（机械设计及理论专业论文）电梯协同设计平台的研究与开发.pdf

t 哇 ， l am a s t e r st h e s i si nm e c h a n i c a ld e s i g na n dt h e o r y t h er e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t o f co l l a b o r a t i v ed e s i g np l a t f o r mo fe l e v a t o r b yw a n gy u 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 a n u a r y2 0 0 8 1，j 睛， t t j 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已在论文中作了明确的说明并表示谢 = 正 恩。 学位论文作者签名：形 日期：2 川协 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。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： - i - 量 j 。 tl t 峨一 1 东北大学硕士学位论文摘要 电梯协同设计平台的研究与开发 摘要 在企业信息化的过程中，大型的c a d c a m 软件如s o l i d w o r k s 、 p r o e n g i n e e r 、u g 等都是商品化的通用平台，专业针对性差，不能满足各种各 样具体的设计需要，在实际的工程设计中难以达到理想效果。因此利用c a d 软 件的二次开发功能来开发符合企业设计特点的设计平台成为c a d 技术推广应 用过程中所必须面对和解决的课题之一。 本文对基于三维c a d 软件p r o e n g i n e e r 的电梯产品协同设计技术进行 了深入的研究，介绍了如何利用v c + + 6 0 以及p r o e n g i n e e r 自带的 p r o t o o l k i t 开发电梯协同设计平台的各功能模块，详细阐述了设计平台在电梯 设计过程中的实际运用。首先，从研究协同设计的体系入手，对协同设计中常 用的体系结构和关键支撑技术进行了研究，详细讨论了网络层、协同层以及应 用层的实现方法；其次，结合企业的实际需求和电梯产品的设计流程，建立了 系统的主要功能模块，并对各功能模块的设计及实现给出了详尽的解决方案； 最后，结合电梯产品中关键部件一一轿厢的设计来阐述协同设计平台各功能模 块的实现过程，并通过实例演示如何利用协同设计平台得到产出资料。该协同 设计平台能够帮助电梯设计人员协同完成新产品的开发工作以及日常的电梯 设计任务，并将工程师的设计经验融合在系统中，避免大部分重复开发工作， 实现了自动生成企业需要的三维模型、工程图、b o m 等资料功能，显著提高 了企业快速响应市场的能力和新产品开发的效率。 关键词：电梯；协同设计；二次开发；参数化；p r o t o o l k i t 0，；l- _ ，b ip - ， t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fc o l l a b o r a t i v e d e s i g np l a t f o r mo fe l e v a t o r a bstrac t i nt h ep r o c e s so fi n f o r m a t i o n i z a t i o n ，t h ec a d c a ms o f t w a r ek n o w ni nt h e w o r l dl i k es o l i d w o r k s p r o e n g i n e e r a n dug ，a r en o r m a l l y c o m m e r c i a la n d u n p r o f e s s i o n a lp l a t f o r m s s o ，t h e s ep l a t f o r m sc a n ta d a p te a c hk i n do fd e m a n do f c o n c r e t ed e s i g na n di ti s d if f i c u l tt oa c h i e v et h ei d e a le f f e c t i nt h e a c t u a l e n g i n e e r i n gd e s i g n t h e r e f o r e ，t h ed e v e l o p m e n t s o fc a ds o f t w a r ea r