硕士学位论文_波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发.doc

南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 I 目目 录录 1绪论绪论 1 1 1课题背景和研究 1 1 1 1 输送机发展现状与趋势 1 1 1 2 课题来源及研究意义 3 1 2快速设计方法及国内外研究概况 4 1 2 1 快速设计方法 4 1 2 2 国内外研究概况 6 1 3本文研究的主要内容 6 2输送输送机机快速设计需求分析与总体设计快速设计需求分析与总体设计 8 2 1系统需求分析 8 2 1 1 系统的功能需求 8 2 1 2 系统的性能需求 8 2 1 3 系统的资源需求 9 2 2系统功能与结构研究 11 2 2 1 总体设计目标 原则 11 2 2 2 系统总体组成和逻辑结构 12 2 3系统框架 13 2 4本章小结 14 3面向生产的输送机快速设计系统研究面向生产的输送机快速设计系统研究 15 3 1面向生产的输送机参数化设计系统概述 15 3 1 1 面向生产的输送机参数化设计任务 15 3 1 2 参数化设计的方法 15 3 2波状挡边带式输送机快速设计主要内容 18 3 2 1 产品模块化 19 3 2 2 产品尺寸分析 19 3 2 3 波状挡边带式输送机设计与计算 20 3 3典型零件参数化设计分析 28 3 3 1 零件的驱动尺寸 28 3 3 2 零件内部尺寸关系 29 3 4生产图的生成 30 3 4 1 参数化绘图的实现 30 3 4 2 零件图的生成 31 3 4 3 总装图的生成 33 3 5本章小结 40 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 II 4面向客户的输送机方案快速设计和报价系统研究面向客户的输送机方案快速设计和报价系统研究 41 4 1波状挡边带式输送机快速设计方法与报价原理 41 4 1 1 输送机结构分析 41 4 1 2 客户需求与输送机方案快速设计概述 43 4 1 3 波状挡边带式输送机报价概述 44 4 2波状挡边带式输送机方案设计 45 4 2 1 客户需求与输送机结构分析 46 4 2 2 波状挡边带式输送机尺寸分析 46 4 2 3 几何结构关系 48 4 2 4 设计变量 49 4 2 5 主要尺寸关系分析 49 4 2 6 方案快速设计程序流程分析 50 4 3输送机报价系统设计 50 4 3 1 影响成本的因素 51 4 3 2 波状挡边带式输送机成本的计算模型 51 4 3 3 报价系统程序流程分析 52 4 4方案快速设计和报价系统集成 52 4 5本章小结 53 5输送机快速设计系统的实现输送机快速设计系统的实现 55 5 1方案快速设计和报价系统实现 55 5 1 1 实现工具 55 5 2 2 系统界面 57 5 2本章小结 61 6总结与展望总结与展望 62 6 1论文工作总结 62 6 2未来展望 62 致致 谢谢 64 参考文献参考文献 64 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 1 1 1绪论绪论 随着全球经济一体化进程的加快 客户对产品的设计质量要求越来越高 交货 期要求越来越短 在产品的寿命周期中 作为现代产品生产的关键环节 产品设计 过程对于缩短企业的产品研制开发和制造周期 提高质量 改善产品性能起着至关 重要的作用 本课题的提出就是基于完成产品快速设计和报价而进行的系统研究 1 11 1课题背景和研究课题背景和研究 经济的快速发展使胶带输送机在码头 货场 料仓发挥着越来越重要的作用 近年来工业发展的趋势使带式输送机朝着多品种 高速度 大功率 大运量 长距 离的方向发展 在条件适当的情况下 采用带式输送机输送散料具有明显的经济效 益 1 1 11 1 1 输送机发展现状与趋势输送机发展现状与趋势 输送机发展现状 波状挡边带式输送机在国外各行业已广泛应用 但在我国还是一种新型的带式 输送机 普通带式输送机的输送倾角一般在以下 1 需要达到较大的提升高度时 18 将会出现输送距离长 占地面积大 土建工程量大 工艺布置复杂等缺点 从而大 量增加工程投资 波状挡边带式输送机吸收了传统带式输送机 斗式提升机 埋刮 板输送机的共同优点 同时又克服了普通胶带输送机的缺点 它的输送倾角可 在 范围内任意布置 2 有利于老厂房改造 该机的研制和推广应用 可节 0 90 约大量土地资源 减少土建工程量 降低工程投资 对我国工业的发展具有重要意 义 普通带式输送机由于受到物料与输送带摩擦系数的限制 输送物料的倾角不能 过大 一般最大倾角只能达到 提高输送机倾角可采用深槽的托辊组 圆 18 20 管输送机 压带式输送机 花纹输送带式输送机等方法 而波状挡边带式输送机则 是真正实现大倾角输送物料的重要形式 波状挡边带式输送机最早 20 世纪 60 年代 由德国的 Svedala Flexowell 公 司研制 该公司与汉诺威大学合作 最先建立了波状挡边带式输送机的试验台 20 世纪 80 年代末开始向大型化发展 其产品已达到 55000 余台 分布于 90 多个国家 和地区 广泛应用于煤炭 冶金 建材 化工 水电 矿山和港口等部门 1969 年此技术被引进到美国和加拿大 但当时并没有引起重视 直到 1989 年 