（材料加工工程专业论文）基于solidworks的滑木箱参数化设计及分析.pdf

原创性声明 f i i i i i11 1 1 1 1ijii i ii iiiif y 1 7 912 5 6 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 鱼金鱼 日 期：丝丝 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷 件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：盥蛊盘导师签名：日期：纠。堂 山东大学硕士学位论文 目录 目j i 之i 摘要i a b s t r a ( 了r 。u i 第一章绪论l 1 1 课题的研究背景及意义l 1 2 研究背景及国内外的研究概况2 第二章s o l i d w o r k s 二次开发方法研究7 2 1s o l i d w o r k s 软件简介。7 2 2s o l i d w o r k sa p i 对象概述一8 2 3s o l i d w o r k s 二次开发工具l0 2 4s o l i d w o r k s 二次开发步骤一ll 2 5 本章小结一l5 第三章滑木箱结构设计。1 6 3 1 木材的选择1 6 3 2 术箱概述17 3 3 滑木箱的结构设计1 8 3 3 1 概定箱的尺寸1 8 3 3 2 底座设计1 9 3 3 3 侧面设计2 l 3 3 4 端面设计2 2 3 3 5 顶盖设计。2 2 3 4 本章小结2 3 第四章滑木箱参数化设计过程。2 4 4 1 滑木箱结构参数化设计2 4 4 2 建立数据库。2 7 4 3 建立标准模型库。3 0 4 4 参数化设计过程3l 4 5 快速有限元分析3 5 i 山东大学硕+ 学位论文 4 5 1s i m u l a t i o n 简介。3 5 4 5 2s i m u l a t i o n 分析步骤3 7 4 5 3s i m u l a t i o n 分析实例3 8 4 6 本章小结。4 4 第五章滑木箱c a d c a e 系统功能的实现及运行实例4 5 5 1 滑木箱参数化c a d 系统的功能4 5 5 2 滑木箱c a d c a e 模块设计4 5 5 2 1 界面参数输入模块。4 5 5 2 2 设计模块4 7 5 2 3 输出模块4 9 5 2 4 分析模块5 0 5 3 系统运行实例5l 5 4 本章小结5 4 第六章结论与展望5 5 6 1 结论5 5 6 2 展望5 5 参考文献5 7 致谢。6l 攻读硕士学位期间发表的学术论文等6 3 山东大学硕十学位论文 摘要 随着我国设备制造业的发展，对包装箱的数量要求同益增大。由于环保的要 求，小型产品的包装常用瓦楞纸箱或塑料箱代替木箱，而对于大中型机械产品或 小件货物的集装来说，出于安全考虑，木箱仍是最常见的包装容器，在运输包装 中具有不可替代的地位。但是木箱种类繁多，在设计过程中需要频繁查阅相关手 册，计算过程繁杂，因而设计效率极低，且不能保证设计的正确性，存在安全隐 患。因此开发参数化的滑木箱设计软件具有重要意义。本文通过对木包装箱结构 的分析研究，结合c a d 技术开发了一种基于s o l i d w o r k s 的自动设计软件，其主 要内容包括： 1 根据滑木箱设计国家标准，选用不同的内装物，设计出符合包装及强度要求 的木箱，并通过v i s u a lb a s i c 编码实现木箱设计过程。分析和研究了s o l i d w o r k s a p i - - 次开发技术，找出最有效的二次开发方法。 2 用s o l i d w o r k s 建立滑木箱标准模型库，调用存储在a c c e s s 数据库中的数据， 采用尺寸驱动法进行滑木箱的参数化造型，完成滑木箱的自动设计。 3 采用有限元分析技术，用s o l i d w o r k ss i m u l a t i o n 校核滑木箱在堆码和起吊等 载荷条件下的强度。 4 介绍了所开发滑木箱参数化c a d c a e 系统中各模块的设计，通过实例展示 了系统的具体功能，即用户只需输入基本参数，系统即可生成符合要求的木 箱，并进行滑木箱的有限元分析，实现了木箱设计和分析的程序化、自动化， 从而显著提高设计效率。 关键词：滑木箱；s o l i d w o r k s ；参数化；二次开发；自动设计 山东大学硕士学位论文 山东大学硕十学位论文 曼曼曼曼曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼曼舅舅曼曼曼舅皇曼量曼! 曼曼皇曼曼皇曼! 鼍! 鼍鼍曼舅皇璺! ! 