dq098基于proe的减速器可视化设计系统1.3
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1.3
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dq098基于proe的减速器可视化设计系统1.3,dq098,基于,proe,减速器,可视化,设计,系统,1.3
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11 1 绪绪 论论1 1. .1 1 研研究究背背景景当今，世界减速器技术有了很大的发展，总的发展趋势是向六高、两低、两化方向发展。六高即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率；两低即低噪声、低成本；两化即标准化、多样化1。20 世纪 7080 年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新技术革命的发展紧密结合。通用减速器的发展趋势如下：(1) 高水平、高性能。圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿，承载能力提高 4 倍以上，体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。(2) 积木式组合设计。基本参数采用优先数，尺寸规格整齐，零件通用性和互换性强，系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。20 世纪 60 年代的减速器大多是参照苏联20 世纪 4050 年代的技术制造的，后来虽有所发展，但限于当时的设计、工艺水平及装备条件，其总体水平与国际水平有较大差距。改革开放以来，我国引进一批先进加工装备，通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，逐步掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度均有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从JB17960 的 89 级提高到 GB1009588 的 6 级，高速齿轮的制造精度可稳定在45 级。部分减速器采用硬齿面后，体积和质量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了较大提高，对节能和提高主机的总体水平起到很大的作用。减速器是一种用途十分广泛且比较典型的机械装置，针对减速器的设计方法也不拘一格。 在减速器的传统设计中，原有的几何模型是设计者利用固定的尺寸值得到的，零件的结构形状不能灵活地改变，一旦零件尺寸发生改变，必须重新绘制其对应地几何模型。建立可视化系统，可以利用它的 参数化设计，一种使用参数快速构造和修改几何模型地造行方法，利用这个技术进行设计时，图形的修改非常容易，用户构造几何模型时 2可以集中概念和整体设计，因此可以充分发挥创造性，提高设计效率。由于以实体造型为核心的系统不能用完整的产品模型来支持产品开发的全过程，为了实现从设计开始就建立一种通用产品设计模型，并完整的描述产品的几何结构，为产品开发的后继过程提供充足的信息，以提高信息复用程度和产品开发自动化、可视化程度，缩短产品开发周期。基于Pro/ENGINEER 便于交互及其强大的二维、三维绘图功能，采用Top-Down 自顶向下设计，先确定总体思路、设 计总体布局，然后设置零部件，最后完成一个 整体的设计。齿轮减 速器的体积 ，重量及其承载能力主要取决于传动参数的选择，设计问题一般是在给定传动比和输入转矩的情況下，确定行星轮的个数、各轮的齿数，模数和齿宽等参数。在选择设计参数时采用了很多设计方法，优化设计、模糊设计和可靠设计等。减速器作为独立的驱动元部件，由于应用范围极广，其产品必须按系列化进行设计，以便于制造和满足不同行业的选用要求。针对其输入功率和传动比的不同组合，可获得相应的减速器系列。在以往的人工设计过程中，在图纸上尽管能实现同一机座不同规格的部分系列表示，但其图形受到极大限制。采用Pro/ENGINEER 的 Pro/TOOLKIT 二次开发工具 ，在VC+6.0 的友好界面下 来实现这一过程，不仅能完善上述工作，建立真实的三维模型， 设计完全可视化，方便设计操作，而且使系列产品的技术数据库，图形库的建立、查询成为可能；使设计速度加快。1 1. .2 2 国国内内外外 可可视视化化发发展展现现状状 在实际研究工作中，计算机技术具有不可替代的作用，并己成为研究的基本平台之一。可视化技术在现时中的重要作用是由科学研究的特性所决定的。科学研究的一般过程是对实际的抽象化，用精练的数字信息代表真实过程，再对这些数字信息进行研究的而得到具有结论性意义的数据结果。应该注意的是，所得到的数据结果本身并没有直接揭示蕴涵其中的规律性，最终还必须有研究者去解释数据结论，从中总结出可以运用于实际的一般性规律。这一过程是重要的，但显然也是枯燥的、困难的。因为数据所代表的实际意义不会明显的表露，研究者面对数据，尤其是大量数据 3时，往往会淹没于数据之中，难于理解、提炼和解释其中规律，因此，研究者期望一种辅助工具帮助他们实现数据的有效分析，可视化系统正是这样一种工具，因为可视化的实质是抽象数据的具体化过程，它把数字信息转化为形象、直观的图形，将数据本身的现实意义通过二维或三维图形等手段直接返还到研究者眼前，使数据的内在意义得以充分体现，使研究者从形象化的模型中获得灵感和洞察力，同时也激发了研究者的创造性思维。261 1. .2 2. .1 1 可可视视化化概概念念科学计算可视化 (Visualization In Scientinc Computing VISC)技术简称可视化，是80 年代后期被提出并得到发展的一门新兴技术，90 年代初在美国著名国家实验室及高等学校中己从研究阶段发展到应用阶段。计算机技术的飞速发展，特别是超级计算机的广泛应用，涉及到天体物理、生物学、气象、数学、空气动力学、医学图象等领域的大量数据，这对人脑分析解释这些数据的能力提出了挑战。为此，1986 年 10 月，美国国家科学基金会 (Nation Science Foundation)的科学计算分组就图形学、图象处理及工作站等方面的问题展开讨论会，会议认为图形学与成像技术应用于计算科学将会发展成为一个全新的技术领域一科学可视化，简称VISC(Visualization in Scientin Computing)。1957 年 1 月美国国家科学基金会（ NDF）组织有关专家召开了科学可视化(VISC)讨论会，形成了正式的 VISC 报告，从而为VISC 这一门交叉学科的形成与发展奠定了基础。可视化是涉及计算机图形学、图象处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机交互技术等多个方面的一个崭新的技术领域。在工程设计领域，可视化仿真或科学计算可视化被称为对科学计算或仿真计算所获得的数据进行可视化加工、三维图形显示和动画显示，并可通过交互的改变参数来视察计算结果的全貌及其变化。由于科学计算可视化对各门学科和工程技术的发展有着极其重要的意义及实用价值，因而这种技术在一开始就得到人们的极大重视。科学计算可视化的基本思想是：从准备数据、实施计算到表达结果都用图形或图象来完成或表现，最后结果还可以用具有真实感 4的动态图形模拟来描述。实现科学计算可视化可以大大加快数据的处理速度；可以在人与数据、人与人之间实现图象通讯；可以观察到传统的科学计算中不可能或不能观察到的现象和规律；可以了解过程中发生的变化，并可以通过改变参数对计算过程实现引导和控制，使科学计算和工程设计方式发生根本变化。1 1. .2 2. .2 2 国国内内外外 可可视视化化 设设计计的的发发展展现现状状计算机可视化动态模拟是近几年发展起来的一门新型学科。针对某一研究项目用户根据某些初始条件和理论分析建立相关的数学模型，运用计算机这一先进工具编制相应的软件模拟其真实的运动情况。通过模拟数据结果对照已有的真实试验测试结果，可以验证该动态模拟基于的数学模型建立得是否正确；并且即而推广到尚无真实试验结果的未知领域，通过动态模拟得到所需的数据或结论。国际上在 80 年代中期就对可视化技术重要性有了充分认识，1987年美国计算机成像专家对美国国家基金会提交的“科学可视化报告 ”指出： “科学可视化对科学生产力和重大科学突破将产生巨大影响，这种影响可与巨型机相比拟。 ”由于认识的充分性和现实的需要，国外于90年代兴起了开发利用可视化技术的热潮，可视化系统软件开发也获得了很大的发展，现有多种技术较成熟的软件系统问世。 相比之下，我国的可视化应用起步较晚，可视化系统水平基本上还停留在各个单位为辅助项目设计而临时开发这一原始阶段上，设计时还往往受到开发平台限制，难以完成国外软件的多种功能，实现上以后置处理型居多，图形工具多是三维非真实处理。其中比较成功的有上海交大机器人研究所开发的 ROSIDY 可视化系统，用于工业化机器人图形仿真；清华大学自动化系开发的IMSS，用于制造系统性能分析的一体化制造仿真。目前，在可视化应用中借助的仅是计算机的图形处理能力和图形表示直观的特点，真正的分析仍是由人工完成的。随着高性能工作站和可视化技术的发展，图形处理算法将更多的由硬件实现，可视化软件将与人工智能技术结合产生智能化的可视化软件，并被作为包含在工作站中的基本软件系统提供给用户，研究人员可望获得一种硬件和软件、计算与人工智能和 5可视化技术高度结合的理想的工作环境，从而大大减轻分析人员的劳动强度，缩短产品的设计周期。1 1. .2 2. .3 3 可可视视化化 设设计计的的三三个个层层次次按照模拟执行与结果图像的相结合程度将可视化研究分为三个层次：后置处理、跟踪、控制。在后置处理中，图形显示是在数据后产生的，与数据源之间没有交互。其优点是如果用户第一次未看清楚，可以很方便的再重复显示。在这一层次上很多研究人员已经做了大量的工作，如流体力学、有限元计算结果的后置处理等等。跟踪是图形显示与计算过程同时进行。其特点是：第一，计算的中间结果及最后结果都能及时显示，因而对计算中的错误可以及早发现，如果有必要，可以停止执行。由于计算需要大量的时间，图像结果可以收集在工作窗口中，用户可以在执行其它任务时检查其结果；第二个特点是关于数据文件的存储。当采用跟踪技术时，图像直接从数据中产生，某些情况下数据无需写入存储器之中。跟踪技术的优点还有，用户使用效率高；等待计算结果所需的时间少。缺点是数据有可能仅在计算时才能得到。为改善此问题，可要求系统提供存取数据的能力，以便用户随时去用检查结果。在跟踪差错及实时监视中，交互技术十分必要。控制 (又称驾驭 )则应该在计算过程中对参数进行修改，对数值模拟进行直接的控制和引导。现在已能实现的“控制 ”实例是驾驶模拟。已建立的数学模型可准确地计算出车辆对一系列内部作用力和外部作用力的反应，根据实时反应的最新信息确定车辆在三维世界中的位置，然后用一系列视觉手段来保证计算达到要求。为了实现适用范围较广的控制结构，必须使用工具箱。图形工具箱包括扩展的交互技术灵活的图像绘制及支持大型数据集的交互；提供联结用户与计算模型的结构；提供三维数据输入、大量数据的输入及公共单元的输出手段及动画功能等。在此阶段用户可以根据需要进行下述处理：重画图像或采用动画功能；比较多幅图像和多动画系列 ；进行较快和光滑的动画播放；停止模拟等等。 61 1. .2 2. .4 4 可可视视化化 发发展展的的趋趋势势 科学计算与图象、图形有着紧密的联系。人们不仅仅满足于单纯的有了数据后进行图形显示，还希望从计算模型的建立和原始数据的准备开始就通过图象和图形来实现。计算过程能由人来驾叹，计算结果不仅图形化 ，而且能通过分析处理获取更多有用的信息。这一切的关键所在是图形显示与数据处理的紧密结合，即所谓视算一体化(Visual-ComputingIntegration)。这一技术可以概括如下6：任何一项计算从开始获取数据就依靠图象或图形来实现。如通过作图建模的方法，对摄录或扫描图象处理的方法，或其它物理手段(如射线、超声、磁共振等)。计算模型不仅在几何上用图形表示，物理量也可用灰度及颜色表示。计算过程及中间结果还应形象地用图形模拟，以图线、图形及动画等形式表现出来。这一过程还应是一个紧密的人机交互过程：计算机不断进行数据加工，用图形或图象显示其过程，而且通过分析判断，智能地反应出信息。而人们则一方面可对计算过程和结果有一个全面形象的了解，追踪计算过程，洞察发生的问题，加深对计算过程和结果的理解。并由此获得启发，建立新概念，悟出解决问题的思路和方法。另一方面可以根据计算机分析判断所反馈的信息，通过对图形的修改，改变参数，实时地干予和引导计算过程，朝着预期的方向发展。最后结果除了用图形、图象、颜色和动态模拟来描述外，还应提供多种手段，通过对图形的处理，获取更多更直接有用的信息。这一技术 是从表示大量科学计算数据使其可视而发展起来的，但实际上其意义已超过了 “可视 ”这一范 筹。 因为这一技术的关键在于图形与计算的有机 结合 ，故使用 “视算一体化 ”的术语较为贴 切。6但是这项技术的引入是一件有相当难度的工作。其复杂性在于它涉及到计算机科学的多个方面，如软、硬件技术，图形显示。计算机图形学，数据结构特别是图形数据结构 ，以及专业问题。