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东北大学硕士学位论文 电子皮带秤的参数化设计 摘要 世界制造业市场的竞争愈演愈烈，相关企业的生存与发展问题变得目趋严重。 新产品的开发时间成为企业能否在激烈的市场竞争中取胜的关键因素。参数化以 其在设计上的方便性、对市场需求响应的快速性成为现代产品设计技术研究的一 个热门课题。 本系统通过使用动态连接库的形式，对p r o e n g i n e e r 进行二次开发，添加了 系统菜单，实现了电子皮带秤各个零件的参数化设计以及整机的参数化设计，只 要用户给出电子皮带秤设计所必须的基本参数，就可以通过程序进行尺寸关系换 算，计算出秤的主要尺寸如：滚筒的宽度、滚筒的直径、拖辊的直径等，进一步 实现每个零件的实例生成，通过零件的重新生成也就实现了皮带秤的装配体三维 模型的生成，然后由装配图进一步生成工程图。以及各零件的工程图生成，并显 示其基本标注尺寸值。本系统对部件可以直接生成明细表，可以手动添加明细内 容，也可以直接由程序生成。 本系统建立了可参数化的零件库系统，该系统以p r o e n g i n e e r 为c a d 开发 平台，建立了标准件库和非标准件库，可自动生成所需尺寸规格的零件。为了更 好的支持三维参数化，本系统引入了相应的数据管理系统。考虑到a c c e s s 在数据 管理方面的强大功能，本系统所使用的所有数据都保存在a c c e s s 中。这样就可以 使数据独立于程序而存在，并可以对零件库进行高效、集中的管理。通过该数据 管理系统，管理及设计人员可以方便地添加、修改、删除零件库相关信息，完成 对零件库系统的维护和扩充。本零件库具有可扩充性，可以涵盖机械领域中所有 标准零件以及企业内部要经常使用或加工的非标准件。用户可以选用任一零件的 。一组尺寸参数，也可以根据实际工程需要输入自己的参数值，就可以得到三维零 件，大大提高了效率，减轻了劳动量，缩短了设计周期。 本系统是在熟悉c a d 软件的基础上，运用v i s u a lc + + 编程语言，通过大量的 开发工作，完成了电子皮带秤的零件及装配体的参数化设计，经过反复的测试， 运行良好，并可形成真正的产品走向市场。 i l 型! 堂! 竺堡婴旦! ! ! ! ! ! ! 堡坚! ! 堡! 羔里! g 堡! ! ! ! ! 坚垒璺! ! 堡垒g ! t h ep a r a m e t e r i z e dd e s i g no fe l e c t r o n i cc o n v e y o rs c a l e a bs t r a c t w i t ht h ec o m p e t i t i o na m o n gt h em a n u f a c t u r e r so ft h ew o r l dm o r ea n d m o r es e v e r i t y ，t h ee x i s t e n c ea n dd e v e l o p m e n to fm a n u f a c t u r e r sb e c o m e s c r i t i c a lt h ed e v e l o p m e n tp e r i o do fd e wp r o d u c t i o ni st h ek e yf a c t o ro f w i n n i n gv i c t o r yi ns e v e r ec o m p e t i t i o n ，t h ep a r a m e t e r i z e dd e s i g nb e c o m e s ap o p u l a rt o p i ci ns t u d yo fm o d e r nd e s i g nt e c h n i q u eb e c a u s ei t sc o n v e n i e n t c h a r a c t e r i s t i ci nd e s i g na n di t sq u i c kr e s p o n s et om a r k e td e m a n d t h i st h e s i sh a ss e tu pt h r e e d i m e n s i o n a lp a r a m e t e r i z e ds y s t e m ，t h i s s y s t e ma d o p t sp r o e n g i n e e ra sc a dp l a t f o r m ，a n dh a ss e tu pt h es t a n d a r d p a r tl i b r a r ya n du n i v e r s a lp a r tl i b r a r y ，w h i c hc a np r o d u c et h ep a r to ft h e n e c e s s a r ys i z ea u t o m a t i c a l l y i no r d e rt os u p p o r tt h et 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 d ，t h i ss y s t e mi n t