鼍量量皇曼曼曼曼曼曼曼量曼曼皇曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼皇mm l , 曼曼鼍皇曼曼曼曼皇 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y , t h en u m b e ro fp a c k a g i n gc a s e si s i n c r e a s i n g l yn e e d e d s m a l l - s i z e dp r o d u c t sa reu s u a l l yp a c k a g e di nc o r r u g a t e db o x e s o rp l a s t i cb o x e s ，i n s t e a do fw o o db o x e s h o w e v e r , f o rl a r g es i z ep r o d u c t s ，w o o db o x e s a r es t i l lt h em o s tp o p u l a ra n d a p p r o p r i a t et r a n s p o r tc o n t a i n e r s i no r d e rt od e s i g nt h e i rw o o d e nb o x e s ，p e o p l eh a v et ol o o ki n t oh a n d b o o k s f r e q u e n t l yb e c a u s et h e r ea r cs om a n yk i n d so fb o x e sa n dt h ec a l c u l a t i o np r o c e s si s m u c hc o m p l i c a t e d ，w h i c hc a u s c sl o we f f i c i e n c ya n dh i d d e nt r o u b l e t h a t sw h yi t s s i g n i f i c a n tt od e v e l o pap a r a m e t r i cs k i dw o o d e nb o xd e s i g ns y s t e m i nt h i sp a p e r , t h e a u t h o rd e s i g n e da na u t o m a t i cs k i dw o o d e nb o xs y s t e mb a s e do ns o l i d w o r k s ，i n c o n j u n c t i o n 、航lc a dt e c h n o l o g y t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 b o x e sw e r ed e s i g n e da c c o r d i n gt ot h en a t i o n a ls t a n d a r df o rs k i dw o o d e nb o x ， w h i c hm e e tt h ed e m a n do fp a c k a g i n ga n ds t r e n g t hr e q u e s t t e c h n o l o g yo f s o l i d w o r k sa p is e c o n d a r yd e v e l o p m e n tw a sa l s or e s e a r c h e d 2 s t a n d a r dm o d e lb a s e sw e r ee s t a b l i s h e d ，r e l e v a n td a t aw e r ea c c e s s e df r o m m i c r o s o f ta c c e s s ，a n dt h ep a r a m e t r i cd e s i g nw i t hd i m e n s i o nd r i v i n gm e t h o d w a sc a r r i e do u t 3 t h es t a c k i n gl o a da n a l y s i sa n ds l i n gl o a da n a l y s i so fs k i dw o o d e nb o xw a s c a r d e do u tw i t hs o l i d w o r k ss i m u l a t i o nt oc h e c kt h ec a l c u l a t e dd i m e n s i o n s 4 t h em o d u l e so fp a r a m e t r i