（机械制造及其自动化专业论文）基于proengineer的三维参数化设计研究与开发.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 参数化设计方法作为一种全新的设计方法现在已广泛被工业界所采用。它所 具有的高效性、实用性等特点使其成为设计工作的发展方向。参数化设计应用水 平的高低直接决定了企业设计效率与设计质量的高低和企业核心竞争力的强弱。 这是关系到企业长久生存与发展的重大问题。 本论文介绍了国内外c a d 技术的研究动态、参数化技术的理论及研究现状、 p r o e n g i n e e r 的二次开发现状。在此基础上，充分运用p r o e n g i n e e r 的二次开发 工具p r o p r o g r a m 、p r o t o o l k i t 、f a m i l yt a b l e 的功能，进行参数化设计研究与开 发工作。使用p r o p r o g r a m 进行渐开线圆柱齿轮的参数化建模，该模型可以灵活 地选择创建直齿轮、左旋式斜齿轮、右旋式斜齿轮及变位齿轮。采用非常直观的 提示性的语句逐步输入参数的方法便可生成模型。此外，还可以选择是否创建齿 轮的轮毂、轮辐等结构。该方法对各种复杂零件的自动化建模具有一定有指导意 义。所创建的参数化的链轮模型可以选择创建单排、双排或三排链轮，并且可以 选择轮毂结构形式，具有较大的灵活性。在此基础上，进一步运用p r o t o o l k i t 与v c + + 6 0 编程环境，开发出参数化的齿轮、链轮建模系统。该系统具有直观、 友好的对话框界面，包含了各种不同类型的齿轮及链轮，使用时只需要输入一些 基本的参数就可以生成相应的三维模型。该系统给齿轮及链轮的三维建模工作带 来的极大的便利。通过三维模板及二维工程图的定制，大大提高了使用 p r o e n g i n e e r 建模的效率，也给二维工程图及b o m 材料清单) 的创建带来事半 功倍的效果。运用f a m i l yt a b l e 的强大功能，创建了标准零件库并实现零件库与 p r o e n g i n e e r 的集成，可以方便地进行直接调用。该零件库减少了产品设计中对 于标准件设计中繁琐且重复性的工作。文中所提到建库方法具有一定的推广性， 专门应用领域的用户可用文中所提到的方法来扩充自己所需的标准件库和通用 件库，提高开发效率和质量。 【关键词】参数化设计，标准零件库，p r o t o o l k i t ，二次开发 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t p a r a m e t r i cd e s i g n ，a sa l l e n t i r e l yn e wm e t h o do fd e s i g n ，h a sb e e ni n t r o d u c e d a b r o a db yi n d u s t r y s u c hc h a r a c t e r i s t i c sa st h ee f f i c i e n c y , p r a c t i c a b l l i t i e se t c t h a ti t h a sm a d ei tt h ed i r e c t i o no ff u t u r ed e s i g n i td e t e r m i n e sd e s i g ne f f i c i e n c ya n dt h e h e i g h t o f d e s i g n i n gq u a l i t y a n dp o w e ro f e n t e r p r i s e sk e yc o m p e t i t i v e n e s s o f e n t e r p r i s ed i r e c t l yt od e s i g nt h el e v e lo ft h ea p p l i c a t i o nl e v e li np a r a m e t e r t h i si s c o n c e r n i n gt h ei m p o r t a n ti s s u e o fs u r v i v a la n dd e v e l o p m e n tf o ral o n gt i m eo f e n t e r p r i s e s t h i st h e s i sh a si n t r o d u c e dr e s e a r c hd y n a m i cs t a t u so fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a l c a d t e c h n o l o g y , t h e o r yo fp a r a m e t e rt