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基于p r o 但的法兰参数化系统没计中文摘要 基于p r o e 的法兰参数化系统设计 中文摘要 法兰是一类通用标准件，在石油、化工、城市建设和工业建设中应用量很大。目 前，国内生产法兰的企业大都利用通用机床进行加工，采用通用数控机床虽然能够实 现对多种类多规格法兰加工，但通用性太强而专用性不够，生产效率提高不多，设备 功能浪费较多，成本高。通过建立法兰参数化设计系统，可以快速实现各种法兰三维 模型的建立，很好地利用法兰c a d c a p p c a m 系统中的c a d 功能，提高法兰生产 效率。 为了使三维c a d 软件适应企业的产品新特性和实现产品专业化设计流程，使企 业在更高层次上进行c a d 技术的应用和推广，非常有必要对三维c a d 系统进行二 次开发。p r o e n g i n e e r 软件是当今世界上最流行的三维软件之一，特别在机械行业 应用十分广泛，它的开发工具包p r o t o o l k i t 为二次开发提供了技术支持。 本课题利用p r o e n g i n e e r 提供的二次开发工具包p r o 佻o l l ( i t ，在v i s u a l s t u d i 0 2 0 0 5 集成开发环境中，开发了符合用户需求的法兰参数化设计系统。该系统能 够在用户输入法兰基本参数后，自动生成法兰的三维模型。该系统大大提高了产品的 设计效率和设计质量。 ( 1 ) 对目前c a d 技术在法兰设计中的应用进行了分析和探讨。 ( 2 ) 对法兰进行参数化建模。以整体法兰为例，分析了平面、突面整体钢制管法 兰的结构特征，建立了数学模型，采用p r o e n g i n e e r 4 0 造型软件，根据整体法兰的基 本参数进行特征建模。 ( 3 ) 创建法兰零件菜单和对话框。以v i s u a ls t u d i 0 2 0 0 5 为编程工具，利用 p r o e n g i n e e r 4 0 进行二次开发，在p r o e 造型软件中创建“法兰参数化设计下拉菜 单和人机互动的对话框。 ( 4 ) 在上述基础上构建法兰三维参数化设计系统。实现了给定法兰基本参数后， 自动生成所对应的法兰三维图形。该设计系统可以呈现法兰外径、螺栓孔中心圆直径、 螺栓孔径、螺栓数量等基本参数改变时，法兰模型的变化趋势，使设计者可以了解法 中文摘要 基于p r o e 的法兰参数化系统设计 兰随参数变化的规律，对设计有重要的指导意义。 该系统的实现，可以大大减轻设计人员的繁重工作、提高效率、降低成本。对其 它零件的参数化设计有较好的借鉴作用。 关键词：法兰，参数化设计，p r o t o o l k i t ，二次开发，v s 2 0 0 5 作者：王英玲 指导教师：陈再良 旦! 璺壁! 竺! m e t r i cd e s i g ns y s t e mb a s e do np r o e a b s t r a c t f l a n g ep a r a m e t r i cd e s i g ns y s t e mb a s e d o np r o e a b s t r a c t f l a n g ei sak i n do fg e n e r a ls t a n d a r dp a r t ，i ti sw i d e l yu s e di np e t r o l e u m ，c h e m i c a l i n d u s t r ya n du r b a nc o n s t r u c t i o n a n di n d u s t r i a l d e v e l o p m e n t a tp r e s e n t ，d o m e s t i c p r o d u c t i o no ft h ef l a n g ee n t e r p r i s e sa r ep r o c e s s e db yt h eg e n e r a lp u r p o s em a c h i n e s m a n y k i n d so ff l a n g e sa n dm a n ys p e c i f i c a t i o n sf l a n g e sc a nb ep r o c e s s e db y g e n e r a ln cm a c h i n e t o o l s h o w e v e r , g e n e r a l i t yi ss t r o n gt h a ns p e c i a l i t y , p r o d u c t i o ne f f i c i e n c yi s n o tm u c h ， e q u i p m e n tf u n c t i o n sa r ew a s t e dm o r e ，a n dh i g hc o s t s b yb u i l d i n gf l a n g ep a r a m e t r i cd e s i g n s y s t e m ，t h