（车辆工程专业论文）基于catia的客车快速设计技术研究.pdf

摘要 客车是现代社会中的主要交通工具之一，对发展国民经济和促进人民生活水平提高 发挥着重要作用。传统的客车新产品设计、开发周期比较长，成本也比较高，难以满足 客户不断变化的需求。如何才能快速开发出满足社会需求的客车新产品是生产企业非常 关注的问题。本文选择对基于c a t i a 的客车开发技术进行研究。 文中首先运用模块化理论和相似性原理对客车进行分析定位，将客车结构划分为基 本的6 个部分；在确定车型和设计方案之后运用客车设计基本理论进行客车的总布置设 计。其次，以三维软件c a t i a 为工具，建立了客车结构各个模块的三维实体模型。最后 利用v i s u a lb a s i c6 0 编程软件进行可视化界面设计和应用程序接口编程，开发了可 视化的客车模块化设计系统，实现了在v b 界面中访问c a t i a 函数。用户可在界面中输 入相应的设计参数，系统将实现客车模块化设计和装配集成，完成客车实体模型的快速 设计。 论文将c a t i a 技术和v i s u a lb a s i c 编程软件及接口技术应用于客车的开发设计中， 能够完成客车整车的快速设计，减少设计工作量，缩短开发周期，降低成本。可以为客 车企业实现快速设计提供帮助。 关键词：客车，c a t i a ，模块化设计，界面及接口技术，s u a lb a s i c a b s t r a c t b u si so n eo ft h ep r i n c i p a lo ft r a l l s p o r ti nm o d e m s o c i e 够，f o ri tp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei n t l l en a t i o n a ld e v e l o p m e n ta i l di m p r o v i n gl i v i n gs t a i l d a r d s n e v e n h e l e s st h et r a d i t i o n a lb u s d e s i g nh a sal o n g e rp r o d u c t i o nc y c l e ，p r o d u c t i o no fs m a l lq m t i t i e sa n dl e s sv a r i e 锣，t h u si ti s h a r dt om e e tt h en e e d so ft h et e m p oo fm o d e ml i f e h o wt od e v e l o pb u s e sf 瓠ta i l dv a r i e d l yt o c o p ew i t ht h em a r k e tr e q u i r e m e n t si sv e 巧i m p o n a n t s om i sa r t i c l ei n v e s t i g a t e sa i l ds t u d i e s h o wt od e v e l o pb u st e c l 1 0 l o g yb a s e do nc a t i a f i r s t l y ，b u ss t n l c t u r ew i l lb ed i v i d e di n t os i xb a s i cp a r t so nt h eu s eo fm o d u l a rt h e o r ) ，a 1 1 d t h e 埘n c i p l eo fs i m i l 撕t ya 1 1 a l y s i s a r e re n s u r eb u sp r o d u c tp o s 劬汜，m et h e s i sm a k e sb u s g e n e r a ll a y o u td e s i 印o nb u sb a s i cd e s i g nt h e o r ym o d e l sa i l das e to fp a r 锄e t e r s s e c o n d l y ， t | l r e e d i m e n s i o n a ls o l i dm o d u l es t m c t m eo fb u sh a sb e e ne s t a b l i s h e dw i t hc a t i as o 胁a r e f i n a l l y ，t h et h e s i sp r o g r a m sa p p l i c a t i o ni n t e r f a c e ，d e s i g n sv i s u a l i z e di n t e “a c e sa 1 1 dd e v e l o p s v i s u a l i z a t i o nb u sm o d u l a rd e s i g ns y s t e mw i t h v i s u a lb 2 u s i c6 0p r