e c h n o l o g ya n dt h ec u r r e n tr e s e a r c hs i t u a t i o n ， s e c o n d a r yd e v e l o p m e n tc u r r e n ts i t u a t i o no fp r o e n g i n e e r o nt h i sf o u n d a t i o n ，f u l l y u s et h ef u n c t i o no fn d e n g l n e e r ss e c o n d a r yd e v e l o p m e n tt o o ls u c ha sp r o n r o g r a m ， p r o t o o l k i ta n df a m i l yt a b l e ，c a r r yo nt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fp a r a m e t e r d e s i g n u s i n gp r o p r o g r a m t o c a r r y o nt h e p a r a m e t e rm o d e l i n go f t h ei n v o l u t e c y l i n d e rg e a r ，t h i sm o d e l c a l lg e n e r a t eh e l i c a lg e a r , l e f t s p u rg e a r , r i g h t s p u r g e a r a n d s h i f t e dg e a rt h r o u 曲s e l e c t i o ni naf l e x i b l ew a y n u g hi n t u i t i o n i s t i cs u g g e s t i o n i n p u tm e t h o do fp a r a m e t e rc a ng e n e r a t em o d e l s f u r t h e r m o r e ，y o u c a l ls e l e c tb u i l d i n g h u b ，s p o k ee t c o fg e a ro rn o t i th a s s o m ed i r e c t i v es i g n i f i c a n c et oa u t o m a t i c m o d e l i n go fa l l k i n d so fc o m p l i c a t e d p a r t s y o uc a n s e l e c t b u i l d i n gs i n g l e - r o w , d o u b l e r o wo rt h r e e r o wc h a i nw h e e lt h r o u g ht h ep a r a m e t e rm o d e l b e s i d e s ，y o uc a n s e l e c tt h es t r u c t u r et y p eo fh u b o nt h i s b a s i s u s i n gp r o t o o l k i t a n dv c + + 6 0 p r o g r a m m i n ge n v i r o n m e n t 母r t h e r , d e v e l o pg e a r , s p r o c k e tm o d e l i n gs y s t e m so f 、 p a r a m e t e r , t h i ss y s t e m h a si n t u i t i o n i s t i c ，f r i e n d l yf l a m e i n t e r f a c e s ，i n c l u d i n gg e a r a n d s p r o c k e t s o fd i f f e r e n t t y p e s ，i n p u t t i n g s o m eb a s i c p a r a m e t e r s c a n g e n e r a t e t h e c o r r e s p o n d i n g 3 dm o d e lw h i l eu s i n g t h i ss y s t e mg i v e st h eg r e a tf a c i l i t yt ot h ew o r k o f3 dm o d e l i n go ft h eg e a r t h r o u g hc u s t o m i z i n g3 dt e m p l a t ea n d2 dd r a w i n g t e