e3 di m a g e sc a nb ef o r m e dq u i c k l y , c a df u n c t i o ni nf l a n g ec a d c a p p c a m s y s t e mc a nb eg o o du s e d ，p r o d u c t i v i t yo ff l a n g eh a sr i s e ng r e a t l y i no r d e rt oa d a p tt ot h en e wf e a t u r e so fp r o d u c t s ，f u l f i l lt h es p e c i a l i z e dd e s i g no f p r o d u c t sa n da p p l yd e e p l yc a dt e c h n o l o g yi nc o r p r o r a t i o n s ，i ti sv e r yn e c e s s a r yt od o a d v a n c e dd e v e l o p m e n to n3 dc a ds o f t w a r e a so n eo ft h eb e s tp o p u l a r3 ds o f t w a r e ， e s p e c i a l l yi nm a c h i n ea r e a ，p r o e n g i n e e rh a sp r o v i d e dd e v e l o p e dt o o ll ( i t 一一 p r o t o o l k i t 。 i ni n t e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n to fv i s u a ls t u d i o2 0 0 5 ，t h i ss u b j e c td e v e l o p e d f l a n g ep a r a m e t r i cd e s i g ns y s t e mi nl i n ew i t ht h eu s e rn e e d sb yp r o e n g i n e e rr e d e v e l o p t o o l p r 0 厂r o o l l 【i t a f t e rt h eu s e ri n p u tt h eb a s i cp a r a m e t e r so ff l a n g e ，t h es y s t e mc a n g e n e r a t et h e3 di m a g e sa u t o m a t i c a l l y t h es y s t e mh a sg r e a t l yi n c r e a s e dt h ee f f i c i e n c ya n d q u a l i t yo fd e s i g n f i r s t l y , a n a l y z i n ga n de x p o i t i n gt h ea p p l i c a n c eo fc a dt e c h n o l o g yi nc u r r e n tf l a n g e d e s i g n i n g s e c o n d l y , m o d e l i n gf l a n g ea c c o r d i n gt ot h e i rp a r a m e t e r s f o re x a m p l e ，i n t e g r a l f l a n g e t e a c h i n gm o d ei sb u i l tu pb ya n a l y z i n gt h es t r u c t u r a lc h a r a c e r i s t i c so fi n t e g r a ls t e e l p i p ef l a n g e sw i t hf l a tf a c eo rr a i s e df a c e t h e nm o d e so fd i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c sa r eb u i l t u pb yt h es o f t w a r eo fp r o e n g i n e e r4 0a c c o r d i n gt oe s s e n t i a lp a r a m e t e r so fi n t e g r a lf l a n g e t h e n ，e s t a b l i s h i n gf l a n g ep u l l - d o w nm e n u sa n dd i a l o gb o x e s o nt h eb a s i so fv i s u a l s t u d i 0 2 0 0 5 ，p r o e n g i n e e r 4 0r e w o r k e d ，t h ep u l l - d o w nm e n uo f “f l a n g ep a r a m e t r i c d e s i g n ”a n dt h em a n - c o m p u t e rc o n v e r s a t i o n a ld i a l o gb o xa r ee s s t a b l i s h e di np r o e m 些! ! 