因此它是一门边缘科学。开发此类软件必须由专业人员与计算机人员协同工作，并以专业人员为主导，这是由于视算一体化软件必须紧密结合 专业需要的原则决定的。专业人员必须掌握计算机软、硬件知识到一定深度，成为复合型人才，亲自动手。而计算机人员则在较为深入的计算机技术工作上发挥作用。 71 1. .3 3 论论文文内内容容概概述述1 1. .3 3. .1 1 选选题题的的 目目的的及及意意义义随着三维图形技术和 计算机技术的发展，在计算机内部建立相应的三维实体模型能够更直观、更全面地反映设计意图。传统的设计交互造型不仅效率低而其容易出错，为提高效率，提出了建立参数化模板库的方法，通过引入基于特征的参数化造型的思想，建立常用的典型零部件模板库，在设计计算完成后，通过参数化驱动从而得到所需的模型并且将材料信息等物料信息自动加入到模型中。并且，在三维模型的基础上可以进行零件装配、干涉检查、有限元分析、运动分析等高级的计算机辅助设计工作。建立三维实体模型以后，还可以根据需要由该模型方便地生成传统加工过程所用 的工程图。机械产品 的设计从产品构思、概念表达、结构设计、性能分析到最终的产品加工是一个非常复杂的过程，这种设计过程的复杂性、多样性和灵活性就要求设计自动化必须走参数化可视化 的道路，从而提高机械设计的效率，这也是机械设计师梦想的事情。本文研究的可视化系统主要针对张家口煤机厂项目，该厂以往减速器的设 计，都是重复的建立三维模型，工作量很多，而且重复性劳动很多，因此，采用特征造型和参数化技术进行齿轮减速器可视化设计，能够更好地缩短设计周期，提高齿轮减速器的设计、制造质量。目前，三维 CAD 技术在减速器设计方面的应用主要集中在以下几个方面：减速器产品的三维实体造型、产品的可靠性分析等方面， 而对整体的比较全面的三维参数的 可视化设计目前尚处于探索阶段。本文开发的 减速器（不包括箱体）三维参数的可视化设计 系统利用Pro/ENGINEER 平台的强大二次开发接口技术，成功地实现了设计的修改、参数的获取以及部件的装配。不仅 提高设计效率，缩短产品的开发周期，解放设计人员，提高设计质量，对机械产品的三维参数化可视化设计有一定的参考价值。 需要说明的是行星减速器的设计不同于普通的定轴减速器，它的传动参数的选择受到诸多条件的限制（装配、同心、邻接、强度、结构和工艺），所以在进行参数化设计时，也相对复杂，在实现 它的可视 8化时，也主要是以零部件为单位，先实现部件轴系的可视化，然后利用装配关系生成新的结构相同的减速器，来应对 不同功率和传动比的需要。1 1. .3 3. .2 2 论论文文的的主主要要过过程程本论文的主要工作有：1. 确定系统设计方案根据该行星减速器的特点和可视化设计的要求，确定系统的开发方法，选择系统开发的软硬件环境。2. 确定系统的总体结构对系统进行任务分解，确定系统总体结构，进行合理的模块划分。3. 利用 Pro/ENGINEER 建立参数化的 零部件 模型库 ，实现参数化装配。4. 以 VC+6.0 和 Access 为开发工具，建立系统数据库 。5. 通过 ODBC 将数据库与 VC 相连，实现数据与Pro/ENGINEER的交互。6. 用 Pro/ENGINEER 的二次开发工具Pro/TOOLKIT 和 VC 设计一个友好的用户交互界面。1 1. .4 4 本本章章小小节节本章着重讨论了减速器的设计发展在国内外发展的状况，根据现状提出可视化设计的意义；在对可视化的概念、发展及其在机械设计上的应用等相关说明中 ，说明了减速器可视化设计作为一种设计 方向的 重要性，最后叙述了 本论文选题的 目的、 意义 ，希望通过 Pro/ENGINEER二次开发等技术实现减速器的可视化设计及需要完成的主要 工作。 92 2 可可视视化化系系统统的的总总体体设设计计方方案案2 2. .1 1 减减速速器器结结构构简简 述述减速器是一种在原动机与工作机之间用来降低转速的独立传动装置，其类型很多，传动级数和传动的布置形式也是多样的。本系统便是以运用到刮板运输机传动装置的二级行星减速器为例，进行减速器的参数化设计。本文的 行星齿轮减 速器是 张家口煤矿机械厂所开发设计的减速器产品，主要针对该减速器 开发研制 计算机辅助设计的可视化系统 。该系统以原样机 (60JSCD)2K-H 型机构为基础，当高速轴由电动机驱动时，太阳轮回转， 带动行星轮转动，驱动行星架座输出。其结构如图 2.1 所示图 2.1 减速器结构图该行星减速器主要由传动零件（齿轮） 、轴承、箱体及其附件组成。2 2. .2 2 系系统统开开发发软软件件的的选选择择随着信息时代及全球经济一体化进程的到来，企业必须具备新产品的开发、研制及创新能力，有自己的便于更新的产品设计平台，才能不断快速地推出适应市场需求、满足顾客需要的新产品，才能在激烈的市场竟争中生存下来。随着微机版三维CAD 系统的日趋完善、 Windows 操作平台 10的日益普及和微机性能价格比的不断提高，企业大范围使用三维CAD技术的时机已经成熟。从长远的观点来看，三维CAD 技术必然会很大程度替代二维CAD 技术。实践也证明，三维CAD 技术的应用对加速新产品开发、提高产品质量、缩短产品研制周期、降低产品成本起着关键的作用，它是支持企业增强创新设计、提高市场竞争力的强有力手段，也是企业在工程技术领域实现企业信息化的重要举措。那么如何正确选择一款适合企业实际的三维CAD 软件就成了企业信息化的一个重要方面。2 2. .2 2. .1 1 典典型型三三维维造造型型软软件件介介绍绍CAD 技术经过几十年的发展，先后走过大型机、小型机、工作站、微机时代，每个时代都有当时流行的CAD 软件。近年来，由于个人计算机的性能迅速提高， 已具有较强的图形处理能力和支持多处理机及并行处理的能力。基于Pentium X 芯片，运行 Windows NT 的高档 PC 系统，其性能己接近传统的工作站，而价格却远远低于后者，所以基于PC 的CAD 系统的市场份额正逐渐提高，工作站和微机平台CAD 软件已经占据主导地位，并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。UG 是 Unigraphics Solutions 公司的拳头产品，它将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。AutoCAD 是二维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户群。AutoCAD 有强大的二维功能，如绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能，同时有部分三维功能。AutoCAD 提供 AutoLISP.ADS. ARX 作为二次开发的工具。在许多实际应用领域(如机械、建筑、电子 )中，一些软件开发商在 AutoCAD 的基础上己开发出许多符合实际应用的软件。MDT 是 Autodesk 公司在 PC 平台上开发的三维机械CAD 系统。它以三维设计为基础，集设计、分析、制造以及文档管理等多种功能为一体；为用户提供了从设计到制造一体化的解决方案。由于该软件与AutoCAD同时出自 Autodesk 公司，因此两者完全融为一体，用户可以方便地实现三维向二维的转换。 MDT 为 AutoCAD 用户向三维升级提供了一个较好的选择。 SolidWorks 是基于 Windows 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 11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。DEASMasterSeries5 是高度集成化的CAD/CAE/CAM 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-DEAS 是全世界制造业用户广泛应用的大型 CAD/CAE/CAM 软件。 I-DEAS 在 CAD/CAE 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、耐久性分析等可提高产品性能的高级分析功能。Pro/ENGINEER 系统是美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation，简称 PTC)的产品。 PTC 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CAD/CAE/CAM 的传统观念，这种全新的概念己成为当今世界机械CAD/CAE/CAM 领域的新标准。利用该概念开发出来的第三代机械CAD/CAE/CAM 产品 Pro/ENGINEER 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。 2 2. .2 2. .2 2 软软件件二二次次开开发发的的选选择择为推广应用 以 D 技术，许多企业纷纷购置了昂贵的计算机硬件和CAD 支撑软件系统。由于这些商品化的以 D 软件一般都是通用化软件，基本上覆盖整个机械行业各个方面的工作，而用户在应用时都具有自身行业的特色，因此，用户在引进商品化的CAD 软件后，通常需要那些既掌握计算机应用技术又懂得产品设计的人员针对本行业的特点对支撑软件进行修改和扩充，开发出实用性更强的CAD 应用软件，即所谓的二次开发。二次开发的目的是设计一个软件系统或称之为设计工具来辅助具体的机械设计。二次开发不同于一般的软件开发，主要在于它不是从底层开始的软件设计，而是 在已有的软件上进行的开发，所以二次开发的最大特点就是继承性。二次开发后的软件功能在很大程度上取决于支撑软件本身的功能和开放程度。因此，支撑软件的选择非常关键。首先，软件应当由可靠的、较大规模的公司生产，防止由于软件公司的 12倒闭使我们失去长期而可靠的技术支持。其次，应当选择大家比较熟悉的，功能齐全、性能优良，且本身又在不断进步的软件。如 ：具有标准的图形格式，符合国际、国内标准，方便与其它软件的交换：具有windows98、windowsNT 及工作站等多种版本，支持从微机到工作站多种硬件平台，实现功能完全一样，并在网络和数据上达到无缝集成。最后，也是最重要的性能，就是支撑软件的开发性，或者说二次开发的能力。可以从两方面考虑，一方面开发功能是否齐全，接口是否简单；另一方面开发语言是否为通用的高级语言，编译环境是否优良。此外，根据本论文是进行行星减速器的可视化设计，所以选择支持软件时，除了要具备以上的基本条件外，还应该具备以下三点：(1) 完善的三维实体建模功能，模型应具有良好的继承性和可控制性；(2) 良好的参数化设计特性；(3) 能够实现与第三方程序无缝连接。综上所述，结果本论文决定选用的软件是美国PTC 公司的机械设计自动化软件 Pro/ENGINEER Wildfire。该软件自 1988 年问世以来， 10多年间成为全世界及中国地区最普及的3D CAD/CAM 系统 软件 。Pro/ENGINEER 集合了零件设计、产品组合、模具开发、钣金 设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析、产品数据库管理等功能于一体，是一个全方位的3D 产品开发软件。Pro/ENGINEER 已经成为世界3D CAD/CAM 系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽机车、航天、家具 、玩具等各行业。2 2. .3 3 P Pr ro o/ /E EN NG GI IN NE EE ER R 的的参参数数设设计计化化特特性性本论文的减速器可视化设计 系统 ，实际是 对减速器 参数化 造型设计的可视 体现 ，因此要求开发软件本身有较高的参数化设计特性，这里我们先介绍 Pro/ENGINEER 的参数化设计的特性：(1) 3D 实体模型 (Solid model)3D 实体模型除了可以将用户的设计思想以最真实的模型在计算机上表 13现之外，借助于系统参数(System parameters)，用户还可以随时计算出产品的体积、面积、重心、惯性大小等，以了解产品的真实性，并补足传统的面结构、线结构的不足。用户在产品设计过程中，可以随时掌握以上情况，设计物理参数，并减少许多人为计算时间。(2) 单一数据库 (Single database)Pro/ENGINEER 可随时修改由3D 实体模型产生2D 工程图，而且自动标注工程图尺寸。不论在3D 还是 2D 图形上作尺寸修改，其相关的2D 图形或者 3D 实体模型均自动修改，同时组合、制造等相关设计也会自动修改，这样可确保数据的正确性，并避免反复修正的耗时性。由于采用单一数据库，提供了所谓双向关联性的功能，这种功能也正符合了现代产业中所谓的同步工程 (concurrent engineering)。(3) 以特征作为设计的单位(Featurebased design)Pro/ENGINEER 以最自然的思考方式从事设计工作，如孔(Hole)、开槽 (Slot)、倒圆角 (Round)等均被视为零件设计的基本特征，可随时对特征做合理、不违反几何的顺序调整(Recorder)、插入 (Insert)、删除(Delete)、重新定义 (Redefine)等修正动作。