基于Pro_E二次开发的铁道客车钢结构三维参数化CAD系统

1、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(200205-0058-02A C AD S ystem of Passenger Train s Steel Structure Based on Pro/

2、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,a3D 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 u

3、cture;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

4、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

5、,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

6、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作者简介:江 渡(1954-,男,辽宁抚顺人,大连铁道学院副教授,主要研究方向为虚拟现实、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

7、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,

8、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

9、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 ex

10、e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 oe2000iprotoolkiti486ntobj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 中建好模型,将要驱动的尺寸参数、特征、模型参数等放入表格中,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

11、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

12、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

13、册就是在Pro/E界面上选取U tilitiesAux 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 RYF 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

14、。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 INATE 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

15、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(53300 4028520 0689534000(201500 2501720 0437840 0225100140000(3698300 0764340 010*(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

16、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 朱心雄 自由曲线曲面造型技术M 北京:科学出版社,20003 王士同 模糊系统、模糊神经网络及应用程序设计M 上海:上海科学技术文献出版社,19984 Thomas S udkamp Interpolation,completi on,and learning fuzzyrulesJ IEEE Transaction on Sys tems,M an,And Cybernetics,1994,24(2:332-341(上接第59页在这一系统中,笔者设计了一辆25型硬座客车的主要钢结构,其整车三维图如图3所示。图3 整车三维图4 结束语详细讨论了如何运用Pro/E 及其二次开发软件包Pro/T OOLK IT 来开发铁道客车钢结构三维参数化C AD 系统。此系统能快速地将设计人员的设计构想以三维形式显示出来,从而改