et h e q u e s t i o n sw eh a v e t of a c ea n ds o l v e i nt h ep r o c e s so fa p p l y i n gt h e c a d t e c h n o l o g y t h i st h e s i sm a i n l ym a d er e s e a r c h o nt e c h n o l o g i e so fc o l l a b o r a t i v ed e s i g n b a s eo nt h ep r o e n g i n e e ra n di n t r o d u c e d h o wt o d e v e l o p a n a p p l i c a t i o n c o m b i n i n gw i t he n t e r p r i s e st e c h n o l o g yu s i n gp r o t o o l k i t a n dv c + + 6 0 f i r s t ， r e s e a r c hw a sm a d eo nb a s i cc o l l a b o r a t i v ed e s i g nt h e o r yi n c l u d i n gt h ea r c h i t e c t u r e o fc o l l a b o r a t i v ep l a t f o r ma n dt h ek e yp r o b l e m s ；s e c o n d ，c o n s i d e r i n gt h ed e m a n d o fe n t e r p r i s ea n dt h ep r o c e s so fd e s i g n i n g ，t h ek e yf u n c t i o nm o d u l e so fs y s t e ma r e e s t a b l i s h e do nt h eb a s i so ft h e s ef u n c t i o na n dd e m a n d ，a n dt h es o l u t i o nw a sg i v e n o nm a k i n gt h e s em o d u l e sw o r k i n g f i n a l l y ，t h ep r o c e s so f c o l l a b o r a t i v ed e s i g nw a s i m i t a t e dw i t ht h ee x a m p l eo fb u i l d i n go fc a rm o d e la n dt h ed a t aw a ss h o w n i nt h e e n d t h ec o l l a b o r a t i v ed e s i g np l a t f o r mc a nr e m a r k a b l ye n h a n c e st h ee n t e r p r i s es a b i l i t yt or e s p o n s et h em a r k e tq u i c k l ya n di m p r o v et h en e wp r o d u c t s d e v e l o p m e n t e f f i c i e n c yb yh e l p i n ge n g i n e e r st od e s i g n n e we l e v a t o rp r o d u c tc o l l a b o r a t i v e l y w i t hm u c hf e w e rt i m ea n db u i l d i n gt h e m o d e lo fp r o d u c ta u t o m a t i c a l l yw i t h e n t e r i n gt h ev a l u eo ft e c h n o l o g yp a r a m e t e r so f e l e v a t o ri na d v a n c e m o r e o v e r ，t h e e n g i n e e r sc a np u tt h e i rt h o u g h t s a n de x p e r i e n c ei n t ot h ed a t a b a s ew h i c h c a n a v o i d i n gt h em a jo r i t yo fr e p e t i t i o n sd e v e l o p m e n t w o r k k e yw o r d s ：e l e v a t o r c o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，s e c o n dd e v e l o p m e n t ，p r o t o o l k i t 噜 “ j 耐。 ，矿 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 目录i v 第1 章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 电梯知识简介2 1 2 1 电梯分类2 1 2 2 电梯的结构组成3 1 3 国内外研究现状及发展趋势4 1 3 1 协同设计理论的研究现状4 1 3 2c a d 技术研究现状及发展趋势6 1 3 3p r o e n g i n e e r 二次开发现状9 1 4 论文的研究意义9 1 5 论文的主要内容1 0 第2 章基本理论与关键技术1 1 2 1 协同设计理论基础1 1 2 1 1 协同设计概念1 l 2 1 2 协同设计的优点1 1 2 2 平台的协同方式以及组织结构1 2 2 2 1 平台的协同方式1 2 2 2 2 平台的组织体系结构1 3 2 3 平台的网络体系结构1 4 2 3 1c l i e n t s e r v e r 结构15 2 3 2b r o w s e r s e r v e r 结构15 2 3 3 平台网络体系的选择1 6 2 4 本文用到的关键技术1 7 2 4 1 协同技术17 2 4 2p r o e 二次开发技术1 8 2 4 3 参数化设计技术19 2 4 4 数据库接口技术2 0 2 5 本章小结2 0 东北大学硕士学位论文 目录 第3 章电梯协同设计平台总体方案2 1 3 1 企业现状及系统需求2 1 3 1 1 企业面临的困难2 1 3 1 2 企业对设计平台的需求一2 2 3 2 电梯协同设计平台构建2 2 3 2 1 三维造型软件的选型2 3 3 2 2 平台数据库的选用2 4 3 2 3 程序编写工具选用2 5 3 3 技术要求及技术指标2 6 3 4 电梯设计流程的改善2 7 3 4 1 企业目前的设计流程2 7 3 4 2 改善后的工作流程2 7 3 5 平台总体框架设计2 9 3 6 本章小结3 0 第4 章电梯协同设计平台框架设计3 1 4 1 开发环境的设定3 1 4 2 系统接口设计3 3 4 2 1 三维软件接口设计3 3 4 2 2 数据库接口设计3 6 4 3 平台的信息文件及菜单设计一3 7 4 4 系统界面设计3 9 4 5 参数变化模板设计4 2 4 5 1 参数化模板的建立4 2 4 5 2 参数化模板的驱动方式一4 4 4 6 本章小结4 4 第5 章电梯协同设计平台的实施4 5 5 1 设计任务的分解及分配4 5 5 2 零部件的参数化建模4 6 5 3 自动生成工程用图4 8 5 3 1 自动生成二维工程图4 8 5 3 2 自动生成钣金展开图4 9 5 4 自动生成b o m 表格4 9 5 4 1b o m 提取的流程5 0 5 4 2b o m 提取的实现5l 5 5 标准件或通用件库建立5 2 东北大学硕士学位论文目录 5 3 1 标准件库的建立5 2 5 3 2 通用件库的建立5 3 5 6 自动装配模型5 4 5 7 本章小结5 5 第6 章工程应用实例5 7 6 1 设计平台的运行环境5 7 6 2 设计平台的登录5 7 6 3 电梯设计任务的分配5 8 6 4 合同设计参数值的录入5 9 6 5 电梯协同设计平台的产出资料6 0 6 6 本章小结6 4 第7 章结论与展望6 5 7 1 结论6 5 7 1 1 论文所作的工作6 5 7 1 2 论文创新点6 5 7 2 展望6 6 参考文献6 7 致谢7 1 唪 ： 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 自上世纪8 0 年代以来，我国经济持续快速发展，城市建设加速，房地产 投资逐渐加大力度，市场对电梯的需求量越来越大，虽然期间有起有落，但总 体趋势是上升的。据中国电梯协会理事长任天笑介绍，19 8 0 年中国电梯产量为 2 2 4 9 台，到2 0 0 5 年达到13 2 万台，是19 8 0 年的6 0 倍，平均每年增长17 8 ，我国已成为世界第一大电梯生产国。 电梯行业属于装备制造业的范畴，主要工作是对己经研发成型的产品进行 客户化的设计，维护和改进工作【l 】。电梯行业的生产方式为按订单生产方式， 设计时必须依据土建图提供的信息和客户的需求进行电梯结构的设计，而且大 多为非标项目的设计。传统的设计手段是在图板上对电梯零部件进行产品方案 的构思设计，这种方式不能直观的表达产品的装配信息，还需要对设计方案进 行反复的修改，整个设计周期很长。 