m p l a t e ，h n p r o v i n gt h ee f f i c i e n c yo fu s i n gp r o e n g i n e e rm o d e l i n gg r e a t l y , b r i n g i n g t h er e s u l tt h a tg e t st w i c et h er e s u l tw i t hh a l ft h ee f f o r tt ot h ee s t a b l i s h m e n to ft h e2 d d r a w i n ga n db o m0 3 i l lo fm a t e r i a l ) t o o u s i n g t h es t r o n gf u n c t i o no f f a m i l yt a b l e ，i t h a se s t a b l i s h e dt h es t a n d a r dp a r tl i b r a r ya n dr e a l i z e dt h ei n t e g r a t i o no ft h ep a r tl i b r a r y a n dp r o e n g i n e e r i tc a nt r a n s f e rd i r e c t l yc o n v e n i e n t l y t h i sp a r tl i b r a r yr e d u c e s p r o d u c td e s i g nt os t a n d a r dc o m p o n e n t t e d i o u sa n dr e p e a t e dw o r ki nt h ed e s i g n t h e m e t h o do fb u i l d i n gl i b r a r ym e n t i o n e di nt h ea r t i c l et h a th a sc e r t a i np o p u l a r i z a t i o n n a t u r e ，u s e r si n t h e s p e c i a la p p l i c a t i o n c a ne x p a n dt h es t a n d a r dp a r t l i b r a r yt h a t o n e s e l fn e e da n dl i b r a r yi nc o m m o nu s e ，i m p r o v i n gt h ed e v e l o p i n ge f f i c i e n c ya n d q u a l i t y 【k e yw o r d s 1 p a r a m e t r i cd e s i g n ，s t a n d a r dp a r tl i b r a r y , p r o t o o l k i t ，s e c o n d a r y d e v e l o p m e n t 武汉理t 大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 国内外c a d 技术研究动态 1 1 1 国外c a d 技术发展历程 c a d 技术起步于5 0 年代后期，6 0 年代，随漕计算机软硬件技术的发展， 在计算机屏幕上绘图变为可行，c a d 技术开始迅速发展。c a d 技术以二维绘图 为主要目标的算法一直持续到7 0 年代末期，c a d 开始实用化，以后的c a d 技 术作为一个分支而相对独立、平稳地发展。 在c a d 技术约5 0 年的发展历史中，共经历了四次重大的技术革命“1 。 ( 1 ) 第一次c a d 技术革命“贵族化”的曲面造型系统 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。由于三视图表达的不完整性，经常发生设计完成后， 制造出来的样品与设计者所想象的有很大差异甚至完全不同的情况。此时法国人 提出了贝塞尔算法，使人们用计算机处理曲线与曲面问题变得可行，同时也使得 法国达索飞机制造公司的开发者们，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 ”3 。 它的出现，标志着计算机辅助技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出 来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得c a m 技术的 开发有了现实的基础。曲面造型系统c a t i a 为人类带来了第一次c a d 技术革命， 改变了以往只能借助油泥模型来近似表达曲面的落后的工作方式。此时c a d 软 件价格极其昂贵，因此被称为“贵族化”的曲面造型系统。 ( 2 ) 第二次c a d 技术革命生不逢时的实体造型技术 有了表面模型，c a m 的问题可以基本解决。但由于表面模型技术只能表达 形体的表面信息，难以准确表达零件的其他特性，如质量、重心、惯性矩等，对 c a e 十分不利，最大问题在于分析的前处理特别困难。基于对于c 例c a e 一 体化技术的探索，s d r c 公司于1 9 7 9 年发布了世界上第一个完全基于实体造型 技术的大型c a d c a e 软件i d e a s 。由于实体造型技术能够精确表达零件 的全部属性，在理论上有助f 统一c a d ，c a e ，c a m 的模型表达，给设计带来惊 人的方便性。它代表着未来c a d 技术的发展方向。1 。实体造型技术的普及应用 标志着c a d 发展史上的第二次技术革命。但是实体造型技术带来数据计算量的 极度膨胀。在当时的硬件条件下，实体造型的计算和显示速度很慢，在实际应用 武汉理工大学硕士学位论文 中做设计显得比较勉强，从而使得实体造型技术未能在整个行业全面推广。许多 赞成实体造型技术的公司并没有下大力量去开发它，而是转而去攻克相对容易实 现的表面模型技术。不过在以后的十年里，随着硬件性能的提高，实体造型技术 又逐渐为众多c a d 系统所采用“1 。 ( 3 ) 第三次c a d 技术革命一一鸣惊人的参数化设计技术 正当实体造型技术逐渐普及之时，c a d 技术的研究又有了重大进展。那就 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、全数据 相关、尺寸驱动设计修改“1 。8 0 年代中期，p t c 公司推出最早的参数化软件 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“1 。 ( 4 ) 第四次c a d 技术革命更上层楼的变量化技术 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。 但参数化技术亦尚有一些不足之处。首先，“全尺寸约束”这一硬性规定就干扰 和制约着设计者创造力和想象力的发挥8 1 。于是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应运而牛。变量化造型的技术特点 是保留了参数化技术基于特征、全数据相关、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 sm a s t e rs e r i e s 软件”3 。变量化技术驱动了c a d 发展的 第四次技术革命。 从c a d 技术的发展历程可以看出，c a d 技术一直处于不断的发展和探索之 中。没有那一种技术是常青树，正是这种此消彼长的互动和交替，造就了今天 c a d 技术的兴旺与繁荣，促进了工业的高速发展。 1 ，1 2c a d 技术在我国的发展 我国c a d 技术的研究和开发工作起步相对较晚，自8 0 年代开始，c a d 技 术应用工作才逐步得到了开展。国家逐步认识到开展c a d 应用工程的必要性和 可靠性，并在全国各个行业大力推广c a d 技术，同时展开c a d 技术的开发和 研制工作。毋庸置疑，当前我国在c a d 技术方面与欧美主要国家的差距还很大， 大多数的核心c a d 技术仍掌握在西方国家手中。主要原因是：c a d 技术是于2 0 世纪6 0 年代首先出现在西方工业发达国家，从出现起就倍受重视，相继投入巨 2 武汉理工大学硕士学位论文 资进行基础理论研究和软件开发，而我国是在7 0 年代中期才开始c a d 技术的 研究，由于资金投入不足及软件商业化程度低，导致c a d 基础理论相对落后。 在参数化技术方面我国仍处在不断完善二维图形参数化技术阶段，而欧美已出现 较为成熟的三维参数化c a d 软件系统如p r o e ，u gc a t i a 等，这些高档的c a d 软件利用其强大的技术优势基本占领了国际市场，并占领了一部分国内市场。国 内有自主版权的c a d 软件如高华c a d 、电子图板c a x a 、开目c a d 等软件技 术含量相对较低，它们主要面向国内市场，提供操作简便的二维工程图设计平台， 在设计的参数化及软件的可靠性方面都需进一步提高。值得注意的是，经过多年 的投入和推广，我国c a d 技术己经广泛应用在机械、电子、航空、建筑等行业， 应用c a d 技术起到了提高企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳 动强度、缩短设计周期、加强设计的标准化的作用”1 。近年来，我国c a d 技术 的研究也有了长足的进步，在三维实体造型技术方面达到了世界先进水平。现在 由于微机功能不断增强，很多设计已经转移到微机上完成，而在微机平台上开发 。吲c a m 软件是一个全新的领域，我国与国外起点差不多，只要认清自己的优 势，如我们更了解国内市场，提供技术支持方便，软件价格便宜等，并跟踪国际 先进c a d 技术，遵循各种国际规范，立足国内，就可开发出有自己特色、符合 中国人习惯的c a d 软件产品。 