（计算机应用技术专业论文）基于triz理论的cai在浮筏减振器上的研究与应用.pdf

摘要 基于t r i z 理论的c a i 在浮筏减振器 上的研究与应用 摘要 专业：计算机应用技术 研究生：田志峰 导师：须文波教授 课题的目的是将基丁| t r i z 理论的c a i 技术引入到浮筏的开发中，形成针对减振浮筏c a d c a e c a i 集成系统。c a i 在浮筏概念设计阶段为- 程人员提供创新设计的思路；参数化的浮筏c a d 模型 系统帮助设计人员快速形成浮筏c a d 模型；对生成的浮筏三维实体模型，c a e 系统能按实际条什 进行仿真和结构分析，及早发现设计中存在的不足；而设计中不足，即矛盾，义可通过c a i 寻求改进 的思路。c a d c a e c a i 的集成将极人缩短浮筏的设计开发周期。 文中在描述了减振浮筏集成系统的总体框架及工作流程的基础上，首先为建立浮筏c a d 模型系 统，研究了a u t o c a d 平台下的二次开发t 具o b j e c t a r x ：研究了璎材参数化二维实体造型及折边肘 板二维实体造砸方法，并结合面向对象编程方法实现了实体的造型。为有效管理型材参数数据，提 出了一种n e t 分层架构中参数臼适应存储过程调用方法，并利用此方法实现了一个基丁w e b 的的璀 材参数数据管理系统。针对c a d 儿何模型导入c a e 分析时存在的问题，描述了几何模弛的手i ：处 理方法。接着为满足浮筏抗冲击性能分析计算的需要，基于m s c p a t r a n 平台，研究了其一二次开发语 言p c l ( p a t r a nc o m m a n dl a n g u a g e ) ；研究了有限元分析过程中从g e m o t r y 、m e s h i n g ，l o a d s b c s 、 m a t e r i a l 、p r o p e r t i e s 、a n a l y s i s 到r e s u l t 的编程开发方法；实现了一个浮筏冲击响应分析计算系统。 最后为实现浮筏c a i 创新设计系统，介绍了t r i z 理论；研究了基于t r i z 理论的c a i 应用方法； 设计了浮筏c a i 创新设计系统的两人模块：t r i z 创新原理求解模块和t r i z 智能决策支持模块；实 现了t r i z 创新原理求解模块的功能，探索了t r i z 智能决策支持模块的问题求解系统模艰。 本文的主要i ：作是为最终建立浮筏c a d c a e c a i 集成系统作理论及技术实践上的准备、探索。 关键字：浮筏；t r i z ：o b j e e t a r x ：有限元模型；p c l ：c a i 。 江南大学硕士学位论文 t h er e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no fc a i b a s e do nt r i zi n f l a o t i n gr a f t a b s t r a c t s u b j e c t ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o n s g r a d u a t es t u d e n t ： li m az h i f e n g t u t o r ：p r o f x uw j n b o t h ep r o j e c ta i mt op u tc a ii n t od e v e l o p m e n tc i r c l eo ff l o a t i n gr a f t , d e v e l o pac a d c a e c a i i n t e g r a t e ds y s t e m c a i i si n t r o d u c e dt oc o l i c e p td e s i g n p r o v i d e sc r e a t i v et h o u g h tf o re n g i n e e r ；3 dm o d e l w i l ib ec r e a t e dm o r ee a s i l yu s i n gd e s i g n e dc a ds y s t e m s i m u l a t i o na n ds t r u c t u r ea n a l y s i sw i l ib cc a r r i e d o u to nt h ec a dm o d e ib yc a em e t h o d s i no r d e rt os o l v ed e s i g ns h o r t i n ga p p e a r e dd u r i n gc a e a n a l y s i s 。 