坚 ! 兰竺坚堕型1 2 里里! ! ! 鲤竺! ! ! 兰竺里! 些竺呈里丝竺垒苎翌! ! 竺璺苎竺型! 翌塑型星 f i n a l l y , e s t a b l i s h i n gf l a n g e3 dp a r a m e t r i cd e s i g ns y s t e mb a s e do nt h ea b o v et h r e e s t e p s i nt h i ss t e p ，t h e3 di m a g e s a r ef o r m e da u t o m a t i c a l l ya f t e rt y p i n gi np r o p e r p a r a m e t e r so ff l a n g e t h es y s t e mc a nd e m o n s t r a t et h ec h a n g i n gt r e n do ft h em o d u l e so f f l a n g ew i t hc h a n g e de s s e n t i a lp a r a m e t e r s ，s u c ha sd i a m e t e ro ff l a n g e ，c e n t e rc i r c l ed i a m e t e r o fb o l th o l e ，d i a m e t e ro fb o l th o l e ，n u m b e ro fb o l t s ，a n ds oo n t h u s ，i ti si m p o r t a n tf o r d e s i g n e r st os e ec h a n g i n gr u l e so ff l a n g e sp a r a m e t e r s b e s i d e st h a t ，i th a st h ei n s t r u c t i v e m e a n i n g si nd e s i g n i gf l a n g e t h ea p p l i c a n c eo ft h i ss y s t e mc a ne a s et h eh e a v yd e s i g n i n gb u r d e n ，i m p r o v et h e d e s i g n i n ge f f e c i a n c ya n dl o w e r t h ed e s i g n i n gc o s t s a tt h es a m et i m e ，i tp r o v i d e sr e f e r e n c e f u n c t i o nf o ro t h e rp a r t si np a r a m e t r i cd e s i g n i n g k e y w o r d s ：f l a n g e ；p a r a m e w i cd e s i g n ；p r o t o o l k i t ；r e - d e v e l o p m e n t ；v i s u a l s t u d i o 2 0 0 5 i v w r i t t e n b y - w a n gy i n g l i n g s u p e r v i s e db y ： c h e nz a i l i a n g 基于p r o e 的法兰参数化系统设计第一章绪论 1 1 本课题的研究背景 第一章绪论 1 1 1 c a d 技术现状及发展趋势 ( 1 ) c a d 技术现状 c a d 即计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) ，是以计算机系统为支持，进 行产品的方案设计、解析计算、判断优化2 、分析评估和详细设计的- - i - j 技术。通过 结构设计，以数据文化和工程数据库定义产品结构信息，通过交互设计，以数学模型、 计算分析和绘图指标建立产品过程信息，其根本任务是为产品的开发与生成建立一个 全局信息模型。这项技术的开发与应用彻底改变了传统的设计方法，大大促进了科研 成功的开展和转化，提高了工程和产品的设计质量和设计水平，降低了成本，缩短了 研制开发周期1 2 2 。c a d 技术开发与应用水平已经成为衡量一个国家科技现代化和工 业现代化程度的重要标志之一。 、 一 c a d 技术自5 0 年代后期起步以来，经历了5 0 多年，有着突飞猛进的发展。在 这些年间，c a d 技术一共经历了四次重大的技术革命。从曲面造型技术到实体造型 技术，到参数化设计技术，至今进入变量化技术。