基于Pro-E二次开发的铁道客车钢结构三维参数化CAD系统(精)

基于 Pro/E 二次开发的铁道客车钢结构三维参数化 CAD 系统江 渡 , 单 泉 , 兰丽华(大连铁道学院 机械工程系 , 辽宁 大连 116028摘要 :研究了如何应用 Pro/E 及其 二次开发工具 Pro/T OOL KI T 对铁道客车钢结构进行 三维参数化 设计 , 开发了 一个铁道客车钢结构三维参数化 CAD 系统的原型 , 并介绍了系统开发中的关键技术 。关键词 :参数化 ; 钢结构 ; P ro/E; 二次开发中图分类号 :TP391 72 文献标识码 :A 文章编号 :1007-9483(2002 05-0058-02A C AD S ystem of Passenger Train s Steel Structure Based on Pro/EJIANG Du, SHAN Quan, LAN Li-hua(Dalian Railw ay Institute, Liaoning Dalian, 116028, ChinaAbstract:Based on Pro/E and Pro/T OOL K IT , a 3D parametr ic desig n of passenger train s steel structure was developed. T he pa per introduced the key techniques used in t his system.Key words:P ar ametric; Steel Str ucture; P ro/E; Development在铁道车辆设计领域 , 日本、 德国等工业发达 国家已广 泛采用三维参数化 CA D 技术 , 设计结 果以三维实 体形式显 示。参数化 设计是指通过改动图形某一部分或某 几部分的 尺寸 , 自动完成对图形中其余部分的改动 , 从而实 现尺寸对 图形的驱动 , 其中进行 驱动所 需的 几何信 息和 拓扑 信息由 计算机自动提取。三维实体和参数化的有机结合 将大大提 高设计的效率。在我国 , 从产 品角 度考虑 的铁 道车 辆三维 参数化设计的 研究 并不 多。现以 Pro/EN GI NEER2000i 为 开发平 台 , 利 用 Pro/E 的二 次 开 发 软件 包 P ro/T O OLK IT 为开发语言 , 以 V isual C+作为 开发工具 , 参与 开发了铁 道客车钢结构三维参数化 CA D 系统。1 铁道客车钢结构三维参数化 CAD 系 统简介系统采 用了基于实例 推理 的参数 化设 计方 法 , 即在铁 道客车已有车型的基本钢 结构 的基础 上 , 通过 重新 选取钢 结构的某些零部件、 添 加新零 件以 及修改 他们 之间 的相对 位置来完成设计。系统由 4大模块 构成 :通过 V C+开发 的用 户界面 模块、利用 Pro/E 建立 零件 模 型库 及装 配 关 系模 型 库模 块、实现参数化的 Pro/T OOL KI T 应用程序 模块和 数据库 模块。系统操 作流程如下 :设计 人员 在用户 界面 中首 先选取 车型 (硬座、 硬卧等 和确定主要尺寸 (车长、 车宽、 车高和车 辆定距 , 系 统根据用户的选择将铁道客车已有此 类车型的 基本钢结构类型作为后面 用户 界面的 默认 取值 , 而 且在同 一选择框内还有其他几种类型的零件供选择。设 计人员可 根据设计要 求在 这些 用户 界 面上 的选 择 框中 重 新选 择零 件、 添加新零件以及修改零部件之间的相 对位置等 , 一切完 毕 后 , 这 些 参 数 将 存 入 数 据 库 。 然 后 调 用 Pro /E , 运 行 P ro/T O OLK IT 应用程 序 , 此程 序将 调用 数 据库 中的 数 据 , 进行客车 模型的装配 , 建立 起整 车的装 配模 型。当某 零部 件的形状、 尺寸或装配位置不合适时 , 设计人员返 回到用户 界面下修改其相应 项 , 然后再次装配客车模 型 , 程 序将自动 完成相关 项的修改。如此 反复 , 直到 用户 对整 车的装 配模 型感到满意 , 便可将此模型存储下来 , 还可以输出 零部件的 三视图。系统结构 图如图 1 所示。图 1 系统结构图2 系统实现的关键技术2 1 铁道客车钢结构的划分铁道 客 车 钢 结 构 根 据 车 辆 模 块 化 设 计 的 思 想 来 划 分 1。