c a lw i l lb et a k e ne f f e c ta g a i n o v e r r a l is t r u c t u r ea n dw o r kf l o wo f t h ei n t e g r a t o ds y s t e mi sd e s c r i b e d f o rb u i l d i n gr a f tc a dm o d e l o b j e c t a r x ap r o g r a m i n gt o o lo fa u t p c a di ss t u d i e d ；m e t h o d sf o rs t i f i r e n e r3 dp a r a m e t e r i z e dm o d e l i n g a n df l a n g i n gb r a c k e t3 dm o d e l i n ga r er e s e a r c h e d i no r d e rt om a n a g ep a r a m e t r i ci n f o r r n a t i o no f t h es t i f i e n e t , am e t h o do fc a l l i n go fp a r a m e t e r sa u t oa d a p t o ds t o r e dp r o c e d u r ei na na p p l i c a t i o no fn - t i e ra r c h i t e c t u r ej s p r o p o s e d ；aw e bb a s e dm i ss y s t e mi si m p l e m e n t e d s h o r t i n gi nc a dg e o m e t r i cm o d e li sd i s c u s s e d ； m a n u a lm e t h o dt oa d j u s tt h eg e o m e t r ym o d e li sd e s c r i b e d f o rm e e t i n gn e e d so fr a f ti m p a e tr e s p o n s e a n a l y s i s m s c r t r a nc o m m a n dl a n g u a g e ( p c l ) i ss t u d i e d ；ac u s t o m i z e ds y s t e mf o rr e s p o n s ea n a l y s i s t oi m p a c to f f l o a t i n gr a f tb a s e do nm s c p a t r a nj sd e v e l o p e d f o rd e v e l o p i n gi a n o v a t i o nd e s i g ns y s t e mo f r a f t t r i zt h e o r yi si n t r o d u c e d ；a p p l i c a t i o nm e t h o do f c a ib a s e do nt r i zi ss t u d i e d ：d e s i g nt w of u n c t i o n a l m o d u l e sf o rr a f ti n n o v a t i o nd e s i g ns y s t e m i n n o v a t i o np r i c i n p l es o l v i n ga n dt r i zd e c i s i o ns u p p o r t i n g ； m o d u l eo fi n n o v a t i o np r i c i n p l es o l v i n gi sj m p l e m e n t e d ；p r o b l e ms o i v i n gs y s t e mm o d e lo f 像i zd e c i s i o n s u p p o r t i n gm o d u l ei sr e s e a r c h e d k e y w o r d s ：f l o a t i n gr a f t ；t r i z ；o b j e c t a r x ；f i n i t ee l e m e n tm o d e l ；m s c p a t r a nc o m m a n dl a n g u a g e ； c o m p u t e r a i d e di n n o v a t i o n 1 i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 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 确的说明并表示谢意。 签名：望查堕日期：年月，瑁 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学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，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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：导师签名： ! 