(4) 参数化设计 (Parametric design)配合单一数据库，所有设计过程中所使用的尺寸(参数 )都存在数据库中，设计者只需更改3D 零件的尺寸，则2D 工程图 (Drawing)、3D组合 (Assembly)、模具 (Mold)等就会依照尺寸的修改做几何形状的变化，以达到设计修改工作的一致性，避免发生人为改图的疏漏情形，且减少许多人为改图的时间和精力消耗。也正因为有参数化的设计，用户才可以运用强大的数学运算方式，建立各尺寸参数间的关系式(Relation)，使得模型可自动计算出应有的外型，减少尺寸逐一修改的繁琐费时，并减少错误发生。2 2. .4 4 基基于于 P Pr ro o/ /E EN NG GI IN NE EE ER R 的的减减速速器器可可视视化化系系统统结结构构2 2. .4 4. .1 1 系系统统的的 总总体体组组成成本系统是在减速器各零部件按照强度、刚度、寿命要求完成优化设计的基础上，得到相关的优化参数和各零部件 之间的相互关系； 利用 14面向对象技术，对设计对象、设计参数进行分类；以 Pro/ENGINEER为支撑软件，用其PART 模块和 ASSEMBLY 模块建立减速器所有 的实体模型。在面向对象的开发环境VC+6.0 中， 利用 Pro/ENGINEER 二次开发技术设计友好的用户界面，进入减速器各零部件可视化设计 的人机交互界面，实现设计参数从数据库中传递到Pro/ENGINEER 中，在 Pro/ENGINEER 中执行 Pro/TOOLKIT 应用程序，实现对减速器模型参数的改变生成新的三维实体的可视化设计 ；其中 用 Access 建立数据管理库，通过ODBC 参数数据库与VC 连接，导入 Pro/ENGINEER 中，然后调用在本系统中作为图形浏览工具的Pro/ENGINEER。其中，Pro/TOOLKIT 应用程序源代码是在VC+6.0 的编译环境中，利用Pro/ENGINEER 的二次开发工具包Pro/TOOLKIT，对 Pro/ENGINEER进行的二次开发。本文中的 行星减速器的可视化设计系统由三大模块构成：通过VC+6.0 开发的用户界面模块，利用Pro/ENGINEER 建立模型库模块，其中模型库模块又分为零件模型库和装配关系模型库，以及 Access 建立的 数据库模块。此系统的模块 结构见图 2.2系统设计过程的总体组成框图如图2.3用户界面模块数据库模块零件模型库装配关系模型库用户界面模块模型库模块 15图 2.2 系统模块结构图图 2.3 减速器可视化系统总体设计框图2 2. .4 4. .2 2 系系统统应应用用环环境境系统的应用环境推荐如下： (1) 硬件环境 CPU：Pentium 166MB 以上。 内存： 4MB，较大的装配应在128MB 或 256MB 以上。 硬盘： 10G 以上。 显示器： 分辨率 800 X 600，或 1024 X 768。 (2) 软件环境系统软件： Windows 2000 或 Windows XP支撑软件： Pro/Engineer2001 以上应用软件： VC+6.02 2. .5 5 本本章章小小节节本章介绍了 本文所要进行可视化设计减速器的 基本 结构，以及针 对基于 PRO/E 的减速器可视化系统三维参数化设计图库系统数据库零件实体造型库非标准件库标准件库产品装配模型库总装配模型图库装配示意分解图库 16减速器可视化系统设计的二次开发软件选择过程， 并对相关软件进行了介绍 和对比， 择优 选择 Pro/ENGINEER 作为平台完成设计需要。最后阐述了基于 Pro/ENGINEER 的减速器可视化系统设计的开发方案和思路，及系统设计结构的确定。 173 3 系系统统开开发发工工具具介介绍绍3 3. .1 1 P Pr ro o/ /E EN NG GI IN NE EE ER R 简简介介 随着计算机应用技术的普及，CAD 技术在世界范围内得到广泛的应用，先进的工具提高了人们的工作效率和工作质量。目前，较为先进的机械 CAD 软件有： AutoCAD、Pro/ENGINEER、 Ideas 等。随着面向对象技术及特征建模技术的发展，CAD/CAE/CAM 技术已紧密相连，CAD 已从单纯模仿二维工程图样飞跃到三维实体造型，同时，当今虚拟现实技术的发展，使得CAD 技术在工程设计中呈现越来越重要的地位。Pro/ENGINEER 软件是美国 PTC 公司 (Parametric Technology Corpo- ration)的产品，是一种单一数据库结构、标准的基于特征的建模技术以及独特的全相关技术的机械设计自动化软件。Pro/ENGINEER 是建立在一个统一的能在系统内部引起变化的数据结构的基础上，因此开发过程中某一处所发生的变化能够很快传遍整个设计制造过程，以确保所有的零件和各个环节保持一致性和协调性。Pro/ENGINEER 的零件设计功能是一些和系统内部蕴藏的知识、智能相联结的过程，可以画出非常复杂的几何外形。Pro/ENGINEER 设计的零件不仅包含制造工艺和成本等一些非几何的信息，而且还包括零件的位置信息以及它们之间的相互联系。这意味着对零件进行布置时，并不需要一个坐标系，零件自身知道它们是任何和模型的其余部分相联系的。这就使得对模型的改动非常迅速，并且使最终 和最初 的设计意图相一致。3 3. .2 2 V Vi is su ua al lC C+ + +开开发发工工具具VisualC+是新一代面向对象的、可视化的程序设计工具。本系统用户界面 模块的设计选择VC+6.0 作为开发平台。 VC+6.0 是运行于Windows 上的交互式可视化集成开发环境，是美国Microsoft Visual St- udio 的一部分56。像其它的可视化开发环境(如 Vusual Basic, Delpic, C+ Builder)一样， VC+6.0 集程序的代码编辑、编译、连接、调试等于一体，给编程人员提供了一个完整而又方便的开发界面和许多有效的辅助开发工具。 VC+6.0 的 AppWizard 可以为很大一部分类型的程序提供框架代码，用户不需要书写代码，只需要几个按钮就可以生成一个完整的可 18以运行的程序。 利用 VisualC+开发基于 Pro/ENGINEER 的程序编制一般需要两个步骤：一是可视化设计阶段；二是代码编写阶段。在可视化设计阶段，编程者使用VisualC+工具箱来定制所需的用户界面。在代码编写阶段，编程者通过 调用 消息和事件函数实现所需的功能。由于在 VisualC+中可以方便使用对话框 (Dialog)、位图（Bitmap） 、菜单（ Menu）等工具箱，编程人员只需编写少量的代码就可以设计出界面友好、方便用户使用的程序，因而可以大大提高系统开发的效率。3 3. .3 3 P Pr ro o/ /E EN NG GI IN NE EE ER R 开开发发方方法法介介绍绍Pro/ENGINEER 提供了多种层次开发方法，根据层次的高低用户的灵活性不同，开发方法如下： (1) 族表 (Family Table) 族表是 Pro/ENGINEER 提供给用户一个工具，不需要编制程序，功能十分有限。通过族表用户可以方便的管理具有相同或相似结构的零件，特别适合标准件库的建立和管理。族表通过建立通用性零件为父零件 ，然后在此基础上对尺寸参数进行控制来生成派生零件。族表通过表格来管理，常常被称为表格驱动。 (2) 用户定义特征 (UDF) 用户定义特征也是系统提供给用户的工具，通过这个工具，用户可以将几个特征组成为一个自定义特征。系统以gph 文件保存用户定义特征，调用时作为一个整体出现。用户定义特征有利于用户根据产品特征快速生成三维模型，提高设计效率。 (3) Pro/Program Pro/ENGINEER 给每个模型都提供了一个主要设计步骤和参数列表记载工具 Pro/Program。它是一种类似于BASIC 的高级语言格式，用户可以根据设计需要来编辑模型的Program，使其作为一段程序来工作，通过运行该程序来控制系统参数、特征显示和特征尺寸参数等。但是Pro/Program 不能调用系统函数，功能十分有限。 (4) J-Link 19J-Link 是 Pro/ENGINEER 提供的基于 JAVA 语言的高级开发工具包，功能强大。用户可以通过JAVA 编程来扩充系统的功能或定制基于产品的设计模块。 (5) Pro/TOOLKIT Pro/TOOLKIT(在 Pro/ENGINEER17 版本之前是 Pro/Develop，从Pro/ENGINEER18 版本开始是 Pro/TOOLKIT)是 Pro/ENGINEER 提供的功能最强大的高级开发工具包，不同于J-Link 的是它是基于C 语言的。Pro/TOOLKIT 支持 Windows 和 UNIX 操作系统， Pro/TOOLKIT 提供了一个庞大的 C 语言函数库，借助第三方编译环境进行调试，使得外部应用程序在一种可控制和可靠的方式下访问Pro/ENGINEER 数据库和用户界面，实现与 Pro/ENGINEER 的无缝集成。随着版本的不断更新，提供的库函数更加丰富，因此，用户的应用程序功能逐渐强大。本系统中选用它作为二次开发方法，能更好的实现与人机交互界面的友好连接，下面就介绍 Pro/TOOLKIT 的详细用法。3 3. .4 4 P Pr ro o/ /T TO OO OL LK KI IT T 二二次次开开发发介介绍绍3 3. .4 4. .1 1 P Pr ro o/ /T TO OO OL LK KI IT T 的的特特点点 Pro/TOOLKIT 应用程序具有面向对象的风格21，它利用数据结构在Pro/ENGINEER 和应用程序之间进行信息的转换，而这些数据结构对于应用程序来讲不是直接可见的，只能通过Pro/TOOLKIT 函数来进行访问。下面就 Pro/TOOLKIT 应用程序的几个主要特点分别作以介绍。 (1) 对象和动作 (Objects and Actions)在 Pro/TOOLKIT 中最基本的概念就是对象和动作。 Pro/TOOLKIT 函数库中的任何一个函数的功能都是在一个指定类型的对象上执行一个动作。Pro/TOOLKIT 函数的命名规则是：前缀 “Pro”+对象的类型名 +执行动作的名称。如 ：ProMdlCopy ()，ProSolidCreate()。 Pro/TOOLKIT 的对象是一个完整定义的C 结构。大多数对象是Pro/ENGINEER 数据库中的一个条目，如特征、面。每一类对象都有一个以大写字母开头的标准名称，并且与Pro/ENGINEER 中的名称相对应。如： 20 Feature 特征Surface 面Solid 一 实体执行动作的名称指定了将要执行的动作类型，如： Get 从 Pro/ENGINEER 数据库中直接读取数据Eval 提供简单计算的结果Compute 提供可能包含的几何模型数据分析的结果 (2) 函数原型 (Function Prototyping)每个 Pro/TOOLKIT 函数都有一个 ANSI 函数原型。一个特定Pro/TOOLKIT 对象的所有函数都被放在以这个对象为名称的头文件中。例如，函数ProEdgeLengthEval()的原型位于头文件 ProEdge.h 中。 (3) 函数错误状态 (Function Error Statuses) Pro/TOOLKIT 函数库中的大多数函数都有一个ProError 类型的返回值。 ProError 是一个枚举类型，包含了 Pro/TOOLKIT 函数成功或失败时最常见的返回信息，对我们调试程序很有帮助。常见的返回值有： PRO_TK_NO_ERROR：调用函数成功。 PRO_TK_BAD_INPUT：程序没有正确调用函数。 PRO_TK_OUT_OF_MEMORY 或 PRO_TK_COMM_ERROR：系统错误。 应用程序对 Pro/TOOLKIT 的返回状态应做出反应，不同类型的成功和失败信息需要用不同的方法处理。 (4) 对象句柄 (Object Handles)在 Pro/TOOLKIT 中，每一个对象都有一个对应的 C 类型定义，叫做 “柄(handle)” ，它的名字是由对象本身的名字加前缀 “Pro”构成的。句柄常用来作为指向某一类型对象的所有变量和参数的类型，例如，对一个实体Solid 执行一个动作的任何Pro/TOOLKIT 函数都有一个ProSolid 类型的输入参数。根据句柄定义和使用的方法，句柄可分为两种类型：不透明句柄 (opaque handle)和数据库句柄 (database handle )，简称 Ohandle 和 Dhandle 。 213 3. .4 4. .2 2 创创建建 P Pr ro o/ /T TO OO OL LK KI IT T 应应用用程程序序的的基基本本模模式式 Pro/TOOLKIT 提供多种创建应用程序的模式，主要分为两大类：同步模式和异步模式。(1) 同步模式 (Synchronous Mode) 同步模式是指应用程序进程和Pro/ENGINEER 系统进程不能同时操作，并且 应用程序只能在Pro/ENGINEER 系统启动时或启动后通过辅助应用程序注册来调用。同步模式又分为动态链接库模式(DLLS)和多进程模式 (Multiprocess)。动态链接库模式是标准的应用程序创建模式，用户程序通过C 编译器和链接器的处理生成文件扩展名为DLL 的动态链接库文件。在动态链接模式中，应用程序与Pro/ENGINEER 之间的交互通过函数的直接调用来实现，而且进程单一，所以应用程序的运行直观明了，容易检查错误。