cd e s i g na n da n a l y s i ss y s t e mf o rs k i dw o o d e nb o x w e r ei n t r o d u c e d ，岍t hd e t a i l e di n t r o d u c t i o nt ot h ef u n c t i o no ft h es y s t e m u s e r s c a ne a s i l yg e tt h er e l e v a n ts k i dw o o d e nb o x e sb yi n p u t t i n gb a s i cp a r a m e t e r s t h ep r o c e d u r eo fw o o d e nb o xd e s i g nb e c o m e sa u t o m a t i ca n de f f i c i e n t k e yw o r d s ：s k i dw o o d e nb o x ；s o l i d w o r k s ；p a r a m e t r i c ；s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ； a u t o m a t i cd e s i g n i i l 山东大学硕士学位论文 1 1 课题的研究背景及意义 第一章绪论 在现代包装工业中，纸及纸制品、塑料、玻璃、金属和木材是几大常用的包 装材料，由木材制作的木包装箱很早就被用作包装容器和运输器具。木材是一种 生物质材料，具有很好的环境性能，作为包装材料使用时具有很多性能优势：如 强重比高，抗机械损伤能力强、可承受较大的堆垛载荷、具有一定的缓冲性能、 取材广泛、制作比较容易、易于吊装和回收性能好等特点，所以木包装箱至今仍 是机电设备与工业产品的主要运输包装容器，特别是很多笨重、易碎及需要特殊 保护等产品不可或缺的储运器具，是我国出口商品使用非常广泛的一种包装，被 广泛应用于烟草、食品、化工、电子、包装、仓储、物流、药业、超市、港口、 码头的仓储物流和配送物流等领域【啦】。 我国实际上是一个森林资源相当缺乏的国家，生产建设用木材缺口大，进口 量逐年增大，耗用外汇额惊人。目前，我国每年的木材消耗量大约为3 8 亿4 0 亿立方米，森林蓄积供给量约为3 6 亿立方米( 折合木材2 0 亿立方米) ，进口各 种林产品折合林木蓄积量近2 5 亿立方米( 折合木材约1 7 亿立方米) ，仍有o 2 亿o 4 亿立方米的木材缺口【3 1 。有关资料显示，一方面我国的木材资源以每年 平均1 0 一1 2 的速度递减，另一方面我国的进口木材量却每年以2 0 4 5 的速 度激增【4 】。2 0 0 3 年我国出口商品包装中，木箱使用率为2 3 8 ，如果再加上木质 底盘、托盘、铺垫与固定材料等，中国近二分之一的出口商品直接或间接使用木 质包装【5 】。此外，我国在木箱设计过程中存在设计理论方法不完善、质量检验不 规范等诸多问题，常导致木箱设计不当。一方面大量木箱在流通过程中损坏，直 接导致包装保护产品功能的失效，产品破损。例如，湖南省某公司曾出口产品到 美国，因包装箱全部破损，美方要求该公司彻底改进包装，否则将取消近百万美 元的合同，由此我们可以看出包装不当所引起的不良后果【6 】；另一方面，部分生 产商通过过量使用木材来提高木箱的安全性，不仅增加了空箱的体积和重量，不 便运输，而且还浪费了木材资源。我国每年用于制作包装的木材用量约为5 0 0 1 0 0 0 万立方米，据我国1 9 8 8 年相关统计分析，认定因此引起的损失，1 年达1 0 0 亿元以上。日本的调查结果显示，发达国家包装过剩约在2 0 以上【刀。 山东大学硕士学位论文 由于包装是产品的辅助组成，当产品需要降低成本时，包装质量往往被忽视， 即使一贯重视包装的欧美国家也是如此。从2 0 0 2 年1 月至2 0 0 3 年6 月，潍坊地 区进口欧盟货物因包装不良造成受损货值近2 0 0 万美元。2 0 0 3 年7 月3 1 日，潍 坊地区发生了一起因进口设备严重受损、装卸人员受重伤的案例【8 1 。 木质包装箱主要分为普通木箱、滑木箱和框架木箱。普通木箱作为小型箱主 要应用于内燃机等小型机电设备、五金零部件、电子元件、卫生洁具、建筑材料、 家用电器、体育用品和食品水果等包装【2 1 。内装物质量小于5 0 0 k g 时，也可以用 滑木箱作为包装容器。内装物质量在5 0 0 k g 以上时，主要使用滑木箱和框架木箱， 大型机电设备、仪表等常使用大型木包装箱。随着人们环保意识的增强及社会发 展的需要，出现了代木材料，包括瓦楞纸箱、蜂窝纸箱、纸塑复合材料等，如此 以来，作为小型箱的普通木箱逐渐被代替。但是对于机械产品等大中型设备，由 于产品本身和运输的要求，滑木箱和框架木箱在运输包装中仍占有相当大的比 例。 