（机械设计及理论专业论文）三维零件库几何编程接口的研究.pdf

哈尔滨l + 程人学硕士学位论文 摘要 全文重点阐述了零件库几何编程接口的开发和设计过程，并且对标准件 库系统也作了一定的分析和讨论。全文从分析参数化几何图形程序入手，研 究和消化了p l i b 3 1 的基本原理，丌发出了符合p l i b 标准的参数化几何图 形程序，并实现了几何图形程序在目标c a d 系统上的模型转换。 在标准件库系统的设计过程中，采用c a d 标准件图形文件机制，用 s q ls e r v e r 2 0 0 0 数据库建立了符合p l i b 标准的几何结构参数库，完成了螺 栓、螺母、垫圈等标准件的几何参数的信息建库工作。 目前，许多商品化的c a d 系统中均配有零部件库( p a r t sl i b r a r y ) 以提高产 品的设计效率。但零部件库的数据格式绝大部分都不完全符台标准，从而在 一定程度上阻碍了不同c a d 系统之间零件库的数据交换和共享。 文章介绍了符合零件库标准第3l 部分的几何图形程序如何通过几何编 程接口在目标c a d 系统里转换成相应的三维模型，从而使零件库具有) f 放 性，实现了信息共享。 关键词：p l i b ；几何编程接口；标准件库；参数化 哈尔滨工程人学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n ta n dd e s i g np r o c e s so fp a r t sl i b r a r yg e o m e t r yp r o g r a m i n t e r f a c ei s e x p a t i a t e de m p h a t i c a l l yi n t h i sp a p e r , a n ds t a n d a r dp a r t sl i b r a r y s y s t e m b e g i n n i n gw i t ht h ea n a l y s i so fp a r a m e t e r i z e dg e o m e t r yp r o g r a m ，s t u d y a n dd i g e s tt h ef u n d a m e n t a lo fp l i b 一31 ，a n dd e v e l o pp a r a m e t e r i z e dg e o m e t r y p r o g r a mw h i c ha c c o r d sw i t hp l l b ，a n d c o n v e r tp a r a m e t e r i z e dg e o m e t r y p r o g r a m t oc o r r e s p o n d i n gt h r e e d i m e n s i o n a lm o d e li na i m e dc a d s y s t e m d u r i n gt h ed e s i g nc o u r s eo ft h es t a n d a r dp a r tl i b r a r ys y s t e m ，w i t ht h e m e c h a n i s mo ft h e ，e s t a b l i s h e st h eg e o m e t r i c s t r u c t u r ep a r a m e t e rd a t a b a s ec o m p l y i n gw i mi s 0 1 3 5 8 4u s i n gs q ls e r v e r2 0 0 0 a n dr e a l i z e si n f o r m a t i o ni n p u to faf e ws t a n d a r dp a r t s ，s u c ha sb o l t 、n u t 、g a s k e t a n ds o o n i no r d e rt oa d v a n c ee f f i c i e n c y , a tp r e s e n t ，p a r t sl i b r a r ye x i s ti nm a n y c o m m e r c i a lc a ds y s t e m s p a r t sl i b r a r y sd a t af o r m a ti sm o s t l yn o ta c c o r dw i t h s t a n d a r d ，s oi tb l o c k sp a r t sl i b r a r y s d a t ae x c h a n g ea n ds h a r ea m o n gd i f f e r e n t c a ds y s t e mt os o m ed e g r e e t h i sp a p e rd e s c r i b e dh o wt oc o n v e r tg e o m e t r yp r o g r a mw h i c ha c c o r d sw i t h i s 0 