o 伊猢i n gs o r w a r e ， r e a l i z i n gv i s 砌b 2 l s i ci n t e 血c et oc a t i a 劬c t i o n s t h eu s e rc a ne n t e rm ep a r a m e t e r s c o r r e s p o n d i n gt oi n t e r ：f i a c ed e s i g n ，b u sm o d u l a rh a v eb e e nd e s i g n e da n da s s e m b l e dr a p i d l y 姐dt h e 、v h o l eb u ss o l i dm o d e lh a sb e e nf i n i s h e d 7 r h et h e s i su s e sc a t i a t e c l u l o l o g y ，v i s u a lb a s i cp r o g r a m m i n gs o r 、v a r ea n di n t e r f 砬i n g t e c h i l o l o g ) ，i n t ob u sd e v e l o p m e n tt e c l l l l o l o g ya n dd e s i g l l sb u sr a p i d l y t h i sm e t h o dc a l l 黟e a t l yr e d u c et l l ed e s i g nw o r k l o a d ，s h o r td e v e l o p m e n tc y c l em o r ea 1 1 dr e d u c ec o s t s t h e m o d u l a rd e s i 印s y s t e mc a i lb ee x t e n d e dt oo m e rt y p e so fb u s e s ，p l a y i n gc e 蹦na c t i v e l y e x p l o r i n gr o l ei nr e f i n i n ge a c hm o d u l ea n de s t l b l i s h1 i b r a r ym o d u l e k e y w o r d s ：b u s ，c a t i a ，m o d u l a rd e s i 印，i n t e r f a c i n gt e c h n o l o g y ，v i s u a lb a s i c 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者繇前凰团 砷年厂月踢日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 叫年厂月日 沁罕年3 f 1 只豸日 长安大学硕上学位论文 第一章绪论 客车是现代社会中的主要交通工具之一，对发展国民经济和促进人民生活水平提高 发挥着重要作用。然而传统的客车设计周期比较长，生产批量小、品种少，难以满足现 代生活节奏的需求。随着世界汽车制造业市场的竞争加剧，提高客车产品质量、加快产 品设计的研发及缩短制造周期一直是客车制造业面临的问题。因此，如何快速的开发出 满足大众需求的客车，缩短客车的生产设计周期，确保客车的质量，显得非常重要。 1 1 课题的研究背景 1 1 1 国内外客车设计的发展现状 欧洲的客车技术水平和科研能力居世界首位，全球比较著名的客车及客车底盘生产 企业有：德国的奔驰、曼、尼奥普兰，法国的雷诺，瑞典沃尔沃的和斯堪尼亚。欧洲客 车的主要技术特点是：发动机功率大、转矩大，这使得车辆行驶速度更快，加速性、爬 坡性和可靠性更强，经济性、环保性及安全性更好。综观近十多年世界客车技术发展的 特点，客车设计可以用高档化、高速化、大型化、大视野、大平面、大园弧来概括。 国外大型客车发展的总体趋势是向有利于节约能源，保护环境和提高客车的主被动 安全性3 方面发展，就客车本身来说，则是提高其动力性、燃油经济性、制动性能、平 顺性和操纵稳定性、舒适性等，同时使车身结构与车内设施更理想、更实用。 我国公路通车里程己达1 7 5 8 万公里，其中高速公路通车里程达2 5 2 万公里，跃 居世界第二位。公路条件的改善促进了我国客车工业的发展。但是国内客车设计中多采 用模仿、类比等传统方法，加之投入新产品设计研发的力度不够，使得中国客车的设计 和国外先进产品比较，设计能力还比较弱，设计时间过长。总体来看，国内客车企业的 设计水平在相当长的时间内，仍将落后于国外先进企业。最重要的一个原因就是无法掌 握关键配套件的技术，并且在技术上始终落后于国外先进企业。 随着我国对外改革开放力度的不断加大，我国大中型客车的外形造型水平与国外一 些著名的客车生产企业的差距在逐步缩小。同时，我国的广大客车企业更要注意培养独 立开发产品的能力，目前国内一些客车企业已经在自主研发后置发动机、中置发动机、 全承载车身结构等目前比较前沿的客车设计成果，并且取得了一定的成效，使客车成为 路上一道亮丽的风景，从而大大提高了交通的现代化形象。 