中国现有木包装, n - r _ 企业近千家，这些企业绝大多数为5 0 0 人以下的小型企 业，其中一部分为乡镇企业和私营企业，企业规模较小。这些企业大多半机械化、 半手工生产，主要加工设备有带锯、截锯、压刨、平面刨等，少数企业具有烘干 设施。由于加工工艺简单，生产条件简陋，此类企业在人员素质、自动化生产水 平、管理水平和产品质量等方面明显逊色于其他类型的包装企业【5 1 。此外，木箱 种类繁多，在设计过程中需要频繁查阅相关手册，计算过程繁杂，且存在大量的 重复劳动，因而设计周期较长，效率低下。作为运输包装容器，对于包装箱来说， 尤其是载重量较大的包装箱，不仅要承受较大的静载压力，同时还要保证在各种 不同运输条件下仍能保证内装物的安全，这时仅采用人工依靠经验设计，存在着 安全隐患，包装箱的安全性得不到保证。 为了解决以上问题，急需一种专门用于包装箱设计的c a d 软件来缩短设计 和分析时间，提高设计效率和可靠性，消除安全隐患。 1 2 研究背景及国内外的研究概况 2 ( 1 ) 国内发展现状 随着计算机技术的发展，c a d 技术已被广泛应用于产品设计领域。c a d 技 山东大学硕十学位论文 术在包装行业的主要应用包括：包装造型c a d 、包装结构c a d 、包装装潢设计 c a d 、包装机械c a d 和缓冲包装c a d 等。目前在国内对木包装c a d 的研究多 集中在高校。 西安轻工业学院的张华良、刘乘最早进行了木箱( 包括普通木箱、滑木箱和 框架木箱) 的c a d 设计，详细介绍了木箱各构件的强度计算和尺寸确定，并提 到将开发的木制品包装容器c a d 系统的结构设计成菜单模块的形式，介绍了各 级菜单的内容及功能【9 , 1 0 。 株洲工学院的袁友伟以a u t o c a d 软件包为绘图支撑软件、编程以b o r l a n d c + + w i n d o w s 和a u t o c a d 内嵌的a u t o l i s p 语言为主，根据内装物重量及外型尺 寸，完成木箱的设计及计算机参数化绘图【】。 江苏科技大学的毛兴、孙胜文和沪东重机公司的童英红等利用u g 本身的 c a d c a e 功能及u ga p i _ 二次开发接口，开发了大型零件包装箱专用c a d c a e 系统，实现了包装箱( 包括框架木箱、简易木箱、铁木箱、铁箱等) 设计和应力 分析、工艺资料生成的自动化，开发的图文档管理软件能够对包装箱的相关图纸 及文档进行有效管理f 1 2 】。 大连水产学院的周家章与大连渔轮公司的朱伟中，以及大连华锐重工起重机 有限公司的郭少丹等使用a u t o c a d 软件研制出了框架木箱c a d 系统，可以绘制 出符合国家制图标准的木箱装配图纸，并能自动生成木箱的材料清单【1 3 】。 天津科技大学的陈志强、孙城、黄利强、牟信尼和李晓娟等采用v i s u a lc + + 结合o p e l l g l 开发了运输木箱结构设计系统。系统采用了全封闭自动设计过程， 即只需按屏幕上的提示选择或输入相应参数，系统便自动设计出合理的木箱结构 及各个构件的参数，并将数据保存到数据库中。系统还可生成三维木箱图像，用 户可以观察不同方向的视图。可以生成图纸，对图纸进行修改以及填写相关的技 术要求，并打印生成的图纸。可以随时查找已经设计完成的滑木箱和框架木箱设 计参数的各种信息【1 4 1 。 青岛麦特尔信息技术有限公司于2 0 0 8 年3 月向外公布了一套木包装计算机辅 助设计计算机辅助工程( c a d c a e ) 智能软件。该软件以s o l i d e d g e 为平台进行 二次开发，可以完成托盘、标准木箱、特种木箱等各种木包装制品的全自动三维 参数化设计。用户只需要输入产品的长宽高和重量等参数，选取构件相关尺寸与 3 山东大学硕士学位论文 数量等参数，就可以自动完成设计；采用有限元分析技术，可以校核堆码、叉取、 起吊等载荷条件下的强度与刚度；根据有限元分析结果，不断修改模型、构件参 数，以实现以成本最小等为目标的设计优化；经无锡前程木业包装有限公司和海 尔等企业的实际使用，证明已经达到国内外同类软件的先进水平，大大提高了木 包装设计的质量和速度，给用户带来明显的经济效益【1 5 1 。 ( 2 ) 国外发展现状 相比于国内木箱设计系统多处于高校研究的现状，国外的木箱参数化系统早 已实现了商业化。美国、日本等发达国家早在9 0 年代就已经研发了木箱设计系统 【1 4 】 o 美 d e p l o yt e c h 公司研究木箱设计和报价系统已有2 0 多年的历史，其木质 包装容器的设计范围很广，可以从简单的木箱n 8 0 英尺长的板条箱。该公司发布 的c r a t ep r o5 是世界领先的木箱设计软件。其具体功能如下： 有丰富的模型库，能够设计标准木箱的数量超过2 4 8 个，非标准形式木箱 总数达至u 1 4 6 4 0 个。 