。这意味着我国只是陶瓷生产大国，而非生产强国。主要原 因在于国内陶瓷产品的设计和制作方式仍沿用传统的手工作坊模式，缺 乏自主开发全新产品的能力，主要采用仿制的形式开发产品，而且，产 品的尺i r 精度、外形光滑度及对称性都难以达到很高的水平。其后果是， 新产品难以适应瞬息万变的市场行情，导致企业缺乏市场竞争力。改变 这种传统的手工作坊式的产品设计丌发模式已经成为我国陶瓷企业需要 迫切解决的问题。 以典型卫生陶瓷产品一坐便器为例，其传统的产品丌发流程为：( 1 ) 设计人员根据产品的概念或样品，绘制坐便器外形尺寸简图；( 2 ) 根据产 品简图，放大比例制作粘土毛坯。( 3 ) 采用石膏浆、样板等材料堆积、修 改，形成初始工作模；( 4 ) 初始工作模翻制试验毛坯，烧制后进行冲水性 能的测试、产品性能及外观的评估，修改初始石膏工作模。重复此过程 直到满足要求。( 5 ) 由合格的石膏模翻制树脂母模，树脂母模批量翻制石 膏工作模( 每个石膏工作模只能翻制8 0 1 2 0 个产品泥坯) 。( 6 ) 石膏工作 模批量生产洁具产品。在产品的整个丌发过程中，山于采用手工方式， 初始毛坯的尺寸精度、曲面外形的光滑度以及外形的对称性都难以有精 确保证，而且对石膏模修改，也是根据模具设计者的肉眼观察或手工量 具束确定所以，可能需要反复多次修改石膏模、烧制初始毛坯和测试 评估，新产品开发的周期和费用难以预测和控制。 l 广东1 业人学i 学f = ! ；! l ，学位论立 采用堆丁c a d c a e r p 的快速集成制造技术可以避免手工作坊模式存 在的弊端。首先，陶瓷产品的造型采用了专用软件的三维c a d 数据模型， 其尺寸精度般可以达到0 1 0 2 m m ，完全满足陶瓷产品的精度需要， 可以减少修改石膏模的次数。其次，采用c a e 软件代替烧制的产品样件做 冲水性能分析，避免了反复多次的样件烧制工序。再次，采用于r p 技术 制作陶瓷样件或直接制作树脂模，大大提高了模具的制作效率。凶此 将快速集成制造技术应用于陶瓷产品的开发制作，可以大大缩短产品的 开发周期，降低产品的开发费用。这在推动我国陶瓷企、i k 的标准化、信 息化发展方面具有重大意义。 课题来源于广东省科委十五攻关重大科技专项“复杂陶瓷产品快速 集成制造技术研究”。 1 2 课题的国内外研究现状 1 2 1 c a d 技术在陶瓷行业中的应用 随着c a d 技术的逐渐成熟和c a d 软件的广泛应用，许多陶瓷企业开 始使用一些通用型的c a d 软件对新产品进行辅助设计和开发。 a u t o c a d 是当今最流行的二维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广 泛的用户群+ 在陶瓷行业也得到了较好的应用。产品开发人员利用它强 大的一：维功能( 如图形绘制、尺寸标注、公差标注等) ，绘制产品的工程 图及尺寸安装图。同时，针对陶瓷产：品的自身造型特点，利用a u t o c a d 提供的a u t o l i s p 、a d s 、a r x 等二次开发工具自行开发一些简单的特征模 块来提高绘图效率。但是，a u t o c a d 软件本身的三维造型功能不够完善 和强大，难以适应具有复杂曲面产品的三维造型设计。 p h o t o s h o p 、c o r e d r a w 、3 d m a x 等软件被广泛用于洁具产品的效果展 示、渲染和广告设计中。这些软件产生的图形不具备实际产品的参数约 束关系和尺、结构关系，因此，难以为后续的c a e c a m r p 设备提供有效 的产品数据模型。 目前，微机平台上的三维c a d 软件已经成熟，在国内c a d 应用较为 2 桀干绪论 。泛的i 维c a d 软件有p t c 公司的p r o e 、e d s 公司的u g 、s o l i d w o r k s 公司的s o l id w o r k s 、s d r c 公司的i d e a s 等。这些三维软件的功能都能满 足或基本满足洁具产品的复杂建模要求。但是，沽具产品的形状复杂多 变、设计参数繁多，要求陶瓷产品设计人员具备较高的c a d 软件使用水 平。c a d 软件的使用又要求用户具备相应的计算机知识和操作能力，并 要经过一段时间的软件培训。三维c a d 软件使用的复杂性、洁具产品设 计的复杂性使得陶瓷产品的设计开发人员必须既具备本行业知识又具备 相应的计算机知识，这就阻碍了三维c a d 软件在陶瓷行业的推广和使用。 