随着计算机软硬件技术的迅速发展以及工程技术的深入与发展，计算机辅 助设计技术已经日益完善，在机械领域得到了广泛的应用。并且随着c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 研究的深入与发展，不断出现了参数化设计、虚拟设 计、协同设计等先进的技术；而这些技术的提出与发展又推动了c a d 软件的 自动化水平，极大地提高了产品质量，缩短了生产周期，提高了生产效率，节 约了生产成本，提高了产品的经济效益，加快了产品的更新换代。 为了解决电梯设计中的问题，发挥计算机的优势，增强设计者之间的协同 设计能力，大多电梯企业通过引进c a d 系统来增强企业的产品设计开发能力， 提高产品设计质量，缩短产品研制周期，提高企业的经济效益，实现企业现代 化管理。但大多c a d 系统是通用的辅助设计软件，不是针对电梯行业的专业 设计软件，而且协同设计性不强。只有通过对c a d 系统进行本地化、用户化 的二次开发，把通用的c a d 系统转化为具有本地特色的c a d 系统，如开发 专业的协同设计平台，通用件库、标准件图形库、符号库，甚至是应用于管理 ( p d m ) 和加工( c a m ) 的应用程序等等，才能真正达到企业应用c a d 系统的目 的。所以对c a d 软件的二次开发问题就成了广大c a d 用户和研究人员面临 的重要课题。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 2 电梯知识简介 1 2 1 电梯分类 电梯的定义为：用电力拖动的轿厢运行于铅垂的或倾斜不大于15 0 的两列 刚性导轨之间运送乘客或货物的固定设备。习惯上不论其驱动方式如何，将电 梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。 根据建筑的高度、用途及客流量( 或物流量) 的不同，而设置不同类型的 电梯。目前电梯的基本分类方法大致如下。 ( 1 ) 按用途分类 1 ) 乘客电梯，为运送乘客设计的电梯，有安全设施以及一定的轿内装饰。 2 ) 载货电梯，主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。 3 ) 医用电梯，为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢长而窄。 4 ) 杂物电梯，图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品设计的电梯。 5 ) 观光电梯，轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。 6 ) 车辆电梯，用作装运车辆的电梯。 7 ) 船舶电梯，船舶上使用的电梯。 8 ) 建筑施工电梯，建筑施工与维修用的电梯。 9 ) 其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷 库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。 ( 2 ) 按驱动方式分类 1 ) 交流电梯，用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可 分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。 2 ) 直流电梯，用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一 般在2 o o m s 以上。 3 ) 液压电梯，一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。 4 ) 齿轮齿条电梯，将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电 动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。 5 ) 螺杆式电梯，将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴 承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机( 或皮带) 带动螺母旋转， 从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。 6 ) 直线电机驱动的电梯，其动力源是直线电机。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 ( 3 ) 按速度分类 电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。 