第一章绪论 1 1 2 课题的提出 我国已经连续几年成为世界第一大客车生产国家，客车出口的数量也在逐年的增 多，客车企业改进产品设计，引进新的技术和成果，增加产品的开发力度，快速设计出 优秀的客车产品，提高客车企业的市场竞争力显得尤为重要。 计算机技术的飞速发展为客车的制造装配集成化和智能化发展创造了条件，特别是 c a d c a e c a m 一体化软件的应用将客车的设计、制造过程的快速化和智能化变成了可能。 整车设计开发全程采用专业计算机辅助设计软件，使整车造型的合理化设计达到新的高 度，经过有限元分析计算的车身结构也更趋合理，兼顾了车辆的安全性和经济性。 世界各主要客车企业都应用最新科技成果致力于客车新产品的研制和开发，不断地 向市场提供有竞争力的新型客车。各大客车企业利用现代手段和方法缩短其产品换型开 发周期，以求尽快、尽早地推出新产品抢占市场。 面临全球经济一体化进程的加快，客车行业竞争愈演愈烈，为达到快速化、现代客 车设计多样化的目的，减少开发人员的工作量、缩短开发周期、降低开发成本，如何快 速的开发一款新的客车，深化与细化各种设计方法，将其整合在一个开发平台上，开展 基于三维软件对客车进行设计研究，具有重要意义。 1 2 三维建模技术的研究 随着计算机技术的飞速发展，三维c a d 软件同趋成熟，三维实体造型开始广泛应用 于产品或工程设计。三维模型包括线框模型、表面模型和实体模型。其中实体模型包括 线、面、体的全部信息，是三种模型中最高级的一种。它不仅具有质量、体积等物理属 性，更接近于真实物体，而且实体之间能进行并、交、差等布尔运算，建立更加复杂的 实体模型，并能进行消隐、着色和渲染。此外，实体模型还可以生成二维平面视图、剖 视图和断面图，通过c a d 输出的实体模型数据还可以提供给后续的数控加工和有限元分 析。 创建三维实体模型时，首先对模型的结构进行分析，无论模型的结构多么复杂，它 总是由若干个简单实体构成。复杂模型的建立过程是不断创建简单实体并将其组合的过 程。建立复杂模型的方案可能有好几种，应选择一种较方便、合理的方案进行建模。然 后使用基本体或将二维图形经拉伸或旋转生成各个简单实体。最后将各个简单实体之间 进行各种编辑操作获得更加复杂的实体。 2 长安大学硕士学位论文 1 2 1 c a d 技术的发展 c a d 是一种新兴的经济高效的综合性计算机应用技术，它以计算机作为主要技术手 段和工作平台处理各种数字信息与图形信息，辅助完成产品设计、分析模拟、评价与制 造中的各项活动。在c a d 的发展过程中经历了如下几个阶段1 7 ，2 踟。 第一阶段：6 0 年代初，国外一些汽车公司在汽车车身设计的基础上，开始了模具 c a d 的研究，出现的三维c a d 系统只是极为简单的线框式系统。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问的拓扑关系。由于缺乏形体的表 面信息，c a m 及c a e 均无法实现。 第二阶段：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 遇到了大量的自由曲面问题，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。此时法国人提出了贝赛尔算法( b e z i e r ) 3 7 1 ，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 。 第三阶段：8 0 年代，曲面造型系统带来的技术革新，使汽车开发手段比旧的模式有 了质的飞跃，新车型开发速度也大幅度提高，许多车型的开发周期由原来的6 年缩短到 只需约3 年。在c a d 技术发展的第三阶段出现了变量化设计和参数化设计技术。变量化 设计( v a r i a t i o n a ld e s i g n ) 一词是美国麻省理工学院g o s s a r d 教授于1 9 8 0 年提出的【1 5 j 。 g o s s a r d 的倡导在当时c a d 界并未引起重视，直到1 9 8 8 年p a r a m e t r i ct e c h n 0 1 0 9 y 公司 推出以参数化、变量化、特征设计为基础的新一代实体造型软件p r o e n g i n e e r 后，c a d 界才真正开始参数化、变量化设计。 改革开放以来，我国汽车工业得到了很大的发展，在“九五”期间，开发具有国际 先进水平的c a e 软件，并与现有的c a d c a m 软件集成，实现c a d c a e c a m 一体化一直是 国家科技攻关的一个重点。1 9 9 4 年3 月，国务院颁布了我国的汽车工业产业政策， 要求在2 0 1 0 年，使我国客车工业具有车型及模具的自我设计和开发能力，真正建立起 自主发展的中国客车工业。 随着c a d 产品的不断升级更新，其三维建模功能会越来越多，熟练地运用c a d 建立 三维模型，提高建模效率，是加快产品开发的主要途径。 