（材料加工工程专业论文）基于proengineer的活塞模具系列建模系统.pdf

上海交通大学硕士掌位论文 基于p r o e n g in e e r 的活塞模具系列建模系统 摘要 f 【目前，通用c a d 软件在我国的应用越来越广泛，而对通用c a d 软 件自兮次开发却相对严重滞后。使用通用c a d 软件进行活塞模具造型 的人员就由于软件缺乏对活塞模具系列建模的支持而不得不对同系 列的活塞模具重复造型。若对通用c a d 软件进行二次开发，扩展软件 的功能，就完全可以使其支持活塞模具系列建模的工作。基于这种需 要，作者用v i s u a lc + + 和c a d 软件p r o e n g i n e e r 的二次开发模块 p r o t o o l k i t 对p r o e n g i n e e r 软件进行了二次开发，建立了活塞模 具系列建模系统。 该系统主要是用p r o e n g i n e e r 相关的f a m i l y t a b l e 、参数替换 及零件替换技术和数据库及进程通信等计算机技术开发的。在系统中 f a m i i y t a b l e 用来存储活塞模具系列中零件的不同实例信息。活塞模 具系列建模的原理是：给每一个系列的模具造型一副基础模具，然后 在基础模具的f a m i l y t a b l e 中给系列中的每副模具添加相应的模具 项。当要提取活塞模具系列中的特定模具时，只需从基本模具的 f a m i i y t a b l e 中提取该模具的实例，并用它替换基础模具中对应的零 件，就生成了所要的活塞模具。基础模具的二维图则由于 p r o e n g i n e e r 的参数替换技术而自动替换为新模具的二维图。另外 该系统用数据库来存储模具系列的信息，用p i p e s e r v e r 作为进程通 讯的方式。f 在实际应用中，活塞模具系列建模系统能方便的支持模具系列建 模的工作。用该系统做系列模具造型时，用户只需为该系列模具造型 一副基础模具，在系统的帮助下进行简单的操作就能完成整个模具系 列的建立。与传统的方法相比，活塞模具系列建模系统使模具设计人 员从繁重的劳动中解脱出来，大大的提高了生产效率。另外随着模具 的增多，很难从众多的活塞模具中找出合适的模具，而活塞模具系列 建模系统能支持模具智能出模工作，用户只需选择所要的模具系列， 输入所要活塞模具的外径，系统便能智能的从模具系列库中选出符合 要求的模具供用户选择，并能最终自动的为用户最终所选的模具出 图。该系统还有模具管理功能，用户用它可轻松的完成整个模具系列 库的管理。 活塞模具系列建模系统的成功开发是在p r o e n g i n e e r 进行二次 开发的有益尝试。二次开发后的p r o e n g i n e e r 能够更好的支持活塞 上海交通大掌硕士掌位论文 模具系列建模的工作。相信活塞模具系列建模系统能够在活塞模具建 模方面得到广泛的应用。同时该系统对相关系统的开发也有一定的参 考价值。 关键宇：p r o e n g i n e e r ，p r o t o o l k it ，活塞模具，c a d ，二次开发 d i s s e r t a t i o nf o rd e g r e eo f m s a b s t r a c t ap i s t o nm o l ds e r i e sm o d e l i n gs y s t e m b a s e do np r o e n g i n e e r a b s t r a c t n o wt h ef u r t h e rd e v e l o p m e n tu p o nt h eg e n e r a lc a ds y s t e ml a g s s e v e r e l yb e h i n dt h ei n c r e a s i n gp o p u l a r i t yo f t h ea p p l i c a t i o no ft h ec a d s y s t e mi no u rc o u n t r y i nt h ef i l e do f p i s t o nm o l dm o d e l i n g ，t h ed e s i g n e r s s l i f f e ral o to fi n c o n v e n i e n c e sf o rt h ep o o rs u p p o r tf o rt h ep i s t o nm o l d s e r i e sm o d e l i n gi nt h eg e n e r a lc a ds y s t e m t h ef u i 恤o rd e v e l o p m e n t u p o nt h eg e n e r a lc a ds y s t e mi si ng r e a tn e e dt oc u s t o m i z et h eg e n e r a l c a ds y s t e mt o s u p p o r ts e r i e sm o d e l i n g s ot h ea u t h o rd e v e l o p e dt h e p i s