1 1 30 a d 技术发展趋势 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。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 。 ( 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 3 武汉理工大学硕士学位论文 便地生成传统加工过程所用的工程图。大型波音7 7 7 客机的设计、制造、装配、 实验，已经全面使用了三维化的c a d 技术，实现了百分之百的数字化和无纸化 设计，研制周期缩短到4 年左右。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。将人工智能引入q 如系统，使其具有专家的经验和知识， 具有学习、推理、联想和判断的能力，以及智能化的视觉、听觉、语言的处理能 力，从两达到设计自动化的目的。 ( 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。同时，在基于网络协同完成设计任务的同时，与制 造、商务等的全面融合更带来了技术和应用两个领域革命性的进步。随着w e b 技术的不断渗透，支持w e b 协同设计方案的c a d 软件已经出现并趋于成熟。借 助于互联网的跨地域、跨时空的沟通特性和近乎无限的接入能力，c a d 软件的 团队协作能力可以直接利用互联网进行。 ( 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 删c a m c a p p ，p d m 甩r p 技术 的集合。1 ，利用基于网络的c a d c a e 忙a m ，c 船p 伊d m 集成技术，实现真正的 全数字化设计与制造。 ( 5 ) 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。国际标准化组织已经颁布了新的产品数据转换标准s t e p 。建立符合 4 武汉理工大学硕士学位论文 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。 1 2 国内外参数化技术研究现状 自从p t c 公司于1 9 8 5 年推出参数化c a d 系统p r o e n g i n e e r 以来，参数化 设计技术才真正受到工程技术界和学术界的重视，各大计算机软件公司相继推出 自己的参数化c a d 系统或在原有系统上增加参数化功能，展开激烈的竞争。目 前，我国c a d 市场上有两大类参数化c a d 系统：国外开发的大型全参数化c a d 系统：国内的二维参数化c a d 系统“。 1 2 1 国外发展现状 国外开发的具备参数化功能的c a d 系统： ( 1 ) p r o e n g i n e e r 是美国参数技术公司的机械设计自动化软件产品。它是第 一个具有参数化功能的c a d 系统。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来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，它提供双向数据关联，设计的修改能自动更新到出图、分析、制 造以及其它c a d c a m 领域，并具有强大的装配功能。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，对一 个没参加创建的设计者来说，不太容易搞清如何对该项设计进行修改“。 ( 2 ) c a d s 5 c v 公司的c a d s 5 通过一个草图生成工具d e s i g n v i e w 来实现 参数化绘图。d e s i g nv i e w 提供了广泛的基于约束的造型功能，包括支持零件之 间的约束、曲面参数约束、代数约束的逻辑分支以及欠约束模型。采用变量几何 技术，约束的顺序不会影响到它的求解结果。界面友好，采用一个灵巧光标动态 捕捉图中约束，能够很方便地显示、增加和删除约束。用户可直观地控制图形当 前状态。工程约束与几何约束融合起来联立求解，是一个优秀的参数化绘图工具。 ( 3 ) d p d ( d e s i g n p o s td r a f t i n g ) 是美国c v 公司采用p e l o m s 平台技术开发 的最新产品，运行于w i n d o w s 环境中，具有强大的参数化设计及绘图功能。其 参数化功能的主要特点是：参数化设计与绘图功能：设计变量的方程式管理： 同时支持参数化与非参数化的混合建模能力；较强的草图设计能力“4 。 ( 4 ) s i g r a p h - - d e s i g 是德国s i m e n sn i x d o r i f 公司的个智能2 d c a d 系统。