【正文】 視頻錄像等供隨后的分析使用。 運(yùn)動(dòng)仿真 是 虛擬制造的 重要組成部分，利用 運(yùn)動(dòng)仿真 ，可以驗(yàn)證 產(chǎn)品 設(shè)計(jì)和操作的正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn) 設(shè)計(jì) 中的問(wèn)題，對(duì)模型進(jìn)行修改，并通過(guò)可視化顯示 運(yùn)動(dòng) 過(guò)程?，F(xiàn)在產(chǎn)品的制造正在向著自動(dòng)化、數(shù)字化的反向發(fā)展， 運(yùn)動(dòng)仿真 是產(chǎn)品數(shù)字化定義中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 運(yùn)動(dòng)仿真作為虛擬 制造的核心技術(shù)之一，具有廣闊的應(yīng)用前景，世界各國(guó)的政府、企業(yè)、大學(xué)等機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行了全方位多層次的研究。目前，運(yùn)動(dòng)仿真在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到了廣泛深入的研究和應(yīng)用。 在國(guó)內(nèi)，虛擬制造技術(shù)研究和應(yīng)用起步相對(duì)較晚，與發(fā)達(dá)國(guó)家有一定差距。但在構(gòu)建虛擬運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)環(huán)境，并應(yīng)用于汽車(chē)和航天航空等領(lǐng)域的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)也取得了一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。國(guó)內(nèi)在運(yùn)動(dòng)仿真信息模型方面的研究目前尚處于起步和探索階段。 綜上所述，目前運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)己經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。但各個(gè)領(lǐng)域的研究尚待進(jìn)一步改善和深入。建立制孔設(shè)備信息模型的目的 在于建立完整的制孔運(yùn)動(dòng)信息， 避免了可能存在的干涉和碰撞， 及時(shí)修改和進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)要素，節(jié)省了大量的人力，物力和財(cái)力。并為后續(xù)的工廠(chǎng)中生產(chǎn)提供信息，并對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。因此，本課題基于 CATIA 二次開(kāi)發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)制孔設(shè)備的虛擬運(yùn)動(dòng)，為生產(chǎn)實(shí)踐提供參考依據(jù)。 本課題 研究 的內(nèi)容和意義 課題內(nèi)容 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)的主要內(nèi)容包括：在產(chǎn)品的真實(shí)制造、裝配之前進(jìn)行的虛擬設(shè)計(jì)，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行產(chǎn)品的裝配及運(yùn)動(dòng)仿真，并對(duì)產(chǎn)品制造生產(chǎn)過(guò)程加以檢驗(yàn)，檢查運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可能出現(xiàn)的碰撞、干涉危險(xiǎn)，分析產(chǎn)品的可加工性和工序的合理性。它 的采用可縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 本課題是在 Microsoft Visual Basic 中文企業(yè)版開(kāi)發(fā)環(huán)境下，在 Windows 操作平臺(tái)上，采用基于 VB 程序的仿真方法，通過(guò) Microsoft Visual Basic 的二次開(kāi)發(fā)工具，在 CATIA 環(huán)境下對(duì)制孔設(shè)備的運(yùn)動(dòng)加工仿真。以 VB 為載體，進(jìn)行編程，開(kāi)發(fā)工具完全集成在 Microsoft Visual Basic 環(huán)境中。該課題主要完成以下內(nèi)容： (1)收集、整理相關(guān)資料，閱讀、學(xué)習(xí) VB 幫助文檔。研究 CATIA 二次開(kāi)發(fā)分類(lèi)以及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。 (2)零件與制孔設(shè)備的建模，要求虛擬制孔設(shè)備模型不僅具有與真實(shí)制孔設(shè)備相似的結(jié)構(gòu)，而且具有仿真功能。運(yùn)用程序控制 CATIA 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)制孔路徑。 (3)基于宏的開(kāi)發(fā)方式：總結(jié)和學(xué)習(xí)宏語(yǔ)言以及 CAA Automation API 的結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)方法，開(kāi)發(fā)過(guò)程以及運(yùn)行方式?