本论文有关实例程序都是通过动态链接库模式创建。 在多进程模式下，应用程序被编译、链接形成一个单独的文件扩展名为EXE 的可执行文件，应用程序不但有通过函数的直接调用与Pro/EN GINEER 系统进行交互，而且可以通过消息传递实现进程间的交互。但无疑增加了程序的复杂性，并且排除错误比较麻烦。 (2) 异步模式 (Asynchronous Mode) 在异步模式下应用程序进程和Pro/ENGINEER 系统进程可以同时操作。不同于同步模式，异步模式可以使用远程程序调用命令(rpc) (user remote procedure calls)作为应用程序同Pro/ENGINEER 交互的方法，并且异步模式创建的应用程序不显示在Pro/ENGINEER 的辅助程序对话框中。同步模式和异步模式另一个重要的不同点在于Pro/TOOLKIT 应用程序的启动方式不同。在同步模式下，Pro/TOOLKIT 程序通过 Pro/EN- GINEER 启动，这种启动基于注册文件包含的信息。在异步模式下，Pr- o/TOOLKIT 应用程序 (包含这个程序自己的主函数)的启动独立于Pro/E- NGINEER。因为异步模式下使用rpc 远程程序调用命令，将会导致此种模式的操作比同步模式慢很多，并且应用程序的创建和调用都很复杂，所以，用户尽量不要使用异步模式。 223 3. .4 4. .3 3 基基于于 W Wi in nd do ow ws s 平平台台在在 V VC C 环环境境下下创创 建建 P Pr ro o/ /T TO OO OL LK KI IT T 应应用用程程序序的的过过程程Pro/TOOLKIT 给用户提供了利用Make 文件创建应用程序的简单范例，用户可以修改模板Make 文件创建自己需要的Make 文件。模板Make 文件在 protoolkiti486_ ntobj 文件夹，文件名前缀为Make_，将其扩展名修改为 .mak，然后在 VC+ 6. 0 环境打开该文件，便可以修改内容，然后直接创建应用程序。但是 采用 Make 文件的方法创建应用程序必须手工修改Make 文件，程序的设计和调试均不方便，并且，由于这种方式无法使用MFC(Micr- osoft Foundation Classes)类库，因而不能充分利用VC 的应用程序设计向导 (AppWizard)和类向导 (Class Wizard)来创建应用程序，无疑是一种更佳选择。3 3. .4 4. .4 4 创创建建 P Pr ro o/ /T TO OO OL LK KI IT T 应应用用程程序序基基本本框框架架VC 的集成开发环境是采用工程(Project)来管理所有的C+源程序、头文件、库文件和对话框等各种资源的，程序的设计、编译、连接和调试均十分方便。利用VC 的应用程序设计向导可以方便、快捷地创建Pro/TOOLKIT 应用程序的基本框架。创建的步骤为：(1) 启动 Visual C+6.0 集成开发环境，选择文件(File/New)菜单，在 New(新建 )对话框中选工程 (Projects)选项卡，选择MFC AppWizard(dll 项。在工程名 (Project name)：输入框中输入用户的工程文件名，在位置 (Location)输入框中输入目标路径。单击OK 按钮。(2) 在 MFC AppWizard 对话框中选择动态连接库共享MFC DLL 单选按钮，使 Pro/TOOLKIT 应用程序使用共享的MFC。单击完成 (Finish)按钮，进入新建工程信息(New Project Information)窗口后，单击OK 按钮，完成工程文件框架的建立。(3) 选择 FileView，打开 VC 应用程序向导自动生成的程序文件。VC 应用程序向导在FileView 中自动加入 ReadMe.txt、StdAfx.cpp和以工程文件名为前缀的cpp 源文件和头文件、 def 模块定义文件以及rc 资源文件等。 233 3. .4 4. .5 5 创创建建 P Pr ro o/ /T TO OO OL LK KI IT T 应应用用程程序序主主体体部部分分 Pro/TOOLKIT 应用程序在 Pro/ENGINEER 环境中运行的接口程序和应用程序运行结束的终止程序通过Pro/TOOLKIT 的两个核心函数user_initializ()和 user_terminate()来控制。 user_initializ()是同步模式下创建的Pro/TOOLKIT 应用程序的初始化函数，任何同步模式的应用程序要在Pro/ENGINEER 系统中加载都必须包含该函数，其作用相当于C 程序中的 main()函数。在该函数中设置用户的交互接口，如设置菜单、调用对话框或直接所需的命令等。user_initialize()至少包含一个Pro/TOOLKIT API 调用。否则将导致Pro/TOOLKIT 程序错误并返回PRO TK GENERAL ERROR 错误信息。当把一个 Pro/TOOLKIT 程序的代码译为C+代码时，必须将extern “C”语句放到函数声明之前，通过这种方式将user_initialize()标注成一个 C 函数。 user_initialize()函数典型的定义格式为： extern “C” int user_initialize(int argc，char *argv ， char *version，char *bulid，wchar_t errbuf ) ProError status； /用户添加的接口程序部分 return status； 函数的参数解释： 输入参数： int argc 表示在参数 argv 中的参数个数： char *argv 表示命令行变量列表； char *version 正在使用的 Pro/ENGINEER 版本号 (如:2001)； char *build 正在使用的 Pro/ENGINEER 构建代码 (如:2001180)。 输出参数： wchar_ t err_ buff80 存放 Pro/TOOLKIT 应用程序初始化失败错 24误信息，将错误信息的文本传给Pro/ENGINEER, Pro/ENGINEER 通过显示这些文本的方式报告Pro/TOOLKIT 应用程序初始化失败。 这些参数是为了完整表达Pro/TOOLKIT 应用程序的信息而进行设定的，并不影响应用程序的运行，用户可以根据需要在定义该函数时决定这5 个参数的定义与否。 user_terminate()是 Pro/ENGINEER 终止同步模式的Pro/TOOLKIT应用程序时调用的函数。例如当退出Pro/ENGINEER 时，用户在退出确认对话框选择 “YES”之后，在 Pro/TOOLKIT 进程的最后期间将调用 user_terminate()函数，该函数返回类型为空。该函数由用户定义，其中可以不执行任何动作。user_terminate()函数典型的定义格式为： extern C void user terminate() /用户添加的终止代码 user_initializ()和 user_terminate()函数必须放在与 工程文件名同名的 UP 源文件中。 3 3. .4 4. .6 6 编编译译和和链链接接 P Pr ro o/ /T TO OO OL LK KI IT T 应应用用程程序序 在调用 Pro/TOOLKIT 函数之前，必须正确设置定义函数的头文件和链接所需的库文件。才能正确编译和链接源程序，生成动态链接库文件。 (1) 头文件设置 Pro/TOOLKIT 头文件位于 protoolkitincludes 文件夹。设置头文件路径的方法是：进入Visual C+6.0 的集成开发环境激活工具/选项(Tools/Options)菜单，选择，“目录 ”(Directorise)选项卡，在 “目录 S：”弹出列表框中选择 “includes” ，将 Pro/TOOLKIT 头文件所在文件夹“. PROTOOLKIT INCLUDES”作为新的一项添加。 然后，要在源程序的开始位置添加上该段源程序所引用的头文件名(2) Pro/TOOLKIT 库文件设置 Pro/TOOLKIT 的库文件位于protoolkiti486_ntobj 文件夹。在 “目 25录S：”弹出列表框中选择 “Library files” ，将 Pro/TOOLKIT 库文件所在文件夹 “ PROTOOLKITi486_ ntobj”作为新的一项添加。 (3) 链接所需库文件设置 在 VisualC+6.0 的集成开发环境激活工程/设置 (Project/Settings)菜单，选择 “链接 (Link)”选项卡，在分类： (Category)弹出列表框中选择通用 (General)，在 “对象 /库模块 (Object/Library modules)”下加入mpr.lib protk_dll.lib 两个库文件， 其中 mpr. 1ib 为 VC 系统的库文件，protk_dll.lib 为 Pro/TOOLKIT 所需的库文件。3 3. .4 4. .7 7 注注册册 P Pr ro o/ /T TO OO OL LK KI IT T 应应用用程程序序 创建好的 Pro/TOOLKIT 应用程序必须先进行注册才能在Pro/E- NGINEER 中运行。应用程序的注册是通过注册文件 (registry file)来实现的。注册文件扩展名为.dat，可以修改 Pro/TOOLKIT 提供的Protk.dat 生成自己的注册文件。注册文件的一般格式如下：NAME protoolkitApp.dllEXEC_FILE C：protoolkitAppDebugprotoolkitApp.d11TEXT_DIR C：protoolkitAppDebugtextSTARTUP dllALLOW STOP TRUEDELAY START TRUEREVISION 2001END3 3. .4 4. .8 8 运运行行和和停停止止 P Pr ro o/ /T TO OO OL LK KI IT T 应应用用程程序序(1) 运行 Pro/TOOLKIT 应用程序Pro/TOOLKIT 应用程序在 Pro/ENGINEER 中的运行方式有两种：自动运行和手动运行。自动运行是指应用程序随着Pro/ENGINEER 的启动开始运行，可以通过以下方式来实现：将注册文件名设定为Protk.dat，并保存于 Pro/ENGINEER 安装目录的text 目录下； 或将注册文件名设定为Protk.dat，并保存于 Pro/EN- 26GINEER 的起始位置设定的目录下；设置注册文件的系统变量名为toolkit_registry_file，并保存于Pro/ENGINEER 的 Pro/ENGINEER 的 文件中。手动运行是指Pro/ENGINEER 启动以后，通过选择Pro/ENGINEER界面上的 “工具 辅助注册应用程序 (Utilities/Auxiliary Applications)”菜单项，选择 “登记（ Register） ”按钮注册应用程序，然后选中要运行的应用程序复选框，再选择“启动 ”按钮运行应用程序。3 3. .5 5 O OD DB BC C 和和 M MF FC C 数数据据库库类类 ODBC 是一种基于结构化查询语言(SQL)的程序设计接口，是一种开放通用的数据库访问方法，也是使用最广泛的Windows 应用程序数据库接口。 VC+的 MFC 基类库定义了CRecordset(记录集类 )，封装了对表记录进行操作的许多功能，如查询、添加、删除、修改记录等，并能直接为数据源中的表映射一个CRecordset 类对象，方便用户与数据库交互。3 3. .6 6 数数据据库库系系统统 A AC CC CE ES SS S Access 是 1992 年 Microsoft 公司出品的桌面数据库管理系统，采用了 ODBC ( Open Database Connectivity 开放数据库互连 )标准，采用它可以很方便的与其它应用程序交换数据。因此，本文采用了Access 数据库管理系统，其具有如下特点： (1) 可以在单一的数据库文件中管理所有的信息。在这个文件中，用户可以将自己的数据分别存储在各自独立的表格中。表与表之间还可以建立关联； (2) 可以使用联机窗口来查看、添加及更新表中的数据； (3) 可以使用查询来查找并检索所要的数据;也可以使用报表某一特定的版面布置来分析及打印数据； (4) 在 VBA 环境中可以使用SQL ( Structure Query Language)结构化查询语言，从而大大的提高查询的速度。 273 3. .7 7 本本章章小小节节 本章详细介绍了减速器可视化系统设计的开发工具Pro/ENGINEEG，和其它开发工具如ODBC 数据库系统等； 尤其重点介绍了二次开发工具Pro/TOOLKIT，因为目前在减速器的可视化设计中 ，Pro/ENGINEEG 多是作为三维造型软件来用，极少利用 其二次开发功能实现与数据库连接的方式来设计减速器，实现它的参数可视化，所以这是一种设计方法的尝试。 284 4 可可视视化化系系统统开开发发技技术术及及实实例例本文研究实现的可视化系统中涉及到很多开发技术，如Pro/ENGINEER 的二次开发技术， 基于特征的 参数化设计技术 、数据库管理技术 等很多内容。其最终目的都是为了更好的为开发可视化设计系统服务，达到理想的设计效果，使减速器的设计 效率 提高 ，方便快捷。