综合c a d 软件的使用情况，c a d 软件在r 卫生陶瓷行业中的应用还停 在二维： 程图阶段。通用的三维c a d 软件由于使用的复杂性，难以在陶 瓷行业普及。 1 2 2 国内科研院校开发的沽具c a d 软件 基于陶瓷产品造型设计需要，国内许多科研院校开发了一些专用的 c a d 软件及计算机集成制造系统。这些c a d 软件大致可分为三类：自主 丌发的c a d 软件；基于通用c a d 软件平台的二次开发：陶瓷企业中的计 算机集成制造系统。 1 自主开发的c a d 软件 山东轻工业学院胡昌盛老师等丌发了“陶瓷制品造型计算机辅助设 计系统”。该软件基于n u r b s ( n o n u n i f o r mr a t i o n a lb s p l i n e ) 曲 线和曲面建立数学模型，采用t o r r a n c e s p a r r o w 法进行光照处理，使 用t u r b o c 语言进行程序设计和编写。t 3 1 该系统包括旋转体、非旋转体、 拼接、图案设计、光线跟踪、仿真彩设计和尺寸标注等功能，具有三维 造型迅速，立体感强，易于修改等优点，并可实现打印机图形输出。从 软件设计的产品模型来看，主要用于赫、碟、赢、碗等简单陶瓷产品的 造型设计和各种贴图及真实感设计，不具备对复杂洁具产品造型没计的 能力。 2 基于通用c a d 软件平台的二次开发 基于通用c a d 软件平台的系统丌发是一种简捷高效的丌发方式。由 广尔1 业凡学t 学坝i 学他论文 于a u t o c a d 、m d t 等软件在国内具有广泛的使用基础，所以专用的陶瓷产 品的c a d 软件的二次开发基本上以a u t o d e s k 公司的a u t o c a d 、m d t 等系 统作为软件f l 勺r 发平台。 ( 1 ) 四川大学殷国富教授等开发的“卫生瓷产品设计c a d 系统”。 该系统以m d t l 0 为软件开发平台，采用a r x 作为开发工具。造型模 块的编程语言为v i s u a lc + + 4 2 流道分析模块的编程语言为f o r t r a n g o 。 操作系统为w in d o w s 9 5 或w i n d o w s n t 4 0 。系统由产品实体造型和流道分 析这两个主要模块，以及图形转换和输出、帮助等模块组成。其中实体 造型模块包括参数化造型设计和交互式造型设计两部分。参数化造型设 计是在整个三维实体造型完成之后，再对流道分析计算；交互式造型设 计是利用二维的流道中一t 3 线做流道分析计算，然后依次完成造型设计【4 l 。 在系统设计中，引入虚拟现实( v i r t u a lr e a l i t y ) 技术，为用户提供各 种虚拟陈设环境，使得用户身临其境地选择产品，不断提供反馈意见。 系统的参数化造型设计模块的丌发路线是：1 对洁具产品根据造型 特点进行适当的分类；2 将产品分解成几个部件组合而成；3 建立产品 与部件之间、部件与部件之间的尺寸约束关系。在具体实现中，系统通 过对b e z ie r 曲线进行分段、拟合、拼接，以及自行丌发的一些特殊算法， 来实现产品部件轮廓线的绘制和调整【6 】。 该模块的乇要局限是：在产品部件轮廓线的设计中( 例如，与对称 平面重合的剖切面上水包外廓曲线的设汁) ，较多地采用了圆弧、直线等 线条的拼接组合，导致曲线之间的相互约束关系过于复杂，调整幅度较 小，调整难度较大。三维的c a d 造型变化幅度小，难以达到用户的造型 要求。 ( 2 ) 西南工学院尹显明、夏季等开发的s f c a d s 系统 s f c a d s ( s a n i t a r yf i x t u r ec a ds y s t e l n ) 在m d t 平台上用c 语占开 发而成，具有i 维产品造型、产品图形库、标准数据库、性能优化分析、 图形处理及输出等功能模块吲。在它的三维产品造型模块巾，以基本参 数和约束条件为主要输入，自动或交互式生成产品的三维形体。其主要 功能有：基本构件图库、造型与拼合、着色渲染等。由于该系统采用标 准数掘库和产品图形库来管理产品的所有二维、三维信息参数以及图形 4 第一葶堵论 日j e e t ! = e = ，j = ! ! ! 自| e j = ，| = = i e 自| ，e ! ，= 嘲i ! _ 等，一旦系统确定后，用户很难修改、添j j u 新信息、新产品图形。同时 系统对用户的使用要求也较高。 3 陶瓷企、i p 中的c i m s 随着信息技术的发展和计算机应用的广泛深入，陶瓷企业开始应用 基于刚络和数据库的c a d 、e r p 、m r p i i 等系统柬管理企业的整个经营管 理活动。