塞j 1 坐 日期：一7 年专月，。日 哗 第一章绪 论 1 1 研究背景 第一章绪论 c a d 、c a e 等软仆己经广泛应用剑船舶的设计开发生命周期中。减振浮筏作为船舶减振降噪的重 要设备，由。f 其特殊的结构设计、分析，通删c a d ，c a e 软r i ：往往不能提供足够的支持。在通用c a d 、 c a e 平台中开发定制化的浮筏设计、分析i ：具具有一定的实践意义。 技术创新对船舶l ：业发展的推动作用初见成效。高技术船舶科研专项的实施。极大推动了船舶 丁业整体技术水平的提高。同时我们也该看剑，我国船舶行业存在着自主研发、自主建造等能力上 的不足，c a d 、c a m 、c a e 等软件的应用为制造研发带来了巨大变革和提高，但这些技术均只能够在 产品的详细设计阶段加以支持，无法支持产品的概念设计。 c a i ( c o m p u t e ra i d e di n n o v a t i o n ，计算机辅助创新) 是新产品开发中的一项关键基础技术，它 是以近年来在欧美国家迅速发展的发明创造方法学( t r i z ) 研究为基础，结合本体论，现代设计方法 学、计算机技术、多领域科学知识，综合而成的创新技术。c a i 在产品概念设计阶段对研发加以支 持，把信息化技术应用剑产品生命周期的最前端。为产品创新提供强大的动力。作为今后制造业企 业信息化建没不可或缺的部分，计算机辅助创新技术已受到j h 泛关注。国家科技部8 6 3 计划软什重 人专项特设计算机辅助创新课题。这意味着国家对c a i 技术的重视与支持。 浮筏设计、分析中，存在大量的经验数据，t r i z 是基于知识的方法。将基于t r i z 理论的c a i 技术引入浮筏设计周期中，在概念设计阶段对研发加以支持，把信息化技术应用到产品生命周期的 最前端，将为浮筏的创新设计提供强大的动力。 1 2 研究现状 船舶c a d 建模系统已有广泛麻用，但针对浮筏的定制化建模丁具还不多见。 浮筏作为船舶动力设备减振降噪装置，它在隔离机械设备的振动与结构噪声的同时，具有较轻 的重簧与较小安装空间的特点。在对浮筏装置进行评价时，与隔振性能同样重要的还有其抗冲击性 能。对浮筏抗冲击性能已有人鼍的研究，i ”中分析了不同爆炸冲击冈子对船体与浮筏结构的冲击响 应的影响，探讨了提高舰船设备抗冲击性能的途径。吲中对舰船设备冲击隔离技术理论分析及试验研 究方法作了描述。采_ 【 4 有限元法对浮筏的隔振及抗冲击性能进行分析已有人域的研究， 3 1 中采用有 限元技术，分析了筏体的振动模态对浮筏系统的影响。h 中采埘朋有限元法对某船用浮筏隔振装置的 静态特性、崩有振动特性、隔振效果和抗冲击性能进行了数值分析。根据有限元理论，利_ jm s c p a t r a n 和m s c n a s t r a n 进行浮筏系统的冲击动响应分析计算，专业人+ 已经有了成熟而专业的建模、加载、 计算和分析的：l ：作流程。但过程烦琐而复杂，而且不能直接得剑所希望的某些直观图形结果。 t r i z 作为创造性地解决产品设计及制造过程中问题的一个有效i ：具，在市场及技术竞争日趋激 烈的环境f ，上e 在发挥越来越重要的作朋 s l 。由于t r i z 理论在创新概念设计过程中的强人功能，在 全世界范嗣内掀起了研究t r i z 理论的热潮，t r i z 的研究与实践得以迅速普及承i 发展。t r i z 理论方 法也已，。泛麻用_ 丁一i ：程技术领域中。 t r i z 理论在我国己开始得到学术界的重视。嗍中介绍t r i z 理论过程、方法与常用j ：具。p 】中对 t r i z 中己有的a r i z 算法进行改进。州中提出了q f d 与t r i z 集成方法。例中尝试建立基于t r i z 理论 的计算机辅助矛盾解决系统。结合t r i z 方法，发掘浮筏设计、分析中的专家知识，建立基于t r i z 理论的浮筏c a i 辅助创新系统还鲜有尝试。 1 3 论文内容及组织 课题的最终目的是建立一个针对减振浮筏的c a d c a e c a i 集成系统。系统工作流程如图i - 1 ： 江南大学硕士学位论文 ( 4 ) ( 1 ) 模型检查及导入 图l - ! 减振浮筏集成系统工作流程 s t e p0 ：通过浮筏c a d 系统将浮筏的初始概念设计转化为详细设计的模型。 s t e pl ：对详细设计阶段产生的模型，经过改造后，直接或通过接口程序导入c a e 分析软件， 进行分析。 s t e p2 ：c a e 分析中，发现设计中存在的矛盾，通过浮筏c a i 创新设计系统，利用其分析、解 决矛盾的方法步骤，分析设计中存在的矛盾，提供创新概念设计思路。 s t e p3 ：利用浮筏c a i 创新设计系统提供的思路，完成浮筏的创新概念设计。 s t e p4 ：概念设计转化为详细设计，及进一步的分析。 s t e p5 ：得到理想得分析结果，结束。 针对集成系统的j ：作流程，本文的研究工作主要在以下几个方面展开： l 、c a d 二次开发技术研究及浮筏c a d 模型系统的具体实现 为建立浮筏c a d 模型系统，根据船体分段建模的思想，需要对处于分段建模基础位置的零件库 的建立进行一定的研究。