1 3 5 8 4 3 1t oc o r r e s p o n d i n gt h r e e d i m e n s i o n a lm o d e li na i m e dc a ds y s t e m r e c u rt og e o m e t r yp r o g r a mi n t e r f a c e ，a c c o r d i n g l yp a r t sl i b r a r yi so p e n e da n d s h a r e d k e y w o r d s ：p l i b ；g e o m e t r yp r o g r a mi n t e r f a c e ；s t a n d a r dp a r tl i b r a r y p a r a m e t e r i z e d 哈尔滨工程大学 学位论文原创性说明 本人郑重声明：本文的所有工作，是在导师的指导下，由作 者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献等引用已在文 中指出，并与参考文献相对应。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公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：宜盈i 丞 日期：瓣1 月邵日 哈尔滨1 ：程火学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题来源、研究背景及意义 1 1 1 课题的来源与研究背景 在2 1 世纪的今天，市场的竞争日益激烈，要求企业缩短产品开发周期， 保证产品丌发质量，降低产品开发成本，支持企业在i n t e r n e t 上开展协同设 计，共享设计资源，实现不同c a d 系统之间的产品信息交换和零部件库数 据的共享。工程技术人员在应用c a d 进行新产品或新工程的开发和设计时， 总要不断地检索、查询和应用与设计有关的标准件、通用件、原材料、设计、 工艺、工装、设备、仪器、检验等方面的信息。对企业的零件进行a b c 分 析表明，5 0 左右的零部件属于标准件外购件，即c 类件；几乎所有的c a d 开发商和一些c a d 用户都在其c a d 系统上开发了内容丰富的标准件库或图 库，的确给设计人员带来一些方便。但由于没有遵循统一的标准，且各个应 用系统之间的模型定义、实现手段和存取方法存在一定的差异，使得信息交 换存在障碍，资源不能有效共享。造成的结果是，零件查找不方便，零件描 述格式不统一，描述信息不完整，不同的应用系统间的零件库数据难以共享。 而且这些零件库覆盖面窄，仅限于标准零部件和一些基础件。而不同的行业， 如汽车、船舶、机床、电子等不同的行业有不同的特点，即使是同一行业， 不同的企业也有不同的特点，很难用单一的零件库来满足所有需求。敏捷制 造要适应企业共享产品信息资源和快速响应市场的要求，为不依赖具体系统， 描述产品生命周期内所有与产品相关数据提供一种中性机制，因此建立可以 供社会共享的开放零件库系统势在必行。 本课题是国防军工技术基础科研项目标准件库标准研究及其应用的一部 分。零件库标准p l i b 作为零件库信息表示与交换的国际标准，其目的是要 建立一个机制，使企业很容易地建立自己的零件库系统，使制造业中供应链 之间的企业能很容易地交换零件信息。p l i b 标准不仅适用于机械、汽车、航 哈尔滨j 二程大学硕士学位论文 天航空工业，也同样适合于电子、建筑、造船等工业领域。实现企业问各c a d 系统间包括标准件在内的产品数据共享，是计算机用于制造业的必然结果。 1 1 2 课题研究的目的与意义 把设计可能用到的标准件或零件信息存放在一起，零件数据和供应商状 况采用标准的描述格式，由专用的管理系统进行管理，设计人员可以进行检 索、访问，并提供与产品设计系统的标准接口，检索到的零件信息可以方便 的纳入设计，这就是所谓的零件库系统【2 l 。 目前大多数零件库都是建立在具体的c a d 系统下，其零件只有在特定 的系统上才能使用，很难实现零件库信息资源共享。所以开放的零件库和供 应商库按照统的标准1 s 0 1 3 5 8 4 4 2 进行零件族构造，充分利用网络的优势， 将具有相同结构、不同尺寸的零件用同一模型来表示，优化了零件库的结构 与存储，实现零件库信息资源最大限度地共享。“零件库”的应用是缩短产品 设计开发周期、提高产品质量、降低产品成本的重要手段。长期以来，企业 与零件供应商之间的信息传递是依靠文档形式的产品目录来进行的，这种方 式在市场竞争全球化的今天已经无法满足企业生产设计活动的需求；同时， 商品化c a d 系统中虽然配有标准件库，但其数据格式由开发商自行定义， 其内容也仅限于国家颁布的标准件范畴，这种标准件库具有很大的局限性； 再者，制造业同益全球化的发展趋势要求尽可能利用全世界范围内的资源优 势组织企业的生产活动。因此，研究零部件供应商与企业之问、不同企业之 间的产品资源共享方式与途径已经成为市场竞争不断发展的必然。因此，如 果能通过有效的零部件供应渠道，通过整个供应链的信息集成实现企业问的 零件资源的共享，进而实现在设计过程中对已有设计资源及成果最大限度的 重用，这对于企业参与市场竞争具有重要意义。 