1 ) 低速梯，常指低于1 0 0 m s 速度的电梯。 2 ) 中速梯，常指速度在1 0 0 - - 一2 0 0 m s 的电梯。 3 ) 高速梯，常指速度大于2 0 0 m s 的电梯。 4 ) 超高速，速度超过5 0 0 m s 的电梯。 在各类电梯中，乘客电梯的需求量最多，占到总需求量的6 0 左右，本论 文研究开发的协同设计系统主要针对的电梯类型是中低速曳引式乘客电梯。 1 2 2 电梯的结构组成 电梯主要有机械和电气两大系统组成。电梯的结构组成如图1 1 ： 蚂轮蝙朴减速搏 曳弓i 轮 机器底盘 导向轮 鼠速嚣 导孰支瓤 曳引铜丝绳 限位| f 关终端打板 轿厢导瓤 艰位歼美 骄朋据架 轿厢j 导轨 限速器钢丝绳 对重导靴 对重 补偿琏条 髓条导向装置 眼蘧器张紧装置 图1 1 电梯结构示意图 f i g 1 1t h es t r u c t u r eo fe l e v a t o r 机械系统主要由机房、井道、轿厢和门系统等四大部分组成。机房里的主 要部件有曳引机、限速器、控制柜、电源开关、照明开关、选层器、极限开关、 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 机械楼层指示器、发电机组等。电梯井道主要部件主要有导轨、对重装置、缓 冲器、限位开关、接线盒、控制电缆、补偿连、平层感应器等。轿厢是电梯用 来运送乘客或货物的装置，各类电梯的轿厢基本结构相同，由于用途不同在具 体结构及外形上将有一定的差异。电梯的轿厢部分主要包括轿厢体、安全钳、 安全窗、导靴、平层装置、操纵箱、轿厢内指层灯等。轿厢由轿厢架和轿厢体 两大部分组成，轿厢体一般由轿底、轿壁、轿顶等主要构件组成。门系统主要 包括厅门、轿门等部件。 电气系统主要由继电器、导线、电缆、可编程控制器及微型计算机等构成。 电梯的电器部分，像人的神经一样，遍布整个电梯，与其机械系统配和，是电 梯更好的协调工作【2 】。 对于机械系统部分，除了建立模型模板以检验零部件的干涉之外，还要控 制模型变化的脚本、零部件属性以及数量等来生成机械部件的技术资料；至于 电气系统部分，我们只是根据参数来进行选配以及资料的完善等，不对其进行 建模。 1 3 国内外研究现状及发展趋势 1 3 1 协同设计理论的研究现状 国外在协同设计系统研究和实践中处于领先地位的是欧美等国，这得益于 他们在包括计算机支持协同的设计c s c d ( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v e d e s i g n ) 在内的计算机支持的协同工作( c o m p u t e rs u p p o r tc o o p e r a t i o nw o r k ， c s c w ) 领域进行了较广泛的研究。部分研究工作有： 美国伯克利加州大学( u n i v e r s i t yo fc a l i f o r n i aa tb e r k e l e y ) 的集成制造实验 室在美国国家科学基金( n s f ，n a t i o n a ls c i e n c ef o u n d a t i o n ) 、美国国防部先进 研究计划代理( d e f e n s ea d v a n c e dr e s e a r c hp r o j e c t sa g e n c y ) 和福特汽车公司的 资助下开展了一个名为c y b e r c u t 的研究项目，建立了世界上第一个基于w e b 的设计和制造系统；美国斯坦福大学的大型智能化网络化协同设计系统p a c t 项目，用于研究大规模分布式并行工程系统，此项目较为系统地研究了网络化 协同设计的问题；由a p a r s i s t o 资助s t a n f o r d 大学c d r ，e i t 及s i m a 合作 开发的s h a r e 项目支持i n t e r n e t 网上的设计小组进行同步的产品设计； c o c o u n t 是一个开放分布式环境，支持异地的设计人员合作协商共同完成同一 产品的设计制造，此项目现在仅支持协同设计部分。e p r i n t 资助的r a c ec a r 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 以汽车工业为应用背景进行了并行工程的研究，c e c e d 以协同设计为出发点 进行了并行工程支撑环境的研究。b o e i n g 公司从9 0 年代初开始开发b o e i n 9 7 7 7 时，为方便分布在异地的设计人员及节省时间，缩短设计周期，进行了名为 f l y t h r u 的项目研究，f l y t h r u 的开展为设计人员提供了异步协调的手段，并节 省了大量的资金。