在9 0 年代，参数化设计技术比较 成熟，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，几乎成为c a d 业界的标准。近几年，随着计算机技术在我国的蓬勃发展，许多高校和一些计算机软 件公司根据我国的国家标准进行了大量的二次开发工作，开发出了适合我国国情的 c a d 软件。如北京航天航空大学开发的“c a x a 系统，北京宇思机电公司开发的 工程化机械c a d 系统y s - m c a d 等，为我国c a d 技术的推广使用起到了很大的作 用。 ( 2 ) c a d 技术发展趋势 c a d 技术作为成熟的普及技术己在企业中广泛应用，并已成为企业的现实生产 力。围绕企业创新设计能力的提高和网络计算环境的普及，c a d 技术的发展趋势主 要围绕在标准化、开放式、集成化、智能化四方面。 第一章绪论 基于p r o e 的法兰参数化系统设计 1 ) 标准化除了c a d 支撑软件逐步实现i s o 标准和工业标准外，面向应用的 标准构件( 零部件库) 、标准化方法也已成为c a d 系统中的必备内容，且向着合理化 工程设计的应用方向发展。 传统形式的手画工程图已经有了成熟的国际标准，相互都能理解。而存储在磁盘、 光盘上的形形色色的c a d 二进制数字记录，要想实现标准化就复杂、困难得多。从 8 0 年代中期起，i s o 国际标准化组织着手酝酿制订这类标准，称作i s 0 1 0 3 0 3 产品 数据表达与交换标准，简称s t e p 。它要涵盖所有人工设计的产品，采用统一的数字 化定义方法。由于s t e p 标准涉及的面非常宽，众口难调，标准的制定过程十分缓慢， 存在问题很多。而在我国，c a d 应用工程的实施具有更加严密的组织领导体系，而 且实际从事c a d 应用软件开发的单位相对比较集中，起步比国外晚，不存在要与过 去开发的老系统保持兼容问题。如果我国采取主动贯彻s t e p 积极思想的方针，不纠 缠于过分繁琐的技术细节，针对我国的现实需要和技术发展前景，及早统一协调自主 开发软件的数据模型，这将有助于推动国内c a d 界的学术研究风气，促进c a d 软 件开发水平的大幅度提高。这种主动出击的策略要比单纯等待s t e p 标准草案一版一 版更新有利得多。回顾历史，c a d 和计算机图形学的国际标准制定总是滞后于市场 上的工业标准。c a d 产品更新频繁。谁家产品的技术思想领先，性能最好，用户最 多，主导了市场，谁就是事实上的工业标准。c a d 技术的发展不是一种纯学术行为， 它是在高技术产品所固有的激烈市场竞争中不断向前推进，永无止境。 c a d 软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，为了支持异构跨平台的环境， 就要求它应是一个开放的系统，这里主要是靠标准化技术来解决这个问题。 目前标准有两大类：一是公用标准，主要来自国家或国际标准制定单位；另一是 市场标准，或行业标准，属私有性质。前者注重标准的开放性和所采用技术的先进性， 而后者以市场为导向，注重考虑有效性和经济利益。后者容易导致垄断和无谓的标准 战。通过总结这个领域几十年标准化工作的经验，不少标准化专家已认识到存在的问 题，这已经成为进一步制定标准的障碍。因此提出应对传统的标准化工作进行革新。 有专家建议标准革新的目标是公用标准应变成工业标准，也就是说革新后仍应以公用 标准为基础，不过要从工业标准中吸收其注重经济利益和效率的优点。另外，也有人 2 基于p r o e 的法兰参数化系统设计第一章绪论 提出现在制定标准的单位很多，但是标准制定过程却没有标准，这也是标准革新过程 中值得考虑的问题。这些观点对我国制定c a d 标准也许有所启迪。 2 ) 开放性c a d 系统目前广泛建立在开放式操作系统窗口9 5 9 8 n t 和u n i x 平台上，在j a v al i n u x 平台上也有c a d 产品，此外c a d 系统都为最终用户提供二 次开发环境，甚至这类环境可开发其内核源码，使用户可定制自己的c a d 系统。 3 ) 集成化c a d 技术的集成化体现在三个层次上：其一是广义c a d 功能， c a d c a e c a p p c a m c a q p d m e r p 经过多种集成形式成为企业一体化解决方案， 推动企业信息化进程。目前创新设计能力( c a d ) 与现代企业管理能力( e r p 、p d m ) 的集成，己成为企业信息化的重点；其二，是将c a d 技术能采用的算法，甚至功能 模块或系统，做成专用芯片，以提高c a d 系统的效率；其三是c a d 基于网络计算 环境实现异地、异构系统在企业间的集成。应运而生的虚拟设计、虚拟制造、虚拟企 业就是该集成层次上的应用。 ： 国际c a d 商品系统丌发的另一个趋势是在全球范围内优选最成功的功能构件， 进行集成。至今最成熟的几何造型平台有两家：p a r a s o l i d 和a c i s ；几何约束求解构 件有一家。我国开发的c a d 应用系统已经部分采用a c i s 和p a r a s o l i d 平台，这是合 理的。但是国际上近来又有一种思潮，要求软件开发自由化，以免受制于一、二家公 司垄断性产品的束缚。