自八十年代起，我国对c a d 标准件库的研究和开发就已经做了大量的 工作，并且取得了显著的成果，如c s t e p 中心开发研制的c s p l i b 标准件 库系统，哈尔滨工程大学c i m s 课题组研制开发的零件库产品结构模型管理 信息系统等等，随着国际标准化组织不断加快c a d 标准件库基础标准的开 发制定工作，我们面临新的问题，当前这些商品化的c a d 系统中配有标准 件库，但是其数据格式是开发商自己定义的专用格式，其内容也仅限于国家 哈尔滨r 程火学硕士学位论文 颁布的标准件数据，基本遵循g b t 1 5 0 4 9 一c a d 标准件图形文件总则和 g b t 1 0 0 9 1 事物特性表的标准。它虽然在一定程度上可以起到方便c a d 设 计、提高效率的作用，但不能实现信息共享，己成为影响计算机技术进一步 深入应用和提高的严重障碍。因此跟踪国际零件库标准，建立标准零件库应 用系统对提高我国c a d 应用水平具有十分重要的意义。 1 2 零件库及其标准国内外的研究现状 1 2 1 国外研究现状 德国在c a d 技术方面起步较晚，但对c a d 技术标准化重要性认识较早， 是最早开展国家级c a d 标准件库标准化工作的国家。早在1 9 7 1 年就开始制 定作为c a d 标准件文字信息库基础的d i n 4 0 0 0 事物特性表系列标准， 1 9 8 5 年德国事物特性标准委员会( n s m ) 和机器制造标准委员会( n a m ) 共同着手制定作为c a d 标准件图形信息库基础的d i n 4 0 0 1 ( c a d 标准件图 形文件系列标准，于1 9 8 7 、1 9 9 1 年编制出c a d 图形编程接口标准d i n 6 6 3 0 4 ( c a d 标准件数据交换格式第1 、2 版。到九十年代初，德国己开发制定 了一整套实用、完善的c a d 标准件库标准及相应的c a d 标准件库软件系统。 符合以上标准的标准件库使德国的企业，特别是汽车制造业获得了巨大 的利益；对于d i n 4 0 0 0 事物特性表系列标准，德国至今己制定出7 0 余 个具体标准件( 如紧固件、齿轮、法兰、轴承，电子元器件、电工、冶金、 化工、仪表产品) 的事物特性表；对于d i n 4 0 0 1 系列标准，根据d i n 技术 报告c a d 标准件图形文件编制准则，德国已编制发布具体标准件的图形 文件分标准2 2 个( 由于此标准制定的工作量很大，且只用于c a d 标准件库 的开发，所以德国标准化协会d i n 在开发了2 2 个分标准后，停止再搞其书 面标准，改为直接开发相应的标准件图形软件) 。标准体系如图1 1 。 ；堕：鎏。! 壁查耋堡圭窒i 生邕塞 ；： 。i。； 德国d i n ! ￥j c a d 标准件库标准 体系 事物特性表系列 标准d i n 4 0 0 0 c a d 标准件图形文 件系列标准 d i n 4 0 0 1 c d 标准件库编程接 口规范d i n 6 6 3 0 4 图1 t 德国d 烈的e a d 标准件库标准体系 欧洲于1 9 8 7 年开始进行标准件的电子处理接e l 标准化工作。1 9 8 8 年成 立了c e n 陀e n e l e c w g “c a d l i b ”工作组，领导人为德国人g g u e r t i e r 。 1 9 8 9 1 9 9 1 年间先后成立了四个工作组，它们是：负责“供应者的标识”的 s w g l 、负责“接口”的s w g 2 、负责“库内容”豹s w g 3 和负责“逻辑模 型的格式和结构”的s w g 4 ，提出了四个欧洲标准草案p r e n v4 0 0 0 4 1 0 ( 零 件库概念模型) 、p r e n v 4 0 0 0 4 2 4 ( 供应商库逻辑摸型 、p r e n v 4 0 0 0 4 - 2 6 ( 供 应商标识) 和p r e n v 4 0 0 0 4 3 1 ( 图形编程接口) 。 i s o 于1 9 9 0 年在i s o t c l 9 4 s c 4 “s t e p ”下成立了i s o t c l 8 4 s c 4 w g 2 “标准件中性显示标准”工作组，后更名为“零件库”工作组，领导人为德 国人e h i n g e h ”。 目前，国际标准化组织i s o t c l 8 4 s c 4 提出了c a d 标准件库基础标准 _ 丌发制定规划。国际标准化组织i s o 和欧洲标准化组织c e n 伦e n e l e c 在德 国标准的基础上共同制定了零件库国际标准i s 0 1 3 5 8 4 零件库系列标准，以 满足制造业全球化的需求，i s ot c i8 4 s c 4w g 2 和c e n c e n e l e c w g “c a d l i b ”工作组，联合制定和发布的i s o l 3 5 8 4 零件库系列标准包括七 个系列。 1 2 2 国内研究现状 自八十年代起，我国就积极跟踪研究c a d 技术标准化方面的国际动态。 