1 2 2 参数化三维设计软件的应用 参数化设计软件在制造行业应用比较广泛，相对成熟的三维设计软件有以下几种： 1 ) p r o e n g in e e r 3 第一章绪论 p r o e n g i n e e r 是美国p a r a m e t r i ct e c h n 0 1 0 9 y 公司的机械设计自动化软件产品。它 通过记录设计历史来捕捉设计意图，设计历史的操作顺序可以修改，同时引入全局设计 参数用于实现整体的设计修改。p r o e n g i n e e r 具有在系统中作动态修改的能力，是一个 以功能为主的参数化实体造型系统，可进行二三维的参数化绘图，提供双向数据关联， 设计的修改能自动更新到出图、分析、制造以及其他c a d c a m 领域，并且具有良好的装 配功能。但其中的几何体都必须是完全约束，进行设计要求预先考虑好整个产品的控制 参数以及操作顺序3 9 1 。 2 ) u g n x u g n x 是美国e d s 公司的c a d c a e c a m 一体化软件，具有参数化设计功能，在设计和 制造领域得到了广泛的应用。在使用u g 软件进行产品设计时，为了充分发挥软件的设 计优势，首先应当认真分析产品的结构，构思好产品的各个部分之间的关系，充分了解 设计意图，然后用u g 提供的设计及编辑工具把设计意图反映到产品的设计中去。参数 化设计的目的就是按照产品的设计意图能够进行灵活的修改，所以它的易于修改性是至 关重要的 3 ) c a t i a c a t i a ( c o m p u t e ra i d e dt h r e ed i m e n s i o n a li n t e r a c t i v ea p p l i c a t i o n ) 计算机辅 助三维交互应用系统，是由法国d a s s a u l t 公司开发并由i b m 公司负责销售的 c a d c a m c a e 应用系统。c a t i a 为用户提供了大量常用的参数化特征体，而且用户也可 以根据产品特点和开发需要建立自己的参数化特征库。 参数化的三维软件的应用，为客车技术的快速化发展提供了技术支持，加快了客车 设计开发的速度，保证了客车生产制造的质量。 1 3 本课题研究的主要内容和意义 1 3 1 本文研究的主要内容 基于以上讨论，本论文拟对以下问题进行研究： 1 通过对三维软件c a t i a 及其二次开发技术的讨论，确定开发的方法和开发工具。 2 选定车型后对客车进行总布置设计，利用模块化理论和相似性理论对客车设计 进行模块化分； 3 在c a t i a 环境下建立客车各个模块的三维实体模型，并进行模块的集成和装配 设计。 4 在v i s u a lb a s i c ( v b ) 环境下设计客车模块化设计系统的界面，编写代码。 4 长安人学硕上学位论文 5 建立了c a t i a 和v i s u a lb a s i c 界面之间的接口技术，能够在v b 界面环境下调 用c a t i a 功能函数。 6 在v b 界面中输入相应的设计参数，实现客车各个模块的设计和装配集成，最终 完成客车设计。 1 3 2 本课题研究的意义 1 利用模块化理论和相似理论对客车进行模块划分，能够将复杂的产品划分为具 体的模块，使得设计变得简单易行。 2 建立的c a t i a 与v b 之间的数据接口，使得在v b 界面内访问c a t i a 变成可能。 3 建立的客车模块化设计系统能够快速的对客车进行设计和修改，对于客车的多 样性设计具有重要的意义，对各个模块的细化具有一定的参考价值。 4 将三维软件c a t i a 与v b 编程软件结合起来对客车进行快速开发研究，不仅具 有重要的学术价值，对培育我国汽车工业的自主开发能力，尤其是对现阶段新型客车的 自主研发设计，具有重大的意义。 5 第二章c a t i a 环境下二次开发技术研究 第二章c a t i a 环境下二次开发技术的研究 c a t 工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 a m 领域的领导地位。世界上已有超过1 8 ，0 0 0 个用户选择了c a t i a ，用户包 括波音( b o e i n g ) 、包括克莱斯勒( c h r y s l e r ) 、宝马( b m l i ) 、奔驰( b e n z ) 、大众 ( v 0 1 k s w a g e n ) 、奥迪( a u d i ) 、雷诺( r e n a u l t ) 、丰田( t o y o t a ) 、斯堪尼亚( s c a n i a ) 、 沃尔沃( v 0 1 v o ) 等著名企业。在中国的一汽，上海大众等，汽车生产商都已将c a t i a 当成产品研发的核心软件。另外，工b m 、s o n y 、p a n a s o n i c 、t o s h i b a 、s a m s u n g 等全球 知名企业都己用c a t i a 作为产品开发的核心工具之一，以缩短开发周期，提高产品的性 能。 