；?VB 的開(kāi)發(fā)方式：總結(jié)和學(xué)習(xí) VB 的結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)方法、開(kāi)發(fā)過(guò)程。研究界面的開(kāi)發(fā)、主要模塊的開(kāi)發(fā)。 (4)對(duì)運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)進(jìn)行了總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)。將系統(tǒng)劃分為制孔設(shè)備建立模塊、蒙皮導(dǎo)入模塊、制孔設(shè)備運(yùn)動(dòng)模塊、仿真過(guò)程控 制模塊和仿真結(jié)果數(shù)據(jù)處理模塊。并設(shè)計(jì)友好的用戶(hù)界面，便于用戶(hù)方便靈活地進(jìn)行仿真加工。 課題 意義 (1)相對(duì)于 2D 或 3D 線(xiàn)框性質(zhì)的加工過(guò)程制孔軌跡模擬，本系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真加工的真實(shí)感較強(qiáng)，根據(jù) VB 程序，能夠在屏幕上真實(shí)地顯示整個(gè)零件的制孔過(guò)程。 (2)本課題的研究具有前沿性。論文的研究工作開(kāi)拓了課題的應(yīng)用研究領(lǐng)域，對(duì)將來(lái)在航空飛機(jī)以及其它行業(yè)應(yīng)用 CAD 技術(shù)打下了良好基礎(chǔ)，具有推廣性，為利用CATIA 作為通用開(kāi)發(fā)平臺(tái)積累了經(jīng)驗(yàn)。 (3)本系統(tǒng)具有實(shí)用性，既能應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)，也適用于學(xué)校教學(xué)實(shí)踐。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 2 文獻(xiàn)綜述 CATIA 二次開(kāi)發(fā)介紹 CATIA V5 在開(kāi)發(fā)之初就遵循面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，構(gòu)建了完全基于組件的體系結(jié)構(gòu) (PPR： Products Process Resource)，有效地解決了維護(hù)、管理、擴(kuò)展的困難，并大量使用了最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)以及軟件工程技術(shù)，其中包括基于組件架構(gòu)思想的 JAVA BEAN、 COM/OLE、 CORBA 技術(shù)和 Web 技術(shù)、 C++語(yǔ)言、 Visual Basic Journaling、 STEPSDAI、 XML、 OpenGL 等，這使 CATIA V5 具有與眾不同的鮮明的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單一，各個(gè)模塊全 相關(guān)，某些模塊之間還是雙向相關(guān)；端到端的集成系統(tǒng)，擁有強(qiáng)大的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用擴(kuò)展能力。它開(kāi)放的組件應(yīng)用架構(gòu)允許更多的開(kāi)發(fā)公司針對(duì)用戶(hù)的需要特別定制的應(yīng)用解決方案，也就是對(duì)其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。 隨著 CATIA 系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)制造業(yè)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，許多大型制造企業(yè)在使用中都相應(yīng)的提出了客戶(hù)化及二次開(kāi)發(fā)的需求。以中、高端 CAD/CAM 軟件為基礎(chǔ)平臺(tái)的虛擬制造系統(tǒng)開(kāi)發(fā)包含了參數(shù)化設(shè)計(jì)、虛擬裝配、切削仿真、工藝規(guī)劃制造信息管理以及網(wǎng)絡(luò)化等功能模塊。如果能將系統(tǒng)中的某些功能移植到 CATIA 平臺(tái)上，或?qū)?CAITA 已有功能的用戶(hù)化，或者 與其它軟件建立合適的接口，將會(huì)使 CATIA 的功能得到更好的發(fā)展 。 CATIA 二次開(kāi)發(fā)接口 CATIA 使用基于組件對(duì)象模型 COM(Component Object Model)技術(shù)的自動(dòng)化 (Automation)提供二次開(kāi)發(fā)接口，使用 Automation 技術(shù)， CATIA 可與外部應(yīng)用程序共享對(duì)象，像 VB、 VC 等開(kāi)發(fā)工具和 VB 腳本、 Java 腳本語(yǔ)言以及 HTML 等語(yǔ)言提供編程接口。 CATIA 二次開(kāi)發(fā)接口是通過(guò)兩種方式與外部程序通信：進(jìn)程內(nèi)應(yīng)用程序(InprocessApplication)方式和進(jìn)程外應(yīng)用程序 (OutProcess Application)方式。 進(jìn)程內(nèi)應(yīng)用程序方式下， CATIA 軟件與腳本運(yùn)行在同一進(jìn)程地址空間，比如宏方式 (Macro)。