并及时获得了许多c a d 领域中的最新国际标准0 s o ) 和德国d i n 、欧洲标准 协会的标准。 哈尔滨l ：穰火学硕士学位论文 我国选择了世界最先进的标准( 即等效采用德国d i n 标准) 来建立健全 我国c a d 标准件库的标准体系及其各标准。 我国等效采用德国d i n 标准件库系列标准并结合我国具体的标准件情 况制定我国c a d 标准件库国家标准，这样既可以满足我国当前的急需，尽 早开发完成我国的c a d 标准件库标准体系和国家级标准的c a d 标准件库开 发，又容易和将来的国际标准接轨或根据相应的国际标准进行转化。 我国的c a d 标准件库标准体系见图1 2 ，分三个层次，由三部分组成： 第一部分，事物特性表系列标准。此系列标准对各行业通用的标准零部 件的特性进行了标准格式的描述规定。其第一层是总体规定，第二层是各具 体零部件事物特性的描述格式规定。 第二部分，c a d 标准件图形文件系列标准。此系列标准以第一部分事物 特性表标准为基础，对各行业通用的标准零部件的图形特性和非图形特性进 行标准格式的描述。其第一层是总体规定一编制总则，第二层是各具体零部 件图形特性的描述格式规定。 第三部分，c a d 标准件库图形编程接口标准。此标准是c a d 系统与c a d 标准件库之间的图形接口规范。由于九六年国际标准化组织i s o 制定发布了 i s 0 1 3 5 8 4 - - 3 1 图形编程接口( 由d i n 6 6 3 0 4 和e x p r e s s 语言描述组合而成) ， 所以我国标准等同采用i s 0 1 3 5 8 4 - - 3 1 。 哈尔滨。程大学硕+ 学位论文 c a d 标准件库标准体系 事物特性表标o a d 标准件图形 c a d 标准件库图 ( 基本概念)文件编制总则 形编程接口 g b t1 0 0 9 j 1g b t1 5 0 4 9 1g b tx x x x x ，3 l l 事物特性表系列 c a d 标准件图形 l 标准文件系列标准 g b t1 0 0 9 1 2g b t 图1 2 我国的c a d 标准件库标准体系 这些标准的开发和制定为开发我国标准的c a d 标准件库奠定了技术基 础，使开发建立我国c a d 系统必备的标准的标准件库软件系统成为可能， 解决了我国c a d 标准件库软件开发无统一的描述格式的历史，填补了国内 空白。 i i i i i - i ! 际标准化组织i s o t c l 8 4 s c 4j 下在加快进行c a d 标准件库基础 标准的开发制定工作。各分标准正陆续不断制定发表，为了今后在需要时能 及时与国际接轨和在此领域继续保持国际领先地位，我们下一步研究开发的 主要任务之一是对i s 0 1 3 5 8 4 系列标准的开发和转化，并完善我国c a d 标谁 件库及其标准体系各标准的工作。 i s o1 3 5 8 4 一零部件库( p l i b ) 是为企业进行零部件管理、产品数据管理 系统( p d m ) 提供建库方法学和基础数据元素的标准化和编码体系。由中国 标准研究中心提出的i s 0 1 3 5 8 4 5 1 1 标准草案得到了法国、德国、韩国、英国、 加拿大的支持，i s o t c l 8 4 s c 4 秘书处在2 0 0 2 年l o 月的韩国会议上已经同 意出中国提出标准草案，并进入n w i 和c d 投票阶段，在标准草案的制定过 程中多次征求我国紧固件标准化技术委员会秘书处的意见，提交s c 4 的c d 稿已经同时抄送我国紧固件标委会。 该标准将结合国家计委的软件开发项目“丌发符合国际标准的产品零部 哈尔滨l ：程人学硕十学何论文 件库”，并与有关软件公司( 如s t e p 中心、c a x a 公司、新模式公司等) 进 行联络，讨论其应用实施的可能性。 p 5 1 l 规定了用本体论( o n t o l o g y ) 的方法定义应用领域的实体、它们的 特性以及值域等。每个实体及其特性和值域构成数据字典的一个条目，与之 相联系的有人能够认识的定义，也有计算机可醵处理的标识代码。标识代码 是没有二义性的；数据字典条目的定义和标识代码包括公共数据字典模式和 扩展模式中定义的e x p r e s s 数据类型的实例。公共数据字典模式是i s o t c l 8 4 s c 4 w g 2 和m cs c 3 d 共同制定的。p 5 1 1 规定了紧固件数据字典。 这些紧固件都是在不同的i s o 产品标准中定义的，如螺栓、螺钉、螺柱、铆 钉、蛰片等。对于零件分类，高层采用i c s ，下层采用c o m p o n e m 和f e a t u r e 分 开的方法，c o m p o n e n t 和f e a t u r e 的分类主要与1 s o1 8 9 1 中觌定的方法兼容f 4 j 。 北京斯泰普产品数据技术中心已经成功开发了机械c a d 标准件库管理 系统- c s p l i b ，c s p l i b 是一套全新的c a d 产品目录零件管理信息系统，其数 据描述符合g b l 0 0 9 1 事物特性表和g b t1 5 0 4 9 1 c a d 标准件图形文件编制 总则。