这就是选用l i n u x 操作系统以及在它基础上开发各种共享软 件，开放源程序。我国也在酝酿自主开发因特网、操作系统、以及各种办公的国产化 系统。这时，自发研制几何造型通用平台和各种功能构件也将提上议事日程，我们要 及早做好准备。 4 ) 智能化设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域，智能c a d 是c a d 发展的必然方向。从人类认识和思维的模型来看，现有的人工智能技术对模拟人类的 思维活动( 包括形象思维、抽象思维和创造性思维等多种形式) 往往是束手无策的。 因此，智能c a d 不仅仅是简单地将现有的智能技术与c a d 技术相结合，更要深入 研究人类设计的思维模型，并用信息技术来表达和模拟它。这样不仅会产生高效的 c a d 系统，而且必将为人工智能领域提供新的理论和方法。c a d 的这个发展趋势， 将对信息科学的发展产生深刻的影响。 第一章绪论基于p r o e 的法兰参数化系统设计 1 1 2 自动建模技术的研究现状 自动建模是指对于特定的产品，根据用户输入的参数或者根据运用c a d 系统进 行设计产生的数据结果，系统可以动态地、自动地生成所需模型。目前自动建模一般 都采用基于成型的c a d 平台的高级开发的方法1 7 1 。 为了满足一些专用领域的需要、进一步提高设计质量、缩短设计周期，如同各种 c a d 平台的更新换代一样，对c a d 平台的高级开发研究一直没有停止过。特别九十 年代以来，由于c a d 应用在国内的逐渐普及，国内很多科研院所、企业都进行过针 对具体应用的开发工作。不过前几年一直集中在对二维的进行开发，出现了一大批基 于a u t o c a d 平台的应用模块。随着三维系统逐渐占据主流，这两年陆续出现一些针 对中端c a d 平台的高级开发，如生信实维的s o l i d w o r k 开发的s o l i d c a m 模块，东 大欧磊针对s o l i d e d g e 开发的标准件库等等。 国外，研究开发三维设计软件的时间较长，而且早已应用于相关行业，因此在其 应用领域里的自主开发技术已经十分充足和完善。在新加坡国立大学，w y r m eh s u 等 人，以p r o e 软件为平台，通过c 语言编程开发出了一种装配设计分析与产品的概念 设计相结合的系统，系统通过五大模块：设计特征库、分析模块、交互模块、搜索模 块和装配模块，实现了产品的自动装配。 ： 国内针对高端c a d 平台进行开发的工作做的较少，而且也仅处于起步阶段。但 是一些高端c a d 平台已经逐步提供了良好的应用程序接口( a p i ) ，用户可以制定自 己的应用程序，如u g 提供了u g o p e n 二次开发工具集，p r o e n g i n e e r 提供了 p r o t o o l k i t 二次开发工具包。这种开发方式下创建的应用模块虽然没有自主版权，灵 活性受支撑平台控制，但是应用性非常强、周期短、投入少、开发相对简单，无疑将 具有广阔的市场。 高端的c a d 软件，如p r o e n g i n e e r 在通用性上非常出色，虽然覆盖了产品的 众多设计领域，也考虑了一般性的设计规范。但由于产品设计的要求千差万别，企业 所拥有的设计资源和设计环境也不相同。为了使引进的c a d 软件适应本企业的产品 特性和实现产品专业化设计流程，以及企业在更高层次上进行c a d 技术的应用与推 广，对三维c a d 系统的二次开发已迫在眉睫。 目前，国内的许多企业正在进行自主开发工程或进一步改造设计手段，许多高校 4 疑卡p r o e 的法兰参数化系统设计 第一章绪论 和研究所也正在对p r o e 的二次开发进行大量的研究工作，并都取得了一定成绩。 厦门工程机械股份有限公司在推广p r o e 的应用中，按照定义p r o e 建模的模板、 定义工程图图框、创建标准的符号库以及工程图的打印四个步骤，分阶段开发定制， 取得了一定效果，达到了预期的目的。基本能满足工程设计人员在工程信息的标准上 的要求，形成了标注的规范化和标准化，提高了工作效率，并能打印出符合企业标准 的工程图纸，为企业推广三维c a d 的应用奠定了坚实的基础。 江南大学设计学院的蒋晓通过应用实例，详细介绍了在p r o e 环境下，利用其二 次开发工具族表( f a m i l yt a b l e ) 和程序( p r o g r a m ) 建立标准件库的方法和技巧。采 用以上的方法只要简单的步骤就可以非常方便地生成标准件库，仅用一个零件就可以 代表多个零件，经过实验应用检验，可操作性强，但缺点是界面仍不够友好，交互性 有一定缺陷。 华南理工大学的研究者们利用p r o e 提供的二次开发工具p r o t o o l k i t ，比较方便 地实现了面向特定产品的程序自动建模功能，并且把较为丰富的非几何特征如材料特 征、精度特征等加入所产生的模型中，所有信息存入统一的数据库，是实现 c a d c a e c a m 集成的关键技术之一。另外，他们又提出了用动态链接库方式( d l l ) 实现用微软基本类库( m f c ) 开发p r o e 弹出式对话框界面的通讯机制，人机交互性 得到进一步提升。 