世界最大的输送机生产厂 美国胶带服务公司创建了挡边输送带部 才使波状挡 边带式输送机在北美洲得到发展 此后 美国的 Lake Shore Ming 公司 英国的 Dowty Meco Namec 法国的 Bandabor 等公司均生产这种大倾角带式输送机 国外 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 2 目前波状挡边带式输送机输送能力在以下和带速在以下时 提升高度ht 2000sm 5 可达 当提升高度为 带速为时 输送能力可达 1 m500m200sm 75 3 ht 6000 我国从 20 世纪 80 年代初开始研制波状挡边带式输送机 1990 年北京起重运输 机械研究所开发出 DJ 型波状挡边带式输送机系列图纸并开始推广使用 经过 10 余 年的生产实践 技术得到了不断完善和改进 1998 年 北京起重运输机械研究所 青岛运输设备厂 九江市飞达机械设备制造有限公司等作为主要起草单位 制定了 波状挡边带式输送机行业标准 JB T8908 1999 进一步推广了我国波状挡边带 式输送机的发展 目前全国已有 50 多个厂家生产了 6000 多台波状挡边带式输送机 据调查 国内每年波状挡边带式输送机的需求量为 1500 2000 台 1 我国自贡运输 机械总厂于 1999 年为四川省投资公司生产了一台提升高度为 带宽 m 5 104mm800 输送量的波状挡边带式输送机 该机的提升高度是亚洲之最 目前国内波状ht 140 挡边带式输送机系列参数为 带宽 挡边高 带速 倾角mm1600mm400sm 25 输送量 2 90ht 300 相比之下 国内目前能够生产的波状挡边带式输送机运输能力 提升高度 运 行带速都较低 与国外先进水平有较大差距 波状挡边带式输送机的应用范围也有 待于进一步扩大 因此 对波状挡边带式输送机结构的优化设计和输送带的研究成 为当务之急 波状挡边带式输送机的发展趋势 波状挡边带式输送机今后总体上应朝大运量 大带宽 高提升高度方向发展 此外 该机的发展还将体现在以下几个方面 1 2 支撑方式的改变 输送带的支撑方式对输送机的稳定运行起重要作用 现已形成的采用环形吊挂 索道和轨道的波状挡边带式输送机和口袋式输送机的构想都有可能在不久的将来实 现 灵活的布置方式 波状挡边带式输送机可以和通用带式输送机一样 成为移动或移置输送机 从 而适应矿山开采的需要 应用范围的拓广 由于波状挡边带式输送机的大倾角输送物料能力强 使同一条输送机可以适应 在不同工作要求的不同倾角范围远远的优于通用带式输送机 目前已经应用改变倾 角进行卸船 这种 可变 特点今后将使波状挡边带式输送机广泛地在不同领域中 应用 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 3 图 1 1 波状挡边带式输送机 一 图 1 2 波状挡边带式输送机 二 1 1 21 1 2 课题来源及研究意义课题来源及研究意义 本课题来源于企业 真题真做 具有很强的工程背景和研究价值 课题来源 本课题来源于九江飞达机械设备制造有限公司 该公司创建于 1993 年 企业 主导产品为各类带式输送机 生产负荷饱满 年产值近 2000 万元 典型产品有交通 部三航四公司混凝土搅拌船输送机 深圳新丽鑫 外资企业 混凝土输送机 九江 常鑫公司 外资企业 高位料仓输送机 随着飞达公司输送机业务的不断拓展 订单逐年增加 设计压力增大 另一方 面 随着我国轨道交通投资力度的不断加大 有越来越多的国内外企业参与了同类 产品的市场竞争 在这种情况下 飞达公司原有的设计能力已不能适应市场对企业 快速响应能力的要求 因而产生了本课题要研究的问题 即波状挡边带式输送机设 计如何在获得用户基本要求后 用最短时间寻找最优倾角 使整机在保证输送量要 求的前提下占地面积最小 输送带最短 成本最低 并提供输送机整机结构方案和 准确报价 本课题的主要目标就是采用现代方法理念 基于知识工程的开发方法 在 AutoCAD2000 平台上进行二次开发 完成一套适合于波状挡边带式输送机的快速设 计和快速报价系统 课题的研究意义 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 4 本课题完成后 将产生良好的社会效益和经济效益 缩短设计周期 传统设计在收到用户提供的基本要求和参数后 至少需要 2 3 名工程设计人员 用 15 20 天完成整机结构工艺方案设计和报价 完成本课题后仅需 2 天即可完成 提高设计质量 由于采用优化设计手段 可以实现在保证输送高度和输送量的前提下 提高输 送速度 减小整机体积 降低产品成本 本课题的完成 由于节省了设计时间 可以大量降低设计成本 由于参数合理 减小了整机体积 缩短了胶带长度 降低了产品制造成本和工程施工成本 与普通 带式输送机相比可节约投资 提高了经济效益 20 30 提高企业市场竞争力 本课题的研究成功 可以提高企业快速响应市场的能力 使企业在最短的时间 内为用户提供性能好 价格低 可靠性强的设计方案 极大地提高企业市场竞争力 实现产品快速修改与重构 该课题的完成 将提供一个波状挡边带式输送机智能设计系统 不仅为合作企 业系列产品的快速修改和重构提供极大方便 如系统能在行业推广使用 还将产生 巨大的社会效益 1 21 2快速设计方法及国内外研究概况快速设计方法及国内外研究概况 机电产品的结构 功能 质量 