2 1c a t i a 环境下的设计方法 c a t 工av 5 可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境 中，对产品开发过程的各个方面进行设计仿真，并能够实现工程人员和非工程人员之间 的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造 和成品在整个生命周期中的使用和维护。 2 1 1c a t i a 三维设计功能 在c a t i a v 5 的开发环境下，主界面如图2 1 所示。c a t i av 5 提供的主要模块有基 础构架、机械设计、曲面造型、特征模块设计和库管理等，每个模块中又包含数个功能 单元【6 】。本论文所需要使用的主要模块功能和特点如下： 1 机械设计( m e c h a n i c a ld e s i g n ) 包含机械设计的相关单元，主要包括草图和零 部件、组件装配、工程图生成、模具、复合材料、钣金件、焊接件、骨架结构、线框和 曲面、形位公差等设计单元。使用c a t i a 建立实体模型时，需要在草图上绘制二维的平 面图。再利用其他功能将二维平面图延伸成三维实体。 2 装配设计( a s s e m b l e ) ：装配件可以由多个模型中的零件组成。装配设计单元的 作用就是将零件通过约束条件组合，建构完整的产品，并且可以对此产品进行标注与赋 予几何特征的操作，装配的重点在于如何适当地利用约束，才能够建立一个正确装配的 产品。 3 曲面造型( s h a p e ) ：提供曲面与逆向工程设计功能，可以自由塑造不规则曲面， 利用手绘草图来构件曲面。细分为自由曲面、草图跟踪、数字( 逆向) 曲面、汽车a 面、 创成式曲面等设计单元。 6 长安大学硕士学位论文 4 基础结构( i n f r a s t r u c t u r e ) 提供管理整个c a t i a 构架的功能，包括产品结构、材料库、库编辑器、渲染和虚拟 现实仿真等单元。渲染模块可以将对象搭配环境贴图与打光，绕固定轴旋转，再从架设 的摄影机视角或是现有视角将面画面连续捕捉，存成动态文件，充分地将c a t i a 所建的 3 d 对象表现出来。 i 一一一 口e = 卫t m ，“。一l ，| | - 3 1 - 1 1 x 。，三未篡。 尊1 “91 - 8t 8 墼置皇皂冀4 童”喧坚皇 田2 1c t i v 6 r 1 6 的设计环境 212 c a t i a 进行产品设计的方法 1 自上而下的设计方法 在装配工作台中切换到零件工作台进行的设计。在p r o d u c t 模块内构造骨架零件， 然后将参考参数( 点、线、面、控制变量等) 发布( p u b l i s h ) ；同时，在主骨架的控制 下，可以构造子装配的骨架；在进行详细设计时，选择只关联发布元素，这样可以避免 过多的参考，非关键元素在关联设计时生成的是只有子关系而没有父关系的元素，在进 行较复杂模型装配时，不致与造成系统崩溃；同时可以使用d 删中空间分析功能，在设 计的同时检查设计的合理性刚。这种设计方法的好处是，所有零件都是基于同一坐标系， 是设计具有相对位置零部件的最好方法。 2 自下而上的设计方法 宰 o 第二章c a t i a 环境下二次开发技术研究 由零件到装配的设计。在c a t i a 中，设计是全关联的，设计者可构造自己的零件库， 把产品、零件、特征、设计规则等，在设计中可以重复使用的资源，最大化集中在c a t i a 的目录库中，使用这些已经经过生产验证过的数据，应用在其他产品的设计中，加速了 产品的设计效率，避免重复设计。 在设计中，本论文采取两者相结合的方式对客车实体进行三维建模。在各个模块的 设计中采用自上而下的设计方法，方便设计环境之间的切换，并且使零件和组件的模块 处在同一个坐标系内。保证了后续的装配准确性。在装配过程中采用自下而上的设计方 法，将设计好的组件放在目录库中，避免了装配中相同零件的重复设计，大大节约了设 计时间。 2 2c a t i a 二次开发理论 二次开发是用户在c a t i a 原有功能的基础上进行其他特殊功能的研究，它可以使软 件更好地为用户服务，这对提高工作效率和工作质量有着重要的作用。c a t i a 为用户提 供了二次开发接口和开放式的内部命令集合，给用户的二次开发带来了方便。 2 2 1c a t i a 二次开发接口技术 c a t i av 5 采用了多种支持组件技术的软件技术，如：j a v a 、c o m d c o m 、c o r b a 等， 内部模块全部采用c n e x t ( c a t i a 内部使用的一种c + + 语言) 实现。 c a t i a 提供了多种开放性接口，按应用范围分，由低层次小范围应用到高层次二次 开发，共有五种开放性接口：标准格式导入导出( s t a n d a r df o r m a ti m p o r t e x p o r t ) 、 使用a u t o m a t i o na p i 的宏命令模式、智能构件( k n o w l e d g ew a r e ) 、交互模式下的用户 自定义特征( c a t a l o g ) 、 c a av 5c + + j a v aa p i 【2 9 1 。 