研究a u t o c a d 平台下的二次开发工具o b j e c t a r x ；研究型材的参数化三维 实体造型及折边肘板的三维实体造型方法及具体实现；研究如何对型材参数数据信息进行有效的管 理。 2 、c a d 几何模型的处理 分析c a d 几何模型导入c a e 分析时存在的问题。针对存在的问题，研究几何模型的手工处理方 法；研究c a d c a e 间的数据交换接口方法。 3 、c a e 二二次开发技术研究及浮筏冲击响应分析计算系统的具体实现 为建立基于m s c p a t r a n 平台的浮筏冲击响应分析计算系统，以满足浮筏冲击响应分析的需要， 研究m s c p a t r a n 平台的二次开发语吉p c l ( p a t r a nc o m m a n dl a n g u a g e ) ：研究c a e 过程中从g e m o t r y 、 m e s h i n g 、l o a d s a c s 、m a t e r i a l 、p r o p e r t i e s 、a n a l y s i s 到r e s u l t 的编程开发方法及系统模块的 具体实现。 4 、t r i z 理论及浮筏c a i 创新设计系统研究 为实现浮筏c a i 创新设计系统，研究t r i z 理论的基本思想、解决创新问题的整体结构及流程， 矛盾、矛盾矩阵及矛盾的解决原理等；研究基于t r i z 理论的c a i 应用方法；研究浮筏c a i 创新设计 系统的具体设计及实现。 全文分六章。 第一章绪论，主要说明了课题的背景、研究现状及本文的主要工作。 第二章浮筏c a d 模型系统，主要是为建立浮筏c a d 模型系统，而进行的型材参数化三维实体造 型及折边肘板的三维实体造型方法的研究及具体实现。 第三章模型导入及检查，描述了c a d 几何模型导入c a e 分析时存在的问题及c a d 几何模型手工 处理的方法。 2 第一章绪论 第四章浮筏冲击响应分析计算系统，描述了系统模块的搭建及具体实现。 第无章c a i 创新设计系统，土要是介纠t r i z 理论；说明c a i 创新殴计系统的功能划分：描述 t r i z 创新原理求解模块的具体实现及t r i z 智能决策支持模块问题求解系统的建立。 第八章总结与展望，总结本文所作的土要：作，1 捉出进一步的研究内容及f 一步的i 作。 1 4 项目支持 从2 0 0 5 年4 月开始，作者陆续参与了某物业管理系统、某项目管理系统、m s c p a t r a n 与f l u e n t 接口系统、基于e s c p a t r a n 平台的浮筏冲击响应分析计算系统及基于a u t o c a d 平台的某c a d 系统的 设计开发工作。对数据库管理系统及c a d c a e 的二次开发进行了一定的研究，也积累了一定的实践 经验。参与中国船舶科学研究中心”十一五”数字化示范平台一计算机辅助创新软件p r o i n n o v a t o r 的实施，对c h i 技术进行了一定的研究。本文就是在这样一种背景f 完成的。 3 第一二章浮筏c a d 模型系统 第二章浮筏c a d 模型系统 2 i 零部件细化及浮筏模型的建立 浮筏隔振系统是一个复杂的耦合动力系统。设备与设备之间、筏架与筏架之间，互相耦合，互 相影响，使相当一部分能昔在系统l j j 部抵消，从而提高了整个浮筏系统的隔振效果。浮筏隔振系统 作为舰船结构中的一部分，浮筏c a d 模型的建立也应该融入剑船舶设计的整个过程中，通过船舶设 计的方法、流程来完成。 2 1 i 船体模型的建立方法 现代造船技术广泛采用分段建造法，它将船体划分的若干局部分段结构( 部件、分段或总段) ， 预先在装配焊接车间或者装配焊接场地内制造，再将制成的各个分段结构吊运到船台或者船坞上装 配焊接成整个船体。其中，部什是由两个以上船体构件组合而成，如t 型组合梁、扳列、主机基座： 分段是有若干个零部件的船体某部分结构，如舱壁，一段舷侧结构，一段双层底：大型分段是由晒个 以上的分段和若干零部件组成的：总段是由若干零部件和分段组装而成的船体分段。 在船舶c a d 建模过程中，采用分段建模的思想，使得船体生产设计建立在分段模型基础之上， 大人缩短船舶的设计、生产周期。如图2 - 1 为船体分段结构示意图： 园囱园圉 2 1 2 零部件细化及浮筏模型建立 幽2 1 船体分段嫡构示意田 船体结构构件人部分是由板梁结构构成的，包括各种表面( 船体、甲板、平台、舱肇等) ，以及 各种零部什( 骨材、肘扳等) ，虽然它们形状各异，但不外乎平面板和曲面板，如果细分还可以包括 犁材( t 型材、角钢等) 和肘板。船舶舱室分段零部件是最基本的，在系统中称为船舶零r 库。船舶 零件库提供各种船舶常州的规则形状的零件，分为扳材、肘板和璎材三类。板材包括平直板和折边 板：肘板包括无折边肘板、折边肘板、t 型肘板：型材包括、扁钢、角钢、t 型材等船上常用标准型材。 船_ i j 零件库的基本组成如图2 2 所示： 至亘亟互 国国 田z - 2 船用零件库基本组成 壹r田矧目厂r到；工巨匡 。