t o nm o l ds e r i e sm o d e l i n gs y s t e mb y t h ef u r t h e rd e v e l o p m e n tu p o nt h e c a ds o f t w a r ep r o e n g i n e e ru s i n gv i s u a lc + +a n dp r o 瓜o l k i t ，t h e f u r t h e rd e v e l o p i n gm o d u l eo f p r o e n g i n e e r t h ec o r e t e c h n o l o g y u s e di nt h ef u r t h e r d e v e l o p m e n tu p o n p r o e n g i n e e r i s f a m i l y t a b l e，p a r a m e t e rr e p l a c e m e n t a n d p a r t r e p l a c e m e n t f a m i l y t a b l ei su s e d t os t o r et h ei n s t a n c e si n f o r m a t i o no fa p a r ti nt h ep i s t o nm o l ds e r i e s t h et h e o r yo ft h es y s t e mi st h a tab a s i c m o l di sc r e a t e df o re a c hm o l ds e r i e s ，a n df o re a c hm o l di nt h es e r i e sa n i n s t a n c ei n f o r m a t i o ni t e mi sa d d e di n t ot h ef a m i l y t a b l eo ft h eb a s i cm o l d w n e nas p e c i f i cp i s t o nm o l di sn e e d e d t h ei n s t a n c eo fm em o l di s r e t r i e y e df l o mt h ef a m i l y t a b l eo ft h eb a s i cm o l da n di su s e dt or e p l a c et h e r e f e r e n t i a lp a r ti nt h eb a s i cm o l d a f t e ra l lt h er e p l a c e m e n ti sf i n i s h e d t h e n e e d e dm o l di sc r e a t e d d a t a b a s ei su s e dt os t o r et h ei n f o r m a t i o no ft h e m o l ds e r i e sa n dn a m e dp i p es e r v e ri su s e dt os e tu pac h a r m e lf o rt h e i n t e r p r o c e s sc o m m u n i c a t i o n t h e p i s t o nm o l ds e r i e sm o d e l i n gs y r s t e mi st h o u g h ta sah e l p f o ls y r s t e m i nt h ea p p l i c a t i o n i tp r o v i d e sg o o ds u p p o r tf o rt h ep i s t o nm o l ds e r i e s m o d e l i n g t h ep i s t o nm o l dd e s i g n e ro n l yn e e dt od e v e l o pab a s i cm o l d a n dt h e nc a ne a s i l yd e v e l o pt h eo t h e rm o l d si nt h em o l ds e r i e sw i t ho u r s y s t e m c o m p a r i n gt ot h ec o n v e n t i o nw a yo f m o l dm o d e l i n g 。