r o d u c e st h ec o r r e s p o n d i n gd a t am a n a g e m e n t s y s t e m t h i n k i n gt h a tm i c r o s o f ta c c e s sh a v i n gp o w e r f u lf u n c t i o ni nd a t a m a n a g e m e n t ，t h ed a t at h i ss y s t e mu s e di sa 1 1s a v e di na c c e s s w h i c hm a k e s t h ed a t ai n d e p e n d e n to np r o g r a m ，a n dc a nc a r r yo nh i g h - e f f i c i e n ta n df o c u s m a n a g e m e n tt ot h ep a r tl i b r a r y t h r o u g hd a t am a n a g e m e n ts y s t e m ，d e s i g n e r c a na d d ，m o d i f ya n dd e l e t et h ep a r tl i b r a r yi n f o r m a t i o nc o n v e n i e n t l y ，a n d f i n i s hm a i n t a i n i n ga n de x p a n s i o no ft h ep a r tl i b r a r ys y s t e m t h i sp a r t l i b r a r y i sa l s op r o v i d e dw i t he x p a n d e dc a p a b i l i t y ，i n c l u d ea l ls t a n d a r d p a r t s i n m e c h a n i c aa n dt h eu n i v e r s a ip a r t su s e da n dm a n u f a c t u r e di ne n t e r p r i s e s t h e u s e rc a ns e l e c ta n yd i m e n s i o np a r a m e t e ra r r a yo fa n yp a r t s ，a l s oc a nc a t c h t h r e e l d i m e n t o np a r tm o d e lb y i n p u t i n g t h ep a r a m e t e rw h i c hb a s e so n d i f f e r e n tf a c tp r o j e c tn e e d s ，t h i si m p r o v et h ew o r ke f f i c i e n c y ，r e d u c e sl a b o r t i m e sa n dt h ed e s i g np e r i o d t h i ss y s t e mi s c o m p e l e t e dt h et h r e e - d i m e n s i o np a r a m e t e rd e s i g no f e l e c t r o n i cc o n v e y o rs c a l e t h eu s e ro n l yn e e dt oi n p u tt h eb a s ep a r a m e t e ro f d e s i g n i n g ae l e c t r o n i c c o n v e y o rs c a l e ，a n dc a ng e tt h et h r e e d i m e n s i o n a s s e m b l ym o d e lt h r o u g hd i m e n s i o nr e l a t i o nc o n v e r t i n g ，a n da l s oc a ng e tt h e p r o j e c t i n gd r a w i n go ft h ea s s e m b l yo rp a r t sw i t ht h ed i m e n s i o ns h o w i n g i t 1 1 1 n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t ym a s t e r sd e g r e et h e s i s a b s t r a c t c a na l s op r o d u c e sd e t a i l e dl i s t t h i ss y s t e mi sf a m i l i a rw i t hc a ds o f t w a r e ，u s e dv i s u a lc + + 6 0t o c o m p l e t et h ea s s i g n m e n to fp a r a m e t e r i z e dd e s i