l 一 、。，刊|南掣i卣一固一荫 江南大学硕士学位论文 通过建立零件库可依据其位置信息直接将零部件添加到船体分段中，并对零部件加以保存且建 立船体分段零部件属性数据库，方便工程人员进行船体的设计及船体零部件信息的查询。船舶零件 库在船舶分段建模中有着重要的作用。在浮筏c a d 建模过程中，扩充零件库的功能，丰富对基础零 件的操作是必要的。 随着c a d 技术开始由二维绘图走向三维实体，加强零部件的兰维实体建模功能也是必须的。 创建零件的三维实体模型，不仅仅是为了造型，还可以在几何模型上实现零件的质量计算、有限元 分析，数控加工编程以及生成零件的三视图和装配图。 参数化设计技术是计算机辅助设计技术的一次巨大飞跃，参数化造型是由编程者预先设置一些 几何i 垒| 形约束，然后供设计者在造型时使用。与一个几何相关联的所有尺寸参数可以用来产生其它 几何。其主要技术特点是：基于特征、全尺寸约束、尺寸驱动设计修改、全数据相关。参数化设计 的关键是几何约束关系的提取和表达、约束求解以及参数化几何模型的构造。从应用上来说，参数 化系统特别适用于那些技术已相对稳定成熟的零配件行业。这样的行业，零件的形状改变很少，经 常只需采用类比设计，即形状基本固定，只需改变一些关键尺寸就可以得到新的系列化设计结果。 针对浮筏c a d 设计的需要，加强零件的三维参数化绘图功能将极大提高工程人员设计的效率”。 为了建立浮筏c a d 系统，根据船体分段建模的思想，本章节对处于分段建模基础位置的零件库 的建立进行了一定的研究。研究并实现了型材的参数化三维实体造型方法及折边肘板的三维实体造 型方法。 2 1c a d 二次开发平台及工具选择 2 2 1c a d 二次开发 c a d 软件的二次开发是指在现有的软件基础上，为了提高和完善软件功能，使之更加符合用户 需求，而对软件做的开发上作。其e l 的是提高设计质量和效率，充分发挥通用c a d 软什的价值。 二次开发将应用对象的设计规范、构造描述，设计方法等以约束关系的形式集成到通用c a d 平 台中去，以使应用对象的设计智能化、集成化。 c a d 系统二次开发的层次关系如图2 - 3 所示： 图2 - 3c a d 系统二次开发的层次关系 现在通用的c a d 软件，都有其自身的特点，对外都提供了不同的二次开发手段和方法。一般的 c a d 系统开发模型如图2 q 所示： 用户输入 圈2 - 4c a d - - 次开发模型 该开发模型主要包括两大部分：一部分是用户与c a d 系统交互界面的开发，即定制用户界面，主 要用到c a d 系统提供的用户接口模块：另一部分是c a d 系统与操作系统之间的开发，即定制应用程序 6 1 3 叠一 一一一一 第二章浮筏c a d 模型系统 的功能，包括对c a d 系统的功能调用以及对操作系统的凋刚，通过采川面向对象技术或者是面向过 羊旱技术，将c a d 对操作系统的调h j 对开发者屏蔽，直接提供功能凋_ i j ，开发者无须详细了解c a d 系 统的最底层实现。 2 2 2 平台选择一a u t o c a d 浮筏隔振系统的设计是船舶总体设计的一部分针对浮筏的用户化、定制化操作也应该在现有 的船舶c a d 平台中进行。基t - a u t o c a d 的船舶c a d c a m 软件己应用在船舶的详细设计中，因此文中 选择a u t o c a d 为二二次开发平台，实现对船舶零部件功能的扩充，以方便减振浮筏的建模。 a u t o c a d 是美国a u t o d e s k 企业开发的一个交互式绘图软件，是用于- 二维及二维设计、绘图的系 统l f = 具，用户可以使用它来创建、浏览、管理、打印、输出、共享及准确复用富含信息的设计i 玺i 形。 a u t o c a d 是目前世界上应用最r + 的c a d 软件，市场占有率位居世界第一。a u t o c a d 软件具有如下 特点： 具有完善的l 璺i 形绘制功能。 有强人的图形编辑功能。 可以采h j 多种方式进行二次开发或用户定制。 可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力。 支持多种硬什设备。 支持多种操作平台。 具有通用性、易埘性，适用丁：各类用户。 a u t o c a d 是目前在w i n d o w s 环境下席_ h j 最广泛、使用人数最多的c a d 支撑软件。但是a u t o c a d 所提供给我们的只是一般的通h jc a d 功能，如造型、绘图、编辑、注释等。如果不使刚a u t o c a d 的 开发系统，则很难完成某一具具体项目的设计”。为此a u t o c a d 也提供了将a u t o c a d 环境客户化的 二次开发， 具。 由于a u t o c a d 良好的通_ i j 性，开放的数据结构，较强的数据交换能力及其提供的方便的二次开 发1 ：具，因此，很多专业领域的c a d 系统也选择在a u t o c a d 平台下进行二次开发，扩充a u t o c a d 的 功能，使之更适合自身专业领域的应用。 