车辆模块化设计的思想就是将铁道车辆按 逻辑结构 自上而下 分解成若干独立 的模块 , 模 块下 再细 分成若 干子 模块。将这些模块进 行有 机组合 , 就 可组 成不 同的车 辆种 类。这种建模方法的明显优 点是可以使非常复杂 的模型很 有条理、 分块分层地建立起来。依此思想 , 铁道客 车钢结构 划分如图 2所示。收稿日期 :2002-05-10: ( , 男 , 辽宁抚顺人 , , CG&CAD 。582002年 9月 机械设计与制造工程 第 31卷 第 5期 图 2 铁道客车钢结构划分2 2 Pro/T OOL K IT 二次开发技术Pro/T O OLK IT 是 PT C 提供专门用 于对 Pro/E 进行二 次开发的软件包 2, 他为用户 或第 三方软 件程 序提 供了与 Pro/E 的无缝连接。 P ro/T OO LK IT 软件包提供了大量的 C 语言函数 , 可利 用 C 语言 编程来 增加 Pro/E 的 功能。 P ro/ T OOL KIT 采用面向对象的 设计风 格。他最基 本的 两个概 念是对象 和动 作。 Pro/T OOL KI T 应 用程 序主要 包括 3部 分 :头文件、 主程序、 自定义函数。头文件 :每 个 Pro/T OOL KIT 应用 程序 中必 须包 含头 文件 ProT oolkit. h, 且他必须放在所有头文件 的前面。如果 在应用程序中 用了 Pro/T OOL K IT 的 函数 , 程 序 中就 应包 含定义这些函数原型的头文件。主程序 :Pro /T OOL K IT 应用程序的主 程序与一般 C 程 序有所区别 , 他无须包含 main 函 数 , 但 必须包含 User ini tialize( 和 U ser terminate( 两函 数。函数 U ser initialize ( 在应用程 序被加载、 图形窗口创建 之后 , 用户和 P ro/E 交 互之前被调用。他必须包 含 Pro /T OO LK IT 应用程 序所需 的任何初始化 , 包括对 Pro/E 菜单的 任何改动 , 如在 Pro/E 界面上添加 菜单 和按 钮 ; 函数 U ser terminate( 在 Pro/E 会话结束时被调用 , 他返回值的类型为空值型 。自定义函数 :这是用户 自己编 写的部 分 , 他对应 Pro/E 界面上添加菜单中按钮的 动作 , 这 些动作 都通 过函 数来实 现。在本系 统的开发中 , 笔者 自行 添加的 函数 有 :调用 (实 体、 装 配体 和 三 视图 等 函数 U serL oad( 、 尺 寸 修 改 函数 U ser DimMo d( 、 装配函数 UserAsmCompAssembleByCsys( 、 给族表添加子零 件的 函数 UserFamAddInst( 、 从族 表中提 取子零件的函 数 U serFamInstRetrieve( 以及生成 三视图函 数 UserDrawingExport( 等。Pro/T OOLK IT 应用程序除了在 Visual C+环境下编 译 (Compile 无 错 后 , 还 必 须 在 命 令 提 示 符 下 编 译、 链 接 (nmake , 生成可执行的 exe 或 dll 文件。该命令为 nmake -f *, 其中 *为对应的 make 文件名。 make 文件的样板文 件在 pr oe2000i protoolkit i486nt obj 下。2 3 铁道客车钢结构零件的生成族表 (Family T able 是 P ro/E 中一 个 利用 表 格来 驱动 模型的工具。他的优点 是节省 文件 保存所 需的 硬盘空 间 ; 减少建模的工作量 ; 便于 相似零 件的 统一管 理。缺 点是装 配时不能直接 调用。对 于客 车钢 结 构的 零件 , 先 在 Pro/E 表格中 , 然后 用户 通过 Pro/T OOL K IT 应 用程 序往 表 格中 写入新的参数值 , 就 可创建 同一 形状的 一系 列零 件。钢结 构零部件 是焊接起来的 , 这需 要将某 些零 件的 某些部 分切 除以便焊接 , 因此将零件焊接时须切除的部 分设为特征 , 特 征是可控制的 ; 然后根据 用户 所选的 零部 件的 具体情 况由 P ro/T OOL K IT 应用程序 来控 制零件 某部 分是 否切除 以及 切除部分 的尺寸大小 , 这样便实现了焊接接头的参数化。 