成本 交货时间 制造工艺性 维修工艺性 产品报废后处理等全生命周期内的各环节 原则上都是在产品的设计阶段确定的 3 据统计 产品生命周期成本的 是由设计阶段最早的 工作决定 80 90 10 20 的 而合同型企业的产品开发周期占整个产品交货期的以上 随着现代科学技 60 术的发展 机械产品的市场寿命不断缩短 企业间竞争不断加剧 因此要求企业必 须具备快速响应市场的能力 具备从捕捉产品信息到及时投放市场的全面快速响应 能力 4 主要包括 快速捕捉产品市场动态需求信息及决策机制 产品快速设计 产品快速制造工程 其中产品快速设计是企业快速响应市场的关键 1 2 11 2 1 快速设计方法快速设计方法 现代设计理论的方法和技术主要有 并行设计 Concurrent Design 5 协同 设计 Collaborative Design 虚拟设计 Virtule Design 快速原型设计 Rapid Prototype Technology 面向大批量定制的设计和基于产品全生命周管理 Product Data Management PDM PLM 的设计等等 这些设计方法较多注重设计活 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 5 动的外延 而对设计本质 如如何重用企业及行业已有的设计资源 如何改进和提 高产品开发过程关注不够 参数化 Parametric 设计是 80 年代末提出的一种 CAD 产品设计方法 参数化 设计是指参数化模型的尺寸用对应关系表示 而不需要确定具体数值 变化一个参 数值 将自动改变所有与它相关的尺寸 并遵循约束条件 这就是采用参数化模型 通过调整参数来修改和控制几何形状 自动实现产品的精确造型 参数化设计与传统方法相比 最大的不同在于它储存了设计的整个过程 能设 计出一族而不是单一的产品模型 传统的人机交互式绘图一般需要用精确的尺寸值 定义几何元素 输入的每一条线都必须有确定的位置 图形一旦建立 即使结构相 似但要改变图形大小尺寸 只能对图形进行编辑 而工程设计中 一方面 进行新 产品设计不可避免地要多次反复修改 进行零件结构和尺寸的综合协调 优化 另 一方面 机电产品设计的大量零部件图形结构具有一定的相似性 特别是对于结构 定型的产品设计 需要针对用户需求提供不同吨位 功率 规格的产品型号进行设 计 以便形成系列 利用参数化技术进行设计可以十分容易地修改图形 并能将以 往的某些产品设计的经验和知识继承下来 设计人员就可以把时间 精力集中于更 富创造性的概念和整体设计上去 因此可以充分发挥创造力 提高设计效率 所以 参数化设计在实际工程设计中得到了非常广泛的应用 参数化技术的出现是 CAD 技术的一次重大革命 在此之前的造型技术都属于约 束自由造型 随着计算机的诞生 机械设计师就梦想着实现机械设计的自动化 以 将设计人员从繁琐复杂的传统设计中解脱出来 CAD 技术一直沿着这条主脉发展 参数化设计技术是追寻梦想的必然产物 对于结构比较定形的产品 在建立参数化 模型的基础上 通过调整参数可修改和控制几何形状 自动实现产品的精确造型 由此大大提高产品的设计效率和设计质量 参数化设计技术出现的时间还不太长 目前仍处在不断发展和完善时期 传统的几何造型系统是针对事先已确定了的几何形状和具体尺寸来建立几何模 型 称之为静态造型系统 使用这种系统 从一开始设计 就要确定最终的几何模 型 很难进行修改 而实际产品的设计过程要历经概念设计 草图设计 详细设计 等多个过程 在这些过程中 产品的模型要被反复地修改优化直至形成满足各方面 要求的几何模型 因此是一个动态的过程 显然 静态的几何造型系统根本无法适 应产品开发的动态过程 另外 一个产品的更新 改型 都具有一定的继承性 应 充分利用原有产品的几何模型 经适当修改 即可很快生成新的几何模型 还有 很多系列化的标准件或零件 其形状几乎相同 只是具体尺寸不同 如果这些只需 要修改尺寸大小的几何模型都要重新建立 将浪费很多人力并延长产品开发周期 参数化设计过程可视为约束满足的过程 设计活动本质上是通过提取产品有效 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 6 的约束来建立其约束模型并进行约束求解 参数化设计的主体思想是用几何约束说 明产品模型的形状特征 从而达到设计一族形状或功能上具有相似性的设计方案 并获得支持 CAD 各种决策和分析活动的能力 设计活动中的约束主要来自功能 结 构和制造三个方面 功能约束是对产品所能完成的功能的描述 结构约束是对产品 结构强度 刚度等的表示 制造约束是对制造资源环境和加工方法的表达 在产品 设计过程中将这些约束综合成设计目标 并将它们映射成为特定的几何 拓扑结构 从而转化为几何约束 所谓几何约束就是要求几何元素之间必须满足某种特定的关 系 将几何约束作为构成几何 拓扑结构的几何基准要素和表面轮廓要素 可以导 出各种形状结构的估计和形状参数 从而形成参数化的产品几何模型 参数化设计方 法与传统设计方法相比较 最大的不同在于它存储了设计的全过程 类比设计出一 族而不是单一的产品模型 它使设计人员不需要考虑细节而尽快草拟零件图 并可 以通过变动某些约束参数来更新设计 而无须从头经历产品设计的整个过程 参数 化技术避免了重复劳动 避免了资源的浪费 1 2 21 2 2 国内外研究概况国内外研究概况 我国企业对市场的快速响应能力与发达国家相比具有明显差距 