g no fe l e c t r o n i cc o n v e y o r s c a l e sp a r ta n da s s e m b l y ，t h r o u g ham a s so f d e v e l o p m e n tw o r k a n di tw o r k s w e l l ，w i l lb e c o m ep r o d u c tg o t o i n gm a r k e t k e y w o r d s ：p a r a m e t e r i z e d ，p a r t s l i b r a r y ，p r o e n g i n e e r ，d a t a m a n a g e m e n t s e c o n dd e v e l o p m e n t ，a c c e s s i v 创新性声明 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 人的已发表或撰写的研究成果，也不包括本人为获得其他学位 而使用的材料。与我一同工作的同志对本文研究所做的任何贡 献均已经在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：赵房帛 日期： 矽占、2 - t 矽 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。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为 不同意。) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期： 签字日期： 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题的概述 第一章绪论 1 1 1 电子皮带秤参数化的意义 近年来，世界制造业市场的竞争愈演愈烈，相关企业的生存与发展 问题变得日趋严重。各个企业面临的一个急需解决的问题就是：一件产 品往往要经过多次反复的试制才能进入市场，也就是说，许多公司仍认 为无法在缩短产品上市时间以及缩短产品和用户距离上取得实质性的突 破。若是继续沿用传统的设计模式进行设计，就会浪费大量的人力、物 力、财力，延长新产品走向市场的时间，从而减弱制造企业在市场中的 竞争力。为了适应变化迅速的市场需求，产品研制周期、质量、成本、 服务( t q c s ) 是每一个现代企业必须面对的问题。近2 0 年来的实践证明， 将信息技术应用于新产品研制以及实施途径的改造，是现代化企业生存、 发展的必由之路。同时，人们逐步认识到先进的产品研制方法、手段以 及实施途径，实际上是产品研制质量、成本、设计周期等方面最有利的 保证。参数化设计就是在这种环境下产生的，由于在设计上的方便性、 对市场需求响应的快速性使之成为现代产品设计技术研究的一个热门课 题。 电子皮带秤是一种对大宗散装物料作动态连续称重的计量设备，具 有快速、准确、自动称量、即时打印等特点。随着电子技术和微处理技 术的发展和应用，其性能迅速提高，成本则不断降低，被广泛地应用于 电力、矿山、冶金、港口、交通运输、化工等部门。在一些大中型企业 中通常把电子皮带秤作为计量皮带输送机搬运物料时的工具。因为电予 皮带秤的使用要受到其所在厂房空间的限制，这就要根据厂房的规划不 同必须对所使用的电子皮带秤进行从新的设计，如果能对其实现参数化， 即由给定的的参数进行尺寸驱动，将无疑减少了复杂的从新设计过程， 节省人力。同时可以使电子皮带秤应用的范围更广。 1 1 2 电子皮带秤的发展概况 约在本世纪初，国外开始了关于机械式皮带秤的试验。四十年代末， 1 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 机械式皮带秤得到了普及。五十至六十年代，出现了各种类型的机电结 合式和电子式皮带秤。七十年代，由于高精度电阻应变式称重传感器的 出现和微型计算机的应用，提高了计量精度，系统准确度可达千分之五。 进入八十年代以来，皮带秤不仅仅作为计量装置和生产量的指示装置， 而且是一种可用于控制、按比例配料、资料记录，甚至作为计算机输入 的可靠的过程变量监测器，或者说它已成为物质流通传感器( 又称物流 传感器) 。如澳大利亚拉特港用于计量煤炭的皮带秤，准确度为0 5 ， 单机能力已达2 5 0 0 t h 。出口铁矿石也用皮带秤计量；挪威威尔维克海港 使用着二台皮带秤向外出口铁矿石，流量1 1 0 0t h ，准确度为0 2 。 在使用中，他们在每台皮带秤前方串联一台精度为1 的单托辊皮带秤， 通过控制，使皮带秤流量总保持在8 0 0 1 0 0 0t h 。同时，海港还设有 台4 5 0 t 的大型料斗秤，每两周用它对该皮带秤进行一次检验，以确保皮 带秤输出数据的准确与可靠；荷兰鹿特丹港装设有德国申克公司的7 0 0 0 t h 皮带秤，准确度也在0 2 左右。更值得注意的是，瑞典1 9 8 5 年安 装谢来夫特欧海港矿石码头的由英国“i n f l o 散货控制系统”公司生产的 一级皮带秤。该码头每年出口大量铅、镍、锌矿石，装卸效率2 5 0 0t h ， 计量准确度优于0 5 。