事物特性表规定如何描述零件的属性；c a d 标准件图形文件编制总则 规定以a s c i i 形式作为描述零件特性的文件格式ic s p l i b 完全遵循上述标 准而设计，可显示标准件几何视图变形，进行快速检索，并将图形插入到 a u t o c a d 系统。 1 3 本论文所做的主要工作 往届的各位师兄已经完成了基于1 s 0 1 3 5 8 4 的二维标准件库信息系统， 实现了标准件的快速检索与调用，提高了设计者的效率，大大加快设计的步 伐。目前，国内对三维零件库的研究剐剐开始，其中很多三维设计软件都已 配备自身的零件库。例如，北京艾克斯特工业自动化技术有限公司宣推出的 p r o e n g i n e e r 增强工具s u p e r t o o l s ，这是国内目前首套基于p r o e n g i n e e r 平台， 二次开发的三维国标件库工具集。但是这些零件库的数据描述都是专用的数 据格式，不能实现零件库信息资源的共享。所以开发能够筵享的零件库信息 模型对制造业信息化是非常必要的，这就要丌发遵循i s o1 3 5 8 4 ( 简称p l i b 标准) 的零件库。而零件库标准其中的第3 1 部分，即零件库的几何表达传输 哈尔滨r 程人学硕十学位论文 接口是重要的部分，该论文就是着眼于i s o1 3 5 8 4 标准，建立了三维c a d 标准件库信息系统。 本论文所要做的主要工作： 第一阶段理论上的丰富和完善。 1 、了解和熟悉i s o1 3 5 8 4 各部分的内容。 2 、熟悉s t e p ( 产品模型数据交换标准) 的内容及其与i s o l 3 5 8 4 标准的关 系。 3 、学习国内外现有的零件库理论和方法。并对其进行创新和改进。 第二阶段软件的学习和编程前的准备工作。 1 、学习、掌握v c + + 6 0 的丌发环境和s q ls e r v e r 数据库技术。 2 、学习p r o e n g i n e e r 二次开发技术及其二次开发语言p r o t o o l k i t 语言。 3 、重点学习i s o l 3 5 8 4 3 1 部分介绍的接口函数，并与p r o e n g i n e e r 特征 建模技术对比学习。 第三阶段具体应用程序的设计、编程和调试。 l 、程序的总体方案设计、系统结构原理图及模块划分。 2 、应用程序的设计、编程和调试。 第四阶段软件的界面设计及使用帮助说明。 l 、在原有框架的基础上设计菜单、工具条、对话框，方便用户的交互和 使用。 2 、对程序进行优化、完善，制作使用帮助。 1 _ 4 本课题采用的软件工具与组织结构 本课题用到v c 十+ 6 , 0 和a d o 数据库访问技术，使用了s q ls e v e r2 0 0 0 数据库，借助于p r o e n g i n e e r2 0 0 1 平台，p r o e n g i n e e r 二次开发技术及其二 次开发工具包p r o t o o l k i t ，建立了三维零件库原型系统。 哈尔滨”f 程火学硕士学位论文 第2 章标准件库标准体系 2 1 c a d 零件库标准 2 1 1 标准件与零件 严格地说，标准件是一种抽象的零件概念，它是标准化机构( 如国际标 准化机构，或国家级标准化部门等) 根据市场需求而制定的零件标准中所规 定的具有标准尺寸的零件。而零件供应商制造的符合标准的零件则称为具体 零件。 然而，当人们谈论标准件的时候，往往是指广义的标准件概念。 国际标准化组织在i s o t c l 8 4 s c 4 中制定的标准中把这种广义的标准件 统称为零件( p a r t s ) 。把这种标准件库称为零件库( p a r tl i b r a r y ) 。本文讨论 的内容所涉及的就是这种标准件概念。 2 1 2 标准件库 把设计可能用到的标准件存放在一起，标准件数据采用标准的描述格式， 由专用的管理系统进行管理，设计人员可以进行检索、访问，并提供与c a d 系统的标准接口，检索到的标准件信息可以方便地纳入设计文件，这种系统 就称为标准件库系统。 当前有些商品化的c a d 系统中配有标准件库，但是其数据格式是开发 商自己定义的专用格式，其内容也仅限于国家颁布的标准件数据。它虽然在 一定程度上可以起到方便c a d 设计、提高效率的作用，但是不能完成上述 信息集成的过程。随着c a d 技术的普及应用，这种系统具有很大的局限性。 i s 0 1 3 5 8 4 是一个关于计算机可解释的、标准件库数据的表示和交换国际 标准。其目的是提供一种能够传递标准件库数据、且独立于使用标准件库应 用系统的中性机制w 。 哈尔滨i 程人哿硕十学位论文 2 1 3 标准件库系列标准 为了使标准件库具有开放性而采用标准件库标准化的方法来实现。这方 面最成功的应该是德国。德国标准化协会( d i n ) 在8 0 年代中旬就制定了系 列标准： d 矾4 0 0 0 事物特性表 d i n4 0 0 1 c a d 标准件文件编制总则 d i n 6 6 3 0 4 一c a d 编程接口 我国在近几年在国际零件库标准还未出台的情况下，参照采用d i n 标准 制定了我国的国家标准： g b t1 0 0 9 1 事物特性表 g b t1 5 0 4 9 一c a d 标准件文件编制总则 国际标准化组织的p a r t - l i b 标准的制定正在进行当中，欧洲共同体现 在有一个项目支持零件库标准的制定。