2 4 铁道客车钢结构零部件的装配对于 装配 , Pro/E 提供了很 多种方 法 , 如 :两 平面密 合、 中心线重 合、 轴孔插入、 两平面平行、 坐标系 重合、 两曲面相 切等等 3。本系统 采用 坐 标系 重 合法 ! 。 首先 建 立一 个 空装配 ! 模型 , 即该模型中只有坐标系 , 而这些坐 标系将起 到定位各 零部件的作用 ; 然后 在装配 时将 各零 部件的 坐标 系和 空装配 ! 中对 应的坐标系相重合。装配关系 模型库就 是由各个 部件对应的 空装配 ! 模型组成的。客车 钢结构的 参数化设 计很大程度上体 现在零 部件 的参 数化装 配上 , 为 了得到客 车钢结构的参数 化装配 模型 , 首 先确 定各零 部件 的装配关 系并建立参数化 的树型 结构 , 以 确定 各零部 件的 布置顺序 和相关零部件的关系 , 这样建立的 空 装配 ! 模型 就组成了 装 配关 系 模 型库 ; 然 后按 照 用 户 的要 求 在 Pr o/ T O OLK IT 应用程序中应用 坐标 系重合 法 ! 对各零 部件进 行装配 , 并对各零部件的 相对 位置参 数进 行变 量化和 尺寸 驱动 , 从而建立起参数化的装配模型。3 系统运行及结果在 Pro/E 中要运行应用 程序生成的可执行文 件或动态 链接库文件 , 必须在 Pro/E 中对注册 文件进行注 册 3。注 册分手动 注册和自动注册两种。手动注册就 是在 Pro /E 界 面上选取 U tilities Aux iliary A pplication 对话框加载该注册 文件。自动 注 册 有 4种 :一 是 将 注 册 文 件 命 名 为 pro tk dat, 并放在 Pro/E 的启 动目录 下 ; 二是 将注 册文 件放 在 Pro/E 的启 动 目录 下 , 并 在 启 动目 录 下创 建 一个 con fi g pr o 文 件 , 其 中 设 置 一 句 T O OLK IT R EG IST RY F IL E *即可 , *就 是要注 册的 注册文 件名 ; 三是将 注册 文 件 命 名 为 protk dat, 并 放 在 路 径 #Pro/E /#M A CHI NE /text/#LAN GU AGE 下 ; 四是将注册 文件命名 为 protk dat , 并放在 路径 #Pro/E /text 下。这 样 , 只要 运行 Pro/E 就能自动加载该 注册文件并运行指定 的可执行 文件或动态链接 库文 件。笔者 提供一 个适 合大量 组装 零、 部件的 config pro 文件如下 所示 :BEL L NOD ISPLAY SHADEDAT UM DISPL AY N ODAT UM PO INT DI SPL AY NOD ISPLAY COORD INAT E SY S NOAX IS DI SPL AY NOSPI N CEN T ER DISPL AY N OT O OLK IT REGIST RY F IL E * DA T(下转第 62页 59%计算机应用 % 江 渡 单 泉 兰丽华 基于 Pro/E 二次开发的铁道客车钢结构三维参数化 CAD 系统 图 3 第一种插值结果 图 4 第二种插值结果表 1 实验结果mm最小间隔(模糊区间分割间距 规则库 规则数 采样点数 (未重复区间个数 最小绝对误差 (绝对值 最大绝对误差 (绝对值 最大绝对平均误差(绝对值 0 22601600(533 00 4028520 0689534000(2015 00 2501720 0437840 0225100140000(36983 00 0764340 010508120000(952180 0363070 006644注 : 采样点随机获取。图 5 第三种插值结果图 6 第四种插值结果通过实验结果分析可 知 , 影响 曲面拟 合精 度的 因素主 要在两个方面 :(1 模糊分割区间的最小间隔 ; (2 采样点的 个数。而其 中起决定作用 的是 前一个 因素 , 为 了达 到理想 的拟合结果 , 需要将区间分割得尽可能的小。综上所述 , 以上所 提出的 模糊 推理算 法可 以较 好地完 成对大量散乱数据点的插 值 , 尤其 适合于 处理 激光 扫描仪 等一类仪器对曲面扫描后得到的大量散乱数据点。 参考文献 :1 柯映林 , 肖尧先 反求工程 CAD 建模技术研究 J 计算机辅助设计与图形学学报 , 2001, 13(6 :570-575 2 , 3 王士同 模糊系统、 模 糊神经网 络及应 用程序 设