1 9 9 0 年在得知i n f l o 的一级皮带秤通过了瑞典 严格的计量认证后，瑞典最大的散货港一一乌克塞勒松港又订购了1 9 台i n f l o 的皮带秤和皮带秤定量给料装置。世界上最北方的一个钢铁厂一 一吕勒欧钢厂，也订购了五台i n f l o 一级皮带秤。在北极的吕勒欧钢厂， 其冬季气温达一4 0 。c 以下，可见皮带秤的工作环境多么严酷。最新的一 份订单是要在倾角1 7 。的皮带输送机上安装这种皮带秤。通过实际运行， 这些钢厂认为，由于i n f l o 皮带秤的高精度和一直保持其重复性，不仅可 用于工艺过程控制，而且可用于商业贸易计量。 目前，英国已宣布i n f l o 公司达到了b s 5 7 5 0 ( 第一部分) 和i s 0 9 0 0 1 标准的质量认证要求。 我国对皮带秤的研究约始于5 0 年代对滚轮式机械皮带秤的应用，直 到6 0 年代后期，电子皮带秤才投入生产。7 0 年代虽然在皮带秤的种类 上有所增加，质量上有所提高，但与国外相比，差距很大，远远满足不 了市场需求。因此，不得不于8 0 代从国外引进电子皮带秤技术，从而使 我国电子皮带秤精度达到o 2 5 o 5 的水平。然而，在我国忙于消 化引进技术的同时，国外的工作又有了新的突破。国内在电子皮带秤方 面做得比较好的，如鞍山矿山公司，特别是近几年做了大量工作，在至 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 关重要的部位、极其恶劣的条件下，克服重重困难，较好的解决了高精 度电子皮带秤作为商业结算的计量问题。得到了上级部门和供需双方的 肯定。作出了一定的成绩，尤其在19 9 8 年公司调军台选矿厂精矿输出计 量中，经过与生产厂家的共同努力建成了一台高水平的商业结算用电子 皮带秤计量系统。国内在电子皮带秤方面做得比较好的有：华东自动化 电子仪器厂，徐州衡器厂，宜兴自动化仪表总厂等。 1 2 相关领域的发展概况 1 2 1 c a d 及三维软件介绍 因本课题主要是电子皮带秤的参数化设计，所以下面再介绍一下有 关c a d 的发展状况。 c a d 技术起源于5 0 年代后期，经过了4 0 多年的发展，现代c a d 设计软件不再是仅仅代替手工绘图的一种工具，而是传统设计与手段的 变革。随着计算机软硬件技术的日盏完善，c a d 技术得到迅猛的发展。 c a d 技术由传统的简单的二维绘图”“”“3 发展到今天基于特征的三维参 数化造型和变量化造型设计技术阳儿”，它深刻影响社会各个领域的设计 技术。随着c p u 、芯片和w i n d o w s n t 操作系统的出现及广泛的流行， 以前只能运行在工作站上的c a d 软件现在也可以运行在微机上。由于 p c 价格远远比工作站低、性能也在大幅度提高所阻p c 平台为普及c a d 应用创造了良好的条件。进入2 1 世纪，现代c a d 技术陋“”日益完善。 c a d 技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用，并已成为企业的现 实生产力。围绕企业创新设计能力的提高和网络设计环境的普及，c a d 技术的发展趋势主要围绕在标准化、开放式、集成化、智能化四个方面。 计算机辅助设计即c a d 技术，是一项集计算机图形学、数据库、网络通 讯等计算机及其它领域于一体的高新技术。它是当今先进制造技术的重 要组成部分，也是企业提高产品设计水平、缩短产品开发周期、增加行业 竞争的一项关键技术。目前，a u t o c a d 是国内使用较为广泛的计算机辅 助绘图和设计软件包，然而a u t o c a d 不可能全部满足每个用户的实际需 求，只有通过所谓的“开放式体系结构”，a u t o c a d 才允许用户根据自己 的需要扩充它原有的许多功能，实现a u t o c a d 的用户化。 但是随着经济全球化的发展和计算机应用的普及，尤其是信息技术、 网络技术的发展，c a d l 零件库数据的交换与共享已成为c a d 技术广泛 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 关重要的部位、极其恶劣的条件下，克服重重困难，较好的解决了高精 度屯子皮带秤作为商业结算的计量问题。得到了上级部门和供需双方的 肯定。作出了一定的成绩，尤其在t9 9 8 年公司调军台选矿厂精矿输出计 量中，经过与生产j 家的其同努力建成了一台高水平的商业结算用电子 皮带秤计量系统。国内在电子皮带秤方面做得比较好的有：华东自动化 电子仪器厂，徐州衡器厂，宜兴自动化仪表总厂等。 1 2 相关领域的发展概况 1 2 1 c a d 及三维软件介绍 园本课题主要是电子皮带秤的参数化设计，所以下面再介绍一下有 关c a d 的发展状况。 c a d 技术起源于5 0 年代后期，经过了4 0 多年的发展，现代c a d 设计软件不再是仅仅代替手工绘图的一种工具，而是传统设计与手段的 变革。随着计算机软硬件技术的日益完善，c a d 技术得到迅猛的发展。 c a d 技术由传统的简单的二维绘图“”3 发展到今天基于特征的三维参 数化造型和变量化造型设计技术”“，它深刻影响社会各个领域的设计 技术。随着c p u 、芯片和w i n d o w s n t 操作系统的出现及广泛的流行， 以前只能运行在工作站上的c a d 软件现在也可以运行在微机上。