2 2 3 开发工具选择- o b j e c t a r x a u t o c a d 具有开放的体系结构。允许用户和开发者采用多种高级编程语言对其进行扩充和修改， 即- 二次开发，以最人限度地满足用户的特殊要求。a u t o c a d 提供了a u t o l i s p 、a d s 、o b j e c t a r x 、 v i s u a l l i s p 及v b a 等若干种_ 二次开发j ：具。其中o b j e c t a r x 具有执行速度快，功能强，采州面向对 象的开发思想，可重_ | i 性好的特点，在零部件细化功能的具体实现中采用o b j e c t a r x 作为a u t o c a d 平台的- 二次开发工具。 o b j e c t a r x 是一种崭新的开发a u t o c a d 应用程序的工具，它以c + + 为编程语言，采用先进的面向 对象的编程原理，提供可与a u t o c a d 直接交互的开发环境，能使朋户方便快捷地开发出高敛简沾的 a u t oc a d 廊h j 程序。它能够对a u t o c a d 的所有事务进行完整的、先进的、面向对象的设计与开发， 并且开发的应川程序速度更快、集成度更高、稳定性更强。o b j e c t a r x 包括一组动态链接库( d l l ) ， 这些库与a u t o c a d 在同一地址空间运行并能直接利_ f ja u t o c a d 核心数据结构和代码，库中包含一组 通j l j i ：具，使得二二次开发者可以充分利用a u t o c a d 的开放结构，直接访问a u t o c a d 数据库结构、图 形系统以及c a d 几何造型核心，以便能在运行期间实时扩展a u t o c a d 的功能，创建能全面享受a u t o c a d 同有命令的新命令。除此之外，借助o b j e c t a r x 生成的应用程序，与普通的v i s u a lc + 十应_ h j 程序几 乎没有什么区别，可同样利用m f c ，共享w i n d o w s 的的各种资源 2 2 4 基于o b j e c t a r x 的a u t o c a d 二次开发方法 o b j e c t a r x 是a u t o d e s k 公司推出的新一代功能强大的a u t o c a d 二次开发工具。o b j e c t a r x 对 a u t o c a d 的所有操作都是通过图形数据库来进行的，图形数据库在a u t o c a d 的开发中处于中心位置。 一幅a u t o c a d 图所包含的所有实体和对象均保存在图形数据库中，可以通过o b j e c t a r x 技术通过程 序开发来进行修改和编辑，这是a u t o c a d 二次开发的基本出发点和最终目标。 o b j e c t a r x 的核心是两组关键的a p i ，即a c d b ( a u t o c a d 数据库) 和a c e d ( a u t o c a d 编译器) ，另外 还有其它的一些重要库组件，如a c r x ( a u t o c a d 实时扩展) 、a c g i ( a u t o c a d 图形接口) 、a c g e ( a u t o c a d 7 江南大学硕士学位论文 几何库) 、a d s p , x ( a u t o c a d 开发系统实时扩展) o b j e c t a r x 还可以按需要加载应用程序；使用 o b j e c t a r x 进行应用开发还可以在同一水平上与w i n d o w s 系统集成，并与其它w i n d o w s 应用程序实 现交互操作。 运用o b e j c t a f , x 在a u t o c a d 平台下进行二次开发的一般步骤如图2 5 所示 a u t o c a d - - = 次开发 0 i 对图的操作 l i 一幅 l 体恭 au t o c a d 二次开发的基 本出发点和最终目标： 对图形数据库的操作 i j 。一i i m f c 主黼一i a u t o c a d i * j 图形数据库在o b j e c 认i 的软件表中表现为一lr j 1 蚕苎萎蓁霎u掣to誊ca茎d薹薹量主蓁粼享ol l 零秀冀蓍i 利用a u t o c a d 的开放结构，最终实现对图形数据库的操 l ? 矗嚣晶i 纵。a r x 程序的最终表现形式就是动态链接库( d l l ) ，以ll ；苫嘉= i d l l 分享a地址空间，来操纵图形数据库的 1l 。i 图2 - 5o b j e c t a r x 进行a u t o c a d 二次开发过程 从图中我们可以看出，a u t o c a d 图形数据库是o b j e c t a r x 开发的最重要部分，它保存了组成一 幅图形的所有对象，基本的数据库对象是实体( e n t i t y ) 、符号表( b l o c k t a b l e ) 和词典( d i c t i o n a r y ) 。 实体是表示图的一种特殊数据库对象( 如l i n e 、c i r c l e 等) ，用户可以在屏幕上看到实体并能对其进 行操作。