t h ep i s t o n m o l ds e r i e sm o d e l i n gs y s t e mf l e e st h em o l dd e v e l o p e r 行o mal o to f b o r i n g w o r ka n di m p r o v e st h e p r o d u c t i v i t yg r e a t l y t h es y s t e ma l s o s u p p o r ti n t e l l i g e n tm o l d sd r a w i n gg e n e r a t i o n w h i l et h ea m o u n to f t h e m o l d sb e c o m e l a r g e i ti sd i f f i c u l tf o r t h eu s e rt og e tas u i t a b l em o l d w i t h t h ep i s t o nm o l ds e r i e sm o d e l i n g s y s t e m w h a tt h eu s e rn e e d e dt od oi s i u s tt oc h o o s eam o l ds e r i e sa n di n p u tt h es i z eo f t h em o l d ，t h es y s t e m d i s s e r t a t i o nf o rd e g r e eo f m s a b s t r a c t w i l lp r o v i d ea l lt h em o l d sm e e t i n gt h en e e da n da u t o m a t i c a l l yg e n e r a t e t h ed r a w i n go ft h em o l dt h eu s e rc h o o s ee v e n t u a l l y t h es y s t e ma l s o d o e sw e l li ns u p p o r t i n gt h em a n a g e m e n to ft h e p i s t o nm o l d s i nt h ep i s t o n m o l d sd a t a b a s e t h es u c c e s s f u l d e v e l o p m e n t o ft h e p i s t o n m o l ds e r i e s m o d e l i n g s y s t e m i sa g o o de x p e r i m e n t i nt h ef u r t h e r d e v e l o p m e n tu p o n p r o e n g i n e e r t h ep r o e n g i n e e rd o e sb e t t e r i n s u p p o r t i n gp i s t o nm o l d s e d e sm o d e l i n gf o rt h ef u r t h e rd e v e l o p m e n t i ti sb e l i e v e dt h a tt h es y s t e m w i l lb ew i d e l yu s e di nt h ef i e l do fp i s t o nm o l dm o d e l i n g a n di nm y o p i n i o nt h es y s t e ma l s oh a sg r e a tr e f e r e n t i a lv a l u ef o rt h er e l a t e ds y s t e m d e v e l o p m e n ti nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：p r o e n g i n e e r , p r o t o o l k i t ，p i s t o nm o l d ，c a d ， f u r t h e r d e v e l o p m e n t 上海交通大学硕士掌位论文文献综述 。 1 1 引言 第一章文献综述 我国对c a d c a m 技术的研究始于7 0 年代初期，8 0 年代中期部分大中型企业和研 究院所开始引进c a d c a m 技术。到目前为止，c a d c a m 技术已在很多企业得以实施， 特别是进入9 0 年代后，p c 机的性能价格比大幅度提高，以及以p c 4 8 6 、p c 5 8 6 为主 的c a d c a m 系统不断增加( 如p r o e n g i n e e r 等 ，中小型企业开始配置c a d c a m 系统， 并且这种势头具有强劲趋势。但是从国内使用的情况来看，虽然取得了一些可喜的成 就，但并不容乐观。 目前，国内实际应用的c a d c 州系统可分为两大类：一类是国内自主版权的 c a m c a m 系统，另一类是国外商品化的c a d c a m 系统。由于国外的c a d c a m 系统功能 齐全、性能优良，并完成了商品化及工程化要求，所以在国内占得了很大市场分额。 问题的关键是如何用好引进的商品化的c a d c a m 系统，向它们要效益，乃是各企业的 当务之急。然而从引进了国外知名c a d c a m 系统的企业使用情况看，大部分企业没有 充分利用起来，并没有发挥出应有的效益。据抽样调查和外商统计，国内已引进的 c a d c a m 系统利用率高、效益好的单位大约在2 0 左右。