由于 p c 价格远远比工作站低、性能也在大幅度提高所以p c7 7 台为普及c a d 应用创造了良好的条件。进八2 1 世纪，现代c a d 技术。“”日益完善。 c a d 技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用，并已成为企业的现 实生产力。围绕企业创新设计能力的提高和网络设计环境的普及，c a d 技术的发展趋势主要围绕在标准化、开放式、集成化、智能化四个方面。 计算机辅助设计即c a d 技术，是一项集计算机图形学、数据库、网络通 讯等计算机及其它领域于一体的高新技术。它是当今先进制造技术的重 要组成部分，也是企业提高产品设计水平、缩短产品开发周期、增加行业 竞争的一顼关键技术。目前，a u i o c a d 是国内使用较为广泛的计算机辅 助绘图和设计软件包，然而a u t o c a d 不可能全部满足每个用户的实际需 求，只有通过所谓的“开放式体系结构”，a u t o c a d 才允许用户根据自己 的需要扩充它原有的许多功能，实现a u t o c a d 的用户化。 但是随着经济全球化的发展和计算机应用的普及，尤其是信息技术、 网络技术的发展，c a d l 零件库数据的交换与共享已成为c a d 技术广泛 网络技术的发展，c a d l 零件库数据的交换与共享已成为c a d 技术广泛 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 关重要的部位、极其恶劣的条件下，克服重重困难，较好的解决了高精 度电子皮带秤作为商业结算的计量问题。得到了上级部门和供需双方的 肯定。作出了一定的成绩，尤其在19 9 8 年公司调军台选矿厂精矿输出计 量中，经过与生产厂家的共同努力建成了一台高水平的商业结算用电子 皮带秤计量系统。国内在电子皮带秤方面做得比较好的有：华东自动化 电子仪器厂，徐州衡器厂，宜兴自动化仪表总厂等。 1 2 相关领域的发展概况 1 2 1 c a d 及三维软件介绍 因本课题主要是电子皮带秤的参数化设计，所以下面再介绍一下有 关c a d 的发展状况。 c a d 技术起源于5 0 年代后期，经过了4 0 多年的发展，现代c a d 设计软件不再是仅仅代替手工绘图的一种工具，而是传统设计与手段的 变革。随着计算机软硬件技术的日盏完善，c a d 技术得到迅猛的发展。 c a d 技术由传统的简单的二维绘图”“”“3 发展到今天基于特征的三维参 数化造型和变量化造型设计技术阳儿”，它深刻影响社会各个领域的设计 技术。随着c p u 、芯片和w i n d o w s n t 操作系统的出现及广泛的流行， 以前只能运行在工作站上的c a d 软件现在也可以运行在微机上。由于 p c 价格远远比工作站低、性能也在大幅度提高所阻p c 平台为普及c a d 应用创造了良好的条件。进入2 1 世纪，现代c a d 技术陋“”日益完善。 c a d 技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用，并已成为企业的现 实生产力。围绕企业创新设计能力的提高和网络设计环境的普及，c a d 技术的发展趋势主要围绕在标准化、开放式、集成化、智能化四个方面。 计算机辅助设计即c a d 技术，是一项集计算机图形学、数据库、网络通 讯等计算机及其它领域于一体的高新技术。它是当今先进制造技术的重 要组成部分，也是企业提高产品设计水平、缩短产品开发周期、增加行业 竞争的一项关键技术。目前，a u t o c a d 是国内使用较为广泛的计算机辅 助绘图和设计软件包，然而a u t o c a d 不可能全部满足每个用户的实际需 求，只有通过所谓的“开放式体系结构”，a u t o c a d 才允许用户根据自己 的需要扩充它原有的许多功能，实现a u t o c a d 的用户化。 但是随着经济全球化的发展和计算机应用的普及，尤其是信息技术、 网络技术的发展，c a d l 零件库数据的交换与共享已成为c a d 技术广泛 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 应用后所面临的主要难题之一。因为初期开发的非标准描述格式的数据 不能共享的零件库已成为阻碍c a d 技术进一步应用和发展的巨大障碍， 随着社会对企业残品数据共享的呼唤和需求也越来越高，解决的办法只 能是尽快采用能实现产品数据共享的统一标准描述格式的零件库系统。 建立这样的零件库必须有相应的标准作保证。国际标准i s o l 35 8 4 就是 当前为满足越来越迫切的社会需求，由国际标准化组织开发研制的、应 用于工业自动化与集成领域的、能实现c a d 产品数据共享的、开发标准 的零件库系统所需的技术标准。 目前，参数化设计已成为c a d 中最热门的应用技术之一，能否实现 参数化设计也成为评价c a d 系统优劣的重要技术指标，这是因为它更符 合和贴近现代c a d 中概念设计以及并行设计思想，工程设计人员设计开 始阶段可快速草拟产品的零件图，通过对产品形态及大小的约束最后精 确成图。同一系列产品的第一次设计可直接通过修改原设计来实现，设 计参数不但可以驱动设计结果，而且影响产品的整个开发周期，设计参 数可来自于其他系统。 p r o e n g i n e e r 是由美国p t c 公司开发的一套3 d 软件，由单一数据 库、参数化、基于特征建模、全相关联等概念。