t o n ir o b e r t s o n 分析探讨了多媒体远程教学软件从早期的研 制开发到原型系统的产品化过程中协同设计的一些问题。另外，从事协同设计 研究的项目还有：澳大利亚悉尼大学建筑与设计科学系m a t e 系统、美国普渡 大学的s h a s t r a 系统、美国麻省理工学院智能工程系统实验室的d i c e 系统、 美国麻省理工学院c a d 实验室的d m e 项目、美国国防高级研究项目署( d a r p a ) 资助下的m a d e 、美国c a t i a 公司的c a d 系统协作支持工具、美国s p e c t r a 图形公司( s p e c t r ag r a p h i c s ) 的t e a m s o l u t i o n s 系统、美国惠普公司的c o c a d 系 统、美国w e b s c o p e 公司基于w e b 的c a d 协作支持工具等。 国内对协同设计技术的研究起步不久。19 9 7 年底，国内有关单位和学者成 立了“现代设计与产品研究开发网络一一虚拟异地合作设计组织 。随后国家 自然科学基金和“8 6 3 计划开始鼓励研究网络化设计与制造领域。从1 9 9 5 年 开始全面引进c s c w 的研究背景、基本概念、系统结构、关键技术及典型应用。 计算机世界报于当年9 月出版了由中科院计算机所c a d 开放实验室组织 的c s c w 专题综述。同年通讯学报和软件世界杂志也介绍了国外一些 有代表性的c s c w 方面的研究。19 9 8 年1 2 月3 4 日在清华大学成功主办了第 一次全国c s c w 学术会议，标志着c s c w 研究已经在我国逐步开展起来并取 得初步成果。 现在国内有很多学者、企业正在掀起网络化设计与制造的研究与应用热 潮。在c s c d 及其相关议题的研究中处于领先地位的是中科院计算机所c a d 开放实验室和浙江大学c a d & c g 国家重点实验室，其它高校也正在进行这方 面的研究。中科院计算机所c a d 开放实验室的郭玉钗、林守勋对c s c d 的基 本概念、内容进行了探讨，并对c s c d 的工作模式进行了研究，提出了建立高 效、可靠的工作模式的原则，以及建立工作模式的方法。对基于多a g e n t 的协 同工作环境进行了研究，并开发了一个支持协同交互的协同工具w b t o o l 。浙 江大学c a d & c g 国家重点实验室对基于多媒体和m u l t i a g e n t 技术的协同设计 系统和协同机制进行了研究，开发了c o c a d t o o l a g e n t 原型系统。清华大学国 家c i m s 工程技术研究中心的熊光楞、张和明等人对并行工程和并行产品开发 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 中的产品信息集成技术进行了研究，其集成方法主要是基于s t e p 标准。吴澄 等人则对产品开发过程集成、工作流技术等进行了研究，其采用d e f x 和p e t r i 网理论对过程集成技术进行了讨论，并研究了基于c o r b a 技术的工作流系统 实现方法。史美林教授、杨光信等研究并开发出一个计算机支持的协同设计支 撑系统原型c o d e s i g n ，重点研究了协同体系结构、用户管理、访问控制、群组 设计界面和并发控制等方面的算法和策略。c o d e s i g n 提供的只是协同工作系统 的通用c s c w 部分，使开发者能够以此为基础再进行具体协同应用的开发。 华中理工大学杨叔子院士等在国家自然科学基金资助下进行网络化制造 方面的研究，提出了“基于a g e n t 的网络化制造 模式和“分布式网络化制造 系统( d i s t r i b u t e dn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，d n m s ) ”。香港理工大学李 荣彬教授和同济大学张曙教授以香港和内地的产品设计、生产和销售协作关系 为背景，提出了一种“分散网络化生产系统( d i s p e r s e dn e t w o r kp r o d u c t i o n s y s t e m ，d n p s ) 模式。南京理工大学c i m s 研究所探讨了c s c w 在c a d c a m 和先进制造领域的应用，他们全面地研究了协同设计的系统结构、版本管理、 任务调度和约束管理方法。19 9 9 年西安交通大学的谢友柏院士发起成立了“现 代设计与产品研究开发网络一异地合作设计组织 ，并对分布式环境下的产品 信息建模、现代产品设计方法、知识获取方法等相关课题进行了研究。