这些开放性接口的使用范围各有不同： 1 标准格式导入导出c a x 文件 标准格式导入导出是在多种c a x ( c a d c a e ) 文件格式，多种p d m ( p r o d u c td a t a m a n a g e m e n t ) 文件格式和各种标准文件格式之间转换的开放性接口工具，用于跨c a d 平 台、跨p d m 、标准格式的输入输出，以便进行数据格式的转化。它是用在多种软件及标 准的互相协作设计时的一种低层次应用。 2 a u t o m a t i o na p i 的宏命令 a u t 伽a t i o na p i 的宏命令模式是利用日志v i s u a lb a s i e 、j a v as c r i p t h t m l 对 a u t o m a t i o nc o m p o n e n t s 编写脚本代码控制，这个接口是在c a t 工a 图形交互模式下的自定 8 长安大学硕士学位论文 义c a t i a 系统，这是一种交互方式的定制。该定制方式允许用户获取c a t i a 的数据模型。 a u t o m a t i o na p i 具备了与任何o l e 所兼容的平台进行通讯的能力。它是一种比较高层次 的二次开发应用。 自动化应用接口可以调用“i n p u t b o x 和“m s g b o x ”函数获取用户输入信息和进行 输出，用户可以应用v i s u a lb a s i c 来定义更为复杂成熟的输入输出界面，还可以给宏关 联一个图标，并置入c a t i a 显示框架。 3 智能构件( k n o w le d g ew a r e ) 智能构件( k n o w l e d g ew a r e ) 是在c a t i a 交互模式下的公式和规则编辑器的一种开放 接口，它可以利用编辑坐标、曲线公式或者简短的程序完成一般的复杂曲线及曲面造型， 驱动的管理和重用是从函数、规范到组件和系统来一步一步实现的。它用于三个方面： 知识顾问、知识专家和产品工程优化。它是完成特定功能的一种高效开发方式，也是结 合知识库规则的公式应用。 4 交互模式下的用户自定义特征( c a t a l o g ) 交互模式下的用户自定义特征( c a t a l o g ) 是另一种交互模式下的开放性自定义接 口，它是利用自定义的交互模式新参数和己有模型相结合来定义实体特征的。通过聚合 现存的特征来交互地定义新的数据类型。收集现存规范，指定输入，从而创建一个i u d f ( 用户定义特征) 。i u d f 可以通过引用一个c a t a l o g 保存在木c a t p a r t 文档中，该文档可 以交互地被客户使用。 5 c a a v 5c + + a p i c a a 是( c o m p o n e n ta p p l i c a t i o na r c h i t e c t u r e ) 的缩写，c a a v 5c + + a p i 开发接 口是一种组件基础下的编程控制，是一种对c a t i a 对象的高级控制方式。这是基于组件 的定制开发。a p 工函数定义在开发库的头文件中，提供了操作各种对象的方法、工具和 接口。利用c 从可以进行从简单到复杂的二次开发工作，有利于用户的使用和集成。对 于需要捕捉用户的一系列交互操作的应用，可以采用c a t i av 5 的自动化应用接口和c a a v 5 的c + + 、a p i 应用接口。 c 从v 5 可以做精致的交互命令，这些命令可以分组归入工作台( w o r k b e n c h ) ，并 能够实现u n d o r e d o 。使用c 从进行二次开发，对开发人员的要求较高，用户不但要具 备熟练的c a t i a 知识，还需要具备v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc + + 二次开发能力，同时还 具备c o m 接口技术的相关知识。 以上提到的五种开放性接口虽然都是c a t i a 和其他应用程序或c a d 软件的数据交换 9 第= 章c n 环境下二孜开发技术研究 方式，但是格式转换和规则编辑嚣只是低层次的应用，而且公式编辑器无法实现对c a t i a 对象进行造型设计，装配等高级控制。所以，格式转换、公式和规则编辑器不能作为二 次开发的方式。a u t 伽a t i o n a p i 、交互模式下的用户特征自定义( c a t a l o g ) 、c a av 5c + + j a v a p i 这三种方式可以对c a t i a 对象进行造型、装配等高级控制，它们是c a t i a 二次开 发的三种方式。 2 2 一编程访问c a l l a 对象的方式研究 通过编程来访问c a t i a 的对象有很多种不同的方法。对于其他程序和脚本来说， c a t i a 是一个0 l e 自动化对象服务器。任何能访问c o m 对象的程序或脚本都能访问c a t i a 的 对象并对其进行操作。编程访问c a t i a 对象主要有两种方法，一种是进程内的，另一种 是进程外的。 1 进程内的脚本访问 指脚本和c a t i a 在同一进程内运行，由c a t i a 的脚本引擎来解析执行宏脚本命令的， 比如宏录制。 