可根据内装物或者内部尺寸进行设计，计算方法精确。完全实现了米制 尺寸，尺寸范围能够达至u 9 9 9 9 9 m m 和9 9 9 9 9 9 k g 。 有丰富的材料库，用户可以根据需要对材料库进行添加、删除和更改。 能够自动添加内外包装，构造泡沫内衬。 用c a d 软件生成三维图形，并对完成的设计结果进行保存。 生成木材用料清单，用户可以任意对其中的数据进行快速编辑。 可以计算出木材用量，对木箱的价格进行估计。 打印设计结果，并给出每一构件的详细图示及文本提示，介绍如何进行 组装。 除c r a t ep r o5 2 外，d e p l o yt e c h 公司还有一些满足不同需要的软件版本，包 括p a c k a g i n ge x p e r t 和e a s yc r a t e5 。e a s y c r a t e5 是e a s yc r a t e 系列的最新版本。该 软件对木箱零售商来说性价比极高，用户可以在数秒内得到精确的成本、利润、 制造所需时间、重量和尺寸，是唯一能够满足保险公司和政府机构安全运输要求 的软件【1 6 1 。 美国t r a n s p a k 公司提供的木箱设计系统c r a t e m a s t e r 可广泛应用于半导体、 4 山东大学硕十学位论文 电子产品、机械设备、航空航天设备的包装和物流运输等领域，此系统与 a u t o c a d 相结合能够根据设备说明书以及客户的需求，快速灵活地设计出符合 要求的木箱，从而节省大量时间，并降低成本【1 7 1 。 加拿大i n d u s t r i a lc r a t i n g & h e a v yd u t yp a c k a g i n g 公司开发了木箱设计系统 r e c o ，当输入正确的数据，系统就可以生成最佳包装方案，实现节省成本和运 费【1 引。 ( 3 ) 研究背景 我国高校研发的多数木包装箱设计软件是利用二维绘图软件a u t o c a d 进行 二次开发【1 1 , 1 5 】，该软件具有强大的二维绘图功能，如绘图、编辑、尺寸标注等， 但是由于二维图与三维图相比缺少形象性、直观性，要求c a d 技术向计算机辅 助三维绘图方向发展。有文献中提到用o p e n g l 进行木箱c a d 的设计【1 4 , 1 9 ，尽 管o p e n g l 有很强的图形功能，但是其三维建模功能相对薄弱，且由于通过代码 绘图，过程比较繁琐，编程量大，对于初学者来说不易上手。也有文献中提到用 s o l i d e d g e 作为平台进行木箱的设计【b 】，但由于软件本身普及程度不高，可能会 影响木箱c a d 系统的使用范围，另外该木包装c a d c a e 系统采用用户选取构 件尺寸和数量的方式，在某些情况下不符合国家标准。除了文献【1 5 】中提到的软 件外，其他文献都存在一个共同点，即只对木箱进行了c a d 造型设计，而对于 c a e 分析基本上没有涉及。从某种意义来讲，这无疑限制了软件的大范围应用。 目前，我国常用的三维机械软件有s o l i d w o r k s 、u g 、p r o e 等，其中s o l i d w o r k s 可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。利用软 件提供的插件s o l i d w o r k ss i m u l a t i o n 可以对绘制的三维零件实体进行静态分析、 优化设计等。此外，s o l i d w o r k s 软件还提供了a p i 二次开发接口，使用户可以根 据需要对软件进行定制修改和功能的扩展。总之，该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工作中，且价位适中。 鉴于以上原因，本文选择在当今被广泛应用的s o l i d w o r k s 平台上，运用软 件提供的二次开发工具s o l i d w o r k sa p i ，并与v i s u a lb a s i c 可视化编程语言及 m i c r o s o f t a c c e s s 相结合，开发出一套滑木箱参数化设计系统。通过本系统，可 以绘制出木箱的三维图，使用户对木箱有更直观形象的了解，并且由于 s o l i d w o r k s 的强大功能，还可以将绘制的三维图保存成工程图，即二维图的格式。 5 山东大学硕十学位论文 此外，本系统提供了有限元分析功能，用户可以对设计出的木箱进行堆码载荷和 起吊载荷分析，以校验木箱是否符合强度和刚度要求，保证木箱的可靠性。 