湖南大学的刘坚博士等人开发了一个基于特征技术的轴类零件c a d 系统。此系 统实现基于特征技术的产品设计的基本过程如下：通过系统的菜单界面及文字提示， 交互地选择特征类型并输入所需参数，由此产生产品的形状特征。然后根据设计后续 过程的需要补充产品的相关信息，完备产品信息模型。随后根据产品的性能要求、功 能特点对产品特征进行修改、完善，最后按照后续设计要求，选定所有相关信息并按 一定格式输出产品模型，完成产品建模的全部工作。 由于目前国内利用p r o e 进行二次开发的c a d 系统比较少，功能还不够强大， 所以这方面的研究工作亟待提高。 1 2 本课题研究现状与研究意义 法兰是现代工业设备、容器和管道最常用的连接形式。由法兰、垫片、螺栓组成 5 第一章绪论基于p r o e 的法兰参数化系统设计 的连接系统在化工企业中随处可见。设计人员在使用三维c a d 软件进行法兰零件设计 时，经常会遇到一些重复出现的特征，其基本形状、主要结构比较固定，改变的往往 只是尺寸大小、螺栓孑l 数目等，这些特征的建立虽然并不复杂，但设计人员要花费许 多时间来进行这些重复性工作。 目前有许多企业、院校都做过类似法兰等回转体零件的二维自动建模，并且相关 技术已经比较成熟，但三维自动建模还处在起步阶段。利用p r o e n g i n e e r 的二次开 发技术，创建p r o t o o l k i t 程序，可以实现面向法兰零件的程序自动建模功能。可见， 开发“法兰参数化设计系统 ，不仅可提高建模的自由性，而且具有较好的工程实用 价值。 1 3 本课题主要研究内容 法兰自动化生产线上，需要将加工模型导入c a m 软件系统中，本课题拟建立法 兰的三维参数化模型，在v s 2 0 0 5 的编译环境下，利用p r o e 自带的二次开发工具一 一p r o t o o l k i t 的强大功能建立法兰参数化设计系统，可以快速实现各种型号法兰三维 模型的建立。 由此得出，本课题主要研究内容如下： j ( 1 ) 通过查阅大量资料，对目前c a d 技术在法兰设计中的应用进行分析和探讨。 ( 2 ) 以整体法兰为例，分析平面、突面整体钢制管法兰的结构特征，采用 p r o e n g i n e e r 4 0 三维软件，根据整体法兰的基本参数( 法m # i - 径、螺栓孔中心圆直径、 螺栓孔径、螺栓数量、法兰厚度、法兰颈直径、法兰颈圆角等) ，进行参数化建模。 ( 3 ) 借助v s 2 0 0 5 编程，对p r o e 进行二次开发，建立法兰零件菜单，设计人机 互动界面，以便快捷输入设计参数。 ( 4 ) 构建法兰三维参数化设计系统。实现给定法兰基本参数后，自动生成所对应 的法兰三维图形。 1 4 本章小结 本章从分析c a d 技术现状与发展趋势以及自动建模的研究现状入手，阐述了本 课题的研究现状与研究意义，接着综述了本课题的主要研究内容。 6 基于p r o e 的法兰参数化系统设计第二章法兰参数化建模 第二章法兰参数化建模 2 1 基于p r o e 的参数化建模 2 1 1 参数化设计原理 参数化( p a r a m e t r i c ) 设计，也叫尺寸驱动( d i m e n s i o n - d r i v e n ) ，是c a d 技术在 实际应用中提出的课题，它不仅可使c a d 系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘 图的功能。所谓参数化设计即是在设计中产品的结构形式是确定的，它需要根据某些 具体的条件和具体的参数来决定产品某一结构形式下的结构参数，从而设计出不同规 格的产品。其本质是对统一结构的产品通过修改尺寸来生成新规格的产品，利用计算 机来进行参数化c a d 设计，只需在计算机上输入机械零件的几个关键技术，就会准 确地、自动地生成工程图槲4 1 。 参数化绘图有一种参数驱动机制，参数驱动机制是基于对图形数据的操作。通过 参数驱动机制可以对图形的几何数据进行参数化修改，但是，在修改的同时，还要满 足图形的约束条件，需要约束间关联性的驱动手段来约束联动，约束联动是通过约束 问的关系实现的驱动方法。对一个图形，可能的约束十分复杂，而且数量很大。而实 际由用户控制的，即能够独立变化的参数一般只有几个，称之为主参数或主约束：其 他约束可由图形结构特征确定或与主约束有确定关系，称它们为次约束。对主约束是 不能简化的，对次约束的简化可以有图形特征联动和相关参数联动两种方式。 在参数化设计系统中，首先必须建立参数化模型。参数化模型有多种，如几何参 数模型、力学参数模型等等。本系统只建立了几何参数模型，模型用来表示实际的或 抽象的物体或现象，它给出被处理对象的结构和性能，并产生其图形。建立模型是对 被处理对象的结构进行计算、分析、模拟、研究的一个基础。在c a d 系统的设计中， 不同型号的产品往往只是尺寸不同而结构相同，映射到几何模型中，就是几何信息不 同而拓扑信息相同。因此，参数化模型要体现零件的拓扑结构，从而保证设计过程中 几何拓扑关系的一致。 通常，二维参数化程序设计可以采用程序自动生成工程图的方式实现。但在零件 的三维设计中，由于三维模型的创建要涉及到草图、基准、曲面和实体等各类的特征。 