在 CATIA 環(huán)境下通過(guò)菜單記錄宏 (Record Macro)，宏記錄后，生成VB 腳本 (Visual Basic Script)序列，當(dāng)宏開(kāi)始運(yùn)行， CATIA 就處于非激活狀態(tài)，因此不能調(diào)用宏之間存儲(chǔ)變量的值，這種方式比較簡(jiǎn)單，在 CATIA 環(huán)境中就可完成。 進(jìn)程外應(yīng)用程序方式下， CATIA 與外部應(yīng)用程序在不同進(jìn)程地址空間運(yùn)行。在CATIA 運(yùn)行的情況下，外部進(jìn)程 可以通過(guò)接口駕馭 CATIA，創(chuàng)建、修改 CATIA 環(huán)境和幾何形體的數(shù)據(jù)、尺寸等，同時(shí)支持對(duì)象連接與嵌入。 CATIA 二次開(kāi)發(fā)分類(lèi) 作為當(dāng)今一個(gè)功能比較強(qiáng)大的 CAD 軟件， CATIA 提供了多種開(kāi)放性接口，按應(yīng)用范圍分，由低層次小范圍應(yīng)用到高層次二次開(kāi)發(fā)，共有五種開(kāi)放性接口：標(biāo)準(zhǔn)格式導(dǎo)入 /導(dǎo)出 (Standard format import/export)、使用 Automation API 的宏命令模式、智能軟件 (Knowledgeware)、交互模式下的用戶(hù)自定義特征 (Catalog)、 CAA V5 C++amp。Java API。 這些開(kāi)放性接口的使用范圍各有不同： (1)標(biāo)準(zhǔn)格式導(dǎo)入 /導(dǎo)出是在多種 CAX(CAD/CAM/CAE)文件格式， DM(Product Data Management)文件格式和各種標(biāo)準(zhǔn)文件格式之間轉(zhuǎn)換的開(kāi)放性接口工具。它是用在多種軟件及標(biāo)準(zhǔn)的互相協(xié)作設(shè)計(jì)時(shí)的一種低層次應(yīng)用。 (2)Automation API 的宏命令模式是利用日志 Visual Basic、 Java Script/HTML 對(duì)Automation Components 編寫(xiě)腳本代碼控制，這個(gè)接口是在 CATIA 圖形交互模式下的自定義 CATIA 系統(tǒng)，它是一種比較高層次的二次開(kāi)發(fā)應(yīng)用。 (3)在 CATIA 交互模式下的公式和規(guī)則編輯器是智能軟件開(kāi)放接口，它可以利用編輯坐標(biāo)、曲線(xiàn)公式或者簡(jiǎn)短的程序完成一般的復(fù)雜曲線(xiàn)及曲面造型。它是完成特定功能的一種高效開(kāi)發(fā)方式，也是結(jié)合知識(shí)庫(kù)規(guī)則的公式應(yīng)用。 (4)交互模式下的用戶(hù)自定義特征是另一種交互模式下的開(kāi)放性自定義接口，它是利用自定義的交互模式新參數(shù)和已有模型相結(jié)合來(lái)定義實(shí)體特征的。 (5)CAA V5 C++amp。Java API 開(kāi)發(fā)接口是一種組件基礎(chǔ)下的編程控制，是一種對(duì)CATIA 對(duì)象的高級(jí)控制方式。 以 上提到的五種開(kāi)放性接口雖然都是 CATIA 和其它應(yīng)用程序或 CAD 軟件的數(shù)據(jù)交換方式，但是格式轉(zhuǎn)換、公式和規(guī)則編輯器只是低層次的應(yīng)用，而且公式編輯器無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì) CATIA 對(duì)象進(jìn)行造型、裝配等高級(jí)控制。所以，格式轉(zhuǎn)換、公式和規(guī)則編輯器不適合作為本課題二次開(kāi)發(fā)的方式。 AutomationAPI、交互模式下的用戶(hù)特征自定義、 CAAV5 C++amp。Java API 這三種方式可以對(duì) CATIA 對(duì)象進(jìn)行造型、裝配等高級(jí)控制，它們是 CATIA 二次開(kāi)發(fā)的三種方式。作為一個(gè)完善的 CAD/CAM 系統(tǒng)，沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 CATIA 的幾種開(kāi)放性開(kāi)發(fā)方式之間是 相互依存、相互作用的，它們之間的關(guān)系如圖 所示。 圖 CATIA 開(kāi)放性開(kāi)發(fā)方式相互關(guān)系 CATIA 二次開(kāi)發(fā)的三種方式各有特點(diǎn)，因此，在具體應(yīng)用時(shí)也各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面就這三種方式的特點(diǎn)做詳細(xì)的闡述： (1)Automation API：它是用于宏程序中，由說(shuō)明性語(yǔ)言如 Visual Basic Script 或JavaScript 編寫(xiě)的。 Automation 應(yīng)用有兩種方式：一種是在交互模式下，終端用戶(hù)看到的 CATIA 數(shù)據(jù)模型操作過(guò)程的錄制，它本身是依賴(lài)于 CATIA 標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言的(*.CATScript)；另一種方式是利用日志形式記錄每一步操作，這是一種交互式的編程過(guò)程，它在 Windows NT 或者 UNIX 環(huán)境下，而且也只能在這個(gè)環(huán)境下，采用 Visual Basic Script 或者 Java Script 語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)與任意的 OLE 兼容應(yīng)用程序之間的通訊。它的大致工作過(guò)程如下： 1)啟動(dòng) VB Application，由 VB Application 啟動(dòng) CATIA。 