针对陶瓷产品制造过程的特点，重庆大学制造工程研究所建立 了一种“陶瓷产品计算机集成制造系统”的体系结构1 8 】，开发了陶瓷企 业管理信息系统的集成技术、陶瓷产品的计算机辅助全过程设计的集成 技术、陶瓷产品模具制造过程的数字化技术、陶瓷虚拟产品技术和陶瓷 产品逆向工程技术等关键技术，并以重庆兆瓷有限公司为应用企业，实 施了我国陶瓷行业第一个c m s 应用示范工程。 该系统主要包括计算机网络系统和数据库系统等支撑分系统，以及陶 瓷产品工程设计系统和陶瓷企业管理信息系统等功能分系统。陶瓷产品 工程设计系统包括陶瓷产品造型c a d 、花案c a d 、模具c a d 、c a p p 和产品 数据管理等子系统。 在系统中，陶瓷产品造型c a d 子系统采用英国d e l c a m 公司的 p o w e r s h a p e 来设计产品的白磁三维模型和二维图；陶瓷产品花案c a d 子 系统采用c o r e l 公司的c o r e i d r a w 和a d o b e 公司的p h o t o s h o p 设计花案。 造型c a d 予系统与花案c a d 子系统的集成，即是产品的彩瓷三维效果设 计。采用3 d m a x ，将花案贴合到产品的白瓷三维模型上，从而得到陶瓷 产：品的彩瓷三维效果图。产品设计完成后，p o w e r s h a p e 将产品三维模 型转化为s t l 格式文件，3 d m a x 读入s t l 格式的产品三维模型文件，再 将由c o r e l d r a w 或p h o t o s h o p 设计的花寨图形文件( c d r ，p s d ，b m p ，3 p g ， t i f 等) 读入并贴合到产品三维模型上，然后再给模型赋以必要的材质和 光照，从而得到陶瓷产品的彩瓷三维效果图。 从系统功能的实现过程来看，该陶瓷产品造型c a d 子系统只是几种 c a d 软件的综合使用，而不是专用的三维c a d 造型软件的开发，其中的 c a d 造型系统存在操作复杂、产品造型时i 剖较长等通用c a d 软件具有的 问题。 1 2 3 国外的洁具产品c a d 研究情况 w e b e rr 设计的p c m s ( t h ep e r s o n a lc o m p u t e rm o n i t o r i n gs y s te m ， 微机监控系统) 提供建筑瓷砖( b u i l d i n gb r ic k s ) 生产过程中设备运行、 材料需求等各方面的详细情况，并可以文本或图表的方式显示1 9 i 。p c m s 由“e c a dpl u s ”、“i n d u s t r y s p e c i f icc a d ”、“s a n i t a r y ”和“s p o t v i e w ” 四个功能部分组成。p c m s 的微机版4 ( m i c r o s t a t i o nv e r s i o n 4 ) 可以允 许用户定制系统的应用功能。 c o o l et j - ，c h e s h i r ed g ， m e s q u i t ar m d 等研究、分析了 应用c n c ( c o m p u t e r i z e dn u m e r i c a lc o n t r o l ，计算机数值控制) 自动 设备来制造陶瓷产品原型的可能性、实现方法和技术优势。0 】。 英国d e l c a m 公司的p o w e r s h a p e 是一个三维线框、曲面和实体集成 一体的面向加工的三维设计系统，突出而向加工的造型功能。针对陶瓷 产品的材质和产品成型过程中的收缩率，p o w e r s h a p e 中对某些功能做了 优化，使其更方便地用于陶瓷产品的造型设计。从软件功能的角度一卜讲 p o w e r s h a p e 只是一种通用的c a d 软件。 1 3 本文研究的内容及实现方法 本文就“复杂陶瓷产品快速集成制造技术研究”项目第一环节的主 要部分一冲落式坐便器参数化c a d 系统进行了研究和开发。最终目标是 在现有的c a d 软件中开发内嵌的冲落式坐便器造型专用模块，使冲落式 坐便器产品的全新开发系列化和简单化，面向那些拥有丰富的陶瓷产品 开发制作经验、缺乏计算机造型知识的技术人员提供服务，并为快速集 成制造技术的后续c a e 、r p 环节提供数据模型。