它与其它的c a d 系统的主要区别在于数据结构。它不仅可以定义和 武汉理工大学硕士学位论文 处理数据元素，而且可以定义和处理数据元素之间的关系，支持从最初的概念设 计到详细工程图绘制的全过程，真正实现变量设计。 ( 5 ) v g x 技术是美国s d r c 公司新近推出一种叫做v g x ( 变量几何技术) 的新型核心技术。v g x 的最大好处在于，对基于构造过程的参数化方法进行改 进，使原有的参数化基于特征的实体模型在可编辑性及易编辑性方面得到了极大 的改善和提高“”。当用户打算做预期的模型修改时，再也不用费心去理解和查询 设计历程。基于v g x 的变量化特征允许c a d 用户通过相同零件的特征在3 d 中 动态捕捉各种关系，历程树顺序不影响关系的有效性。v g x 功能扩展了检验产 品的约束推理能力，构图器在已有几何体的某作图面上构图时，自动推断画出的 线与已有几何体的相对位置关系，检测并动态地以预增亮方式显示出所有可能产 生的约束，这项新技术可能成为今后参数化发展的新方向“。 1 2 2 国内发展现状 国内开发的具备参数化功能的c a d 系统： ( 1 ) g h i n t e c a d 是高华计算机公司的集成智能化微机机械c a d 系统，基 本上代表了目前国内微机版具有自主版权的c a d 系统的最高水平。其参数化功 能主要体现在自动参数化设计和参数化图素拼装上。它采用基于人工智能的几何 推理参数化设计方法。系统具有草图规整功能，并可识别多视图联动，对于标准 件、常用件可通过参数化图库中的图素进行拼装“。 ( 2 ) p i c a d 2 d 是中科院北京软件工程研制中心开发的微机参数化集成工程 设计系统。其参数化功能的主要特点是提供了交互式参量图符设计功能，能进行 固定图符和可变图符的嵌套。 ( 3 ) 开目c a d 是华中理工大学开发的。它采用局部求解的参数化设计方法 实现参数化设计，在用户绘图过程中自动记录约束关系，可以通过约束管理器显 示、增加和删除约束，支持达2 0 余种约束。其驱动过程明了，速度快，能驱动 较为复杂的图形，同时可以方便地指示出过约束、欠约束情形，给用户明确的指 示，且在此情况下仍能正确驱动。 另外还有西湖电子信息工程公司的z d d s ，浙江大学的基于结构化变分几何 的h v c a d 变参设计系统等。这些国内的参数化c a d 系统硬件要求低，适合我 国国情，但其参数化功能尚有不足： 参数化速度慢，效率低，复杂图形难以有效处理。 参数化系统的柔性和灵活性有待提高。 无法利用现有的非参数化系统的图形。 无参数化建库和参数化图形管理功能。 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 p r o e n g i n e e r 二次开发现状 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。但是这同时也带来了另外一个问题，那就是怎样对通用软件进 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。b r o 厘n g i n e e r 的开发从实现方法上大致可以分为两 类：一类主要是对p r o e n g i n e e r 中使用的标准( 如：公差符号、尺寸标注样式等) 进 行符合企业标准的改造。这类开发只需要根据p r 0 伍n 西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；另一类是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“”。1 。 1 4 研究的目的、意义及内容 1 4 1 研究目的、意义 本论文是在大型设备与管道焊缝超声自动检查设备项目的基础上，针对 设计过程中所遇到的问题而做的部分研究工作。机械设计领域里传统的二维设计 最终将被三维设计所取代。而如何更好地利用三维软件进行产品设计存在着以下 值得研究的问题。因此，本论文的研究目的在于解决以下关键问题： ( 1 ) 参数化建模 参数化技术是当前c a d 技术重要的研究领域之一。参数化设计一般是指设 计对象的结构比较定型，可以用一组参数来约定尺寸关系。参数的求解较简单， 参数与设计对象的控制尺寸有显式的对应，设计结果的修改受到尺寸驱动。参数 化设计技术以其强有力的草图设计、尺寸驱动修改图形功能，成为初始设计、产 品建模及修改系列设计、多方案比较和动态设计的有效手段”。 因此，如何充分地运用参数化技术进行零件的参数化建模来提高各种零件的 武汉理工大学硕士学位论文 建模效率是本文研究的重点。运用参数化建模可以完全零件的自动化建模，而所 要提供的只是一些基本的设计参数。从而减少设计过程中的大量重复性的工作， 大大提高工作效率。 ( 2 ) 模板的开发定制 采用p r o e n g i n e e r 进行三维建模中，模板是建模的基础，它能将相关的信息 传递给根据模板创建的文件。