符号表和词典是_ i j 于存储数据库对象的容器，这两个容器对象都映射一个符号名( 文本串) 到一个数据库对象。图2 - 6 列出了组成a u t o c a d 数据库的主要部件。每个图形数据库的对象、实体 都有唯一的句柄( h a n d l e ) 来标识”q 。 厂面两函两 臣垂困臣巫困匝受囝 亟口 田2 6a a t o c a d 系统教据库主要部件 o b j e c t a r x 的功能主要通过类库来提供，其中重要的类库有1 1 硼： a c r x 库：该库为动态链接库( d l l ) 的初始化，链接、运行时类的和提供系统级的类。 a c e d 库：用于注册本地命令及系统事件通知的类。 a c d b 库：用于操作a u t o c a d 数据库a c d b 库的内容较多，它包含了所有的符号表，如线型、 层、文本样式、尺寸样式等等。 该库提供的主要类有：根数据库a c d b o b j e c t 、a c d b d i c t i o n a r y 。符号表a c d b v i e w t a b l e 、 a c d b v i e w p o r t t a b l e 、a c d b l i n e t y p e t a b l e 、a c d b l a y e r t a b l e 、a c d b t e x t s t y l e t a b l e 、 a c d b b l o c k t a b l e 等等。及实体类a c d b e n t i t y 。 a c d b o b j e c t 负责打开及关l | 埘对象及向a u t o c a d 数据库添加对象。 a c d b d i c t i o n a r y 类允许向数据文件中添加用户数据。 符号表中最重要的是a c d b b l o c k t a b l e ，所有的a u t o c a d 实体都存放在这个表中。 a c d b b l o c k t a b l e 中两条最重要的记录是* m o d e l _ s p a c e 和* p a p e rs p a c e 记录。a u t o c a d 数据 库中所有的实体都属于这些记录中的一条。块的定义也存放在a c d b b l o c k t a b l e 中。 8 第一二章浮筏c a d 模型系统 a u t o c h d 中的每一个实体都是从a c d b e n t i t y 中派生出来的，也可以从a c d b e n t i t y 中 派生出白定义的实体。 a c g i 库：用丁渲染a u t o c a d 实体的图形接口。该库提供服务稃序，在定义用户实体时起作 j ，比如在3 d 实体或网格中有面和边的数据，在a c g i 席中有对应的类米操纵这些子实体。该库提 供的丽个最重要的类是a c g i w o r d d r a w 和a c g i w o r d g e o m e t r y 。 a c g e 库：通川芊，提供数学计算和儿何计算函数，如欠蟹、点和矩阵的运算等。在a u t o c a d 中每一个实体都有一个相对应的等价儿何形状，它有助丁住创建对应的真实实体时进行数学计算。 2 3 型材参数化三维实体造型 图形库的建立是c a d 开发的基础。通用c a d 系统一般都来提供标准件库和通用件库，然而在产 品开发过程中，标准f i ：希1 通川什是常用而复杂的零件，如浮筏系统中减震器，筏架等，若每次州到 都为其建模，将大大影响产品的设计效率。型材一般具有比较规则的外形和尺寸，为适应产品快速 开发的需要，建立参数化的型材库，实现形材的参数化绘制是进行产品设计所必须的环节。 建立参数化图库的关键是标准件和通用什特征参数值的存储和处理有两种方法：一种是使用数 据文件的形式存放参数值：另一种是使刚数据库管理系统建立新系统的数据库。使用第二种方法既安 全可读，又具有很好的开放性，是用户建立参数值数据库的理想选择。在本文中型材库的设计中， 采用了s q ls e r c e r2 0 0 0 。 在型材参数化设计功能的具体实现时，文中将通用型材的轮廓信息总结为一系列的参数，并通 过数据库管理系统实现对参数的有效管理。型材建模过程中，只要选择相应的型材类型，系统将自 动绘制出相麻的轮廓图形，并进一步沿着用户设定的路径进行拉伸，形成三维实体模型。 型材轮廓参数化绘制及最终形成三维型材实体的过程如图2 7 所示： l 轮廓拉伸 至童困 i 型材三维实体i 图2 - 7 型材参囊化三维买体生成过程 型材参数化三维实体生成包含两个功能模块：a u t o c a d 环境下的绘图模块及管理特征参数信息 的数据管理模块。针对绘图模块，文中在a u t o c a d 平台下，利用o b j e c t a r x 。1 ：具开发了a r x 应用程 序：针对数据管理模块，文中实现了一个基丁w e b 的数据库信息管理系统。基于w e b 的参数数据库管 理系统可以使处丁不同科室的研究人员在网络中，更好的共享及管理数据库信息。同时也给数据信 息的保密及安全带来了一定的安全隐患。为此，在w e b 参数数据库管理系统中设计了基于角色的权 限控制模块，以提高数据库的安全性。 