对我国 2000 种 机电新产品抽样调查显示 产品开发周期平均为 18 个月 而美国早在 1990 年就实 现了新产品设计周期为 3 个星期 试制周期为 3 个月 6 的产品开发能力 因此 产 品设计 交货周期长已成为我国企业在国内外市场竞争中失利的重要原因 钟廷修研究了快速响应工程及快速响应设计 提出有效利用产品信息资源是实 现快速响应的关键 采用变型设计实现快速响应的策略 6 陈满意等提出了一个面 向快速响应的机械产品集成设计系统体系结构 7 文 8 提出了一个初步的设计资源 管理方法 通过扩展产品 CAD 模型成为可重用资源单元 并提供网络化的开放的存 取机制 从而最大化的重用公司或世界范围的设计资源 目前 基于约束的参数化设计主要应用在相似零件的快速生成和修改 机构分 析 公差分析和设计优化等方面 在已有的参数化造型系统中 允许的几何约束类 型基本上是组成产品形体的几何实体之间的公称尺寸关系和尺寸之间的工程关系 因此 参数化设计技术又称为尺寸驱动技术 dimension driven geometry 各种参 数化设计技术也主要因几何约束关系的表达方式 允许或能够处理的约束类型 约 束求解方式以及几何的构造方式的处理方法不同而异 1 31 3本文研究的主要内容本文研究的主要内容 本文共分为六章 第一章宏观介绍课题来源与背景 研究内容与意义 提出本课题研究任务为开 发波状挡边带式输送机快速设计与快速报价系统 简要介绍快速设计方法和国内外 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 7 发展现状 第二章从总体上对系统进行需求分析 功能分析和结构研究 提出整个系统的 框架结构 第三章是全文的核心内容 主要进行面向生产的输送机快速设计系统研究 讨 论参数化设计方法 研究输送机快速设计的主要内容 典型零件参数化设计 零件 图和输送机总装配图的自动生成 第四章也是全文的核心内容 为面向客户的输送机快速设计与报价系统方案研究 主要讨论输送机快速设计和报价的原理 客户需求与输送机总体结构 输送机成本 组成 快速设计与快速报价流程 第五章输送机快速设计系统的实现 介绍系统开发环境 方案的实现工具和系 统工作界面 第六章总结与展望 对本文所做工作进行了归纳总结 提出了研究存在的不足 和下一步研究打算 第一章 绪论 第二章 输送机快速设计需求分析与总体设计 第三章 面向生产的输送机快速 设计系统研究 第四章 面向客户的输送机方案快速 设计和报价系统研究 第五章 输送机快速设计系统的实现 第六章 总结与展望 图 1 3 论文体系结构示意图 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 8 2 2输送机快速设计需求分析与总体设计输送机快速设计需求分析与总体设计 要完成一个系统开发 首先必须明确系统的总体要求 即系统在功能要求 性 能要求和资源方面的需求等 只有这样 才能使开发工作有的放矢 2 12 1系统需求分析系统需求分析 系统的需求分析包括对系统的功能需求 性能需求和资源需求分析 2 1 12 1 1 系统的功能需求系统的功能需求 飞达公司对波状带式挡边输送机快速设计系统功能的具体要求是 能根据不同的设计参数自动实现整个输送机产品的快速设计 各零部件能自 动与总装配体关联变化 能自动生成产品的总装配图和主要部件的二维工程图 能自动选择标准件型号规格 能自动进行整机价格估算 用户参数输入界面简洁友好 这些需求归结到一点 就是要开发出波状挡边带式输送机快速设计系统和快速 报价系统 2 1 22 1 2 系统的性能需求系统的性能需求 本课题所开发的系统除了应该具有必要的功能之外 还应该保证系统在实施和 运行过程中具有良好的性能 飞达公司对系统性能有着多方面的要求 不仅包括系 统对产品开发应具备的作用的性能要求 也包括系统正常运行在安全性 可靠性等 方面的要求 波状挡边带式输送机快速开发系统应具有支持产品开发过程优化的能力 现代企业的竞争力 来自于它对快速多变市场的适应程度和反应速度 即根据 市场的变化情况 迅速调整人力 物力资源 在尽可能短的时间内做出科学合理的 决策反应 在最短的周期内生产出市场所需求产品的能力 市场竞争日益激烈的环 境下 通过有效缩短产品的形成周期 加快产品的开发步骤 是企业全面提高经济 效益 在市场竞争中取胜的关键所在 系统应具有支持维护产品全生命周期数据的能力 产品全生命周期数据包括从几何拓扑关系描述产品的各种零部件及其装配图到 从产品加工制造角度描述产品的工艺 工装设计信息 包括从制造装配角度描述产 品的各种表格文件到产品名细表 标准件表 外购件表 通用件表 原材料需求等 信息 包括产品开发的设计规范 工艺规范 加工规范 质量规范到产品出厂后的 维护保养规范 售后服务规范等等 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 9 系统应具有安全性和可靠性 系统数据的安全性 产品数据是企业的生命线 数据安全与否直接关系到企业 的企业的生存和发展 数据的安全包括数据即信息的保密性 数据信息的完整性 数据信息的可用性 信息的保密性必须确保重要的技术信息从输入开始到有效的整 个信息生命周期内不被非法浏览和盗用 信息的完整性确保信息从输入开始到信息 失效的整个信息生命周期内 信息不被非法篡改和破坏 在设计审核文件等文件中 