标准i s 0 1 3 5 8 4 的欧洲标准号为 e n v 4 0 0 0 4 。该标准吸收了德国标准的基本思想，同时又受到s t e p 标准的影 响，引入e x p r e s s 语言的形式化描述的方法。下面将对g b t 1 0 0 9 1 、 g b f f l 5 0 4 9 和i s 0 1 3 5 8 4 有详细介绍。 2 2g b t 10 0 9 1 事物特性表标准 2 2 1 概述 事物特性表技术是为c a d 工程服务，建立标准的c a d 文字信息库和零 件库，实现企业管理现代化的一种基本技术。事物特性表是一种面向字符的 a s c i i 文件，是将所描述的事物对象的特性按定格式排列起来的图表。该 系列标准是对各行业通用的标准零部件的特性进行标准格式的描述旧。 2 2 2 事物特性表的结构和组成 2 2 2 1 原理 事物特性表的原理是按照统一规定的事物特性的存录和显现模式，把一 类相近的事物对象的特性描述出来。即将所要描述的事物对象按某种分类法， 将相近的事物对象分为同2 类，然后对该类所要处理的对象进行统计、汇编， 1 n 哈尔滨j 二群大学硕十学位论文 并以一个二维列表的形式，将描述该类具体事物对象的各特性按统一格式一 一列出。 2 2 22 事物特性表的确定 l 、用事物特性表描述对象的准确程度取决于所确定事物特性的种类和数量。 表2 1 事物特性表结构 1 从n 事物特性表g b “1 0 0 9 1 x x x x x x 特性代码 abcdefgh j 特性名称 容连公称公称 直径壳体壳体绝缘附加 量续电压电流材料颜色体装置 负 载 单位 v am m 2 、事物特性值应尽可能不用编码表出。 3 、标准内的备事物特性中，只选描述所必需的编入事物特性表内。 2 ，2 2 3 事物特性表的结构 事物特性表的结构见表2 。l 。 2 3g b t 1 5 0 4 9c a d 标准件图形文件编制总则及系列标准 2 3 1 概述 c a d 标准规定了c a d 标准件图形文件系列标准的一般结构和内容、数 据结构和内容、特性数据的系列规范。该标准适用于编常4c a d 标准件图形 文件系列标准和建立c a d 零件库。 g b t 1 5 0 4 9 一c a d 标准件文件编制总则的基本思想是把一个产品标准的 内容用中性文件格式进行描述，其语法和语义是计算机能够处理的，这种语 法和语义符合国家标准g b t 10 0 9 1 事物特性表。 符合g b t 1 5 0 4 9 的中性文件除了包括产品标准的通用信息，如产品号、 版本、材料、有关的算法等，还可以用二维表的方式存放产品的特性名称和 所有的产品数据。为了能够满足对产品标准所涉及的复杂关系的描述，在这 种语法中还允许采用类似f o r ：u n 语法的口皿n 语句。 这种形式的数据实际上是计算机的内部表达，是形式化描述的一种。设 哈尔滨工程火学硕十学位论文 计人员根本不用关心这种数据的格式。符合该标准件库管理系统应该能够对 这种数据进行语法分析，并把其中的信息按照设计人员习惯的格式显示在设 计人员的面前，以供查询、检索标准件的数掘。 采用g b t 1 5 0 4 9 标准的直接好处就是标准件库的数据最全，能够把产品 标准的所有信息都显示在屏幕上。用户不用再查厚厚的产品目录，直接在计 算机上选取。配合计算机强大的检索能力，可大大减少设计的劳动强度。 2 3 2 事物特性表特性文件的结构和内容 2 3 。2 1 标识符 为了同一标准化对象能得到不同显示，特性数据可由对该对象所描述的 数字和文字特性值组成。特性数据存贮在特性文件中。尺寸和( 或) 产品标 准的特性应尽可能准确地在特性文件中表示出来。 除了特性数据和特性描述以外，特性文件还包括为标识和为表明数据处 理技术的重要性和通用性所必需的数据。 文件格式应能在以后任意编入其他元素而向上兼容， 文件所有行( 数据项) 在行首包含一行型式标识符。此标识符表示该行 的数据型式。 2 3 。2 2 内容和结构 大多数事物特性表由表头、特性描述项、算法特性、数值范围、特性数 据项等几个项目构成。 2 4 零件库国际标准 s 0 1 3 5 8 4 i s o1 3 5 8 4 ( 即p l i b 标准) 是一个计算机可解释的零件库数据表达和交 换的国际标准，提供一种传输零件库数据的中性机制，而且要独立于任何使 用零件库系统的应用系统。这种描述的本质使得它不仅是用于包括零件信息 的文件交换，也是实现零件数据库数据共享的基础。 2 4 】p lj b 标准的起源 i s o 的c a d 标准件库工作起源于欧洲和i s o 对i s 0 1 0 3 0 3 s t e p 的认识 矛盾。欧洲认为：零彳牛和产品( 指整机产品对c a d 来说，存在有不同的 1 2 ! 窒垒鎏i ! ；些盔兰：堡圭芝堡丝苎； 特性。因此，对产品模型进行描述的e x p r e s s 对零件来说应作相应扩充， 但i s o 当时未予接受。此时，欧洲自己单独扩充了e x p r e s s 扩充版。后经 实践证明，e x p r e s s 扩充是必要的。 