2 3 1 轮廓参数化绘图 参数化设计系统中引入了轮廓的概念，轮廓由若干首尾相连的真线或曲线组成用来表达实体的 截面形状或扫描路径。轮廓上的线段不能断开、错位或者交叉。整个轮廓可以是封闭的，也可以是 9 i 弱恒r 引曰 吾 江南大学硕士学位论文 不封闭的。根据轮廓在实体造型中的作用，轮廓主要分为以下两种： ( 1 ) 截面轮廓： 闭口轮廓可用来定义实体的截面或剖面形状：开口轮廓通常不仅与相邻的实体轮廓共同形成截 面，而且也能定义均匀壁厚零件截面的中线。或者用来定义空间的曲面。 ( 2 ) 路径： 路径主要用来描述扫描实体中截面上一点所扫过的轨迹。路径也有开口和闭口两种。开口路径 也可以用米定义剖切路径。 在型材三维实体参数化生成功能中，定义轮廓为截面轮廓。轮廓参数化绘制功能的实现是通过 h u t o c h d 平台下的a r x 应用程序实现的。 1 、a r x 应用程序的建立 v i s u a ls t u d i o n e t 环境为为0 b j e c t a r x 提供了默认的开发环境，在进行o b j e c t a r x 开发a r x 应用程序时，需要使用0 b j e c t a r x 开发工具包的资源，并且在每一个工程项目中都要使用，因此 首先要在集成开发环境下配置资源路径，包括头文件和库文件，这样就可以创建a r x 应用程序。 在h u t o c a d 平台下，基t - o b j e c t a r x 的二次开发过程中，o b e j c t a r x 、v s n e t 、a u t o c a d 的版本 是有一定的限制的。在在型材三维实体参数化生成功能的实现中，采用v i s u a ls t u d i o n e t 2 0 0 2 ( e n g l i s h ) 集成开发环境，a r x 版本为0 b j e c t a r x2 0 0 6 ，h u t o c a d 平台为a u t o c a d2 0 0 6 。配置了 a r x 资源的集成开发环境中，在新建应用程序的时候，在v i s u a lc + + p r o j e c t s 目录下会增加 0 b j e c t a r x d b x o m fp r o j e c t 的选项，从而建立a r x 应用程序。在建立a r x 应用程序过程中可以选 择m f c 的支持，从而方便的利用m f c 强人的资源。 a u t o c a d 对图形的操作都是通过相应的命令来完成的，a u t o c a d 的二次开发也就是通过设计相应 的命令来完成用户定制化的操作。a r x 程序本质上是w i n d o w s 动态连接库( d l l ) 程序，通过与a u t o c a d 共享地址空间，直接调用a u t o c a d 核心函数，可直接访问a u t o c a d 数据库的数据结构和代码。a r x 程序与a u t o c a d ， w i n d o w s 之间均采用w i n d o w s 消息传递机制直接通讯。每一个a r x 应用程序，都 会有一个对应文件a c r x e n t r y p o i n t c p p ，a c r x h r x a p p 类提供了应用函数的入口函数 a c r x e n t r y p o i n t 0 函数，定义了a u t o c a d 发出的各种消息，对每个消息执行适当的操作并返回整形 状态值。v i r t u a la c r x ：a p p r e t c o d e0 n _ k l n i t a p p m s g ( v o i d * p k t ) 函数中完成相应命令的注册。 o b j e c t a r x2 0 0 6 中添加命令更加方便，o b j e c t a r x 为集成环境提供了工具条， 通过添加命令工具，添加相应的命令，环境会自动生成命令相对应的 函数入口。如下代码中的r a f t p a r a m e t r i c s a d d t o f t 0 函数为命令r a f t p a r a m e t r i c s a d d t o f t 对应的 入口函数，该函数功能的具体实现时，就可以在a r x 资源的帮助下，充分发挥c + + 面向对象的强大 功能，进行用户功能的开发。 | | 。o b j c c t a r xe n t r y p o i n t c l a s sc r a f l p a r a m c t r i c s a p p ：p u b l i ca c i l v 蝴p p p u b l i c ： c r a f l p a r a m e t r i c s a p p0 ：a c r x a r x a p p0 v i r t u a la c r x ：a p p r e t c o d eo n _ k l n i t a p p m s g ( v o i d p k 0 ( 完成用户自定义命令的注册等功能 y o u + m u s t c a l lo n _ k l n i t a p p m