4 4. .1 1 P Pr ro o/ /T TO OO OL LK KI IT T 二二次次开开发发技技术术 在在本本系系统统中中的的应应用用对于 Pro/TOOLKIT 应用程序的开发，在国内尚属一个新的探索领域，这里，仅将减速器可视化设计系统开发过程中涉及到的有关Pro/TOOLKIT 二次开发的技术介绍如下。4 4. .1 1. .1 1 数数据据接接口口技技术术在本文中， Pro/TOOLKIT 应用程序的源代码是在VC+6.0 环境下编写并编译的。源程序中包含了许多Pro/TOOLKIT 的头文件，如ProToolkit.h、ProObjects.h 等，这些头文件中描述了若干个Pro/TOOLKIT 函数，正是通过对这些函数的调用，完成了对Pro/ENGINEER 的访问。此外， Pro/TOOLKIT 的安装目录下提供了许多C 资源文件，例如proto- olkitprotk_applspt_examplespt_utils 下的pt_utils.c 源文件，在编写应用程序时经常会调用这些资源文件。而make 文件正是将 Pro/TOOLKIT 应用程序和这些资源文件连接起来，可以说 make 文件完成了 Pro/TOOLKIT 应用程序和各种资源文件之间数据接口的主要工作。关于make 文件的编写和运行在前面已经作过介绍。前面已经讲过，应用程序的注册是通过注册文件*.dat(如 Protk.dat) 来完成的，注册文件为Pro/ENGINEER 提供了构成 Pro/TOOLKIT 应用程序的有关文件的信息，例如下面要讲的有关菜单的文本信息文件*.mnu、*.aux 和*.txt，所以说注册文件也完成了Pro/TOOLKIT 应用程序、各种信息文件和Pro/ENGINEER 之间数据接口的部分工作、关于注册文件的编写和运行在前面己经作过介绍。 294 4. .1 1. .2 2 P Pr ro o/ /E EN NG GI IN NE EE ER R 界界面面菜菜单单开开发发技技术术应用 Pro/TOOLKIT 开发工具，可以修改和补充Pro/ENGINEER 的菜单结构，包括菜单条菜单的添加和模式化菜单的添加。由于在本文中仅添加了菜单条菜单，所以只对此加以介绍。Pro/ENGINEER 界面的菜单条即界面最上面的可下拉的菜单，其下拉的菜单既包含按钮又包含子菜单。如NEW 为 FILE 菜单条下的按钮，而IMPORT 为 FILE 下的子菜单。 Pro/TOOLKIT 菜单条函数可创建新的菜单条或修改己存在的Pro/ENGINEER 菜单条菜单。在本论文中，创建了新的菜单，并在该菜单条下添加了按钮，具体方法如下：(1) 添加一个菜单到菜单条在菜单条上添加菜单 ，调用函数 ProMenubarMenuAdd()，该函数有以下输入参数： 添加的菜单的名称 添加的菜单的标签 相邻菜单的名称 与相邻菜单的位置关系标志 文本信息文件的名称(2) 添加按钮到一个菜单条菜单为了向菜单条添加一个按钮， Pro/TOOLKIT 应用程序必须做如下工作：a) 定义按钮发起的动作到Pro/ENGINEER，该动作是在一个称作“回调函数 ”的函数中定义的。需要调用的函数是ProCmdActionAdd()，该函数指定了对应的回调函数，并设置了要发起的动作的名称和优先级别。其中，优先级别指的是要发起的动作优先于其它Pro/ENGINEER 动作的处理的水平。b) 加按钮到菜单条中，且将上面的动作约束到按钮上。需要调用的函数是 ProMenubarmenuPushbuttonAdd()。该函数的参数如下：父菜单的名称添加的按扭的名称添加的按扭的标签 30按扭的行帮助相邻按扭的名称与相邻按扭的位置关系标志文本信息文件的名称要发起的动作的标识符这里需要说明一点，在菜单条中增加按扭与在指定模式的菜单中增加按扭是有本质区别的，后者需要注册*.mnu and*.aux 文件，而前者只需在一个 *.txt 的文本信息文件和函数ProMenubarmenuPushbuttonAdd()的输入参数中指定必要的信息即可。需要注意的是，信息文件的放置位置非常重要，必须在 /text/usascii 目录下，否则，应用程序在运行过程中因无法找到而会导致错误，比如，菜单不能正确显示。本文中研究的可视化系统中的所有菜单都是利用这个技术实现的，实现了可视化系统的人机交互界面更符合Pro/ENGINEER 风格，而且这也是将 Pro/ENGINEER 与所需的数据连接的重要接口。4 4. .1 1. .3 3 实实体体尺尺寸寸修修改改技技术术Pro/TOOLKIT 可使我们很方便的查找、修改Pro/ENGINEER 实体的尺寸。实体的每个尺寸在Pro/TOOLKIT 中是用一个整型标识符来识别的，我们称之为尺寸的ID 号。通过尺寸的ID 号，我们可方便地查找、显示和修改它对应的尺寸值。在对实体的尺寸进行修改时，我们还用到了一个很重要的C 数据结构 PRODIMBNSION，实体上每一个尺寸都是该数据结构的一个对象，称之为一个数据。该数据结构的定义如下：typedef struct prodimensiondouble value；int tolerance_set；double tolerance2；wchar_t symbol80； char type80； 31int dim_attribute；int places_denom；enum Pro_dim_tol_types tol_type；PRODIMENSION； 修改一个零件的尺寸值，就是改变该尺寸数据的成员value 的值。在 Pro/TOOLKIT 应用程序中，要完成这项工作一般需要以下几步： (1) 将零件调入内存，调用函数ProMdlRetrieve()。 (2) 得到零件上欲修改尺寸的标识符，即尺寸的lD 号，可以通过Pro/ENGINEER 界面上菜单 Info/Switch Dims 得到。 (3) 根据要修改尺寸的ID 号，调用函数prodim_get_dimension()，得到对应的类型为PRODIMENSION 的尺寸数据，例如， &dim。 (4) 修改其尺寸值，即为dim.value 赋予新的尺寸值。 (5) 重新生成零件并重画窗口，调用函数ProsolidRegenerate()和ProwindowRePaint()。该技术对于可视化系统中一些非标准件或非常用件，尤其是结构相对复杂无法实现参数 设计 的部分零件，有重要意义。对于需要生成结构相同，但是尺寸需要改变的零件来说，这是个简单易行的方法，而且该程序适合任何模型，没有针对性，只需在要修改的模型打开后，连接该应用程序，在弹出的对话框修改点击的尺寸数值即可，大大缩短了重新开发零件的时间，提高设计效率。4 4. .1 1. .4 4 零零件件家家族族表表技技术术首先要介绍的是有关零件家族表的几个重要的对象：ProFamtable 有关零件家族表的对象，是包含家族表的拥有者、类型和家族表的整型标识符的一个数据结构。ProFaminstance 有关零件家族表子零件的对象，包含子零件的名字及其所属家族表操作句柄的一个数据结构。ProFamtableItem 有关零件家族表项目的对象，包含项目的类型、名字及其所有者的一个数据结构。在对零件家族表、家族表中的子零件进行访问时，首先必须得到相应操 32作对象的句柄，所用的函数分别是ProFamtableInit()、ProFaminstanceInit()。可视化系统中该技术的重要性在于，对于那些无需设计，但是又与减速器的构造息息相关的标准件来说，无疑是再实际不过的技术方法。而且可以将所有标准件的数据存放于数据库中，方便查找和调用，使可视化系统的功能更加完整。4 4. .1 1. .5 5 实实体体的的 装装配配技技术术 在 Pro/ENGINEER 中，将组件装配起来是通过约束的方法来实现的约束的类型很多，有贴面(Mate)、偏离对面 (Mate offset)、对齐 (Align)、同轴 (Orient)、偏离对齐 (Align offset)、坐标系重合 (Coord sys)等。 Pro/ENGINEER 的 20 版本之后，实体装配采用的是特征生成的技术，也就是把构成装配体的组件看作是Pro/ENGINEER 中一个实体的特征。该技术应用了一个特征元素树(feature element tree)，并调用了函数ProFeatureCreate()。该技术与以前相比较，有以下的特点62： (1) 它遵照已存在的Pro/TOOLKIT 技术， 不需要特别的数据结构或函数。(2) 它接近 Pro/ENGINEER 的核 心代码，具有 一致性和可支持性。(3) 它使用函数 ProFeatureRedefine()允许组件进行Redefine and Reroute 操作，而这在以前的版本中是不可能实现的。需要说明的是，装配体的特征元素树是在头文件ProAstncomp. h 中描述的。本文的 减速器 可视化设计 由于是 针对结构复杂的 行星减速器，所以要通过程序实现 参数 装配，程序 会相 对繁琐工作量大有一定困难，需要较长时间完成 ，于是 现选择 前一种 约束方法进行最后的总体装配，自动化装配有待以后研究。4 4. .2 2 参参数数化化设设计计技技术术在在可可视视化化 系系统统中中的的作作用用减速器是一种用于原动机和工作机之间的封闭式机械传动装置，主要用来降低转速、增大扭矩或改变运转方向，目前已成为应用广泛的一种专门部件，由于存在使用场合、工况的差别而形成了一个个的系列产品，常用的减速器已经标准化和规格化，并由专门工厂大量制造。 33系列产品的结构及有关的设计计算模式相似性程度较高，如果一一地去设计，重复工作量庞大，极大地浪费了人力、物力资源，延长了设计周期。参数化设计 技术 的理念很好地解决了这种问题。所谓的参数化设计是用一组参数来定义几何图形(体素 )的尺寸数值并约定尺寸关系，提供给设计者进行几何造型使用。参数与设计对象的控制尺寸有显著的对应关系，设计结果的修改及 尺寸驱动。在本系统完成所有该类型减速器的相关零部件模型 特征库建立后，所有的模型提供一定的结构参数化功能，即同一模型可以派生出多种不同的结构零件实体，即使利用零件模型建出不符合要求的零件模型，也可以首先建立与要求最接 近的零件模型。这些通用的初步细化的零件模型相当于该结构形式为行星减速器的标准零件或非标准零件库，其所采用的数学模型及产品的结构都是固定不变的，所以在本论文研究设计的减速器可视化系统中建立满足自身要求的标准件和非标准件库，然后在此基础上通过参数设置，采用程序自动完成尺寸修改更新模型的方法，设计各类不同规格的产品。4 4. .2 2. .1 1 参参数数化化设设计计技技术术概概述述 参数化设计方法的研究工作最早可追溯到20 世纪 60 年代早期， Sutherland 在他开发的 Sketchepad 系统中，首次将几何约束表示为非线性方程来确定二维几何形体的位置。后来Hillyard、Gossard 进一步发展了这一思想，并使之实用化。在应用此方法的过程中，人们也发现了早期参数化方法的诸多弊端，如迭代收敛性问题等，由此人们又提出了符号法用以克服这些问题，但符号法的计算量很大，在实用中受到很大的限制。另外，人们又提出了应用人工智能思想的方法：基于图的方法，用图的表示改善推理过程，这种方法把约束及其所约束的几何元素用图论的方法表述出来，然后对约束进行几何推理确定各几何元素的参数值。这种方法简洁、计算量小，因而在实际软件系统中得到了广泛应用。国内近年来对参数化的研究也显示出较高的热情，相继开发出一些具有较高技术水平的商品化软件，在几何约束的表示和求解方面，提出了各种新方法和思路：如基于整数规划的几何因果定性推理建模和求解； 34基于变分集合的参数化设计方法；基于有向超图的参数化表示模型；基于归约的几何推理； 针对在线参数化方法的不足提出模型建立和求解相分离的离线 参数化方法等。自从有计算机以来，机械设计师就梦想着实现机械设计的自动化，但传统的 CAD 技术却存在着某些严重不足，主要表现在以下的几个方面4：(1) 不能支持设计过程的完整阶段传统 CAD 系统基于几何模型设计，所能处理的只能是图形元素的几何信息，系统仅仅记录了几何形体的精确坐标信息，而大量丰富的具有实际工程意义的集合拓扑和尺寸约束信息、功能要求信息均被丢失，其应用不能支持设计过程的完整阶段，只能局限于产品的详细设计阶段。(2) 无法支持快速的设计修改和有效地利用以前的设计结果传统 CAD 系统只记录了产品的几何坐标信息。这样一来，即使一个很小的设计修改也往往会引起整个设计模型的删除或重画，导致放弃以前大量设计工作，这不仅效率低而且难以保证设计约束的前后一致性。(3) 无法很好地支持设计的一致性维护工作 传统的 CAD 系统没有记录下设计对象内部元素间相互关系，在修改设计时，某一局部的改动不能自动反映到相关部分的变动，需要设计人员逐步进行修改，这样，往往不能保证设计要求在设计反复时可靠地得到保证。(4) 不符合工程设计人员的习惯传统 CAD 系统面向具体的几何形状，使工程设计人员过多地局限于某些设计细节，而工程设计人员往往是先定义一个结构草图作为原型，然后通过对原型的不断定义和调整，逐步细化达到最佳的设计结果的。(5) 无法支持并行设计过程一个产品的设计过程，需要多个设计人员多方面、多层次、多阶段设计活动的参与，这就要求从一开始就考虑到产品从概念设计到最终消亡的整个生命周期的所有因素，强调设计过程的并行协调。