必须确保信息的施加者与信息的关系呈一一对应关系 系统的集成性 开放性和扩展性 集成性是指快速设计与报价系统与 PCCAD 系 统之间信息的有效集成和共享 以实现产品开发流程的有效展开 开放性是指能够 随着产品开发应用技术的发展 系统能够接纳新的应用技术 并保证各应用之间信 息的有效集成和共享 可扩展性是指根据企业产品开发实际需求的变化 系统具有 增加新功能的能力 同时 各子系统要能提供标准的行业编程工具 包括应用程序 接口 API 内嵌式 VBA OLE 功能函数 编码规则设计器等 方便用户根据自己的 需要百分之百地实现系统的本土化 并为用户 合作伙伴 及实施队伍进行二次开 发建立良好技术基础 此外 整个系统还应具有所有应用系统的一般性能要求 如要求硬件系统工作 可靠 性能稳定 软件系统有良好的人机界面 运行可靠 无二义性 操作方便 灵活 易于理解 能够引导用户快捷地完成整机设计和报价工作 2 1 32 1 3 系统的资源需求系统的资源需求 绝大多数的机械设计是基于美国的 Autodesk 公司提供的 AutoCAD 平台 它的 开放式的体系结构允许用户或二次开发商拓宽新的功能和设计各种应用程序 Autodesk 公司为满足广大用户的需求 自 AutoCADV2 17 版至 AutoCAD2000 的短短 十几年间 就相继推出了三代二次开发工具 9 12 第一代开发工具 AutoLISP AutoLISP 是 1985 年随 AutoCADV2 17 提供的二次开发工具 它是一种人工智能 语言 是嵌入 AutoCAD 内部的 COMMON LISP 的一个子集 在 AutoCAD 的二次开发工 具中 它是唯一的一种解释型语言 使用 AutoLISP 可直接调用几乎所有的 AutoCAD 命令 AutoLISP 语言最典型的应用之一是实现参数化绘图程序设计 包括尺寸驱动 程序和鼠标拖动程序等 另一个典型应用就是驱动 AutoCAD 提供 PDB 模块构成 DCL Dialog Control Language 文件 创建自己的对话框 第二代开发工具 ADS ADS AutoCAD Development System 是 AutoCADR11 开始支持的一种基于 C 语 言的灵活的开发环境 ADS 可直接利用用户熟悉的 C 编译器 将应用程序编译成可 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 10 执行文件后在 AutoCAD 环境下运行 既利用了 AutoCAD 环境的强大功能 又利用了 C 语言的结构化编程 运行效率高的优势 第三代开发工具 Visual LISP Object ARX 及基于 AutiveX Automation 技术的 VBA 等 Visual LISP VLISP VLISP 是 AutoLISP 的换代产品 它与 AutoLISP 完全兼容 并提供它所有的功 能 是新一代的 AutoCAD LISP 语言 VLISP 对语言进行了扩展 可以通过 Microsoft ActtveX Automation 接口与对象交互 同时 通过实现反应器函数 还 扩展了 AutoLISP 响应事件的能力 作为开发工具 VLISP 提供了一个完整的集成开 发环境 IDE 包括编译器 调试器和其他工具 可以提高二次开发的效率 另外 VLISP 还提供了工具用于发布独立的应用程序 ARX ARX AutoCAD Runtime extension 是 AutoCAD R13 之后推出的一个以 C 语 言为基础的面向对象的开发环境和应用程序接口 ARX 程序本质上为 Windows 动态 链接库 DLL 程序 与 AutoCAD 共享地址空间 直接调用 AutoCAD 的核心函数 可 直接访问 AutoCAD 数据库的核心数据结构和代码 以便能够在运行期间扩展 AutoCAD 固有的类及其功能 创建能够全面享受 AutoCAD 固有命令特权的新命令 ARX 程序与 AutoCAD Windows 之间均采用 Windows 消息传递机制直接通讯 在 AutoCAD R14 的开发环境中 ADSRX 是 ARX 的一个子集 它等效于 ADS 使用 ADSRX 能够用 C 语言编写基于 AutoCAD 的程序 也能很方便地将 ADS 程序移值为 ARX 程序 基于 ActiveX Automation 技术的 VBA 等开发工具 ActiveX Automation 是一套微软标准 以前称为 OLE Automation 技术 该标 准允许通过外显的对象由一个 Windows 应用程序控制另一个 Windows 应用程序 这 也是面向对象编程技术的精髓所在 ActiveX Automation 技术的完全面向对象化编 程的特点 使其开发环境具备了强大的开发能力和简单易用的特点 开发工具的选 择也具有很大的灵活性 AutoLISP 具有同时用于开发小型和大型项目的一些独有的优点 这些优点包括 AutoLISP 的交互作用和可利用灵活的表数据结构 用以控制各式各样的图形数据 AutoLISP 中的很多函数都支持表数据结构 在其它语言中表达复杂的图形数据可能 是额外的编程工作 它可能会使设计人员进入指针的 迷宫 或需要编写专门的支 持程序 而在 AutoLISP 中 利用简单而功能强大的表结构通常可以满足结构化数据 方面的所有需求 另外 辅助工具也有助于 AutoLISP 能同类似 C 语言 