2 4 2p l ib 标准的基础及原理 p l i b 标准采用了s t e p 方法。制定和发布包括七个系列的一整套有关 c a d 零件库标准，包括概念模型、逻辑资源、实施资源、描述方法、一致性 实验、视图交换协议、标准库的内容等。该标准同时有一个欧洲标准号 e n v 4 0 0 0 4 。 p l l b 标准提供零件库的信息表达、必要的机制和数据定义，使用户可以 对零件库的数据进行查询、使用、更新和交换。这种零件数据的交换可在不 同的计算机系统之间，与零件全生命周期相联系，包括设计、制造、使用、 维护和报废。该标准为零件库系统提供通用化的结构，不定义完整详细的可 实施的零件库系统。 p l i b ，即i s 0 1 3 5 8 4 ，支持用标准化方式管理零部件数据，它基于 e x p r e s s 元模型，该模型的零件规定了一个数据字典来描述各种零部件类的 特性，并按继承方式组织这些类。它也包括了一套集成的e x p r e s s 信患模型 以数据交换为目的来描述供应方库。这种集成的信息模型通过e ) ( p r e s s 源结 构把i s 0 1 3 5 8 4 和i s 0 1 0 3 0 3 中的不同部分集成为一个统一独立的模式。它提供 零件族中各部分的逻辑描述，允许组成零件族的各个部分进行数据交换，并 对加入零件族的新零件类给予定义。p l i b 的这部分内容采用标准化的方法保 证了标准件库具有开放性，从而使标准件库做到了先进性 7 1 。 2 5 本章小结 本章简要阐述了零件库标准中的系列标准，如国家标准g b t 1 0 0 9 1 、 g b t 1 5 0 4 9 、i s 0 1 3 5 8 4 等，对系列标准的起源、基础原理、特殊规范等作了 较为详细的介绍。通过这一章介绍，对零件库标准不再陌生，为零件库的研 究做好充分的准备工作。 堕玺鎏士垄盔耋璧圭兰丝鎏塞 ； 第3 章标准件库系统总体设计 3 1 标准件库系统原理图 具有标准数据格式的标准件库能够实现标准件数据共享与交换，能够提 高c a d 水平，提高设计者的设计效率，为制造业信息化铺平道路。符合 i s o1 3 5 8 4 栝准的标准件库应该具有下列特点： l 、快速查询及有效检索的能力。 2 、零件描述采用中性机制，具有跨平台性，能够与具体c a d 系统集成。 3 、信息完备性。既包含零件几何信息和非几何信息，又能显示多种视图。 4 、能够动态扩充功能模块，具有动念扩充性。 为了建立符合t s 0 1 3 5 8 4 的标准件库，实现标准件库信息的共享，采慝 数据字典技术播述零件的信息，要点如下： l 、 将标准件库内的标准件组织成一个具有单一继承关系的树状结构，具有 相同或相似特性的零件构成族，以零件族的形式组织和描述零件信息。按分 类层次的高低，将零件族分为简单零件族和零件类属族两部分，如下图3 ，1 所示。零件简单族又是通过事物特性表和几何图形模板来描述的，几何图形 模板描述了零件族的几何图形信息和拓扑信息而零件的尺寸参数、材料和 成本等非几何信息则借助于事物特性表来表达m ， 堕銮鎏三堡奎耋堡圭兰堡篓塞 1 1 从l事物特性表 儿何模板 g b ，r1 0 0 9 i x a - x x 捻 特性代码 办秽 特性名称长度宽度高度 iff 专f 、 0 0 12 0 0 1 0 01 0 0 | 0 0 2 1 5 0 7 5 8 0 0 0 3 1 0 05 0 5 0 卜留r 尚莎i 十 ff 图3 1 零件族信息模型 2 、 规定零件族及其属性的字典元素描述，包括零件、零件特征、相关环境 从属特性和相关环境参数等。 3 、零件族采用分层树状结构，其上下层之间的关系是父子关系，子族可继 承父族的所有特性数据。作为标准件库系统的重要组成部分，标准件库数据 字典用e x p r e s s 语言定义了零件类及零件类的属性，使来源于不同库数据 供应方的不同标准件库具有统的存取结构，实现不同标准件库的数据集成 和不同供应方库的相互引用，同时以树状结构描述信息，也解决了大量相同 特性数据的重复存储问题，减少信息冗余。下图3 2 给出了标准件库中标准 l5 ! 童釜壅三型盔主垄圭兰丝丝兰 ， 件数掘字典描述的部分e x p r e s s g 图m 。 图3 2 螺母数据字典e x p r e e - g 图 根据上述，在本课题的设计中，将标准件库系统设计为四大模块：标准 件特性参数库模块、接口程序模块、标准件库管理系统模块、三维参数化模 型。在图3 3 中表明了这四大模块的结构关系。 oo p 日圈lj”世竺竺j 图3 3 标准件库系统结构原理图 堕垒鎏占堡奎耋堡圭兰堡婆銮 。 3 2 各模块介绍 3 2 1 标准件特。洼参数库 标准件参数库是包含国家产品标准的参数库。它的描述格式应该完全参 照国家标准g b l 5 0 4 9 1 c a d 标准文件编制总则的规定来完成。在标准件特 性参数库中，对于标准零件的几何特性参数以及注入材料、表面处理等相关 的物理机械性能作了详细的描述。这些性能在事物特性表，即g b l 0 0 9 1 标准 中都有具体的规定。如果将标准件的绘制过程视作实体的构建过程，那么标 准件特性参数库就是一系列的实体定义参数表，在表中具体的定义了标准件 的特性，其中具体的包括了标准件的大类，以及该类目下标准件条目，还有 细化到具体零件的特性参数。