传统CAD 系统只支持顺序的设计方法，无法支持并行的设计过程。由于设计过程的创造性和复杂性的特点，因此，目前的CAD 系统 35都或多或少地采用了一些智能技术，以更好地辅助设计过程口参数化技术就是其中之一。目前，参数化设计己成为CAD 中最热门的应用技术之一，能否实现参数化设计也成为评价CAD 系统优劣的重要技术指标，这是因为它更符合和贴近现代CAD 中概念设计以及并行设计思想，工程设计人员设计开始阶段可快速草拟产品的零件图，通过对产品形状及大小的约束最后精确成图44。同一系列产品的第二次设计可直接通过修改第一次设计来实现，设计参数不但可以驱动设计结果，而且影响产品的整个开发周期，设计参数可来自于其他系统。参数化设计是变量化设计的前提，借助变量化设计思想可实现动态设计、机构设计的运动仿真模拟等。除此之外，参数化设计还能够使设计人员在设计的同时实现参数化建库，极大的方便后续设计工作。因此，参数化设计以及建库工具的研究对进一步提高设计和绘图效率以及柔性化设计具有十分重要的意义。参数化设计是通过改动图形的某一部分或某几部分的尺寸，或修改己定义好的零件参数，自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现对图形的驱动。参数驱动的方式便于用户修改和设计。用户在设计轮廓时无需准确的定位和定形，只需勾画出大致轮廓，然后通过修改标注的尺寸值来达到最终的形状，或者只需将邻近的关键部分定义为某个参数，通过对参数的修改实现对产品的设计。参数化设计极大的改善了图形的修改手段，提高了设计的柔性，在概念设计、动态设计、实体造型、装配、公差分析与综合、机构方针、优化设计等领域发挥着越来越大的作用，体现出很高的应用价值。4 4. .2 2. .2 2 参参数数化化设设计计的的理理论论方方法法参数化设计技术以约束造型为核心，以尺寸驱动为特征，允许设计者首先进行草图设计，勾画出设计轮廓，然后输入精确尺寸值来完成最终的设计。与无约束造型系统相比，参数化设计更符合实际工程设计习惯，因为在实际设计的初期阶段，设计人员关心的往往是零部件的大致形状和性能，对精确的尺寸并不十分关心，特别是在系列化设计中，参数化造型技术的优点就更加突出。 36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的约束来建立其约束模型并进行约束求解。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地几何/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位置和形状参数，从而形成参数化的产品几何模型。产品的几何约束主要包括拓扑约束和尺寸约束两方面。拓扑约束是对产品结构的定性 描述，它表示几何元素之间的固定联系，如对称、平行、垂直、相切等，这些关系拟抽象为点、边、面间等九类有向 关系，每一类关系有相应的 谓词 ，包括 “相同 ” 、 “平行 ” 、 “垂直 ” 、 “相交 ” 、 “偏移 ”等。尺寸约束则为特征/几何元素间相对位置的定量表示，如各种距离、两线夹角、圆的半径等。尺寸约束是参数化驱动的对象，其不仅可以变动，而且需要标注和显示。尺寸约束可表征为一组基本参数且具有与产品结构层次相对应的层次性。产品特征模型中高层约束是形状特征之间的形位关系；几何元素之间的约束，则是低层约束的封装；高层约束需通过低层约束来实现。参数驱动中约束方程的求解或尺寸链的推导是难点，如何保证在各种情况下都得到稳定的解，尚未得到完全的解决。目前，解决参数驱动中约束的方法主要有如下几种：基于几何约束的变量几何法、基于几何推理的人工智能法、基于构造过程的构造法、基于辅助线法。 上面几 种方法目前应用较为广泛，但几何推理法采用谓词 描述约束，而且采用专家系统进行推理求解，效率低，难以满足交互绘图的要求。构造法通过对造型过程的纪录，记下几何元素的生成顺序及其相互间的关系，当用户修改参数时，系统按原来的造型顺序和几何元素之间的关系重新构造设计过程，构造法能够克服前面两种方法的不足，但要求用户严格遵守一定的造型顺序，缺乏灵活性。 374 4. .2 2. .3 3 参参数数化化 模模型型和和模模式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和现象。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。几何模型描述的是具有几何特性的实体，它包括两个主要概念：几何关系和拓扑关系。几何关系是指具有几何意义的点、线、面，具有确定的位置 (如坐标值 )和度量值 (如长度、面积 )。所有的几何关系构成了几何信息，拓扑关系反映了形体的特性和关系。所有的拓扑关系构成其拓扑信息，它反映了物体几何元素之间的邻接 关系。在计算机辅助设计系统的设计中，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。参数的模式分以下几种：1. 程序参数化程序参数化方法是将尺寸作为变量，对每种不同的结构的图形，通过编程方法进行几何计算、图形变换确定出精确几何模型，从而实现参数化设计的方法。程序参数化方法是将对产品模型的定义、表达和实现集于一身的设计方法，只有修改设计程序才能修改模型的定义。它将产品的整个设计过程一次性映射到程序代码中，一旦这个过程完成就很难对设计模型进行较大修改，这与产品设计是一个反复修改的过程大相径庭，因此程序参数化方法只适用于产品设计的最后时期。其主要优点有50：(1) 强大而灵活的参数化能力采用编程方法来建立产品的参数化模型，可以表达参数模型的各种形态，其中参数化变量可以包含尺寸变量、结构变量后期他没有直接物理意义的抽象变量。它不但可以将几何信息或拓扑信息进行参数化，而且可以对其他非几何信息进行参数化。其参数化模型的变动范围可以任意设定，十分自由灵活。(2) 对于构型变异设计具有一定的优势 38常见的构型变异设计形式有以下几种：a) 几何变异，例如通孔变成阶梯孔，轴段被辅以退刀槽；b) 拓扑变异，如特征阵列行数、列数的变化；c) 突变，指类型差异较大的构型之间的替换，如方孔变为圆孔，销钉连接变为螺纹连接等等。(3) 支持设计过程的参数化通常的参数化模型只是设计对象的参数化模型，而采用编程方法可以对产品的设计过程建立起参数化模型，进而提供更加用户化 的辅助设计过程。单程序参数化方法也有其固有的缺点：a) 由于其针对性太强，因而适应性很差，难以表示与处理复杂的几何约束，难以支持对约束的增、删操作；b) 编程的工作量太大；c) 对用户要求过高。2. 交互参数化法交互参数化法指模型的生成和约束的施加是交互进行的，约束的施加可分为陈述式和过程式两种。其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。它主要包括基于数值迭代法(变动几何法 )、基于符号推理法 (几何推理法 )、基于图论方法、基于构造方法。3. 构造过程法构造过程法是在交互过程中同步建立结构图形约束，它将约束封闭于几何图形元素之间，以此约束具有局部性，便于修改及求解。结构图形约束完成集成图后再实施尺寸标注约束，两种约束可能存在矛盾，可以回溯查找图形约束关系并进行修正，从而保证改变尺寸后直接驱动图形。4. 离线参数化方法针对现有在线参数化方法的不足，文献提出一种比在线参数化方法更有普遍意义的基于自组织方式的离线参数化方法。这种方法最重要的特征是参数化过程与图形生成过程是无关的，作图过程与对图样的理解是相互分离，其本质是通过对图形约束信息的自动组织，进而识别和理解尺寸对图形的约束关系，从而进行参数化联动。与现有参数化方法相比，离线参数 39化是根据工程制图的规则和尺寸与图形之间的约束关系。从而用尺寸驱动图形。离线参数化方法的关键过程是尺寸约束的自动形成和尺寸对图形的驱动。理论上离线参数化方法适用于任何图形系统生成的图形。但由于采用全约束识别方法，当模型较为复杂时起约束识别的难度较大。5. 图形的局部参数化前面讨论的图形参数化方法都是试图对图形的整体进行参数化，需要图形整体不能存在过约束或欠约束。但是，在设计过程中常常需要在未完成设计的基础上 (存在欠约束 )，对图形进行参数化修改，这就需要对图形的局部进行参数化。局部图形参数化基于以下几条规则46：(1) 局部修改及以外的所有图形元素和尺寸标注均不予以考虑；(2) 局部修改 集内 的尺寸约束关系的优先级高于几何定义和关系约束的优先级；(3) 图形的变化方向是尺寸标注所表示的方向；(4) 参数化修改过程中，几何约束在不产生过约束的情况下应保持不变。局部参数化的意义在于参数化范围小，操作简单，容易实现。在设计过程中，只要保证局部约束的完整性，即可完成参数化的修改。也不必花大的开销来记录图形中复杂的约束关系，而是直接对图形的几何数据进行操作。6. 工程图样的参数化参数化设计方法的理论研究较早，他们的着重点放在几何约束满足的建立和求解上，而实际工程图样的要复杂得多，单纯用一种方法很难解决实际问题。同时，要满足一定的结构和功能设计要求，必须施加一定的规则进行约束，而以上约束模型往往很难适用于实际模型的求解。4 4. .2 2. .4 4 基基于于特特征征的的参参数数化化设设计计基于特征的参数化设计将基于特征的设计和参数化设计有机的结合起来，使用较完整的带有语义的特征描述方式，使特征本身就包含参数化变动所 40需的成员变量和成员函数，将面向对象的技术应用于特征的描述，在造型中使用参数化，随时调整产品结构、尺寸 ，并因此带动特征自身的变动，实现产品基于特征的参数化设计33。基于特征的参数化三维造型技术是CAD 的关键技术，也是机械产品设计的发展趋势。目前主要有两种参数化建模方法：尺寸参数化和结构参数化，尺寸参数化是指零部件的大小可以改变而形状不能改变，例如众多软件系统中的基本图元 ，而结构参数化是指既可以改变大小也 可以改变形状，建模过程中根据实际需要 可选择 尺寸 参数化或结构参数化造型50。 参数化设计的最大优点是系统自动记录建立几何形体的整个历程，换句话说，系统 不仅记录建立的几何形体，同时也记录设计意图，即几何间的关系。当 改变参数时，几何关系保持不变。Pro/ENGINEER 作为一个基于特征的三维辅助设计软件，利用几何约束实现了尺寸驱动，设计者可以在设计过程中预先定义设计变量，再通过简单的算术表达式定义几何尺寸，几何尺寸也可以以变量的形式加入到算术表达式中，以驱动其它尺寸。对标准件来说，其结构尺寸均己标准化、系列化，国家标准对其有着明确的规定。在造型过程中，就某一特定类型的标准件而言，我们只需改变其设计变量的值，就可得到不同规格的同类零件模型。因此，设计变量的应用，使得标准件模型库建立的繁杂工作变得简单了。设计变量的应用一般有两种方式 ：(1) 表格方式：在一个表格中(如 Microsoft Excel 电子表格 )，建立局部变量或全局变量，用表格驱动单个或多个零件的尺寸变化； (2) 直接方式 ：直接建立局部或全局变量，用变量驱动单个或多个零件的尺寸变化；4 4. .2 2. .5 5 基基于于 P Pr ro o/ /E EN NG GI IN NE EE ER R 的的参参数数化化设设计计在参数化方法研究不断深入的基础上，世界各大公司相继推出自己的CAD 系统或在原有的系统上增加参数化功能。一些著名的商用公司开发的产品，基本代表该项技术发展的主流，所提供的模块基本覆盖了整个机械产品的设计过程。如UG 公司的 Solid Edge, Autodesk 公司的 AutoCAD Designer、德国西门子一利多富公司的SIGRAPH-DESIGN；美国参数技 41术公司 PTC 的机械设计自动化软件Pro/ENGINEER 等。国产的具有参数化功能的 CAD 软件主要有 ：高华计算机公司的高华CAD、华中理工大学的 InteCAD、开目 CAD、浙江大学的ZDDS 等。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，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，在对于减速器这个复杂结构的参数化设计过程中，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。在已创建的零件三维模型基础上，进一步根据零件的设计要求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，实现设计阐述的检索、修改和根据新的参数值生成新的三维模型的功能，其过程如图4.1： 图 4.1 参数化设计过程图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，下面将参数化设计程序要使用的三维模型称为三维模型样板。在 Pro/ENGINEER 环境用人机交互式建立三维模型样板。模型样板的创建方法与一般的三维模型相同，但必须注意以下几点6：(1) 在对三维模型样板进行特征造型时，对二维截面轮廓，利用尺寸标注和施加相切、固定点、同心、共线、垂直及对称等关系实现对几何图形的全约束。(2) 正确设置控制三维模型的设计参数。设计参数可分为两种情况：一是与其他参数无关的独立参数；另一种是与其他参数相关的非独立参数。前者主要用来控制三维模型的几何尺寸和拓扑关系，后者可用以独立参数 42为自变量的关系式表示。实际上，参数化设计程序采用的是第一种情况的设计参数，对于后者可以不设置参数而直接用关系式表示。