7 第二章法兰参数化建模基于p r o e 的法兰参数化系统设计 直接利用程序生成三维模型是非常困难的，参数化程序的设计必定十分繁琐和复杂。 因此，对于法兰的参数化设计过程，采用与二维参数化程序设计完全不同的另一种适 合于三维参数化程序设计的方法。基本原理是采用从三维模型与程序控制相结合的方 式，三维模型不是由程序创建，而是利用交互方式生成。在自己创建的零件三维模型 基础上，建立一组可以完全控制三维模型形状和大小的设计参数。参数化程序针对该 零件的设计参数进行编程，实现设计参数的检索、修改和根据新的参数值生成新的三 维模型。 由于这种方式是在已有三维模型的基础上，通过修改设计参数派生新的三维模 型，因此，我们称之为基于三维模型的参数化设计。为了与一般三维模型相区别，将 参数化设计程序要使用的三维模型称为三维模型样板。 2 1 2 参数化建模方法 在p r o e 软件中，有三种方法可以实现模型的参数化建模过程。 ( 1 ) 运用参数关系模块的参数化建模过程 在使用参数关系模块进行三维实体的参数化建模时，其通用性比较强，适用 于零件标准变化较大的场合和一些复杂零件的参数化建模过程，如齿轮类零件。 参数化设计是p r o e 重点强调的设计理念。参数是参数化设计的核心概念，在一 个模型中，参数是通过“尺寸”的形式来体现的。参数化设计的突出有点在于可以通 过变更参数的方法来方便的修改设计模型，从而修改设计效果。关系式是参数化设计 中的另外一项重要内容，它体现了参数之间相互制约的“父子 关系。 1 ) 参数的含义 参数有两个含义：一是提供设计对象的附加信息，是参数化设计的重要要素之 一。参数和模型一起存储，参数可以标明不同模型的属性。例如在一个“族表 中创 建参数“成本 后，对于该族表的不同实例可以设置不同的值，以示区别。二是配合 关系的使用来创建参数化模型，通过变更参数的数值来变更模型的形状和大小。 2 ) 如何设置参数 在零件模式下，单击菜单“工具参数 ，即可打开“参数 对话框，使用该对话 框可添加或编辑一些参数。 3 ) 关系的概念 8 基于p r o e 的法兰参数化系统设计第一二章法兰参数化建模 关系是参数化设计的另一个重要因素。关系是使用者自定义的尺寸符号和参数之 间的等式。关系捕获特征之间、参数之间或组件之间的设计关系。可以这样来理解， 参数化模型建立好之后，参数的意义可以确定一系列的产品，通过更改参数即可生成 不同尺寸的零件，而关系是确保在更改参数的过程中，该零件能满足基本的形状要求。 如参数化齿轮，可以更改模数、齿数从而生成同系列、不同尺寸的多个模型，而关系 则满足在更改参数的过程中齿轮不会变成其他的零件。 4 ) 如何添加关系 单击主菜单“工具关系，即可打开“关系”对话框。使用该对话框可进行尺寸 与参数之间的关系设定。 经过调试无误后，存储模型作为参数化设计系统的原始模型。 ( 2 ) 运用族表( f a m i l yt a b l e ) 的参数化建模过程 族表是形状类似、功能相同、尺寸系列不同的特征、零件或组件的集合。整个族 表通过电子表格来管理，所以族表中的零件又被称为“表驱动零件”。族表可以产生 和存储大量而简单的零件对象，把零件的生成标准化，省时省力，在工程设计中应用 较广。基于族表选项的参数化设计，其优点是以表格的形式出现，操作简单，使用方 便，但设计的通用性较差，故适用于零件标准变化不大的场合，如常用件和标准件。 ( 3 ) 运用p r o g r a m 模块的参数化建模过程 p r o g r a m 是p r o e 中的一个简单、应用灵活的二次开发工具，使用它可以方便地 实现零件的参数化设计，大大提高了零件的设计计算和绘图效率，实现了机械零件的 快速造型和重构。它可将其他信息自动加入到p r o e 的系统数据库中，为系统的信息 集成化打下了基础。所以它非常适合用来编程开发简单的通用化模块，是非专业开发 人员的好工具。 以上三种参数化建模方法都有各自的优缺点，为复杂实体零件的参数化建模方法 提供了更多的选择。 本课题拟采用第1 种方式，参数关系模块进行法兰三维实体的参数化建模。 然后，通过p r o t o o l k i t 二次开发工具调用p r o e4 0 的底层函数和一些基本的设计参 数，并结合v c 的m f c 技术来对p r o e4 , 0 进行二次开发，从而开发出人机交互界面 良好的法兰参数化设计系统。 9 第二章法兰参数化建模基于p r o e 的法兰参数化系统设计 2 2 法兰概述 管法兰及其垫片、紧固件统称为法兰接头。法兰接头是工程设计中使用极为普遍、 涉及面非常广泛的一种零部件。它是配管设计、管件阀门中必不可少的零件，而且也 是设备、设备零部件( 如人孔、视镜、液面计等) 中必备的构件。此外，其它专业如 工业炉、热工、给排水、采暖通风、自控等，也经常使用法兰接头。如图2 - 1 所示。 图2 - 1 法兰 2 2 1 法兰的类型 ( 1 ) 法兰类型按国家标准分：整体法兰、螺纹法兰、对焊法兰、带颈平焊法兰、 带颈承插焊法兰、对焊环带颈松套法兰、板式平焊法兰、对焊环板式松套法兰、平焊 环板式松套法兰、翻边环板式松套法兰、法兰盖。 ( 2 ) 法兰类型按化工行业标准分：整体法兰( ) 、螺纹法兰( 1 1 1 ) 、板式平焊法 兰( p l ) 、带颈对焊法兰( w n ) 、带颈平焊法兰( s o ) 、承插焊法兰( s w ) 、对焊环 松套法兰( p j s e ) 、平焊环松套法兰( p 肌u ) 、衬里法兰盖( b l ( s ) ) 、法兰盖( b l ) 。 ( 3 ) 法兰类型按石化行业标准分：螺纹法兰( 门) 、对焊法兰( w n ) 、平焊法兰 ( s o ) 、承插焊法兰( s w ) 、松套法兰( u ) 、法兰盖( 不标注) 。 ( 4 ) 法兰类型按机械行业标准分：整体法兰、对焊法兰、板式平焊法兰、对焊环 板式松套法兰、平焊环板式松套法兰、翻边环板式松套法兰、法兰盖。 2 2 2 法兰的密封面形式 法兰的密封面形式有：全平面( f f ) 、凸芒湎( m ) 、凹凸面( ) 、榫槽面( t g ) 、 环连接面( 1 u ) 等五种。 全平面密封面：常与平焊型式配合以适用于操作条件比较缓和的( p n l 0 m p a ) 工况下；常用于铸铁法兰或与铸铁连接的钢法兰。 回 基于p r o e 的法兰参数化系统设计第二章法兰参数化建模 凸台面密封面：是应用最广的一种型式，它常与对焊和承插焊型式配合使用，在 “美式法兰 中，常用在p n 2 0 、p n 5 0 和部分p n l 0 0 m p a 压力等级中；在“欧式法 兰 中则常用在p n l 6 、p n 2 5 m p a 压力等级。 凹凸面密封面：常与对焊和承插型式配合使用，在“美式法兰中不常采用，在 “欧式法兰 中常用在p n 4 0 m p a 等级中。但它不便于垫片的更换。 榫槽面密封面：使用情况同凹凸面法兰。 环连接密封面：常与对焊连接型式配合( 不与承插焊配合) 使用，主要用在高温、 高压或二者均较高的工况。在“美式法兰 中，常用在p n l 0 o ( 部分) 、p n l 5 0 、p n 2 5 0 、 p n 4 2 0 m p a 压力等级中。在“欧式法兰 中常用在p n l 0 0 、p n 2 5 0 、p n 3 2 0 、p n 4 2 0 m p a 压力等级中。 2 2 3 法兰的用途 整体法兰：常常是将法兰与设备、管子、管件、阀门等做成一体，这种型式在设 备和阀门上常用。如图2 - 2 所示。 “二k 丘卫j 黪c 鲁 图2 - 2 整体法兰 平焊钢法兰：适用于公称压力不超过2 5 m p a 的碳素钢管道连接。平焊法兰的密 封面可以制成光滑式、凹凸式和榫槽式三种。光滑式平焊法兰的应用量最大，多用于 介质条件比较缓和的情况下，如低压非净化压缩空气、低压循环水，它的优点是价格 比较便宜。如图2 - 3 所示。 第二章法兰参数化建模基于p m e 的法兰参数化系统设计 图2 - 3 平焊钢法兰 对焊钢法兰：用于法兰与管子的对口焊接。其结构合理，强度与刚度较大，经得 起高温高压及反复弯曲和温度波动，密封性可靠。公称压力为0 2 5 2 5 m p a 的对焊 法兰采用凹凸式密封面。如图2 - 4 所示。 翎翻 餮f i | 售蠢簟- 二! 鲎! e 。 图2 - 4 对焊钢法兰 承插焊法兰：是一端与钢管焊接另一端用螺栓连接的的法兰。常用于p n 1 0 0 m p a ，d n r 正在嵌入着单 i 勰瓣车占糍黪案糍警监k 监幽虹业龇 = = = ：= = = = = = 全部重新生成：1 已成功，0 已失败，0 已跳过= = = = = = = = = ： 全部重簇生减已成功 图3 - 6 重新生成的结果 3 3 3 编写注册文件 在v c 集成环境创建的p r o t o o l k i t 应用程序，必须先注册，向p r o e 系统传递应 用程序的信息，才能在p r o e 中运行。 ： 注册文件是一个记事本文件。制作一个“p r o t k d a t 的注册文件，通过这个文件 向p r o e 提供p r o t o o l k i t 应用程序的相关信息。这样才能使p r o t o o l k i t 应用程序加载 到p r o e 环境中，并在其中运行。注册文件中包含：n a m e ，s t a r t u p ，a l l o w _ s t o p ，e x e c _ f i l e ， t e x t _ d i r ，r e v i s i o n ，e n d 等字段。注册文件很小，但每一行都包含一个关键字。下面是 本系统注册文件p r o t k d a t 的内容： n a m e f a l a n s h e j i ( p r o t o o l k i t 应用程序的名称) s t a r t u p d l l ( 指定p r o t o o l k i t 的工作模式) e x e c _ f i l e e ：f a l a n s h e j i k d e b u g k f a l a n s h e j i m l ( 指定动态链接库文件的文件名和路名) t e x t _ d i r e ：f a l a n s h e j i t e x t ! 、i e h i n e s e _ c n k m e s s a g e 2 t x t ( 指定菜单文件和窗口信息文件的路径) a l l o w _ s t o p t r u e( 设置