虽然原因众多，但从使用 的角度来看，主要在于： ( 1 ) c a d c a 2 v t 软件的应用处于手工作坊状态很多企业引进加c a d c a m 系统 后，没有进行用户化、本地化的二次开发，这样虽使得广大设计人员甩掉了繁重的手 工图板，但从某种意义上来说又进入了更加繁重的计算机图板。新图板的出现虽然使 得出图质量有了提高，但大量的投资并没有真正达到提高设计质量、缩短设计周期的 目的，也并没有带来应有的效益。有时甚至出现了计算机绘图没有手工绘图快的怪现 象。当然，如果引进c a d c a m 系统后，不进行二次开发，这种现象也就不足为怪了。 但是，这并不是引进c a d c a m 系统本身的错误，其根本原因在于没有进行二次开发， 试想一下，如果我们根据本身使用特点开发了各类标准件库、各类应用设计系统、设 计工具，那情况将会大为改观。 f 2 】国外商品化的c a d c a m 软件的汉化问题目前，真正从事设计的工作人员 中，一部分年龄较大的设计人员，它们具有丰富的设计经验，但由于各种原因，它们 的外语水平较低、让它们很快掌握c a d c a m 软件的使用存在很大的难度。另一部分年 轻的设计人员，它们外语基础较好，但经验欠佳。再加上设计之后的加工，很多还靠 图纸来加工，加工人员的外语水平也是一个现实问题，故汉字标注亦是一大问题。因 1 上海交通大学硕士掌位沦文文献综述 此，从我国使用的实际情况出发，引进c a d c a m 系统之后，必须做到从菜单、提示、 错误信息到标注的全方位汉化二次开发。 ( 3 ) c a d c a m 应用中管理的科学化问题随着c a d c a m 新技术的应用，设计管理 过程和方式也必须随之而变，这些管理包括设计过程管理、设计人员管理、设计图纸 的管理。因此，引进系统之后必须进行管理方面的二次开发。管理系统化有利于保证 设计质量，有利于设计过程并行工程实施，有利于产品更新换代。从而达到提高设计 质量和效率的目的。 以上c a d c a m 应用中存的问题，事实上均可以通过二次开发的方法来解决。所以， 用户引进c a d c a m 系统后，必须通过用户化和本地化的二次开发才能使c a d c a m 系统 发挥作用。因此，可以毫不夸张地说，没有c a d c a m 系统的二次开发，就没有真正 意义上的c a d c m 技术的有效应用。二次开发的问题是广大c a d c a m 用户和科技工 作者所面临的重要课题之一，对它的研究具有很大的市场价值和应用价值。 1 2c a d 系统 1 2 1c a d 系统的组成 “系统”是由若干个相互作用和相互依赖的部分集合成的、具有特定功能的有机 整体，而且一个“系统”往往又从属于某一个更大的系统。c a d 系统是现代c a d 技术 中最重要的组成部分，其本身又是若干“分系统”相互作用和相互依赖的有机集合体。 这些“分系统”包括实施c a d 作业所需要的硬件系统、软件系统和人才系统。1 。 硬件( h a r d w a r e ) 是组成c a d 系统的物质设备和基本支持环境。硬件系统包括计 算机及各种处理系统、图形工作站、存储器、图形输入和输出设备，以及各种接口等。 硬件是软件的工作平台，软件是驱动硬件工作的系统核心，它对系统的总体功能 起着决定性的作用。c a d 所需软件大体上可分为三类：系统软件、支撑软件和应用软 件。( 1 ) 系统软件包括负责全面管理计算机资源的操作系统和用户接口管理软件； 各种高级的编译系统；汇编系统；监督系统；诊断系统；各种专用工具软件等。它是 整个软件系统中最核心的部分，直接与计算机硬件相联系，包括c p u 管理、存储管理、 进程管理、文件管理、输入输出管理和作业管理等操作。系统软件与硬件选型、硬件 生产厂家密切相关。在实旆c a d 系统过程中需特别注意选择那些应用较广、具有发展 前途和开放式的系统。目前在个人计算机操作系统中，m s w i n d o w s 、0 s 2 和u n i x 等 都是常用操作系统软件“。( 2 ) 支撑软件是建立在系统软件基础上，建立c a d 系统所 需的最基本的应有软件。它包括图形处理软件、集合造型软件、有限元分析软件、优 化设计软件、动态模拟仿真软件、数据库管理软件等。近年来，我国从国外引进不少 c a d 软件，它们具有很强的图形功能。通用性较强的如p r o e n g i n e e r 、u n i g r a p h i c s i i 、 c a t i a 、i d e a s 等“1 。( 3 ) 应用软件直接面向用户，它们是在选定的系统软件和支撑软 2 上海交通大掌硕士掌位论文文献综述 件的基础上开发的。一般均由工厂、企业或研究单位根据实际生产进行二次开发。开 发这类软件的宗旨是提高设计效率、缩短生产周期、提高质量，使软件更加符合工厂 生产实际和便于技术人员使用。这些软件通常均设计成交互式，以便发挥人机的各自 特长。程序流程应符合设计人员习惯，使人机问具有友好界面，用户只需熟悉一些操 作命令和输入参数，无须涉及程序内部的细节。企业引进c a d 技术就要作好开发应用 软件的思想准备。几乎没有任何一种商品化c a d 软件能够不经任何二次开发就能贴近 所有企业的实际情况。 实旌c a d 系统除硬件条件和软件条件外，还有一个同样重要的条件就是掌握这项 技术，并能使之正常运转，发挥效益，开发应用的人才条件。这些人才至少包括硬件 维护、软件管理、数据库管理员，尤其是那些既熟悉制造业务，又能熟练操作计算机 硬件和软件的系统维护者。