(3) 正确建立设计参数与三维模型尺寸变量之间的关联关系。在Pro/ENGINEER 中创建草图、加减材料和其他修饰特征时，系统将会以d0、d1、d2、.等默认的符号给特征的约束参数命名。系统的约束参数命名由 Pro/ENGINEER 系统自动创建的，其值控制三位模型的几何尺寸和拓扑关系，与用户建立的参数无关。要使用户建立的设计参数能够控制三维模型，必须使二者关联。主要采用下面两种方法：a) 在创建或修改特征需要输入参数值时，直接输入参数名。如在草图中标注或修改尺寸值时用参数名代替具体数值。b) 利用 Pro/ENGINEER 的关系式功能创建新的关系式，使Pro/EN- GINEER 系统自动创建的约束参数名与设计参数关联。本论文中， 行星 减速器的零件参数化设计中所有需要的参数是在其优化设计中根据传动比和输出功率等要求 确定的 ，而作为可视化系统中生成三维模型的 输入数据 原始依据 。然后， 将 ODBC 技术用于开发的应用程序中，可以实现Pro/ENGINEER 与外部数据的连接， 实现可视化设计 ，使数据库操作简单方便，大大缩短开发时间。为了便于应用和管理，在 Microsoft Access 关系数据库中建立相应的表格，采用ODBC做程序设计接口，可方便有效地访问外部数据库。下面 就来介绍数据库技术。4 4. .3 3 数数据据管管理理和和 数数据据库库技技术术在产品的设计过程中，如何解决大量的几何和非几何设计参数的快速交互和维护，是参数化设计系统开发中的一个技术难点。一个参数化设计系统的实用性和可靠性在很大程度上取决于该系统中设计参数管理系统的性能。在产品设计中，设计参数具有从上到下的传递功能，在总体设计阶段确定的参数将传递到下面的部件设计或零件设计中，所以，设计参数管理系统首先要建立设计参数的数据库，这是设计正确性的充分保证；其次是能实现对设计参数数据库进行输入、修改、存储、调用、追加等功能的统一 43管理，即可实现从数据库中读取数据，修改数据库中的数据，并根据产品设计的需要可在原有数据文件中追加若干参数的记录，还可在数据库中增加多个数据文件等功能；最后是要提供一个方便用户操作的友好界面，为设计带来方便。设计参数按其几何性质分为几何参数和非几何参数两种。前者如实体大小与位置尺寸等数值型参数，后者是表明结构特征以及一些数据控制和标记作用的代码，如轴承型号等非数值型参数。4 4. .3 3. .1 1 数数据据库库 技技术术数据库技术是计算机领域发展最快的学科之一，因为它既是一门非常实用的技术，也是一门涉及面广、研究范围宽的学科。因此，他吸引 了理论研究、系统研制和应用开发等不同方面众多的学者、专家和技术人员致力于其研究和实践。数据库系统己从第一代网状、层次数据库系统发展到第二代关系数据库系统和第三代以面向对象为主要特征的数据库系统。数据库技术与网络通信技术、面向对象技术、并行计算技术、多媒体技术、人工智能技术等互相渗透、互相结合，成为当前数据库技术发展的主要特征。它使数据库领域中心的技术内容层出不穷，新的学科分支不断涌现，形成了新一代数据库系统的大家族。与传统的数据库技术相比，当即数据库的整体概念、技术内容、应用领域，甚至某些原理都发生了重大的发展和变化。当前的数据库处理可以划分为操作型处理和分析型处理两大类。操作型处理也叫事务处理，是指对数据库联机的日常操作，通常是对一个或一组记录的查询和修改，主要为企业的特定应用服务的，人们关心的是响应时间、数据的安全性和完整性;分析型处理则应用于管理人员的决策分析。数据库系统作为数据管理手段，一直力图使自己能胜任从事务处理、批处理到分析处理的各种类型信息处理任务。尽管数据库在事务处理方面的应用获得了巨大成功，但它对分析处理的支持一直不能令人满意，尤其是当以业务处理为主的联机事务处理(OLTP)应用与以分析和处理为主的决策支持系统 (DSS)应用共存于同一个数据库系统时，这两种类型的处理发生了明显的冲突。在这种情况下，人们逐渐尝试对数据库中的数据进 44行再加工，形成一个综合的、面向分析的环境，以更好地支持决策分析，于是数据仓库技术应运而生。数据仓库就是一个用以更好地支持企业或组织的决策分析处理的、面向主题的、集成的、不可更新的、随时间不断变化的数据集合。它在企业决策分析中发挥着巨大的作用，是当今最热门的数据库技术之一。4 4. .3 3. .2 2 工工程程数数据据库库早期的数据库系统是为了处理商用实物数据发展起来的。目前，商用数据库管理系统己发展比较成熟，它能更方便地描述、修改、处理和维护数据。随着计算机在工程领域的广泛应用，随着 CAD/CAM 集成化对数据库管理日益增长的迫切需求，人们试图 用商用数据库系统实现对于工程数据库的管理，结果不能满足要求，因为CAD 所涉及的数据具有形式多样、类型繁多、修改频繁、关系复杂、动态性强等特点，比商用事务数据库管理系统要复杂得多。在机械制造设计领域中，由于数据库要支持从设计到生产制造的整个过程，因此数据是非常多样和复杂的，一般有以下三种类型：(1) 管理型数据管理型数据主要指产品设计与制造中所用到的标准数据。如各种推进剂性 能参数、 火箭 所用工业材料性能参数等。这类数据与普通数据库中的数据基本相同 ，其特点是数据之间关系分明，数据稳定。(2) 设计中产生的数据这类数据是在设计过程中有一些工程计算小软件包产生的。这类数据会随着设计方案的不同而不同。(3) 图形数据图形数据包括各种工程图表、三维几何造型等数据。一般将参数化图形划分为三个层次即总装图、部件图和零件图，零件图摘录主要参数与图号建立图表数据库并与图形建立相应关系；而对部件图与总装图，则可以为它们设计一些简图，建立数据库记录它们包括那些零件图号。这些数据信息也是随着设计方案的不同而不同。对比商业数据，工程数据具有如下特点： 45(1) 数据类型和形态的多样性在产品设计制造过程中，设计的工程数据包括静态的标准数据；工程设计进程中、动态的过程产生的数据和图形数据。(2) 数据结构的复杂性 工程数据对象种类繁多，除了用数字表达外，还要用图形来描述。(3) 数据操作的多样性工程数据所描述的对象涉及面广，由于各种数据的具体含义不同，需要对数据实时的操作也多种多样。普通的关系运算己不再适合于图形、图像数据。必须根据工程数据的具体含义提供相应的操作手段。分析工程数据库近期现状及其发展趋势，可归纳为：(1) 智能化数据库技术与人工智能技术结合是一股新的潮流，它包括两个方面的含义，一是人工智能、专家系统的研制与开发带来了大量的知识库管理的需求； 二是数据库已成为越来越多的集成系统的数据环境，复杂的数据描述与管理要求是数据库面临着智能化管理的必然课题。(2) 集成化当今 是信息爆炸的时代，信息量剧增，于是对数据库管理和应用产生了越来越高的要求，知识库、数据仓库及产品数据管理PDM 等集成化新技术层出不穷。(3) 网络化随着计算机网络技术的发展，Web 技术与数据库技术将结合的Web 数据库的应用，使得单位信息管理系统萌发出勃勃生机和活力。4 4. .3 3. .3 3 V VC C 和和 A AC CC CE ES SS S 数数据据库库连连接接在机械设计过程中一般需要查询相当多的数据资料，CAD 软件的具体应用需要数据库的支持：开放数据库互连ODBC (Open Date Base Connection)是 Microsoft 的 Windows Open System Architecture (WOSA)的一个组件，它提供了一整套的应用程序接口(APl)函数，使开发人员可以方便地同许多数据库格式相连。现将利用ODBC 技术与 VC的支持，实现设计软件与数据库的连接，使得设计所需要的数据可以随时 46得到，并在不断的使用过程中使设计经验数据库得以扩充，从而达到方便设计的目的。数据库采用了微软的桌面数据库Access。4 4. .3 3. .4 4 手手工工配配置置 O OD DB BC C 数数据据源源ODBC 为应用程序提供了了一种标准方法来操作相关的数据库。本论文以 Access 建立数据源，应用程序需要按以下步骤手工建立所需的数据源。(1) 双击控制面板处的32 位的 ODBC 数据源图标 ,在 ODBC 数据源管理器中选择对话框中的“系统 DSN”(系统数据源名 )选项卡。(2) 单击 Add 按钮，在创建数据源中选择数据源：MicrosofAccessDriver。包括：数据源名、版本号、公司名称、.dll 文件名等 ,这时可单击 “完成 ” ，进入下一步设置。如没有以上已安装的数据库驱动程序的信息，须安装有关数据库驱动完成后再重新配置。(3) 在 DataSourceName 域内输入数据源名称：Access，然后在单击Browse 按钮，选择 Access 数据库的位置及数据库文件。可单击Options 设置有关参数。(4) 单击 OK 按钮，返回到控制面板这样就手工完成了MicrosoftAccess 数据库的 ODBC 设置，以后在应用程序中可直接用Access 来代表 MicrosoftAccess 数据库的 ODBC 连接，用应用程序支持的 ODBC 语法来读写、修改、存放M icrosoftAccess 数据库的内容。4 4. .3 3. .5 5 V VC C 和和 A Ac cc ce es ss s 数数据据库库的的数数据据交交互互当在控制面板的ODBC 项中注册数据源后，就可在应用程序中加入数据库。 M FC 的 ODBC 类主要有： CDatabase, CRecordset 和 CRecordV iew。CDatabase：它的 1 个对象表示了与可操作的ODBC 数据源所建立的 1 个连接。主要包括Open，Close，ExecuteSQT 等成员函数。CRecordset：是记录集类。用于保存数据库中的记录。包括Open， Move，MoveFirst，M oveLast，MoveNext，MovePrev，IsBOF，IsEOF， AddNew，Delete，Edit，Update 等成员函数。 47CRecordView 是一个用于显示CRecordSet 记录集的可视对象 。包括： IsOnFirstRecord，IsOnLastRecord，OnMove 等成员函数。4 4. .3 3. .6 6 数数据据库库技技术术在在可可视视化化系系统统中中的的应应用用为了便于集成 ，需要为每一种标准件 和常用件 建立数据库 ，如齿轮参数数据库 ，键参数数据库等 。数据库是根据零件手册中有关标准件的设计参数 、尺寸参数及其之间的关系建立。每一个数据库由数据表组成，以存放不同型式的标准件和常用件 数据 。数据库技术在该系统中的应用主要表现在两个方面：一是建立标准件的数据库。二是存储常用件，也就是基本结构中的齿轮、轴的参数，作为生产可视化的三维模型的数据。其中，该技术 用于 Pro/ENGINEER 二次开发的参数化零件设计总体思路是：用交互方式创建三维原始模型，并利用Pro/ENGINEER 的参数功能建立设计参数和尺寸关系，然后在Microsoft Access 关系数据库中建立相应的表格。通过VC+映射一个 CRecordset 类对象，用于交互，最后由 Pro/TOOLKIT 应用程序检索出模型的设计参数，根据数据源对象编辑参数并再生模型。4 4. .4 4 可可视视化化系系统统开开发发技技术术实实例例4 4. .4 4. .1 1 二二次次开开发发技技术术实实例例接下来就本章提到的关键技术，我们以该行星减速器的轴系 2 的齿轮轴为例， 来说明尺寸修改技术的具体应用。在 Pro/ENGINEER 环境中运行 Pro/Toolkit 应用程序之前应先在VC+6.0 开发环境中设置好包含文件的路径、库文件的路径以及添加所需要的库文件 (包括 VC 系统的 mpr.lib 和 Pro/TOOLKIT 所需的protkdll.lib)，并在 Pro/E 环境中对应用程序进行注册以向Pro/ENGINEER 系统传递应用程序的信息。图 4.2 为开发的尺寸操作菜单。 48图 4.2 尺寸操作菜单图 4.3 是在选取 尺寸操作菜单下的 “修改与提取 尺寸 ”子菜单后弹出的对话框 ；图 4.4 是尺寸操作菜单中的 “尺寸关系 ”子菜单的功能是对模型中尺寸关系进行建立或修改，建立模型中尺寸的关系式能够保证轴的草绘截面形状与特征满足一定的结构要求，从而避免在轴的 参数更改时出现异常情况 ， “尺寸关系 ”子菜单主要负责尺寸关系的建立与修改。修改与提取 尺寸 对话框中有更新 、保存 、关闭三个按钮和一个显示尺寸值的复选话框 ，当用鼠标选取尺寸名后,在对话框左下部的文本框中分别显示出与该尺寸名相对应的公称尺寸 以及上下偏差 ，如不满意 轴现在的尺寸值或公差值 ，则可以直接对文本框中的数值进行修改，修改后点击更新按钮则轴的 尺寸更新为修改后的尺寸或公差。与 Pro/ENGINEER系统提供的特征修改功能相比，该菜单所提供的修改功能具有更直观、快捷和易操作等优点 ，并且更有利于实现可视化系统的人机交互功能体现。选择对话框中 “显示尺寸值 ”的复选框则在Pro/ENGINEER 的模型视图中显示选中尺寸的数值，在不选该项时显示的为该尺寸的名称，如图 4.3中所示的尺寸d22。实现的主要功能函数GetDimensionChange ()见附录 2以上就是二次开发技术应用的一个实例，本系统中其它地方也用到了该技术，因为篇幅有限，就不在此赘述。 49图 4.3 提取和修改尺寸图 4.4 尺寸关系4 4. .4 4. .2 2 参参数数化化技技术术 与与数数据据库库技技术术结结合合 实实例例现以该行星减速器 的标准件滚动轴承为例。 