重庆大 学制造工程研究所所长刘飞教授在国家8 6 3 c i m s 主题和重庆市科委资助下， 针对我国西部发展战略以及为了加强地方政府在网络化制造合作中的作用，提 出了“区域性网络化制造系统( r e g i o n a ln e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ， r n m s ) 模式等等。 现有研究论文表明，我国在c s c w 支撑技术及实现机理方面开展了较多的 工作，并取得了一批研究成果，但是同国外相比，在计算机支持的协同设计的 理论、方法及关键技术的研究还有较大差距，关于协同设计中的深层次问题如 协同设计中的过程控制模型的建立和管理、分布式协同问题求解协同设计信息 共享、协同设计中各种计算机辅助工具软件的组织、协同设计的网络模型、产 品数据管理和协同设计的评价与决策等问题还有待深入研究。 1 3 2c a d 技术研究现状及发展趋势 1 3 2 1c a d 技术研究现状 c a d 计算机辅助设计技术是随着计算机外围设备及其软件的发展而形成 的一门高新技术【3 1 。随着计算机软硬件技术的发展，在计算机屏幕上绘图变为 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 可行，c a d 技术开始迅速发展。c a d 技术以二维绘图为主要目标的阶段一直 持续到7 0 年代末期，以后的c a d 技术作为一个分支而相对独立、平稳地发展 【4 1o c a d 技术的重大进展是参数化实体造型方法。该方法具有以下特点：基 于特征、全尺寸约束、数据全相关、尺寸驱动设计修改【5 1 。8 0 年代中期，p t c 公司推出了最早的参数化软件p r o e n g i n e e r 。进入9 0 年代，参数化技术变得比 较成熟起来，充分体现出其在许多通用件、零部件设计上的简单易行的优势。 因而参数化技术的应用主导了c a d 发展史上的第三次技术革命【5 1 。 参数化技术的成功应用，使它在9 0 年代前后几乎成为c a d 业界的标准。 接着，一种以参数化技术为蓝本，比参数化技术更先进的实体造型技术即变量 化技术发展起来【6 】。变量化造型的技术特点是保留了参数化技术基于特征、数 据全相关、尺寸驱动设计修改的优点，但在约束定义方面做了根本性改变。它 的指导思想是：设计者可以采用先形状后尺寸的设计方式，允许采用不完全尺 寸约束，只给出必要的设计条件，这种情况下仍能保证设计的正确性及效率性， 因为系统分担了很多繁杂的工作。它的成功应用，为c a d 技术的发展提供了 更大的空间和机遇。率先使用变量化技术的软件是s d r c 公司推出的i d e a s m a s t e rs e r i e s 软件【7 】。 1 3 2 2c a d 技术发展趋势阳1 随着c a d 技术的不断研究、开发与广泛应用，对c a d 技术提出越来越高 的要求，因此c a d 从本身技术的发展来看，其发展趋势是参数化、三维化、 智能化、网络化、集成化和标准化【9 】。具体表现为： ( 1 ) 参数化 设计参数化一直是c a d 系统所追求的目标，它能极大地提高机械设计效 率。通过尺寸驱动既能为用户提供设计对象的直观、准确的反馈，又能随时对 设计对象加以修改。在先进的c a d 软件中，设计过程中所涉及到的所有参数 都可以当作变量，可以建立相互间的约束和关系式，增加程序逻辑。这些变量 间的关系可以跨越c a d 软件的不同模块，从而实现设计数据的全相关。参数 化是实现机械设计自动化的前提和基础【1 0 】。 ( 2 ) 三维化 传统的c a d 主要以二维绘图软件为主。从设计的观点来看，人们头脑中 所构思的设计对象是三维物体，用二维图形表示三维物体有很多局限性。而采 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 用三维建模更能直观、全面地反映设计意图。在三维的基础上可以进行装配、 干涉检查、有限元分析、运动分析等高级的计算机辅助设计工作。利用三维模 型可以方便地生成传统加工过程所用的工程图。随着计算机硬件技术的发展， 二维绘图将很快被三维造型所代替。 ( 3 ) 智能化 c a d 技术作为一种设计工具，其核心目标在于能够帮助工程技术人员设 计出更好、更具市场竞争力的产品。我们希望c a d 系统在控制产品的设计过 程、应用工程设计知识、实现优化设计和智能设计等的同时，也需具有丰富的 图形处理功能，实现产品的“结构描述”与“图形描述之间的转换。因此， 在以几何模型为主的现代通用c a d 技术的基础上，发展面向设计过程的智能 c a d 技术是一种必然的趋势。 ( 4 ) 网络化 从工作站和高性能微机问世以后，大多数用户采用工作站和微机系统来代 替集中式c a d 系统，形成网络化的系统。