通过模板创建的文件具有统的界面、格式，符合 相同的标准，如系统单位、零件精度、模型文件的参数及参数值等。在一定程度 上可以提高设计效率。 ( 3 ) 标准零件库的创建 在机械设计中标准件的数量日益增多，这主要是因为采用标准件给产品的设 计、制造、装配带来了很大的方便。设计人员如果能从c a d 系统的标准件库中 获得满足设计要求的标准件，则可大大减少重复劳动，提高设计效率，从而缩短 新产品的研制周期，所以，提供标准件库或者提供开发标准件库的工具是c a d 系统的一个重要组成部分，也是评价c a d 系统的一个重要指标。在设计过程中， 如果缺少标准件库，在调用每一个标准件时，就需要像别的非标零件一样，重新 建模。而标准件的频繁调用，大大降低了装配效率，造成了时间和精力上的浪费。 本论文通过充分利用三维建模软件p r o e n g i n e e r 及其所提供的二次开发工具 p r o p r o g r a m 、p r o t o o l k i t 和f a m i l yt a b l e 进行三维参数化设计及标准零件库的建 库工作。参数化设计的方法大提高了建模效率，给各种产品的自动化、快速设计 提供了一定的参考依据。通过对模板的开发定制，建立统一的模板来提高设计效 率。通过在p r o e n g i n e e r 中创建三维标准零件库，并实现标准件库与p r o e n g i n e e r 的集成。专门应用领域的用户可用文中所提到的方法来扩充自己所需的标准件和 通用件，既可减少开发费用，又可提高开发效率和质量。 1 4 2 研究内容 本论文的主要工作有： ( 1 ) 利用p r o e n g i n e e r 的二次开发工具p r o p r o g r a m 实现各种齿轮、链轮的 自动化建模。 ( 2 ) 解决p r o e n g i n e e r 与v c + + 6 0 的接口问题。 ( 3 ) 利用p r o e n g i n e e r 的二次开发工具p r o t o o l k i t 及v c + + 6 0 进行二次开 发，设计出人机交互式的界面，开发出参数化的齿轮、链轮系统。 ( 4 ) 对p r o e n g i n e e r 的三维模板和二维工程图模板进行开发定制。 ( 5 ) 利用p r o e n g i n e e r 的二次开发工具f a m i l yt a b l e 创建置维的标准零件库 并实现零件库与p r o e n g i n e e r 的集成。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章系统开发工具及采用的关键技术 2 1 系统开发工具介绍 2 1 1 p r o e n g i n e e r 的简介 p r o e n g i n e e r 软件系统是美国参数化技术公司p t c ( p a r a m e t r i ct e c h n o l o g y c o r p o r a t i o n ) 的优秀产品，提供了集成产品的三维造型设计、加工、分析及绘图 等功能的完整的c a d c a e c a m 解决方案。该软件以使用方便、参数化造型和 系统的全相关性而著称。目前p r o e n g i n e e r 软件在我国的机械、电子、家电、塑 料模具、工业设计、汽车、自行车、航天、家电、玩具等行业取得了广泛的应用， 该软件在国内的应用数量大大超过了同类型的其它国外产品。p r o e n g i n e e r 可谓 是个全方位的3 d 产品开发软件，集合了零件设计、产品组合、模具开发、n c 加工、饭金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、 应力分析、产品数据管理于一体，其模块众多。主要由以下六大主模块组成：工 业设计( c a i d ) 模块、机械设计( c a d ) 模块、功能仿真( c a e ) 模块、制造 ( c a m ) 模块、数据管理( p d m ) 模块和数据交换( g e o m e t r yt r a n s l a t o r ) 模块 ”“。这里将介绍一下p r o f m g i n e c r 的主要特性： ( 1 ) 相关性( f u l l a s s o c i a t i v i t y ) 相关性是指所有的p r o f _ m g i n e e r 的功能都相互关联。这就意味着在产品开发 过程中，用户任何时候所作的变更，都会扩展到整个设计中，同时自动更新所有 工程文档如部件、加工以及产品信息管理等。全相关性鼓励在开发周期的任点 进行修改却没有任何损失一并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些 功能提前发挥作用。 