2)生成所需要的數(shù)據(jù)。 3)VB Application 從 CATIA 中獲取所需要的返回?cái)?shù)據(jù)。 Automation 技術(shù)是建立在 COM 基礎(chǔ)之上 ，由 OLE Automation(Object Linking and Embedding Automation)發(fā)展而來(lái)的， Automation 的核心技術(shù)是允許一個(gè)應(yīng)用程序操作另一個(gè)應(yīng)用程序。 Automation 技術(shù)并不是直接獲取及處理數(shù)據(jù)，而是間接的通過(guò)暴露的對(duì)象和屬性，利用對(duì)象的方法和屬性獲取、設(shè)置及處理數(shù)據(jù)。 Automation 技術(shù)包括兩個(gè)方面： Serve 和 Client。 Automation Server 是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了 IDispatch 接口的 COM組件，而 Automation Client 是一個(gè)通過(guò) IDispatch 接口與自動(dòng)化服務(wù)器進(jìn)行通信的COM 客戶(hù)。如 CATIA 我們把它看成一個(gè) Server，客戶(hù)編制的應(yīng)用程序則是 Client。 對(duì)于 AutomationAPI 來(lái)說(shuō)，它大致可以完成的任務(wù)涵蓋了具體問(wèn)題、二次應(yīng)用和系統(tǒng)集成三個(gè)方面。其中，它在具體問(wèn)題二次應(yīng)用中可以完成交互進(jìn)程的控制和定義用戶(hù)接口，例如，在一個(gè)過(guò)程中對(duì) CATIA 對(duì)象進(jìn)行一系列操作、定義一個(gè)用戶(hù)參數(shù)輸入入口等。在系統(tǒng)集成中， Automation API 把 CATIA 作為一個(gè) OLE Automation Server 實(shí)現(xiàn)和用戶(hù)應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù) 通信，這種方式只能在 Windows NT 環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。 (2)用戶(hù)自定義特征 ((User Defined FeatureUDF)是利用 CATIA的 Catalog功能實(shí)現(xiàn)的一種比較簡(jiǎn)便的二次開(kāi)發(fā)方式，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是利用已有的 CATIA 對(duì)象，將其參數(shù)與用戶(hù)自定義的新的交互數(shù)據(jù)類(lèi)型集成起來(lái)，實(shí)現(xiàn)與用戶(hù)之間的交互操作。 這種開(kāi)發(fā)模式的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程： 1)定義一系列需要的交互數(shù)據(jù)參數(shù)。 2)搜集已有的特征定義，確定輸入?yún)?shù)，并建立用戶(hù)自定義特征輸入?yún)?shù) (IUDF)。 3)將建立好的 IUDF 存儲(chǔ)到 CATIA 的零件文件 (*.CATPart)中去，并在相應(yīng)的Catalog 文件引用 IUDF。 做完以上工作用戶(hù)自定義的特征就可以在 CATIA 圖形交互模式下使用了。簡(jiǎn)單的流程就是：建立引用的幾何體→定義參數(shù)表→存儲(chǔ)到 Catalog 文件中→實(shí)際建模應(yīng)用。 這種建模方式實(shí)際上是 CAD 技術(shù)中的表驅(qū)動(dòng)模型技術(shù)，即在 CAD 系統(tǒng)中允許利用 “表格驅(qū)動(dòng)”方式來(lái)建立實(shí)體模型，從而實(shí)現(xiàn)系列化零件的構(gòu)建及組織，一次建模，多次選用。這種開(kāi)發(fā)方式在 CATIA 系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)中只在系統(tǒng)擴(kuò)展中有所應(yīng)用，它利用已有模型擴(kuò)展已有模型建立出新的更豐富的 CATIA 對(duì)象特 征。 利用 CATIACatalog 模塊開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件優(yōu)缺點(diǎn)： 1)Catalog 是 CATIA V5 的內(nèi)部模塊，開(kāi)發(fā)過(guò)程即為模塊使用過(guò)程，且使用簡(jiǎn)便，易于操作，容易實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)開(kāi)發(fā)； 2)由于 Catalog 是 CATIA 的內(nèi)部模塊，所以它與系統(tǒng)的兼容性好、運(yùn)行速度較快、運(yùn)行穩(wěn)定； 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 3)該模塊圖形功能不完善，只能提供給用戶(hù)一個(gè)三維圖像和一個(gè)參數(shù)表格，表中不給出各項(xiàng)數(shù)據(jù)和模型尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定數(shù)據(jù)和模型尺寸關(guān)系較為麻煩； 4)模塊只能提供一維參數(shù)驅(qū)動(dòng)表格，當(dāng)遇到有類(lèi)似“直徑 —— 長(zhǎng)度”關(guān)系的二維甚至多維表格時(shí)， Catalog 就無(wú)能為力了。 綜上所述