开展c a d 系统需要若干人的合作，并要求操作者有多方面 的知识。面对一个先进、高效的软、硬件系统，人才是关键的因素。这方面的培养与 凝聚，是实施c a d 系统的重要条件。这是世界各国在c a d 技术中所面对的共同问题。 1 2 2c a d 系统的类型 目前c a d 系统主要有四类：信息检索型c a d 系统，查询修改型c a d 系统，自动设 计型c a d 系统，交互型c a d 系统”1 。 ( 1 ) 信息检索型c a d 系统只是利用计算机进行电子文档管理。首先是将产品进 行分类。例如，将模具标准图样、典型结构、工艺文件等，经过分类编码存入计算机 系统数据库中。使用时，只要按名调出即可。优点是开发容易，投资少，缺点是没有 通用性。 ( 2 )查询修改型c a d 系统是对信息检索型设计系统的一种改进。当从计算机 中将所需要的那部分图形或资料调出后，在屏幕上显示这些内容，设计者对显示内容 进行判断，对不满意处以人机交互方式进行修改和补充设计。配上参数化设计，就更 显示出系统的高效率。 ( 3 ) 自动设计型c a d 系统将设计中的问题归结为数学描述式，建立起优化设计 的目标函数。当设计者分析设计任务后，向系统输入初始数据，该系统便完成全部运 算，并将计算结果与最优目标进行比较，然后修改输入参数并再次循环。这类系统以 数字计算为主，为很少需人参与的自动设计，适用于一些小的部分的设计，如浇冒口 系统的尺寸计算等。 ( 4 ) 交互型c a d 系统是当前铸型c a d 系统所采用的主要形式。它的特点 是把计算机系统所具有的计算速度快、计算精度高、数据存储量大、耐 重复工作和不易出错等优点，同人在工程设计中的主导作用结合起来。 人在工程设计中的主导作用，表现在对复杂问题的特殊理解能力和判断 能力，以及许多目前尚不能完全用数据和公式表达出来的丰富经验。 上海交通大学硕士学位论文文献综述 1 2 3 实施c a d 系统的优点及效益 ( 1 ) 提高绘图质量且有利于图纸管理和维护。采用电子化的图形文档管 理，可方便地与数据库系统集成，充分发挥电子计算机的优势。 ( 2 ) 及时发现和减少差错。采用参数化的绘图系统，可以容易避免手工 绘图时不精确、或者绘图的随意性。尤其在立体造型时，可以及早发现 尺寸问题，以及可能发生的不同构件之间的干涉问题。 ( 3 ) 可以实现一体化集成设计，使设计、分析、制造等集成起来。使用 单一数据库，实现并行工程。传统的串行工程必须先完成一项工作才开 始第二项工作，并行工程的直观含义是设计产品和确定产品最佳制造方 法同时进行。例如在模具设计中，确定分型面、抽芯块等可以在铸件草 图出来后即可开始，并绘制分型面、抽芯块的图形。世界上领先的企业 现在正在追求的战略是并行工程。在该环境中，把产品投放到市场所需 要的过程是同时进行，而不是顺序进行的。在设计进行的同时，可以较 早创建详细的零件和装配体，进行设计优化，完成工程图的绘制，并且 定义制造过程。这些功能的并行交迭极大地缩短了产品投放市场的时间。 ( 4 ) 仿真。在设计过程中，设计人员只关心设计的产品的功能，在尺寸 方面很难照顾。所以设计出的产品难免存在尺寸不符或干涉，或者外形 不美观等。使用三维实体造型设计，就可以预先看到设计的结果，及时 改正，以免在实物制成后或者在制造过程中才发现错误，然后推倒重来， 大大浪费人力物力。在计算机上设计出产品后，先分析设计的结果，将 分析的结果反馈给设计人员，以便优化设计。然后将最终设计结果制造 出来。就可以大大缩短开发周期，节省费用，提高产品的竞争力。 ( 5 ) 提高设计效率。 ( 6 ) 提高管理水平。一般大型c a d c a m 软件都自带先进的管理系统，按 现代的管理科学，设计了一整套企业内部的生产组织等解决方案。并且 电子化也易于提高管理水平。 总之，实施c a d c a m 系统，对提高设计质量，加快从产品方案到绘出工程图纸的 周期，从而缩短生产周期都有很大的帮助。进一步可开发项目的统一数据库，利于减 少设计错误、改进设计方法以及将更多的信息反馈给用户。 1 3c a d 系统支撑软件概况 1 3 1c a d 系统支撑软件的研发特点 ( 1 ) 开发平台和开发方法的归一化 微机和工作站是图形处理的两大硬件环境。过去二维图形处理以微 上海交通大掌硕士学位论文文献综述 机环境为主，三维图形处理以工作站环境为主。随着微机性能的大幅度 提高，三维图形的处理也开始以微机为工作环境。微机版的软件开发大 多在w i n d o w s 软件开发平台上进行，工作站环境以u n i x 操作系统占主导 地位，软件开发大多在x - w i n d o w 软件开发平台上进行“1 。 开发环境普遍采纳了软件工程的方法，特别是采用了面向对象的程 序设计方法，c 语言是软件开发的主导语言，并用c + + 语言发展。开发方 向更注重市场导向，突出了软件开发的规范化“3 。 ( 2 ) 开发力量和面向行业的多样化 支撑软件的开发是一项系统工程，支撑软件作为c a d 系统应用软件 的开发平台，应用范围广，需求量大，具有非常广阔的市场。国内高校、 科研单位和公司均投入了大量人力、物力和财力进行研究和开发，三个 方面的开发力量各有所长，反映出软件开发者的多样化。 