标准件特性参数表结构清晰，参数特性描述都 以代码表示，父表和子表之间用零件大类的国标代号和零件族的系列号关联， 易于检索和查询。 3 2 2 接口程序 3 2 2 1 几何图形程序库设计 标准件几何图形程序库是建立在标准件特性参数库的基础之上的参数化 c a d 自动绘图系统。在绘制零件实体的过程中，标准件的形状尺寸随着所选 定的标准零件族的尺寸参数的变化而变化。按照标准件在机械制图中的国标 表示法，用户可以根据需要选择所需要的标准件规格，该程序库将会按照用 户意图，完成绘图功能。该程序的编程逻辑是参照德国标准，以符合f o r t r a n 7 7 语法，并采用d i n6 6 3 0 4 规定的标准件图形程序接r 函数所编制而成的几 何图形程序来描述的【1 0 l 。该部分内容在第四章有详细的介绍，这里就不再介 绍。 3 2 2 2p r o l o o l k i t 接口程序设计 p r o e n g i n e e r 系统是美国参数技术公司( p t c ) 的产品。常用的p r o e n g i n e e r 二次开发工具有：( 1 ) 族表( f a m i l yt a b l e ) ： 通过族表可以方便的管理具有 相同或相近结构的零件，特别适用予标准零件的管理。族表通过建立通用零 件为父零件，然后在其基础上对各参数加以控制生成派生零件。整个族表通 过电子表格来管理，所以又被称为表格驱动。( 2 ) 用户定义特征( u d f ) ：用 17 哈尔滨工程火学硕十学位论文 户定义特征是将若干个系统特征融合为一个自定义特征，使用时作为一个整 体出现。系统将u d f 特征以g p h 文件保存。u d f 适用特定产品中的特定结 构，有利于设计者根据产品特征快速生成几阿模型。( 3 ) p r o p r o g r a m ： p r o e r * g i n e e r 软件对于每个模型都有一个主要设计步骤和参数列表 ( p r o p r o g r a m ) 。它是由类似b a s i c 的高级语占构成的，用户可以根据设计需 要来编辑该模型的p r o g r a m ，使其作为一个程序来工作。通过运行该程序， 系统通过人机交互的方法来控制系统参数、特征出现与否和特征的具体尺寸 等。( 4 ) j - l i n k ： j - l i n k 是p r o e n g i n e e r 中自带的基于j a v a 语言的二次丌发 工具。用户通过j a 、，a 编程实现在软件p m e n g i n e e r 中添加功能。( 5 ) p r o t o o l k i t ：是p r o e n g i n e e r 自带的二次开发工具，在p r o t o o l k i t 中，p t c 向用户提供了大型的c 语言函数库，函数采用面向对象的风格，通过调用这 些底层函数，用户能方便而又安全地访问p r o e n g i n e e r 的数据库及内部应用 程序，进行二次开发，扩展一些特定功能。 p r o t o o l k i t 是美国p t c 公司为p r o e n g i n e e r 软件提供的开发工具包，其 主要目的是让用户或第三方通过c 程序代码扩充p r o e n g i n e e r 系统的助能， 开发基于p r o e n g i n e e r 系统的应用程序模块，从而满足用户的特殊要求。不 仅如此，还可以利用p r o t o o l k i t 提供的u i 对话框、菜单以及v c 的可视化界 面技术，设计出方便实用的人机交互界面，从而大大提高系统的使用效率。 p r o t o o l k i t 工具包提供了开发p r o e n g i n e e r 所需的函数库文件和头文件，使 用户编写的应用程序能够安全地控制和访问p m e n g i n e e r ，并可以实现应用 程序模块与p r o e n g i n e e r 系统的无缝集成b t l 。 p r o t o o l k i t 采用面向对象的程序设计方法( o b j e c t o r i e n t e d p r o g r a m m i n g ) 。在p r o e n g i n e e r 和应用程序之间主要是通过特定的数据结构 来传递信息，对应用程序来说这种数据结构并不是直接访问的，而只能是通 过p r o t o o l k i t 提供的函数来访问。在设计p r o t o o l k i t 程序时，要涉及到大量 的由p r o t o o l k i t 函数库提供的c 函数，j 下确理解和使用这些函数是非常重要 的。 本课题采用的p r o t o o l k i t 应用程序流程见图3 4 。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 图3 4p r o t o o l k i t 流程图 l 、创建p r o t o o l k i t 应用程序的基本方法 所谓的p r o t o o l k i t 应用程序是指利用p r