宏是指用脚本文件编写的一系列命令，这些命令能通过一个单独的命令来执行。如 果用户需要不断地重复进行某些操作时，可以充分利用c a t i a 所提供的宏功能来自动的 完成这些重复性的工作。要想创建一个宏，也有两种方式：一种是录制一系列的交互操 作；另一种是直接编辑一个脚本文件。 在c a t i av 5 中宏可以选择用v b s c r i p t 语言或v b a 语言来录制，且这用这两种语言录 制出来的宏均可以在v b 中运行。所以可以任选一种语言，默认选择的是前者，要使用后 者录制宏需要添加一个v b a 的工程才能录制。宏录制的方法如图22 所示，系统默认的语 言是v b s c n p t 语言来录制宏命令。 豳豳区孟i 缸辑 鼬 钥n 国路 国啊 ，t * * 圈工2 蜜的囊脯 长安大学硕十学位论文 选择启动录制( s t a r tr e c o r d i n g ) 后，对相应参数的数值大小进行改变。通过以 上的操作完成了对所需要的宏的录制工作。将这些录制出来的宏应用于v b 程序中，改变 相应的参数就可以达到改变模型的目的。 2 进程外的脚本访问 指脚本运行不由c a t i a 来调用，c a t i a 作为一个o l e 自动化服务器，外部程序通过c o m 接口来访问c a t i a 内部的对象。可以在0 f f i c e 软件中以v b a 脚本来访问c a t 工a ，也可以 在v b 程序中嵌入访问c a t i a 的程序。也可以把脚本放在网页中，由v b s c r i p t 或j a v a s c r i p t 来执行。进程内的脚本和进程内的脚本的区别在于，外部程序首先要连接到c a t i a 上， 如果c a t i a 没有启动还必须先启动它。 2 2 3 二次开发方法 在w i n d o w s 平台下，c a t i a 支持利用内嵌机制和外部开发机制进行二次开发。 1 进程内开发 c a t i a 具有v i s u a lb a s i c 脚本编写引擎，通过在c a t i a 内部编写v s i u a lb a s i c 脚本( 也 称为宏) ，以内嵌机制进行二次开发。在c a t i a 环境下，利用工具( t 0 0 1 s ) 专宏( m a c r o s ) 命令可以打开编程窗口，进行v i s u a lb a s i c 脚本的编写，见图2 2 。以这种方式运行的 脚本，与c a t i a 其它命令运行方式相同，即与c a t i a 运行在同一进程内【2 7 j 。 2 进程外开发 以外部开发机制进行二次开发时，首先，外部应用程序需要通过c a t i a 暴露的接口 链接c a t i a ，再访问它的内部结构。若c a t i a 未运行，在链接时将启动c a t i a 。采用外部 开发机制，c a t i a 与外部应用程序运行在不同的进程内，可以通过下列方法以外部开发 机制进行c a t i a 二次开发： ( 1 ) 通过v b a ( v i s u a lb a s i ca p p l i c a t i o n s ) 来实现。 ( 2 ) 通过v i s u a lb a s i c 调用a p i ( 3 ) 通过w i n d o w s 脚本编写脚本语言，如v bs c r i p t 或j a v as c r i p t h t m l 。 ( 4 ) 通过v is u a lc + + c a a a p i c a t i av 5 二次开发接口技术的描述见图2 3 。 第二章c a t i a 环境下二次开发技术研究 图2 3c a t i a 接口技术 2 2 4 本文二次开发方法的选择 通过上述论证，将c a t i a 二次开发方法优缺点进行对比，见表2 1 表2 1c a t i a 二次开发方对比 二次开发方式优点缺点 宏( m a c r o s ) v i s u a lc a t i a 自带功能，进程内完成，与 不能完成相对复杂的程序及 b a s i cs c r i p t c a t i a 同步进行，方法简单；二二次开发； 对开发人员的要求较高，需要 v i s u a lc + + c a a a p i 行从简单到复杂的二次开发工作， 具备熟练的c a t i a 知识， v i s u a lb a s i c 。v i s u a lc + + 有利于用户的使用和集成； 二次开发能力和c o m 接口技 术的相关知识； 、 v is u a lb a s i c 开发环 a p i 具备了与任何0 l e 所兼容的平台 进行通讯的能力；界面功能比较简单，开发的界 境+ a u t o m a ti o na p i 较高层次的二次开发应用；面功能相对较少； 程序编写比较容易； w i n d o w ss c r i p t ，j a v a 不能进行交互式的数据访问 s c r i p t ，h t m l 等能完成w e b 网页上的连接调用； 语言编写较难掌握。 