本文研究的主要内容及 实现方法主要包括以下几部分： 1 系统需求分析及概要设计 坐便器c a d 系统的开发是面向陶瓷产品开发技术人员服务的。首先， 要深入企业调研，了解产品的设计方法和过程。与产品设计人员沟通和 交流，进行功能需求分析，提出系统的总体目标，并对系统概要设计。 弭一年绻论 2 产品建模的曲面理论 坐便器产品的造型多为自巾曲f 日。了解工业产品造型设计中的相关 曲线、曲面知识，作为产品建模分析的理论基础。 3 系统参数化建模 系统参数化建模是根据冲落式坐便器的外形特a i 和数据，采用通常 的建模方式建立坐便器的参数化c a d 模型。对坐便器采用不同方式和命 令分别多次造型。通过分析和比较，找出较好的建模方式和组合方案。 对坐便器模型进行分析，提取能完整并简洁表达产品各部分造型的特征 线。分析各个组成单元特征的关联，提取特征线上的t 要控制点。以控 制点的坐标作为数据的输入源，建立参数与实体模型之间的关联，达到参 数化设计的目的。 4 系统实现 定制系统界面菜单、工具条和对话框。设置各个对话框的调用关系， 形成人机交互式的c a d 建模流程，建立程序的主框架。编写用户程序， 调用支撑软件的a p i 建模函数，实现参数输入与建模的集成，最终实现 参数化的c a d 建模系统。 5 系统测试及安装程序的制作 对系统模块进行测试，挖掘错误和漏洞并及时返回系统应用程序， 修改和完善。对开发的模块打包，制作向导安装程序。 尔t 业入学1 _ 学坝1 学位论文 第二章系统需求分析及概要设计 2 1 系统总体目标 开发冲落式坐便器参数化c a d 造型系统。面向陶瓷产品开发技术人 员，提供方便快捷的冲落式坐便器建模方式，生成的数据模型为后续的 c a e 冲水模拟和r p 快速成形加工提供数据支持。 2 2 系统的功能需求分析 系统的设计开发应符合工程标准，满足工程技术人员的设计习惯和 要求，系统的运行过程是对具体产品设计过程的模拟。产品的设计过程 采用向导的形式，界面友好，操作简单。产品的模型为参数化模型，其 尺寸大小由用户输入的尺寸参数确定，其形状随控制参数的调节动态实 时的变化。软件应具有较强的容错能力，对用户的不当操作警告提示， 而不会导致系统的崩溃和死机，提高软件使用的安全可靠性。系统有良 好的扩充性，便于软件后续版本功能的进一步增强。 2 3 系统运行的环境 运行环境包括c a d 软件所依赖的硬件平台和软件平台。一般的说 硬件是c a d 系统的基础，软件是c a d 系统的核心。j c l 2 1 2 3 1 系统运行的硬件环境 微机c a d 系统以3 2 位或6 4 位微机作为主机，并配有高分辨率图形 屁示系统、大幅面绘图仪、高容量硬盘等c a d 必备硬件，从而保证了c a d 工作的顺利进行。许多过去只能在t 作站上运行的著名高端c a d 支撑软 硝一币系统需求分析技概费改| 十 件现在均有移植到微机卜的版本。微机c a d 系统具有丰富的商品化支撑 软件和膨用软件，其原始投资小、见效快、成本低、具有良好的”t 扩充 惟，将成为今后国内外中小企、世_ 丌展c a d 工作的主要型式。所以，系统 运行的硬件环境确立为微机系统。 2 3 2 系统运行的软件环境 系统运行的软件环境包括系统软件和应用支撑软件。系统软件是与 计算机硬件直接关联的软件，起着扩充计算机的功能以及合理调度与运 用计算机的作用。支撑软件是在系统软件的基础上研制的它包括进行 c a d 作业时所需的各种通用软件。 u n i x 操作系统以其多用户、多任务的特性与数据管理、网络支持能 力为c a d 系统提供了比较可靠的工作平台。然而，u n i x 操作系统专业性 比较强，一般工程技术人员难以掌握。随着c a d 硬件平台不断向微机下 移，以及w i n d o w sn t 2 0 0 0 x p 2 0 0 3 操作系统性能的提升，w i n d o w s 系 列操作系统因其界面简单、友好而深受广大工程技术人员的欢迎。另外， 它还有很强的数据管理、网络通信及支持能力，同样可以胜任大型c a d 应用项目的开展。所以，w i n d o w s 系列操作系统有着更大的优势。系统 运行的操作系统选择w i n d o w s2 0 0 0 及更高系统版本。 支撑软件是c a d 软件系统的核心，是为满足c a d 工作中一些用户的 共同需要而开发的通用软件。c a d c a m 技术从诞生至今已有三十多年的 历史，历经二维绘图、线框模型、自由曲面模型、实体造型、特征造型 等重要发展阶段。期间还伴随着参数化、变量化、尺寸驱动等技术的融 入，形成了种类繁多的商品化支撑软件。