具有一个丰富的编程环境 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 11 的语言 那样的语言竞争 这些辅助工具包括用于 AutoLISP 的语法检查编辑器 调 试器 库和代码分析器 2 22 2系统功能与结构研究系统功能与结构研究 在系统需分求分析的基础上 必须进一步研究系统的功能 组成和结构 根据 系统总体设计的目标和原则进行系统框架研究与设计 2 2 12 2 1 总体设计目标 原则总体设计目标 原则 系统开发的总体目标实现波状挡边带式输送机的快速设计与快速报价 具体分 述如下 建立波状挡边带式输送机零部件数据库 图形库 为了提高设计效率 在 AutoCAD 平台上 利用参数化技术开发挡边带式输送机 元件库 典型结构库 并将输送机元件和典型结构的规格尺寸存放在数据库中 图 形库存放波状挡边带式输送机设计所需的各种元件 组建 标准件 非标准件和设 计时用到的各种符号 格式等 归纳整理波状挡边带式输送机设计相关专家知识库 专家系统的核心是知识库 知识库的完善与否将决定专家系统的优劣 知识库 由事实概念库 设计规则库 内外部数据库和框架组成 该模块收集波状挡边带式 输送机设计专家的基本思想 应用专家系统的知识表达方法描述方案设计中的不同 知识 并将不同知识联系起来建立方案设计知识库 设计挡边带式输送机设计相关知识推理机 推理机是利用知识库中现有的知识 按一定的推理策略 模拟波状挡边带式输 送机专家选择类型 确定元件 并调用程序库中的绘图程序生成元件模型及各元件 间的合理布局等 也就是说 推理机根据知识库中的规则进行搜索和匹配 利用人 机接口输出挡边带式输送机元件或结构图 通过装配设计输出装配图 建立输送机成本计算模型 完成快速报价 根据设计结果 建立相应的产品成本计算模型 对输送机成本进行计算 并按 合理利润空间进行报价 其成果体现为 建立快速设计对话框 在输入用户提供的基本参数水平投影 长 垂直提升高度 输送量和其它约束参数后 通过系统自动设计计算 LHht 达到以下功能 确定最佳倾角 得出整机设计方案 自动进行精确计算 快速得出整机报价 自动绘制整机总装图 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 12 2 2 22 2 2 系统总体组成和逻辑结构系统总体组成和逻辑结构 一个完善的计算机设计系统首先应该具备良好的可使用性和可操作性 也就是 说 系统的使用是面向用户的 而不是面向系统设计人员 因此应该使界面更加友 好 达到可视化的程度 本课题使对话框控制语言 Dialog Control Language 简 称 DCL 语言 设计对话框 系统的总体组成 整个系统由任务书 平面布置 结构设计 设计资料 系统配置 使用帮助六 个子系统构成 任务书模块主要负责处理输送机设计基本参数的输入及管理 平面布置模块根据计算结果 按照设计规则 进行平面布置图的设计 结构设计子系统负责输送机的结构设计 包括机身设计 头架设计 驱动装 置设计和其他零件设计 设计资料模块负责有关标准数据的管理和维护 系统配置模块负责该系统的环境及基本配置 使用帮助提供系统操作帮助 系统的逻辑结构 整个系统的各个子系统之间相互关联 图 2 1 为系统总体结构 波波状状挡挡边边带带式式输输送送机机参参数数化化设设计计系系统统 任任务务书书 参参数数化化绘绘图图 使使用用帮帮助助系系统统配配置置设设计计资资料料结结构构设设计计平平面面布布置置 机机身身设设计计其其它它零零件件设设计计驱驱动动装装置置设设计计头头架架设设计计 二二维维零零件件图图自自动动装装配配 总总装装设设计计 图 2 1 系统总体结构 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 13 2 32 3系统框架系统框架 如图 2 2 所示 系统总体框架由用户需求分析 用户参数输入 快速方案设计 快速报价 快速详细设计 零件图生产和装配图生成七个部分组成 其中主要模块 快速方案设计 快速详细设计和快速报价又可以细分如图 2 3 所示 用户需求分析模块主要是对用户提出的输送物料性能 输送水平投影距离和垂 直提升高度 输送量要求进行分析 并要求用户提供施工工艺相关要求 场地基本 情况等 为系统工作打下基础 用户参数输入模块主要完成物料性能参数 输送距离要求 输送量要求和预设 参数的输入 为系统设计计算提供依据 快速方案设计主要是在满足设计要求的情况下 通过优化计算确定输送机倾斜 段最小倾角 使整机造价最低 快速详细设计模块是在得到客户确认输送计倾角后对输送各零部件的进一步设 计 标准件和外购件的选型 整机的运动仿真分析等 快速报价模块是系统依据设计结果选择报价模型 并对输送机各部件和外购件 进行成本计算 完成整机报价 零件图和装配图绘制模块是系统依据设计结果 由计算机自动计算各部件插入 点和 或 各线段连接点 完成零件图的绘制或从数据库中调用相关部件自动绘制 输送机总装配图 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统 用 户 需 求 分 析 用 户 参 数 输 入 快 速 方 案 设 计 快 速 报 价 快 速 详 细 设 计 零 件 图 生 成 装 配 图 生 成 图 2 2 系统总体框架 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 