6 山东大学硕十学位论文 第二章s o l i d w o r k s 二次开发方法研究 2 1s o l i d w o r k s 软件简介 s o l i d w o r k s 是由美国s o l i d w o r k s 公司开发的一款基于w i n d o w s 平台的三维 机械c a d 软件，是当今世界范围内应用最为广泛的三维c a d 软件之一，遍布 全球1 0 0 多个国家。自1 9 9 5 年问世以来，s o l i d w o r k s 以其强大的功能、易操作 性和创新性，极大地提高了机械工程师的设计效率，在与同类软件的竞争中逐步 确立了它的市场地位，拥有极大的用户群【2 0 1 。 s o l i d w o r k s 作为三维机械c a d 软件，有如下基本功锹2 1 】： ( 1 ) s o l i d w o r k s 提供了强大的基于特征的实体建模功能，用户可以通过拉伸、 旋转、放样、抽壳、阵列等特征的操作实现产品的设计。 ( 2 ) s o l i d w o r k s 生成的3 d 模型包括零件、装配体和工程图，而且这三者互 相链接，对零件或装配体所作的更改会导致与之相关的工程图文件的相应改变， 同样，对工程图和装配体的更改也会驱动零件模型的变更。 ( 3 ) s o l i d w o r k s 提供了配置功能，使用此功能可以在单一的文件中对零件或 装配体生成多个设计变化。用户可以快速建立系列化零件库，方便地管理具有不 同尺寸、零部件或其他参数的模型。 ( 4 ) s o l i d w o r k s 提供了大量的插件，这些插件实现了与s o l i d w o r k s 的无缝集 成，并具有各种不同的功能。如p h o t o w o r k s 提供许多专业渲染效果，可以生成 具有特殊品质的逼真图像；s i m u l a t i o n 可以完成各种有限元分析，如静态分析、 频率分析等，对设计的模型进行评估。 s o l i d w o r k s 的优点具体体现在以下几方面： ( 1 ) s o l i d w o r k s 功能强大，易操作性强，与w i n d o w s 系统的兼容性，使用户 可以快速掌握其使用方法，尤其是对于复杂零件和装配体，可以很大程度上提高 用户的设计效率。 ( 2 ) s o l i d w o r k s 是开放的c a d 系统，i g s 、s t e p 、d w g 等多种格式的输 入输出接口使设计出的零件可以方便的进行文档转换，满足和方便客户间的交 流。 ( 3 ) f e a t u r e m a n a g e r 设计树是s o l i d w o r k s 的一个创新，它提供激活零件、装 7 山东大学硕十学位论文 配体或工程图的大纲视图，使用户可以更方便地观阅模型或装配体如何建造以及 检查工程图中的各个图纸和视图【2 2 1 。 2 2s o l i d w o r k sa p i 对象概述 s o l i d w o r k s 应用程序设计界面( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ，简称a p i ) 是与s o l i d w o r k s 软件相关的c o m 程序设计界面，是s o l i d w o r k s 软件的o l e 编程接口【2 3 1 。此a p i 中包含了上千种功能，如生成直线、构造实体，向装配体 中插入零件等等，用户在v i s u a lb a s i c ( v b ) 、v i s u a lb a s i cf o r a p p l i c a t i o n s ( v b a ) 、 v b n e t 、c + + 、c 撑或s o l i d w o r k s 宏文件中调用这些功能，对s o l i d w o r k s 软件 进行二次开发，拓展该软件的功能，以适应不同行业的要求。 s o l i d w o r k s 支持o l e 标准，并提供了大量的o l e 对象，包括s l d w o r k s 对 象，e n v i r o n m e n t 对象，f r a m e 对象，m o d e l d o c 对象，p a r t d o c 对象，a s s e m b l y d o e 对象，d r a w i n g d o c 对象，d i m e n s i o n 对象等等。这些对象都拥有自己的方法和属 性，用户通过对这些对象及其方法和属性的操作，即可以在开发的软件中实现诸 如创建直线、构造实体、向装配体中插入零件等几乎所有s o l i d w o r k s 软件的功 能。 图2 1 为s o l i d w o r k s a p i 对象模型图2 4 1 。从图中可以看出s o l i d w o r k s a p i 各对象层级并不相同，而是分为若干层，在调用a p i 进行二次开发时，必须先 访问层次结构中的高级对象，然后才能访问层次结构中的低级对象。 