从设计到制造的整个过 程中，能保证数据的完整性和一致性。企业不仅能够以工程图的形式，也 能以电子数据的形式共享工程数据，参数化的尺寸驱动造型，模型的尺寸 用对应的关系”来描述，而不是用确定的数值来表示。通过特征技术建立 的适用于产品数据交换的计算机内部数据表达模式，可以实现以下功能： 从几何参数化模型自动导出精确的几何模型，只输入一个草图，标注一 些几何元素之间的约束，然后改变约束条件来导出精确的图形：通过修 改局部参数来达到自动修改几何模型的目的，形状相似的系列零件，只需 要修改参数便可产生新零件。 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、线框和胁面功能结合在起，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 t i o n s 公司合并了i n t e r g r a p h 公司的机械c a d 产品，将 微机版的s o l i d e d g e 软件统一到p a r a s o l i d 平台上，由此形成了一个从低 端到高端，兼有u n i x 工作站版和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。 s o l i 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，它运 4 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 用强大的设计指引工具在全三维参数化几何造型环境中方便地构造机械 零件和装配，是最早的应用实体造型系统。 s o l i 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 e c a m p d m 桌 面集成系统，它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 l i d w o r k s 软件“”3 是 面向产品级的机械设计工具，它全面采用非全约束的特征建模技术。其 设计过程的全相关性使得任何阶段修改设计同时牵动相关尺寸的改变。 1 2 2c + + 程序设计语言简介 c 十+ 是一种而向对象的程序设计语言，它对风靡一时的c 语言进行 了扩充和改进，以便更好的支持面向对象的程序设计。 c 语言的编程风格简洁紧凑，程序书写形式自由、方便灵活：提供 丰富的运算符与数据类型；程序员可以直接访问内存，使得操作系统级 的程序开发成为可能；另外由于语言的硬件无关性使得程序的跨平台移 植成为可能。 但是c 语言在流行的同时也逐渐暴露了它的局限性：类型检查机制 相对薄弱，程序发生错误不能在编译期间及时发现；程序本身几乎没有 对代码重用的支持，原有的代码不能很好的得到利用，导致了程序开发 的资源浪费；结构化的设计风格使得程序管理十分困难，程序复杂性的 增加远远超出程序规模的增加。 因为c + + 是在c 语言的基础上发展而来的，所以其语言保留了很多 非面向对象的语言特性，及支持原有编程风格和编程模式；与此同时添 加对封装性( e n c a p s u l a t i o n ) ”“，层次 生( h i e r a r c h y ) ，多态性( p o l y m o r p h i s m ) 的支持，而这三个特性恰恰是面向对象程序设计的根本特性，也是这些 面向对象的特性解决原有的局限性。 在c + + 中，采用下面的方法支持面向对象的三个将征： ( 1 ) 封装 封装就是将代码与它要操纵的数据放在一起，从而避免外部的程序 对数据的影响。在c + + 中，程序员可以创建一个类( c l a s s ) “3 1 来完成对数 据和操作的封装。一个类就是个对象，它除了具有自己的属性( 数据成 员) 外，还提供了供外部程序调用的方法( 成员函数) 。可以说c + + 的类就 是c + + 提供封装的一种机制。 ( 2 ) 继承 东北大学硕士学位论文 第一章 簧论 继承就是一种方法，通过这种方法，一个对象能够获得另一个对象 的特性和能力具体到c 十+ 中，程序员可以从一个类派生另一个类就能够 创造具有层次性的对象体系。 ( 3 ) 多态 单一接口、多种方法是多态的形象描述。在c + + 中，通过重载等技 术，程序员能够创建具有相同名字，不向实现方法的函数等。 c + + 虽然可以进行面向对象编程，但并不是一种纯粹的面向对象语 言。这一点被许多人所诟病，但是这个特点恰恰让c + + 具有了无可比拟 钧灵活性。c + + 之所以发展到现在这个样子，在于它自己的设计目标。 理解了这些设计目标，就不难弄懂所有的这些问题了。 c 十+ 最首要的目标在于： ( 1 ) 和c 的兼容性。很多很多的c 还存在，很多很多的c 程序员还 存在。c + + 利用了这一基础，并建立在这一基础之上。 f 2 ) 效率。c + + 的设计者从一开始就清楚地知道，要地把c 程序员 争取过来，就要避免转换语言将带来性能上的损失，否则c 语言的拥护 者们不会对c + + 再看第二眼。结果证明c 十+ 在效率上的确可以和c 匹敌 一一二者相差大约在5 之内。 ( 3 ) 与传统开发工具及环境的兼容性。