14 快速方案设计 工 作 部 件 的 确 定 辅 助 部 件 的 确 定 方 案 的 生 成 最 佳 方 案 确 定 快速详细设计 非 标 准 零 件 参 数 化 标 准 件 选 型 尺 寸 公 差 确 定 分 析 仿 真 快速报价 报 价 模 型 选 择 价 格 的 计 算 文 档 的 生 成 图 2 3 系统主要功能框架 2 42 4本章小结本章小结 本章对波状挡边带式输送机快速设计及报价系统的功能需求 性能需求和资源 需求进行了分析 确定了系统总体设计目标 设计原则 构建了系统组成与结构 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 15 3 3面向生产的输送机快速设计系统研究面向生产的输送机快速设计系统研究 与面向客户的系统设计要求不同 面向生产的输送机快速设计系统研究主要任 务是利用参数化设计方法 快速生成自制件图纸和外购件规格 型号及数量 3 13 1面向生产的输送机参数化设计系统概述面向生产的输送机参数化设计系统概述 实现产品快速设计的有效方法之一是参数化设计 作为系统开发的基础和工具 在系统开发之前 必须对输送机参数化设计任务和参数化设计方法进行分析研究 3 1 13 1 1 面向生产的输送机参数化设计任务面向生产的输送机参数化设计任务 在输送机设计方案和报价得到用户确认后 签订生产合同后 系统面向生产还 应完成以下工作 确定电动滚筒 输送带 滚筒轴承 螺栓螺母等标准件型号规格和数量 设计水平机架 倾斜机架及墙板支撑 张紧装置 转弯弧等零部件结构和尺 寸 提供生产图纸 3 1 23 1 2 参数化设计的方法参数化设计的方法 编程参数化方法 图形的描述可以分三个部分 图形的拓扑关系 图形的几何参数以及几何参数 与图形结构参数之间的关系 参数化编程方法的实质就是将图形信息记录在程序中 它用一组变量来记录图形的几何参数 用赋值语句表达这些几何参数与结构参数之 间的关系 然后再调用一系列绘图语句来描述图形的拓扑关系 13 在各种参数化方法中 编程参数化方法是最早且又最常用的一种方法 这种方 法通过分析模型的特点 确定样板各尺寸之间的数字关系 给定输入参数 然后确 定其它参数的值 并用高级语言或采用系统提供的内嵌编程语言或二次开发语言接 口来定义及驱动产品的参数化模型 达到参数化设计的目的 这种方法的优点是程序一旦编制完毕 操作非常方便 用户不需要调用交互绘 图命令逐条线绘制图形 而由程序自动完成绘图工作 用户所做的工作只是向程序 提供绘图所要求的参数 但它也具有局限性 一是编程调试比较繁琐 二是程序完 成后 图形的结构也就固定了 要改变结构只能修改程序 所以 这种方法主要适 用于结构较稳定 仅尺寸数值发生变化或仅有局部结构变化的场合 多用于在通用 CAD 软件上进行二次开发 比如进行标准件和常用件的建库工作 这种方法对弥补 一些通用的 CAD 软件在专用性方面的不足很有效 对系统的个性化和用户化有重要 的意义 图 3 1 为参数化编程方式的操作流程 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 16 图 3 1 参数化编程方式的操作流程 人工交互参数化方法 人工交互参数化方法模型的生成和约束的施加是交互进行的 重要特点是约束 随着模型的产生而形成 模型又跟着约束的改变而变化 约束可以在模型的生成过 程中由用户指定 也可以隐含在模型中 根据约束求解方式的不同 又可将其分为 初等方法 变量几何法 人工智能法 构造过程法 初等方法 初等方法利用预先设定的算法 求解一些特定的几何约束 求解的灵活性比程 序参数化方法有所改进 但在理论和应用方法上都很不完善 这种方法简单 易于 实现 最初 这种方法仅适用于只有水平和垂直方向约束的场合 14 经过 10 多年 的发展 该方法已吸收其他求解方法的优点 应用范围也得到了很大的拓宽 变量几何法 代数法 这是一种面向非线性方程组整体求解的代数方法 最早是由英国剑桥大学的 Hillyard 提出 美国麻省理工学院的 Gossard 研究小组发展并完善了这一理论 15 变量几何法把几何形状定义成一系列的特征点 约束则表示成以特征点坐标为变元 的非线性方程组 通过 Newton Raphson 迭代求解非线性方程组 从而确定出几何 细节 将非线性方程组表示成 0 XF 式中 mxX ii mfF ii 对于初值 第次迭代的值由以下迭代公式得到 0 X1 n 1 n X 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 17 nnnn XFXFXX 1 1 式中 mji n i in X x f XF 令 nn XXX 1 则有 nn nn XXX XFXXF 1 得 fXJ 式中 m mm m x F x F x F x F x F x F J 1 1 2 1 2 1 1 1 T m xxxX 21 n FFFf 21 Jacobian 矩阵 J 各个变量的微小位移 X 方程组的残差 f 经过反复迭代 直至 就得到了方程组的解 变量几何法的主要优点 X 在于能适应很大范围的约束类型 而且循环约束可以通过约束方程组的联立求解得 到处理 但它难以避免数值方法求解稳定性差的问题 方程组整体求解的规模和速 度较难得到有效的控制 迭代初值与步长的选取也会影响算法的成败 人工智能法 Artificial