8 图2 1s o l i d w o r k sa p i 对象模型 山东大学硕十学位论文 下面就常用的s o l i d w o r k sa p i 对象进行简单介绍【2 1 搿 2 5 1 。 ( 1 ) s l d w o r k s 对象 s l d w o r k s 对象位于s o l i d w o r k sa p i 对象模型的最高层，要访问对象模型中的 其他对象，必须首先连接该对象，它可以直接和间接访问s o l i d w o r k sa p i 中的其 他对象。s l d w o r k s 对象同样也作为一个接口提供应用程序级操作的函数集。使用 s l d w o r k s 对象可以实现应用程序的最基本操作，如生成、打开、关闭文件等。通 过下边两行代码可以连接到s l d w o r k s 对象。 d i ms w a p pa ss l d w o r k s s l d w o r k s s e ts w a p p = c r e a t e o b j e c t ( ”s l d w o r k s a p p l i c a t i o n ”) ( 2 ) e n v i r o n m e n t 对象 e n v i r o n m e n t 对象可分析文本和几何关系用于生成符号，通过该对象可以定 义符号中的直线、圆环、三角形等。 ( 3 ) f r a m e 对象 f r a m e 对象可用于自定义s o l i d w o r k s 用户界面，包括添加、检查、修改 s o l i d w o r k s 的弹出菜单和下拉菜单，设置s o l i d w o r k s 状态栏文本，定义模型视 图窗口等。 ( 4 ) m o d e l d o c 对象 m o d e l d o c 对象可以用于实现视图设置、轮廓线修改、参数控制、对象选择、 打开和保存文档、生成编辑特征参量、生成框架等与实体模型相关的各种操作。 在s o l i d w o r k s 中，有三种主要的文件类型：零件、工程图和装配体。每种文件 类型有它自己的a p i 对象( p a r t d o c 、d r a w i n g d o c 和a s s c r n b l y d o c ) 及相关的一 套函数。 m o d e ld o c 对象提供直接访问p a r t d o c ，d r a w i n g d o c 和a s s e m b l y d o c 对象的 方法。 ( 5 ) p a r t d o c 对象 p a r t d o c 对象是由m o d e l d o c 对象派生出来的，它可以访问m o d e l d o c 对象的 所有函数。p a r t d o c 对象提供了对零件模型进行操作的函数，这些函数可以生成 实体和特征，如创建直线和圆、进行拉伸、旋转凸台基体、对草图和特征进行 阵列等等。 9 山东大学硕十学位论文 ( 6 ) a s s e m b l y d o c 对象 a s s e m b l y d o c 对象提供对装配体模型进行操作的函数，如向装配体中插入零 件、编辑零部件、添加配合和爆炸视图等。a s s e m b l y d o c 对象也是由m o d e l d o c 对象派生出来的，它可以访问m o d e l d o c 对象的所有函数。 ( 7 ) d r a w i n g d o c 对象 d r a w i n g d o c 对象提供对工程图进行操作的函数，如生成、对齐、访问工程 图视图等函数。d r a w i n g d o c 对象可以直接从m o d e l d o c 对象获得，是由m o d e l d o c 对象派生出来的，因此可以访问m o d e l d o c 对象的所有函数。 ( 8 ) d i m e n s i o n 对象 d i m e n s i o n 对象提供了与尺寸设置相关的函数，可设置尺寸和公差的大小、 添加、更改尺寸和圆的直径，添加配合时的距离等。 2 3s o l i d w o r k s 二次开发工具 可用于s o l i d w o r k s 二次开发的语言有很多，因为s o l i d w o r k s 提供了相应的 接口，如v b a 、v b 、v c 抖、n e t 等。在众多的二次开发工具中，最简单的工 具为v b a ，它常用于录制宏，得到基本的程序框架和a p i 函数。v c 语言功能 强大，但是对于初学者来说，有些难度。易学易用的高级开发语言是v b 2 6 1 ，因 此本文使用v b 语言作为二次开发的工具。 v b 作为s o l i d w o r k s 二次开发的语言，有以下优剧2 7 】： ( 1 ) 提供了面向对象的可视化编程工具 v b 采用的是面向对象的程序设计语言，它把程序和数据封装在一起作为一 个对象。