支撑软件就其适用性而言要求较通用，但大部分系统有一定的定位 行业，如机械、建筑、电子、服装等，其中面向机械行业的软件较多， 反映出软件面向行业的多样化 1 。 ( 3 ) 处理手段交互化 交互手段是目前图形软件的基本处理模式，它在对使用者的要求、 对软件开发者的要求、对硬件条件的要求这三方面得到了较好的平衡， 可以发挥人和计算机两方面的优势。 对使用者的要求不断降低，有助于软件的推广应用，但对软件开发 者的素质要求更高。硬件质量的不断提高完全保证了交互的实时响应。 通用的c a d 软件开发平台，使软件更容易移植。用户界面的统一，也为 软件的交互化提供了方便。 f 4 ) 处理效果实时化 由于硬件质量的不断提高，使图形处理得以非常方便地达到实时化。 “所见即所得”，已是大多数c a d 支撑软件的基本功能，如“橡皮筋”式 的拖动效果，基于“虚拟屏幕”的快速显示。 f 5 ) 软件应用工程化 软件的工程应用背景非常重要。为了增强软件的实用性，强调自己 软件的特色，各模块都在支撑软件的基础上开发了一定的应用功能。如 多种汉字字体，面向不同领域的特殊字符符号和多种剖面图案。面向特 定行业的标准件、基本件库、形位公差、尺寸公差的自动查找和标注。 上海变通大掌硕士掌位论文文献综述 有的软件考虑了产品的优化设计、通过图块消隐自动生成装配图和多视 图多约束的参数化设计等。 ( 6 ) 软件性能柔性化 柔性化即不断降低对用户的要求，用户的任何操作都会得到系统的 响应。这主要表现在软件的可靠性和容错性等方面，而这正是国内软件 比较薄弱的地方，“死机”现象时有发生。这主要与国内软件的各种投入 较少有关，同时应加强软件的测试，完善测试方法，健全测试机制哺3 。 ( 7 ) 软件商品化 商品化是图形软件产业化的必由之路，是科研成果转化为生产力的 具体体现。可以看到，几乎所有软件都在商品化方面作了重大努力，这 首先归功于通用的软件开发平台和统一的用户界面。多数软件在用户界 面友好性、软件的可靠性、软件的可维护性和可扩充性等方面作了许多 工作，有的软件已注意了软件的开放性，给用户更大的二次开发自主权。 同时也应该看到，国内软件新成果不断出现，但不易商品化，市场占有 率低，投入很少，且投入产品比不高，难以形成强有力的产品“1 。 1 3 2 九十年代o a d 系统支撑软件采用的主流技术 目前流行的c a d 技术基础理论主要是以p r o e n g i l q e e r 为代表的参数化 造型理论和以s d r c i d e a s 为代表的变量化造型理论两大流派，它们都 属于基于约束的实体造型技术曲1 。只有这两种理论在近十年产生并赢得广 泛的认可。在这两种理论之前，基本上是以表面及线框造型技术为代表 的无约束自由造型技术。 下面仅就目前流行于九十年代的参数化、变量化这两种主流造型技术进 行一些技术特点上的剖析和对比。 ( 1 )参数化造型技术的主要特点 参数化造型是由编程者预先设置一些几何图形约束，然后供设计者在 造型时使用。与一个几何图形相关联的所有尺寸参数可以用来产生其它 几何图形。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。 基于特征：将某些具有代表性的几何形状定义为特征，并将其所有尺 寸存为可调参数，进而形成实体，以此为基础来进行更为复杂几何形状 的构造。 全尺寸约束：将形状和尺寸联合起来考虑，通过尺寸约束来实现对几 何形状的控制。造型必须以完整的尺寸参数为出发点( 全约束) ，不能漏 注尺寸( 欠约束) ，不能多注尺寸( 过约束) 。 6 上海交通大掌硕士掌位论文文献综述 尺寸驱动设计修改：通过编辑尺寸数值来驱动几何形状的改变。 全数据相关：尺寸参数的修改导致其它相关模块的相关尺寸得以全盘更 新。 ( 2 )变量化造型技术的主要特点 变量化技术是在参数化的基础上又做了进一步的改进后提出的设计思 想。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、 尺寸驱动修改的优点，但在约束方面做了根本性的改变。 变量化技术将参数化技术中所需定义的尺寸”参数”进一步区分为形状约 束和尺寸约束，而不是象参数化技术那样只用尺寸来约束全部几何。 采用该技术的理由在于：在大量的新产品开发的概念设计阶段，设计者 首先考虑的是设计思想和概念，并将其体现于某些几何形状之中。这些 几何形状的准确尺寸和各形状间的严格的尺寸定位关系在设计的初始阶 段还很难完全确定，所以希望在设计的初始阶段允许欠尺寸约束存在。 此外在设计初始阶段，整个零件的尺寸基准及参数控制方式如何处理还 很难决定，只有当获得更多具体概念时，一步步借助已知条件才能逐步 确定怎样处理才是最佳方案。 ( 3 )两种造型技术的共同点 两种技术都属于基于约束的实体造型系统，都强调基于特征的设计、 全数据相关，并可实现尺寸驱动设计修改，也都提供方法与手段来解决 设计时所必须考虑的几何约束和工程关系问题。 ( 4 ) 两种造型技术的基本区别一约束的处理 参数化技术在设计全过程中，将形状和尺寸联合起来一并考虑，通过 尺寸约束来实现对几何形状的控制；变量化技术将形状约束和尺寸约束 分开处理。 参数化技术在非全约束时，造型系统不能执行后续操作；变量化技术 由于可适应各种约束状况，操作者可以先决定所感兴趣的形状，然后在 给一些必要的尺寸，尺寸是否注全并不影响后续操作。 