经过表2 1 的对比，结合论文设计的系统需要完成的功能，使用c a t i a 进程外开发 方式进行二次开发完全满足要求。本论文选择使用v is u a lb a sic 开发环境在进程外调 用c a t i aa u t o m a t i o na p i 函数，实现客车的快速化开发设计。 2 3 二次开发的阶段及流程 基于c a t 工a 的二次开发具备软件工程的特点，一般软件二次开发的过程可以概括为 以下两点。 1 2 长安大学硕士学位论文 2 3 1 软件二次开发的阶段 软件工程采用生命周期法，从过程上对软件的发开和维护进行分解，把软件生存周 期依次划分为以下几个阶段，具体过程如图2 4 所示。 1 对要解决的问题进行详细的分析，确定软件的技术目标和功能，并编写需求说 明书； 2 根据需求说明书，确定系统框架结构模型和数据模型； 3 进行必要的数学物理图形建模； 4 进行软件的运行调试修改； 5 编写软件概要和详细的设计说明书，数据结构说明书和测试说明书。 图2 4软件二次开发阶段及任务 2 3 2 二次开发程序的基本流程 二次开发程序的一般流程可以概括为以下几个方面： 1 进行三维模型分析，根据参数化特点和相似理论对三维模型进行提取和划分； 2 针对所提取的模型特征设计窗口界面； 3 对三维软件进行接口设计，调用c a t 工a 应用程序模块函数a p i ； 4 调试并运行程序； 5 判断程序运行是否有误； 6 若程序没有错误，运行程序，生成产品，输出结果； 7 若程序不能运行，提示出错，进一步修改参数，回到步骤3 。 第二章c a t i a 环境下二次开发技术研究 二次开发的基本流程如图2 5 所示。 图2 5c a t i a 二次开发的基本流程 2 4 本章小结 1 分析c a t i a 软件建模环境和生成产品的功能组件，选择本论文建模的设计方法。 2 通过对c a t i a 二次开发方法、接口技术和编程访问c a t i a 技术的研究，选择适合 本课题的开发工具和开发方法。 3 定制了基于c a t a i 二次开发技术的主要阶段和基本工作流程。 本章节的理论基础和思想将指导本文后续的工作开展。 1 4 长安大学硕士学位论文 第三章基于c a t i a 的客车三维造型模块化设计 模块化是指对某个物品按照不同功能、不同性能或者不同规格等方式进行功能分析 的基础上，划分出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，满足 不同的需要。模块化是在传统设计的基础上形成的，传统设计主要以单一产品设计为主， 效率低成本高，在如今的大规模生产和个性化需求的社会下，将传统设计的复杂产品化 分为多个简单模块分别设计，最后将各个模块集成，重新组成新产品。 3 1 模块化理论分析 3 1 1 客车采用模块化设计的可行性分析 客车的设计开发过程具有设计制造难度大、协作面广、设计更改频繁和管理困难的 特点；传统的“劳动密集型手工作业生产方式，正逐步被优质高效的生产代替，而客 车快速化设计制造则是以车身三维模型为基础的，客车的研制过程，实质上成了产品 数字化定义、数据传递、拓延和加工处理，并最终形成产品的过程【4 0 】。 客车的设计中尽量采用通用模块，但由于客户的个性化定制或者某些特殊的要求， 甚至对车身大小进行改动时，原来模块库中的模块不能满足要求，但本身同类型的模块 之问存在很大的相似性，所以只需对已有的相似模块进行必要的改进即可实现设计。模 块化设计对于客车的快速设计起到至关重要的作用。 3 1 2 客车的模块化设计的特点 采用模块化设计客车具有以下的特点： 1 互换性。对于一个客车产品或者一系列的客车产品来说，它们有着功能相同的 模块，而这些模块的具体功能实现方式设计的目的不同而不同，但是这些模块本身都具 备一定的基础功能和相同的外形、装配工艺，所以这些模块化的零部件本身也具备了互 换性。 2 可组合性。根据模块化设计出来的客车零部件，通过不同模块组合成为一个具 有特定功能的客车产品。这样的零部件可以和很多不同的模块进组合，实现客车产品的 多样化。 3 系列化。具备同样功能的客车模块为了适应不同产品在性能上的要求，可以在 自身性能的基础上进行重新设计修改，形成系列化，满足不同性能客车产品的要求。 4 通用化。在进行客车产品系列化计时，对相关产品统一规划，使尽可能多的零 部件相互通用。 第三章基于c a t i a 的客车三维造型模块化设计 5 标准化。零部件的标准化让零部件的通用范围变得更大，让这些标准化之后的 零部件在不同的客车产品都得以通用。 6 层次性。按照客车零部件的功能特征，将某些具有独立功能和结构特征的分别 提取出来，进行下一层模块细分。 由于客车的开发设计完全满足模块化的特点，综合考虑不同类型的客车，可对客车 车身进行相似理论分析，采用分层模块化的方法，建立客车车身模块库。不同车型的客 车车身模块除了结构上和功能上的相似外，工艺上都有着极大的相似，所以模块划分时， 要根据以上的特征和车身骨架结构的复杂性，进行模块划分，并对划分好的模块不断地 修改和完善。 不同的客车都有自己的一些特点，每个模块的结构都决定了其自身的受力情况。在 客车整车设计时，必须对通过划分的各个模块组合好的最终产品进行整车受力分析。在