利用v b 进行编程时，用户可以在屏幕上看到所需的界面，而不需要大 量代码去描述界面元素的外观和位置，这样做符合人们习惯的思维方式，便于分 析复杂而多变的问题，程序设计的效率可大大提高，因此使用v b 语言可以方便 地设计出友好的系统界面。 ( 2 ) 提供了易学易用的应用程序集成开发环境 在v b 的集成开发环境中，用户可设计界面、编写代码，为每个控件添加属 性、方法或事件，直至将应用程序编译成可执行文件在w i n d o w s 上运行。 ( 3 ) 支持多种数据库系统的访问 l o 山东大学硕十学位论文 v b 提供了多种访问数据库的方法，可以访问的数据库类型有d b a s e 、f o x p r o 和a c c 髓s 数据库。另外可以通过o d b c 方式访问m ss q ls e r v e r 、o r a c l es q l s e r v e r 和s y b a s es q ls e r v e r ，并以客户服务器方式存取数据库中的数据。 ( g ) 支持动态数据交换( d d e ) 、动态链接库( d l l ) 和对象的链接与嵌k ( o l e ) 利用动态数据交换( d d e ) 技术，可使v b 开发的应用程序与其他w i n d o w s 应用程序之间建立数据通讯。 v b 利用动态链接库( d l l ) 技术可以调用几乎任何语言产生的d l l ，也可以 调用w i n d o w s 应用程序接c i ( a p i ) 函数，以实现s d k 所能实现的功能。 利用对象的链接与嵌) k ( o l e ) 技术，v b 能利用来自外部的多种数据源的数 据建立文档，还可将对象链接或嵌入到文档中，并可越过应用程序的边界来使用 对象。 基于以上原因，利用v i s u a lb a s i c 语言可以方便调用s o l i d w o r k s ，对 s o l i d w o r k s 进行二次开发。 2 4s o l i d w o r k s 二次开发步骤 可以创建两种类型的应用程序与s o l i d w o r k s 进行交互：一种是生成a d d i n 程序( * d l l 文件) ，另一种是独立执行程序( 宰e x e 文件) 。* d l l 文件不能 直接运行，需要做成插件的形式，在运行s o l i d w o r k s 时动态装载，它和s o l i d w o r k s 程序运行在同一个进程空间。而宰e x e 文件则独立运行于s o l i d w o r k s 进程空间 之外。这两种开发方式各有优缺点。* d l l 文件做成插件的形式在s o l i d w o r k s 启动时动态加载，它的菜单、状态栏、工具栏都可以在s o l i d w o r k s 中实现，但 是如果发生异常，也会影响s o l i d w o r k s 的正常运行。* e x e 文件能够独立运行， 当发生错误时，s o l i d w o r k s 软件不受影响，但是执行宰e x e 文件时，需要在该应 用程序和s o l i d w o r k s 之间进行前后台切换，这样势必会影响设计的效率2 3 ，2 引。 s o l i d w o r k s 二次开发的方法有两种，一种是编程法，另一种是尺寸驱动法【2 l 】。 ( 1 ) 编程法 采用编程法建模，即用程序描述建模的过程，相当于将手动分步建模的过程 由计算机连续完成。使用编程法进行二次开发时，需要用s o l i d w o r k sa p i 函数 描述模型造型的全过程。如果全靠程序员自己编写，则需要程序员具有较高的理 山东大学硕士学位论文 解和运用能力，并且能掌握大量的s o l i d w o r k sa p i 函数，从而增加了开发的难 度。s o l i d w o r k s 软件的亮点之一就是它提供了宏录制功能，开发者可以在造型时 使用该功能将造型的过程录制下来，然后对所录制的宏代码进行更改，将有关的 常量改为变量。这种方法适合于造型比较简单的模型。其一般步骤即为宏录制、 修改录制的宏代码、将相应的常量改为变量。 理论上讲，将宏代码进行更改后运行即可实现程序化建模，但是由于 s o l i d w o r k s 宏录制时，并不能保证模型造型的每一步都被录下来，有一些a p i 函数可能会被遗漏，需要开发者进行检查并自行添加相关代码，这也对开发者提 出了较高的要求。编程法的另一个缺点是用程序一步步实现建模过程，需要的时 间较长，从而影响设计效率，另外，若要参数化生成新的图形，就要从头到尾执 行一遍程序，对于造型相似的零件，如系列化零件的生成，编程法无疑存在很大 缺陷。 ( 2 ) 尺寸驱动法 尺寸驱动法是指先