由于参数化技术苛求全约束，每一个方程式必须是显函数( 即所使用 的变量必须在前面的方程式中已经定义过并赋值于某尺寸参数) ，其几何 方程的求解只能是顺序求解：变量化技术为适应各种约束条件，采用联 立求解的数学手段，方程求解顺序无所谓。 参数化技术解决的是特定情况( 全约束) 下的几何图形问题，表现形 式为尺寸驱动几何形状修改；变量化技术解决的是任意约束情况下的产 品设计问题，不仅可以做到尺寸驱动( d i m e n s i o n d r i v e n ) ，亦可以实现 约束驱动( c o n s t r a i n - d r i g e n ) ，即由工程关系来驱动几何形状的改变， 上海交通大掌硕士掌位论文文献综述 这对产品结构优化是十分有意义的。 由此可见，是否全约束以及以什么形式来施加约束是这两种技术的根 本区别。 ( 5 ) 其它技术差异一特征的管理 参数化技术在整个造型过程中，为检索方便将所构造的形体中用到的 全部特征按顺序串联式排列。在特征序列中，每一个特征与前一个特征 都建立了明确的依附关系。但是，当有时因设计要求需要修改或去掉前 一个特征时，则其子特征被架空，这样极易引起数据库混乱，导致与其 相关的后续特征受损失。究其原因，还是由于全尺寸约束的条件不满足 及特征管理不完善所致。这是参数化技术目前存在的比较大的缺陷。变 量化技术突破了这一限制。它采用历史树表达方式，各特征以树状结构 挂在零件的”根”上，各个特征除了与前面特征保持关联外，同时与系统 全局坐标系建立联系。前一特征更改时，后面特征会自动更改，保持全 过程相关性。同时，一旦发生前一特征被删除，后面特征失去定位基准 时，两特征间的约束随之自动解除，系统会通过联立求解方程式自动在 全局坐标系下给它确定位置，后面特征不会受任何影响。这是针对参数 化技术的缺陷所提出的更好的解决方案。树状结构还允许将复杂零件拆 分成数个零件然后合并到一起。它清楚地记录了设计过程，便于进行修 改，有利于多人的协同设计。 综上所述，可以看出，变量化技术将几何图形约束与工程方程耦合在 一起联立求解，以图形学理论和强大的计算机数值分析技术为设计者提 供约束驱动能力。参数化技术应用于非耦合的几何图形和简单方程式的 求解，用特殊情况寻找原理和解释技术，为设计者提供尺寸驱动能力。 从技术的理论深度上说，变量化技术要比参数化技术先进。两种技术的 根本区别在于是否要全约束以及以什么形式来施加约束。目前参数化技 术和变量化技术都还在不断地丰富和完善自身。九十年代的c a d 主要以 这两种技术为主。但明显可见，参数化技术的应用范围在缩小，而变量 化技术的还有很大的发展空间。相信2 1 世纪将会是变量化技术大发展时 期。 1 3 3c a d 系统支撑软件的发展趋势 ( 1 ) 智能化 智能化的目的是不断提高计算机辅助的水平，减少用户的信息输入 量，提高工作效率，智能化程度的高低是衡量软件水平的标志之一“”。 许多软件在这方面均作了大量的工作。如自动捕捉功能，系统能自动捕 上海交通大学硕士掌位论文文献缘述 获图形元素( 点、线、圆) 和图形元素的穴点( 关键点) ，并自动得到这 些图形元素的几何信息；又如在尺寸标注中，许多软件都采用了动态导 航技术。通常在交互式尺寸标注中一般需要三个方面的信息，即尺寸标 注类型、尺寸标注涉及的几何元素、尺寸标注的位置，动态导航可以利 用知识表达、自动判断得到尺寸类型，从而使尺寸标注菜单减少到一层。 ( 2 ) 自动化 虽然辅助设计不是自动设计( 也不应该盲目追求自动设计) ，但许多 繁琐的工作应尽量做到不让用户介入。黑箱式的输入输出能使用户倍感 方便。如轮廓识别法，多数软件已不使用繁琐的由用户逐点或逐线指点 轮廓组成元素的方法，而可以由用户给定轮廓一内点，由计算机自动识 别轮廓。又如明细表生成，通过属性的定义和提取，计算机自动生成明 细表，省去用户编辑文本的麻烦”。 ( 3 ) 一体化 在二维处理中，已经实现或正在实现如下一体化处理技术：交互式 与参数一体化，图形与尺寸一体化，尺寸标注和字符标注一体化，汉字 和其它字符处理一体化，零件图装配图一体化。 在三维处理中，二维单通道参数化经s w e e p i n g 与三维造型一体化， 三维图形处理与真实感图象处理一体化。 ( 4 ) 集成化 二维工程绘图、三维几何造型、有限元分析、数控加工、数据库管 理等几个支撑软件领域的有机集成，将为c a d c a m 工程应用提供更广阔 的前景。在我国，这方面的工作还处于实验阶段，要使其实用化还有一 段艰难的路程n 。 1 3 4目前几种广泛应用的c a d 系统支撑软件 ( 1 ) u g u g 是u n i g r a p h i c s s o l u t i o n s 公司的核心产品。该公司首次突破传统c a d c a m 模 式，为用户提供一个全面的产品建模系统。在u g 中，优越的参数化和变量化技术与 传统的实体、线框和表面功能结合在一起，这一结合被实践证明是强有力的，并被 大多数c a d c _ a m 软件厂商所采用。u g 最早应用于美国麦道飞机公司。它是从二维 绘图、数控加工编程、曲面造型等功能发展起来的软件。9 0 年代初，美国通用汽车 公司选中u g 作为全公司的c a d c a e c a m c i m 主导系统，这进一步推动了u g 的发展。 