p r o e n g i n e e r 系统开发环境最突出的特点就在于它能够支持并行工程，通过 一系列足以表现外形、装配性能的全相关性的解决方案，可以让用户同时在几个 技术领域处理一个产品模型。这些能力包括造型设计、机械设计、功能设计、加 工以及产品信息管理等。1 。 p r o e n g i n e e r 提供的参数化设计的最大的特点就是单一数据库( s i n # e d a m b a s e ) 。p r o e n g i n e e r 配合单一数据库。所有设计过程所使用的尺寸( 参数) 都 存在数据库中，修改c a d 模型及工程图不再是一件难事，设计者只需更改3 d 零件的尺寸，则2 d 工程图就会依照尺、j 的修改做几何形状的变化，同样修改2 d 武汉理工大学硕士学位论文 工程图的尺寸其相关的3 d 实体模型也会自动修改，同时装配、制造等相关设计 也会自动修改，这样可确保数据的正确性，达到设计修改工作的一致性，避免发 生人为改图的疏漏情形，且减少许多人为改图的时问和精力的消耗。也正因为有 参数式设计，用户才可以运用强大的数学运算方式，建立各尺寸参数间的关系式 使得模型可自动计算出应有的外型，减少尺寸逐一修改的繁琐费时，并减少错误 发生。 ( 2 ) 基于特征的参数化建模( f e a t u r e ，b a s e d p a r a m e t r i cm o d e l i n g ) 参数式设计就是将零件尺寸的设计用参数来描述，并在设计修改时通过修改 参数的数值来更改零件的外形。参数化设计的思想在工业界传播了许多年，1 9 8 8 年，p r o e n g i n e e r 以参数式设计的思想问世以后，业内人士即对参数式设计 c a d c a m 的思想翘首以待。p r o 厘n g i n e e r 对于传统机械设计工作来说，有相当 大的帮助作用，因为p r o e n g i n e e r 中参数不只代表设计对象的外观相关尺寸，并 且其有实质上的物理意义”1 。例如我们可以运用系统参数( s y s t e mp a r a m e t e r s ，如 体积、表面积、重心、三维坐标等) ，或用户依设计流程所定义的用户定义参数 ( u s e rd e f i n e dp a r a m e t e r s ，如密度、厚度等具有设计意义的物理量或字符串) 加入 设计构思中来表达设计思想。这项参数化设计的功能不但改变了设计的概念，并 且将设计的便捷性推进了一大步。 ( 3 ) 数据管理( d a t am a n a g e m e n t ) 为了在最短的时间内完成最多的开发工作，必须允许多个学科的工程师同时 对同一产品进行开发。p r o e n g i n e e r 数据管理功能可以管理并行工程所要求的并 行作业程序，并通过全相关性达到并行工程的目的。 ( 4 ) 装配管理( a s s e m b l ym a n a g e m e n t ) p r o e n g i n e e r 能够让用户使用贴合( m a t e ) 、插x ( i n s e r t ) 、对齐( a l i g n ) 等直觉 式指令，轻松装配零部件，保持设计意图，达到设计目的。而高级的功能则支持 大型复杂装配体的创建与管理，并且零件数目不受限制。 ( 5 ) 工程数据库重用( e n g i n e e r i n g d a t er e u s e ，e d r ) 工程数据库重用就是为了达到大幅提高生产力、降低成本的目的，而以标准、 公认的设计作为新产品设计的基础，它能够让用户快速开发熬个产品系列。 p r o e n g i n e e r 的基本结构使e d r 易于实现。随着将来几代产品的创建，会发现从 p r o e n g i n e e r 中获得的益处将大大超过最初的投资。 ( 6 ) 易用性( e a s e o f u s e ) p r o e n g i n e c r 独有的自动导引菜单为用户提供了使用方便的选项，也可以预 先选定最常用的功能。此外，系统还提供了简短的功能菜单说明和完整的在线帮 助。这些都使得p r o e n g i n e e r 具有非常好的易用性。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 ( 7 ) 硬件独立性饵a r d w a r e i n d e p e n d e n c e ) p r o e n g i n e e r 可以在u n i x 和w i n d o w s 9 8 2 0 0 0 n t x p 平台下运行，并在每个 系统中都维持相同的界面，使用的感觉也一榉。用户可以根据自己的需求，选购 最经济的硬件配置，再混用或搭配任何种平台组合。由于p r o e n g i n e e r 可以运 行在不同环境中，具有独特的数据结构模式，因此可以方便地让信息在不同平台 的机器之间相互转换m 】。 2 1 2 应用程序开发工具 系统程序模块的设计选择v i s u a lc + +