Intelligence 杂志曾于 1992 年出版了一期约束满足问题的专 辑 全面展现 AI 研究领域的发展 人工智能法的主要特点就是将 AI 技术引入参数 化设计中 采用 AI 的符号处理 知识表示 几何推理等手段 从几何约束集得到最 终图形 进一步提高对模型求解的智能化程度 16 根据推理方法的不同又可将其分 为基于知识的几何推理法 基于自由度分析的约束传播法 基于神经网络的自学习 方法等 基于构造过程法 这种方法记录了用户在交互造型过程中的每一步操作 基本思想是造型操作与 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 18 几何约束有着对应的关系 按照系统记录用户操作的方式可以分为两类 交互过程 产生造型操作的程序化描述 设计步骤用来管理反映几何元素约束关系的数据结构 基于构造过程的方法 对于结构相同尺寸不同的零件设计是十分有效的 但是由于 必须严格遵循构造过程 灵活性和柔性不足 对于那些设计要求不断变化的设计环 境则不太适用 而且难以利用传统 CAD 系统生成的图形 另外 无法处理约束耦合 程度高的循环约束情形 基于自组织方式的离线参数化方法 基于自组织方式的离线参数化方法最重要的特征是参数化过程与图形初始的生 成过程无关 作图过程与对图的理解是相分离的 本质是通过对图形约束信息的自 动组织 识别和理解尺寸对图形的约束关系 从而进行参数化联动 这种方法的最 大优点是大大减少了设计者的参与程度 操作过程简单 对设计者要求不高 参数化设计方法的比较及存在的问题 参数化技术经过 40 年的发展 理论和方法都得到较大的发展和完善 但仍然有 许多不足 主要表现在 约束求解方法上 由于每种求解原理本身的局限性 造成每种方法中都有一 些不足 比如 程序参数化方法对用户编程水平要求较高 交互功能差 无法有效 地用尺寸对模型进行实时驱动 不能即时地修改模型 变量几何法优点是统一简捷 的几何约束表达与求解 可覆盖任何约束集 不足之处在于难以快速地进行求解以 及约束一致性判断 无法处理多解的情况 在图中实体及变量个数较多时 求解的 效率太低 构造过程法必须严格遵循构造过程 灵活性和柔性不足 对于那些设计 要求不断变化的情形 则不大适用 无法处理约束耦合程度高的循环约束 离线参 数化方法尽管实现了模型建立和求解过程的分离 但由于采用的是全约束识别方法 当模型较复杂时 约束识别的难度大 因此如何提高识别和理解的层次 还有待于 进一步探索 在线交互参数化是在模型建立的过程中同步施加约束 生成图形时 用户必 须按照一定的规则顺序进行输入 即图的有序性必须通过用户操作的有序性来保证 这样导致了操作过程繁琐 对用户要求高 同时 由于参数化原理和实现方法的不 同 导致了不同 CAD 系统中参数化功能的通用性和兼容性差 目前国内外研究主要集中于图满足约束完备条件下的约束求解方法 而对约 束奇异 欠约束和过约束问题 尤其是欠约束问题讨论较少 而欠约束情形在产品 的早期设计阶段 如概念设计阶段 普遍存在 因此 如何在欠约束情形下进行参 数化设计意义重大 14 如何将参数化设计贯穿于设计过程 并和产品的功能设计联系在一起 使设 计者有更大的修改自由度 不仅可以进行系列化产品的设计 还能进行变结构产品 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 19 的参数化设计 当改变产品的功能时 相应的结构也能随之变化 3 23 2波状挡边带式输送机快速设计主要内容波状挡边带式输送机快速设计主要内容 本节为波状挡边带式输送机快速设计的核心内容 它从产品结构上进行部件模 块化分析 产品尺寸分类研究和产品设计计算建模与研究 3 2 13 2 1 产品模块化产品模块化 产品模块化是在对产品的结构进行分析的基础上把大型装配体分成若干个一级 子装配体 一级子装配体中包含了若干个二级子装配体和零件 二级子装配体中包 含了若干个三级子装配体和零件依此类推直到最后的零件 如图 3 2 产品的模块化 使对以零件为装配单元的大型装配体的参数化转变为对各个子装配体分别参数化 再把部件组装成大型装配体 最后对以已经参数化的子装配体为装配单元的大型装 配体实施参数化 根据参数化针对的对象不同产品模块化分为 针对设计人员的 以设计状态下的装配单元为子装配体的产品模块化 针对销售人员和用户的以出 厂状态下的供货单元为子装配体的产品模块化 传统的参数化只采用第一种针对设 计人员的模块化再进行参数化 这虽然减少了设计人员的设计时间 但打乱了零部 件的供货状态 对销售和安装调试产生消极影响 所以合理的模块化不仅使参数化 的复杂度降低还能兼顾设计人员 销售人员减少他们的设计和供货时间 零 件 子 装 配 体 零 件 产品总装配体 子 装 配 体 1 子 装 配 体 2 子 装 配 体 n 子 装 配 体 1 子 装 配 体 2 零 件 1 零 件 2 零 件 1 零 件 2 1 m n m 1 k 图 3 2 产品模块化模型 南京理工大学硕士学位论文 波状挡边带式输送机快速设计及快速报价系统研发 20 3 2 23 2 2 产品尺寸分析产品尺寸分析 尺寸分析是在产品模块化的基础上 理清产品各个零件内部特征之间 零件与 零件之间 零件与子装配体之间 子装配体与子装配体之间的尺寸约束关系 并确 定出哪些是驱动尺寸 哪些是从动尺寸 在确定出驱动尺寸和从动尺寸后需要进一 步分析各个尺寸的变化范围