50首先按照设计手册标准在Access 中建立轴承的参数数据库，如图4.5，然后 注册一个 ODBC 数据源，其表字段将映射为CRecordset 类对象的成员 。在 Pro/ENGINEER 的交互环境下已经建立好了该轴承的三维模型，并设好参数，找到各参数对应的尺寸，建立参数与尺寸的关系。接着在 VC+6.0 环境 MFCAppWizarddll框架下设计主程序。程序编写完以后，进行编译和链接成要求的 DLL，将生成的 DLL 文件编入注册文件。程序在 Pro/ENGINEER 中运行以后自动加载菜单，这样用户不仅可以在 Access 中方便地管理数据库 ，而且在 Pro/ENGINEER 环境中能很好地访问数据库 。这样 设计方式使得建一个 减速器的 标准模型或特定模型(有参数值在数据库 )只需 “选择 ”+“确定 ” 。用户不仅可以享受到个性化的界面 ，可以抛开厚厚的手册 ，而且将建模由几小时缩短成了几秒钟，设计的过程简化了 ，设计的效率也大大提高了。图 4.5 轴承数据表轴承可视化设计 对话框如图 4.6在轴承种类中选取所需型号，然后点击“应用 ”就可以得到减速器所需的轴承型号的三维模型，添加到装配模型中。 51图 4.6 轴承可视化设计对话框4 4. .5 5 本本章章小小节节本章详细介绍了减速器可视化设计系统开发中所用到的各种技术：如二次开发技术，参数化设计技术以及数据管理技术，并且这些技术在可视化系统设计中的作用和应用方式，同时附以具体例子加以示范，说明了这些技术在系统中的实现过程。 525 5 系系统统的的组组成成演演示示和和界界面面设设计计5 5. .1 1 系系统统界界面面界面是用户和计算机之间传递、交换信息的媒介，是用户使用计算机系统的综合环境，它不仅承担着输入输出的任务，还负责对界面下各程序模块的总控任务。通过界面，用户向计算机提供命令、数据等输入信息，这些信息经计算机系统处理后，又通过界面，把产生的输出信息回送给用户。应用软件要取得高效率并获得成功就必须具有良好的人机交互界面。这对于用户方便地使用程序，最大程度地发挥程序的功效是非常重要的。一个友好的用户界面应满足以下的几个方面的要求：(1) 使用方便；(2) 减少记忆量；(3) 可以容忍的响应时间；(4) 灵活的提示信息；(5) 良好的工作方式；(6) 良好的出错处理。在本系统中，人机交互界面的设计主要包括两部分内容，一个是用于执行 Pro/TOOLKIT 应用程序的 Pro/ENGINEER 菜单的设计；另一个是系统数据输入界面的设计。基于 Pro/ENGINEER 的可视化 系统菜单是实现用户由通用 Pro/ENGINEER 软件进入该专用Pro/ENGINEER 开发系统的接口。如 图 5.1（a）所示在 Pro/ENGINEER 中添加减速器的 【减速器 】主菜单、【轴 1】 、 【轴 2】 、 【轴 3】 、 【行星轮 】子菜单，用户通过该菜单可以进入行星 减速器 各轴系 的装配库中 调出模型 实行 可视化 设计 。图 5.1 系统开发菜单 （a） 53如图 5.1（b）通过该菜单可以进入可视化设计系统的常用件和标准件的模型下，进行参数修改。图 5.1 系统开发菜单 （b）5 5. .2 2 可可视视化化系系统统的的 实实例例演演示示5 5. .2 2. .1 1 可可视视化化系系统统中中的的标标准准件件设设计计首先演示的是利用Pro/ENGINEER 的族表技术，建立的标准零件库。图 5.2 中显示的是以六角头螺栓为例，建立的全系列标准件库，这样在减速器的可视化设计中，无需重新建立新的螺栓，直接从该零件库中调出合适的零件即可 。图 5.2 六角螺栓可视化设计 545 5. .2 2. .2 2 可可视视化化 系系统统中中常常用用件件设设计计为了生成满足设计要求的齿轮，用户需要向系统提供设计参数，这些参数是在优化设计中事先确定。通过 系统提供友好的人机交互界面，输入齿轮的设计参数（齿数z、模数 m、压力角 、齿顶高系数ha、顶隙系数 c、齿宽系数 k）以及零件结构信息，并输出设计结果。具体步骤如下：首先建立了齿轮的参数数据库，对于不同功率和传动比的要求，计算出 对应 齿轮参数 存入库中 。如图 5.3：图 5.3 圆柱直齿轮参数数据表其次 通过二次开发技术和数据库技术在VC+环境下，通过人机交互的友好界面实现齿轮的可视化设计。实现过程如下 ：(1) 点取功能菜单，如图5.4图 5.4 点取功能菜单图(2) 显示齿轮参数可视化设计对话框如图5.5 所示， MFC 应用程序工作， Pro/TOOLKIT 应用程序处于的等待状态，当按下OK 按钮时，MFC 应用程序把相应参数传回给Pro/TOOLKIT 应用程序，实现MFC应用程序向 Pro/TOOLKIT 应用程序通信过程 。 55(3) Pro/TOOLKIT 应用程序再把相应参数传回给Pro/ENGENEER系统， Pro/ENGINEER 系统按照 数据库提供的新参数 重新再生，如图5.6图 5.5 齿轮可视化设计对话框 56图 5.6 齿轮再生后图下面是 减速器零部件中的 轴零件，其可视化过程与齿轮大体相似，如图 5.7 所示为轴的可视化设计的人机交互对话框： 57图 5.7 轴的可视化设计对话框由于篇幅有限这里只举例齿轮和轴 部分的可视化设计过程。5 5. .2 2. .3 3 产产品品装装配配模模型型库库示示 例例在完成所有零部件的可视化设计以后，存入零件模型库为以后 的参数化装配做准备。 在 Pro/ENGINEER 的 Assemble 的模式下建立一个全部由一些坐标系组成，里面没有任何实体特征，每个坐标系对应一个零件，模型中的坐标系代表组成该部件的所有可能零部件的相对位置。本文中减速器的各轴系装配后如表 5.1表格 5.1： 58减速器轴系 1减速器轴系 2减速器轴系 3减速器行星轮图 5.85.11 是减速器轴系装配分解图库示例 59图 5.8 轴系 1 分解图图 5.9 轴系 2 分解图 60图 5.10 轴系 3 分解图图 5.11 行星轮分解图5 5. .3 3 本本论论文文系系统统实实现现的的功功能能 本文的可视 化设计系统最终目标的体现，是根据用户的设计要求在Pro/ENGINEER 中构造出 减速器 三维实体模型。由 于时间和条件的限制，笔者在该系统的开发中，主要完成减速器传动部件的设计，并开发了相关的用户界面 ，实现了将参数数据转化为所需三维模型的可视化设计过程。 615 5. .4 4 本本章章小小节节本章列举了系统中部分零件的可视化菜单和人机交互界面，以及可视化系统中包括的装配模型库的部分实例，由于该行星减速器的零件繁多，构造复杂， 本章只列举了主要构件的可视化设计过程，其它的可视化设计思路基本相 同。 62结结 论论 本文所研究的减速器可视化设计系统，是以河北省张家口煤机厂的项目为契机，该系统是利用面向对象技术，二次开发技术及参数化设计技术的思想建立的。 在本论文中，主要进行了以下的研究和开发工作： 1. 对减速器整体结构进行分析，在优化设计的基础上，建立减 速器各零部件的模型库 。 2. 以 VC+6.0 为开发工具 ，设计了界面友好的参数编辑器，实现了减速器各部件的参数化设计，工程设计人员只要提供减速器的有关设计参数就可以利用本系统得到新的三维模型实体。 3. 以 Pro/ENGINEER 2003 三维参数化设计平台建立了零件模型库和装配关系模型库 。 4. 使用数据文件传递减速器部件设计 、零件设计 等各模块生成的数据。 5. 使用 VC+6.0 和 Pro/TOOLKIT 开发工具为 Pro/ENGINEER 添加用户菜单、 并且连接参数数据库 实现减速器各部件 由输入参数转化为三维模型 的可视化设计 ，实现该型号减速器的系列化设计。 本系统在减速器三维可视化设计方面是一个尝试，由于客观条件和本人学识有限，该系统还有许多地方需要扩充和完善，主要有以下几各方面： 1. 数据库系统需要进一步完善，可以对用户自定义的常用零件的参数进行管理，以适应用户的需求。 2. 能将减速器的优化设计和可视化 设计有机结合起来是个值得研究的方向。3.还需要对自动装配进行更深入的研究，可以在接下来的工作中完成。 63致致 谢谢 本论文是在导师 毛君 教授的悉心指导下完成的。 两年多来，身为院长和科研带头人，导师不仅忙于 科研 ，而且 经常出差参与项目和会议，但导师从未因此而放松对我们的教导，导师的正直、宽厚以及开明的学术思想、务实严谨的工作作风和永不满足的学习态度给我们 留下了深刻的印象。读研期间，我曾跟随导师赴沈阳、河北、北京从事项目研究 ，在朝夕相处的这些日子里，导师父亲一样无微不至的关爱，以及他高尚的人格、渊博的知识都深深的激励着我，从导师的身上我学到了许多，不仅是知识，更重要的是为人处世的道理。 在此，谨向我的导师，毛君 教授，致以崇高的敬意和由衷的感谢。 在论文工作期间， 还得到 各位同学大量的帮助和支持，在此一并表示感谢。 感谢理解 、关心和支持我的父母、家人和朋友。 64参参考考文文献献【1】张展主编 减速器设计选用手册 上海科学技术出版社【2】孙江宏 黄小龙 罗珅编 Pro/Engineer 2001 虚拟设计与装配 中国铁道出版社【3】詹友刚编著 Pro/Engineer 2001 教程（第二版） 清华大学出版社【4】文福安 最新计算机辅助设计.北京邮电大学出版社 2000【5】袁耀明 从可视化到视算一体化 工程设计 CAD 及自动化 创刊号【6】李世国编著 PRO/TOOLKIT 程序设计 机械工业出版社【7】秦雄志 CAD 及模块化设计在减速器设计中的应用 机床与液压2002.6 NO.6【8】林清安编著 Pro/Engineer 零件设计 -高级篇 (上、下 ) 北京大学出版社【9】徐灏主编 机械设计手册 (第 2 版,第 4 卷) 机械工业出版社【10】袁波 周昀 胡事民等 基于三维模型的三维一体化设计 计算机辅助设计与制造 J 1998 (6)【11】彭先珍 邓跃红 齿轮减速器设计软件的开发及应用 机械设计与制造 2001.7 NO.3【12】王贤坤主编 机械 CAD/CAM 技术应用与开发 机械工业出版社【13】齿轮手册 机械工业出版社 1990【14】李毅贤 陈定方 减速器现代设计方法的应用 交通与计算机 1996.7 NO.3【15】金涛 陈敏 童水光 Pro/Engineer 的二次开发技术 计算机工程与应用 2001.13【16】夏建芳 彭先珍 二级圆柱齿轮减速器CAD/CAI 系统软件研制方法 J 中南工业大学学报 2000.11 NO.6【17】 赵庚 徐世新 马亚晓 基于 Pro/Engineer 的 Pro/TOOLKIT 二次开发技术研究 J 航空精密制造技术 2003.10 NO.5【18】王小同等著 可视化仿真及其应用综述 计算机工程 1998 24:2022【19】管章全 等 VisualC+6.0 高级编程范例 北京电子工业出版社，2001【20】陈敏 基于特征的零件库系统的研究和开发 浙江大学硕士学位论文，1999.【21】肖颖 童水光 陈敏 杨美原 基于 Visual C+的 Pro/E 三维标准件库开发研 65究 机械工程师 2001 (11): 2224【22】姜 龙 孙海波 尚仕波 二级齿轮减速器传动系统的参数化建模及机构仿真 中国制造业信息化 2003.10 NO.10【23】机械设计工程学 2 中国矿业大学出版社【24】贺四清 张永何 马康民 基于特征与参数化的齿轮减速器设计 现代机械 2003 NO.4【25】 茅顺仙 曾维鑫 于伟滨 ODBC 用于 Pro/E 二次开发的参数化零件设计 煤矿机械 2004 年第 9 期 5861【26】Wynne H, Irene M. Current research in the conceptual design of mechanical products. Computer-Aided Design, 1998, 30(7): 377-389【27】Lohse Jerry，Rueter Henry，Biolsi Kevin etc Classifying Visual KnowledgeRepresentation:A Foundation for Visualization Research Visualization90： Proceedings.Los Alamitos：IEEE Con1Puter Society Press，1990。131 一 138。【28】Wynne Hsu，Irene M Y Woon Current Research in the Conceptual Design of Mechanical Products. Computer 一 Aided Design。1998，30(5). 377 一 389.【29】R .August and R.Kasuba.Torsional Vibrations and Dynamic Loads in a Basic Planetary Gear System.Journal of Transactions of the ASME.1986.6(108):348353【30】F .CUNLIFFE. Dynalnic Tooth Loads in Epicyclic Gears.Jour
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