不同的开发环境到处都是， 编译器、链接器和编辑器也无处不在。从小型到大型的开发环境，c + + 都需要轻松应对，所以携带的包袱越轻越好。想移植c + + 吗? 你实际上移 植的只是一种语言，并利用了目标平台上现有的工具。 ( 4 ) 解决实际问题的可应用性。c + + 没有被设计为一种完美的，纯粹 的语言，不适用于教学生如何编程。它是为专业程序人员而设计的强大 开发工具，用来解决各种领域中的实际问题。 1 3 课题研究内容 本课题是充分利用p r o e n g i n e e r 所具有的强有力的尺寸驱动，修改 图形功能，为初始产品设计、产品建模、修改系列产品设计等有效的手 段，在零件模式下，建立特征之间的关系式，使得零件中不同特征产生关 联，此时创建的参数关系式成为零件关系式。对于电子皮带秤来说参数 化设计最关键的因素有下面五个方面： 1 ) 首先在零件模式下建模，同时找出所有尺寸之间的关系，确定能 用来驱动生成模型的参数，进而把尺寸关系输入到p r o e n g i n e e r 的 6 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 r e l a t i o n 中。 2 ) 应用p r o e n g i n e e 自带的接口技术，在v c 的平台上利用c 语言开 发出下拉菜单，这其中编制的源文件包括菜单资源文件与程序源文件。 3 ) 应用v c 对话框技术，编制出能人机交互的对话框界面。 4 ) 利用微软提供的o d b c 实现数据库与p r o e n g i n e e r s 的无缝连接。 o d b c 是客户应用程序访问关系数据库时提供的一个统一的接口，对于 不同的数据库，o d b c 提供了一套统一的a p i ，使应用程序可以应用所 提供的a p i 来访问任何提供了o d b c 驱动程序的数据库。而且，o d b c 已经成为一种标准，所以，目前所有的关系数据库都提供了o d b c 驱动 程序，这使o d b c 的应用非常广泛，基本上可用于所有关系数据库。 5 ) 对皮带秤秤体进行必要的强度分析。 查! ! 垄堂堡主芏堡堡查 釜三主墨兰生兰塞垄奎- 查 第二章系统的实施方案 2 1 系统开发与运行环境 2 1 1 硬件与软件平台 硬件环境： 处理器：p c 具有i n t e l 或兼容p e n t i u m 的1 6 6 m h z 或更高配置的处理器； 内存：( r a m ) ：至少6 4 m br a m ( 推荐使用1 2 8 或更大容量的内存，根据操作系统 的具体要求，可能需要增加内存) ； 硬盘及网络设备：6 4 g 以上硬盘、以太网卡和总线适配卡。 软件环境： 操作系统：w i n d o w s 2 0 0 0p r o f e s s i o n a l s e r v e r n t x p 实用软件：要求系统装有p r o e n g i n e e r w i l d f i r e 2 0 及m i c r o s o f t a c c e s s2 0 0 0 ( 或以 上版本) 。 2 1 2 系统总体方案设计原则 根据现代c a d 技术的发展趋势和所需解决的具体问题，提出在现有c a d 基 础之上针对特定产品的二次开发系统。c a d 部分进行三维参数化实体造型，为后 面的有限元分析、优化分析、仿真分析等提供几何模型。课题的开发遵从以下几 个原则： 采用面向对象的编程方法 面向对象的编程方法是一种新型的软件设计方法，更接近于人类的思维习惯， 它模仿人类对现实世界自然结构的认知过程进行系统的分析与设计，是人们的认 识系统与计算机系统一致，问题控件和求解空间在结构上一致，提高了软件的可 重用、可扩展性、易移植性和易维护性，特别适合大型、复杂的软件系统。 采用三维参数化特征造型 为了能在系统中包含模型的完整几何信息及其物理特性，整个软件设计采用 三维实体特征造型。基于现有的参数化设计软件实现零件的参数化。 采用数据库集成统一技术 根据现代c a d 技术的发展和c a d c a p p c a m 集成的趋势，公用数据共享是 c m i s 的必然选择。整个系统所需的主要数据全部存共用工程数据库中，各个子系 r 东北大学硕士学位论文 第二章系统的实施方案 统所需的数据都从工程数据库中调用，并且这种关系是双向的。 采用从上到下的零件设计方法 在c a d 开发软件的过程中，国内软件与国外软件还存在很大的差距。国内软 件设计过程往往是先设计零件图，然后将零件图进行拼装，设计一种消隐算法， 生成总装配。此种方法恰恰违反了先设计总装图，再由总装图拆画出零件图的工 程师的设计习惯。因此，在本系统中采用t o p d o w n 的设计方法，按照先总装后零 件的设计顺序。 采用成本最省的设计方法 为了节省开支，加速软件的开发过程，在设计过程中，除必须设计的程序之 外，其它主要采用现有的软件解决问题。这样主要工作集中建立系统及设计与各 软件之间的接口上。 2 2 产品整机参数化的设计思想 参数化方法是产品设计中的一个趋势，其主要目的是提高企业的设计效率， 减少设计过程中的一些重复劳动。本节较为详细的介绍了产品整机参数化的设计 思想，为以后的参数化建模奠定了良好的基础。产品整机模型的设计工作可以划 分为四类基本任务，包括： ( 1 ) 逻辑组件设计。逻辑组件设计的任务，是确定产品的逻辑组成。