1 9 9 7 年1 0 月u n i g r a p h i c s s o l u t i o n s 公司与i n t e r g r a p h 公司签约，合并了后者的机 械c a d 产品，将微机版的s o l i d e d g e 软件统一到p a r a s o l i d 平台上。由此形成了一个 从低端到高端，兼有u n i x 工作站版和w i n d o w s n t 微机版的较完善的企业级 c a d c a e c a m p d m 集成系统。 9 上海交通大掌硕士掌位论文 文献综述 ( 2 ) s 0 1 i d w o r k s s o l i d w o r k s 是生信国际有限公司推出的基于w i n d o w s 的机械设计软件。生信公司 是一家专业化的信息高速技术服务公司，在信息和技术方面一直保持与i 雪际 c a d c a e c a m p d m 市场同步。该公司提倡的”基于w i n d o w s 的c a d c a e c a m p d m 桌面 集成系统”是以w i n d o w s 为平台，以s o l i d w o r k s 为核心的各种应用的集成，包括结构 分析、运动分析、工程数据管理和数控加工等，为中国企业提供了完美的解决方案。 s o l i d w o r k s 是微机版参数化特征造型软件的新秀，该软件旨在以工作站版的相应软 件价格的1 4 l 5 向广大机械设计人员提供用户界面更友好，运行环境更大众化的 实体造型实用功能。s o l i d w o r k s 是基于w i n d o w s 平台的全参数化特征造型软件，它 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。图形界面友 好，用户上手快。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，其价位适中。 ( 3 ) 美国s d r c 公司的i - - - d e a s 软件 i d e a s 是美国s d r c 公司开发的c a d c a h i 软件。该公司是国际上著名的机械 c a d c a e c a m 公司，在全球范围享有盛誉，国外许多著名公司，如波音、索尼、三星、 现代、福特等公司均是s d r c 公司的大客户和合作伙伴。i d e a s m a s t e r s e r i e s 5 于今 年6 月2 0 日在美国首次展示，引起了广泛的注意。该件是高度集成化的c a d c a e c a m 软件系统。它帮助工程师以极高的效率，在单一数字模型中完成从产品设计、仿真分 析、测试直至数控加工的产品研发全过程。i - d e a s 是全世界制造业用户广泛应用的 大型c a d c a e c a m 软件。i d e a s 在c a d c a e 一体化技术方面一直雄居世界榜首，软 件内含诸如结构分析、热力分析、优化设计、耐久性分析等真正提高产品性能的高级 分析功能。s d r c 也是全球最大的专业c a m 软件生产厂商。i - d e a s c a m a n d 是c a m 行业 的顶级产品。i d e a s c a m a n d 可以方便地仿真刀具及机床的运动，可以从简单的2 轴、 2 5 轴加工到以7 轴5 联动方式来加工极为复杂的工件表面，并可以对数控加工过程 进行自动控制和优化。 ( 4 ) p r o e n g i n e e r p r o e n g i n e e r 系统是美国参数技术公司( p a r a m e t r i c t e c h n o l o g y c o r p o r a t i o n ， 简称p t c ) 的产品。p t c 公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改 变了机械c a d c a e c a m 的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机c a d c a e c a m 领域的新标准。利用该概念开发出来的第三代机械c a d c a e c a m 产品p r o e n g i n e e r 软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计 制造工作，即实现所谓的并行工程。 p r o e n g i n e e r 系统主要功能如下： ( 1 ) 真正的全相关性，任何地方的修改都会自动反映到所有相关地方。 ( 2 ) 具有真正管理并发进程、实现并行工程的能力。 上海交通大掌硕士学位论，二 文献缘述 ( 3 ) 具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图。 ( 4 ) 容易使用，可以极大地提高设计效率。 p r o e n g i n e e r 系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整 个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。