按其功能特点可以分为3 类： 高端c a d 软件、低端c a d 软件和中端c a d 软件。 1 高端c a d 软件 p r o e n g i n e e r 是美国p t c 公司的产品。p r o e n g i n e e r 以参数化设计 技术而闻名，目前广泛应用于机械、电子、模具、汽车、航天、家电等 行业。【 1 它可以实现造型设计、机械设计、模具设计、加工制造、机构 分析、有限元分析和产品数据管理等，是一个全方位的3 d 产品开发软件。 广不i 业入学t 学坝【学位论文 i i _ _ _ e = t t ! _ j j l 自j _ - _ 自日_ ，_ _ _ _ _ _ _ _ _ = _ _ e j = _ _ 自l e - - _ ，= = j j e | _ 日_ _ _ _ _ 一 p t c 公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关及l 程数据库 再利用等概念改变了传统的m d a ( m e c h a n i c a l d e s i g na u t o l n a t i o n ) 的 概念，成为当今世界m d a 领域的新标准。利用该概念开发出来的第三代 p r o e n g i t i e e r 软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能 够同时进行同一产品的设计制造r ：作，即实现所谓的并行工程。 p r o t o o l k i t 是p t c 提供的用户化工具包，即应用程序开发接l ( a p i ) 。 p r o t o o l k i t 为用户提供了一个c 浯占的函数库，町以通过编写c 语言 代码，实现开发结果和p r o e 的无缝集成，丰富和扩充p r o e 的功能1 1 4 1 。 u n i g r a p h i c s ( 简称u g i i ) 是u g s 公司的旗舰产品。该公司首次突 破传统c a d c a m 模式，为用户提供一个全面的产品建模系统。【1 5 1 在u g i i 中，优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和曲面功能结合在 一起，用户可根据造型的需要灵活地选择合适的方法。u g i i 作为制造领 域的一种c a d c a m 高端软件，在复杂零件造型特别是曲线曲面方面具有 较大优势。u g i i 是知识驱动自动化技术领域的领先者，实现了设计优化 技术与基于产品和过程的知识工程的组合，大大提高了产品的设计开发 效率。e d s 公司在2 0 0 1 年9 月完成并购u g s 和s d t r 公司组成p l m s o l u t i o n s 事业部，开发了e d sp l m 系统。其中的n xa r c h i t e c l u r e 部 分不但为u n i g r a p h i c s 提供了新代系统架构和丌发平台，还为 u n i g r a p h i c s 、i d e a s 的融合提供了技术和系统层面的基础。u g 由2 0 0 2 年新版本开始改名为u n i g r a p h i c sn x 。u g 提供了u g o p e ng r i p 、u g o p e n a p i 、u i s t y le r 、m e n u s c r i p t 等二次开发工具，以满足用户专业化的要 求。 i d e a s 是美国s d r c 公司开发的c a d c a m 软件。i - d e a s 在 c a d c a e c a m 一体化技术方面直雄居世界榜首，软件内含诸如结构分 析、热力分析、优化设计、耐久性分析等高级分析功能。i d e a s m a s t e r s e r ie s 5 软件系统的推出帮助工程师以极高的效率在单一数字 模型中完成从产品设计、仿真分析、测试直至数控加工的产品研发全过 程。i d e a s 提供了面向对象的o p e ni d e a s 类库和o p e nl i n k 语占。用 户可以综合采用c + + 、v b 等高级语言调用o p e ni d e a s 类库，和使用 o p e nl i n k 语言编写程序文件两种方式进行二次丌发，达到用户化要求。 1 0 鹕一币糸统斋求分析搜慨璺吐汁 2 低端c a d 软件 a u t o c a o 是a u t o d e s k 公司的卡导产品。