对于产品设计而言，通过网络化的 手段可以帮助设计师及其企业改造传统的设计流程，创造一种顺应人性而又充 满魅力的设计环境，以便于设计师能在其中形象化地表现、高效率地研究、发 展和交流设计思想，更多的设计人员可以在同一平台下，通过网络针对一项设 计任务进行实时的双向交互通信与合作。 ( 5 ) 集成化 c a d 稳健地向简化和自动化的方向发展，这使该技术可以适合机械设计 以外的众多应用。另外，对于某一个应用c a d 技术的单位来讲，随着c a d 技 术及相关技术的发展成熟，需要从整体的角度来考虑这项技术的发展。从制造 业的信息化角度来看，c a d 的广义概念包括c a d c a e c a m c a p p p d m e r p 技术的集合【1 1 1 ，利用基于网络的c a d c a e c a m c a p p p d m 集成技术，实现 真正的全数字化设计与制造。 ( 6 ) 标准化 随着c a d 系统的集成和网络化，制定各种产品设计、评测和数据交换标 准势在必行。国际标准化组织己经颁布了新的产品数据转换标准s t e p 。建立 符合s t e p 标准的全局产品数据模型是企业未来发展的需要。同时国家还将建 立图文并茂、参数化的标准件库，替你现行的各种形式的标准化手册。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 3 3p r o e n gin e e r 二次开发现状n 2 川 由于p r o e n g i n e e r 在c a d c a m 领域的优秀表现，它在各个大中型企业 中的使用率越来越高。这同时也带来了另外一个问题，那就是怎么对通用软件 进行本地化的问题。因为通用的c a d 软件在设计的时候不可能考虑到每个企 业的特殊情况，要想充分发挥c a d 软件的功能，为企业创造更大的效益，企 业必须跟据自身的特点，对软件进行本地化的工作，即二次开发。这也是所有 c a d 软件都留有开发接口的原因。下面就以p r o e n g i n e e r 为平台的二次开 发现状做一下简介。 p r o e n g i n e e r 的开发从实现方法上大致可以分为两类：l 、主要是对 p r o e n g i n e e r 中使用的标准( 如：公差符号、尺寸标注样式、标准件库等) 进行符合企业标准的改造。这类开发只需要根据p r o e n g i n e e r 的开发工具 p r o t o o l k i t 文档进行相应配置的设置就可以了；2 、需要开发出人性化的界 面以方便用户的使用，以及进行数据库的连接。这一类一般是在比较大型的系 统中出现，因为操作复杂必须要有友好界面。由于p r o t o o l k i t 开发界面的 功能很弱，而且根本没有连接数据库的功能，所以必须借助于其它的开发工具 来实现。而这就涉及了开发工具和p r o t o o l k i t 的兼容性问题。这个问题长 期以来一直困扰着开发人员，没有得到很好的解决。这也是使得人们认为 p r o e n g i n e e r 难于开发的原因之一。 从实现内容上也可以分为两类：1 、实现参数化的技术。p r o e n g i n e e r 的参数化功能十分强大，其开发接口p r o t o o l k i t 在参数化方法上也很强。 这一类实现方法也很多( 如：利用族表、p r o t o o l k i t 函数等) ，但如果有特殊 的要求的话，如利用p r o t o o l k i t 函数进行多层装配下的尺寸的访问和修改 的话，需要设计特殊的程序结构来实现；2 、实现模块化。p r o t o o l k i t 在实 现模块化功能上很弱，而且根本没有这方面的资料。这需要在对p r o e n g i n e e r 的底层数据结构有一定认识的基础上，自己设计方法来实现。这类实现的难度 很大，目前国内还没见有人做过。 1 4 论文的研究意义 目前，电梯结构的设计主要是根据土建图上的数据，在标准系列的基础上， 对其进行变形设计。从实际的企业设计流程的特点看，传统的电梯设计模式存 在以下问题： 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 ( 1 ) 设计工作相对枯燥 电梯设计不同于电梯研发，电梯设计主要是对产品零部件进行变形设计以 及配置设计，这个过程中不需要太多的创造性活动，工作相对比较枯燥，繁琐 和工作重复性较大。 ( 3 ) 研发设计过程设计者之间协同性不够 在研发设计过程中，各部件的设计师之间的沟通信息不够，个人按自己的 想法去设计，造成在电梯装配时各部件很容易产生干涉情况。 ( 2 ) 手工处理无法保证设计的效率和准确度 售前技术支持时，设计部门要根据销售人员获取的客户订购产品意向，迅 速提供产品报价，但对于组成结构复杂的电梯等装备制造业产品，仅仅依靠手 工处理这些产品报价无法及时准确的支持销售人员，从而使销售机会受挫