逻辑组件 设计一般在产品设计的概念设计阶段完成，在产品设计的绝大部分时间中，产品 的抽象组成是稳定的。对于很多企业来讲，其产品的逻辑组件组成几乎不变。 ( 2 ) 实例设计。根据经验，现有的实例库中可以保存一些常见的实例模型，但 是在某些情况下，现有的实例不能满足用户需求，必须设计新的实例。用户可以 用商品化c a d 软件设计新的零部件，并应用实例定义模块对新设计的零部件进行 规格化，并将其加入到实例库中。 ( 3 ) 模块化设计。传统机械设计模块化难点在于几何尺寸、形状的参数化，只 有解决了这个问题，才能避免僵硬死板的模块拼凑，实现结构的紧凑性、外观整 体尺寸的协调性。实例组合的内容包括实例的数量、位置、联接关系、几何尺寸、 形状等。通过合理组合可以得到功能和性能符合市场需求的产品，实现机械产品 的模块化设计。 ( 4 ) 产品整机数字化模型生成。在已知产品的实例组合的情况下，给定几何约 束、几何尺寸、装配语义，由计算机自动完成产品模型的生成。整机参数化设计 任务抽象和分类如图2 1 所示。 东北大学硕士学位论文 第二章系统的实施方案 图2 1 整机参数化设计任务抽象和分类 f i g u r e2 1t h et a s ka b s t r a c ta n ds o r to f a s s e m b l yp a r a m e t e r i z e dd e s i g n 2 2 1 零件参数化设计方法 构造一个零件要根据其上各个特征的形状、尺寸以及特征之间的几何约束关 系来创建。所谓约束是作用于零件特征上的各种规则的集合，是对几何图形的形 状与位置施加的各种控制条件：如图2 2 所示，零件参数化设计将零件模型的构造 工作划分为几何约束、尺寸约束、确定尺寸值和模型生成四个基本任务。 图2 2 零件及参数化设计的任务划分 f i g u r e 2 2t h et a s ka s s i g no f p a r a m e t e r i z e dd e s i g nf o rp a r tl e v e l 其中几何约束分为水平约束( h o r i z o n t a l ) 1 、铅垂约束( v e r t i c a l ) 、垂直约束 ( p e r p e n d i c u l a r ) 、相切约束( t a n g e n t ) 、同心约束( c o n c e n t r i c ) 、共线约束( c o l l i n e a r ) 、 平行约束( p a r a l l e l ) 、l ( j o i n ) 、( p r o j e c t ) 、同半径约束( s 踟er a d i u s ) 等。 o 东北大学硕士学位论文 第二章系统的实施方案 尺寸约束分为定线约束( a l i g n e d ) 、垂直约束( v e r t i c a l ) 、水平约束( h o r i z o n t a l ) ， 角度约束( a n g u l a r ) 、平行约束( p a r a l l e l ) 。 尺寸标注是零件尺寸约束的表现形式，没有尺寸标注，也实现不了零件的参 数化，下面介绍一下零件的标注方法直接参数化标注。 标注的尺寸既可以标注成数字型，也可标注成代数式型。在代数式型的标注 中，每一个尺寸都用某种字符来表示，如d 1 ，d 2 ，d 3 ，d 4 等。这些字符既可以用 某个数值直接表示，也可以用代数方程式来表示，如d 2 = d 3 + d 1 + 1 2 。在许多 场合，无论图形的几何形状与尺寸怎样变化，有些尺寸总要与其它某些尺寸保持 - - 0 0 固定的比例或其它关系。这样只需给定不同的d 1 、d 2 、d 3 、d 4 ，就会出现 不同这种形状零件的实例，如图2 _ 3 所示。现有很多软件“”可以这样实现零件的建 模。用现有的商品化c a d 软件进行零件造型设计就是实现各种特征的组合。通常 对零件造型大致都要遵循以下几个步骤： ( 1 ) 规划零件。 ( 2 ) 创建基本特征。 ( 3 ) 创建其它附加特征。 ( 4 ) 修改特征。 ( 5 ) 生成工程图 图2 3 尺寸标注 f i 醇3 2d i m e n s i o nl a b e l 2 2 2 装配体三维参数化模型的建立 与零件类模型的建立过程类似，首先进行结构型式分类，对每一类型继续分 解到零件为止。按上述方法抽取每一个零件的类模型，将所有零件的类模型进行 组装，即可建立本类型装配体的类模型。由于装配体中的每一个组成零件均是可 1 1 查! ! 垄堂堡主堂堡笙查 苎三主 墨垫塑墨垫主茎 变结构，因此当上述定义完成后，得到的装配体类模型也是可变结构。最后将装 配体中所有零件均定义为参数化零件存储到电子皮带秤零件参数化模型库当中。 装配体的参数化绘图绘制装配体三维实体图时需解决零件之间的位置关系、装配 顺序和装配方法问题。对零件之间位置的确定，在前面已经解决了。至于装配顺 序和装配方法，在编写参数完备化程序和参数化绘图程序时均隐含在程序里了。 参数化绘图程序只需按照前面的方法以一定的顺序将装配体中的各零件实例化。 与零件参数化设计相比，产品整机模型的生成规律要复杂得多。整个设计空 间分为两部分。内部为设计应遵循的各个过程，也是设计的目的“硬件”所 在，称之为设计核心；外部为支持设计所需的各种设计软件”包括自然科 学、技术科学、社会