a u t o c a d 是当今最流行的二 维绘图软件，在二维绘图领域拥有广泛的用，o 群。a u t o c a d 有强大的二 维功能，如绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等 功能，同时有部分三维功能。从a u t o c a dr 1 1 到a u t o c a 0 2 0 0 0 ，a u t o d e s k 公司先后为用户提供了a d s 、a r x 、a u t o l i s p 、v b a 四种二次开发的工具。 在许多实际应用领域( 如机械、建筑、电子) 中，一些软件丌发商在 a u t o c a d 的基础上已丌发出许多符合实际应用的软件。【l 6 c a x a 电子图板和c a x a - m e 制造工程师软件的开发与销售单位是北京 北航海尔软件有限公司( 原北京航空航天大学华厄软件研究所) 。7 该公 司是从事c a d c a e c a m 软件与工程服务的专业化公司。c a x a 电子图板 是一套高效、方便、智能化的通用中文设计绘图软件，可帮助设计人员 进行零件图、装配图、工艺图表、平面包装的设计，适合所有需要二维 绘图的场合，使设计人员可以把精力集中在设计构思上，彻底甩掉图板， 满足现代企业快速设计、绘图、信息电子化的要求。 3 中端c a d 软件 m d t 是a u t o d e s k 公司在p c 平台上丌发的三维机械c a d 系统。它以 三维设计为基础，集设计、分析、制造以及文档管理等多种功能为一体i 为用户提供了从设计到制造一体化的解决方案。由于该软件与a u t o c a d 同时出自a u t o d e s k 公司，因此两者完全融为一体，用户可以方便地实现 三维向二维的转换。m d t 为a u t o c a d 用户向三维升级提供了一个较好的 选择。 s o l i d w o r k s 是生信国际有限公司推出的基于w i n d o w s 的机械设计软 件。生信公司是一家专业化的信息高速技术服务公司，在信息和技术方 面一直保持与国际c a d c a e c a m p d m 市场同步。该公司提倡的”基于 w i n d o w s 的c a d c a e c a m p d m 桌面集成系统”是以w i n d o w s 为平台，以 s o l i d w o r k s 为核心的各种应用的集成，包括结构分析、运动分析、工程 数据管理和数控加工等s o l i d w o r k s 是微机版参数化特征造型软件的新 秀，该软件旨在以工作站版的相应软件价格的l 4 1 5 向广大机械设计 人员提供用户界面更友好，运行环境更大众化的实体造型实用功能。该 广东t 业人学t 学坝 j 学位论文 软件可以应用于以规则几何形体为主的机械产品设计及生产准备f j 作 中，其价位适中旧】。 会银花( l o n i c e r a ) 系统是由厂 州红地技术有限公司开发的基于 s t e p 标准的c a d c a m 系统。该系统是困家科委8 6 3 c i m s 土题在”九血” 期间科技攻关的最新研究成果。该软件主要应用于机械产品设计和制造 中，它可以实现设计制造一体化和自动化。该软件起点高，以制造业最 高圈际标准i s o - 1 0 3 0 3 ( s t e p ) 为系统设计的依据。该软件采用面向对象 的技术，使用先进的实体建模、参数化特征造型、二维和三维一体化、 s d a i 标准数据存取接口的技术；具备机械产品设计、工艺规划设计和数 控加工程序自动生成等功能；同时还具有多种标准数据接口，如s t e p 、 d x f 等：支持产品数据管理( p d m ) 。目前金银花系统的系列产品包括：机 械设计平台m d a 、数控编程系统n c p 、产品数据管理p d s 、工艺设计工具 m p p 。机械设计平台m d a 是金银花系列软件之一，是二维和三维一体化 设计系统。目前，m d a l 7 版已投放市场，m d a 9 9 版也己发布。金银花m d a 在国内率先实现商品化，并向国外三维c a d 软件发出了强有力的挑战。 通用的商品化软件无论其功能再齐全，适应性再强，也很难满足不 同行业形形色色具体产品设计的要求。根据本行业的实际情况在通用 c a d 软件基础上进行二次丌发，形成具有行业特色的产品c a d 设计系统， 才能有效的提高产品的设计效率，降低劳动强度和设计成本。对系统开 发平台的选择应从以下几方面考虑： 1 软件的建模功能和性能。二次开发不同于一般