【正文】 工程行業(yè)CAD技術(shù)二次開發(fā)的利用第1章 緒 論 選題的背景 工程CAD技術(shù)的應(yīng)用計算機輔助設(shè)計是用計算機硬件、軟件系統(tǒng)輔助人們對產(chǎn)品或工程進(jìn)行設(shè)計、修改及顯示輸出的一種設(shè)計方法。同時它也是一門多學(xué)科的綜合性應(yīng)用新技術(shù)。直到90年代早期,:可以用EXCEL的宏語言來使EXCEL自動化,使用WORD BASIC使WORD自動化, Basic For Application(VBA),可以認(rèn)為VBA是非常流行的應(yīng)用程序開發(fā)語言VISUAL BASIC 。在CAD中，人與計算機密切合作，在決定設(shè)計策略、信息處理、修改設(shè)計及分析與計算等方面充分發(fā)揮各自的特長。例如計算機在信息存儲與檢索、分析與計算、圖形作圖與文字處理、以及代替人作大量重復(fù)枯燥工作等方面有特殊優(yōu)點；但在設(shè)計策略、邏輯控制、信息組織及發(fā)揮經(jīng)驗和創(chuàng)造性方面，人將起主導(dǎo)作用。因此二者的有機結(jié)合必然能提高設(shè)計質(zhì)量、縮短設(shè)計周期、降低設(shè)計費用。工程設(shè)計CAD是CAD技術(shù)的重要領(lǐng)域。目前，工程CAD過程是，把人的主導(dǎo)性和創(chuàng)造性放在首位，同時充分發(fā)揮計算機的優(yōu)勢，把二者結(jié)合起來，實行人機交互工作方式?！AD技術(shù)在工程行業(yè)的應(yīng)用CAD即計算機輔助設(shè)計與制圖，是指運用計算機系統(tǒng)輔助一項設(shè)計的建立、修改、分析或優(yōu)化的過程。它是一個功能強大、易學(xué)易用、具有開放型結(jié)構(gòu)的軟件口不僅便于用戶使用，而且系統(tǒng)本身可不斷地擴充和完善。隨著CAD技術(shù)的不斷發(fā)展，其覆蓋的工作領(lǐng)域也不斷地擴大，如工程設(shè)計CAD項目的管理、初步設(shè)計、分析計算、繪制工程、統(tǒng)計優(yōu)化等。 CAD在鋼結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用目前在我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計往往采用兩步設(shè)計法，在完成結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計后還必須進(jìn)行手工制圖或借助于AutoCAD等通用繪圖系統(tǒng)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計詳圖。節(jié)點設(shè)計還要由手工完成。研制鋼結(jié)構(gòu)CAD的關(guān)鍵是結(jié)構(gòu)詳圖生成系統(tǒng)。國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)的鋼結(jié)構(gòu)CAD系統(tǒng)大多用于構(gòu)件和節(jié)點較規(guī)則的桁架、網(wǎng)架設(shè)計，多高層鋼結(jié)構(gòu)CAD系統(tǒng)的研究還處于起步階段，尚未出現(xiàn)較成熟的商品化系統(tǒng)。在歐美國家，鋼結(jié)構(gòu)CAD系統(tǒng)的研究已經(jīng)進(jìn)入計算機輔助設(shè)計與制造集成化的時代利用三維建模技術(shù)?？梢陨蓮?fù)雜的結(jié)構(gòu)實體，并能自動實現(xiàn)構(gòu)件和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點的設(shè)計。生成用于車間加工下料的模板圖、材料清單。 CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢CAD技術(shù)作為成熟的普及技術(shù)已在企業(yè)中廣泛應(yīng)用，并已成為企業(yè)的現(xiàn)實生產(chǎn)力。圍繞企業(yè)創(chuàng)新設(shè)計能力的提高和網(wǎng)絡(luò)計算環(huán)境的普及，CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢主要圍繞在標(biāo)準(zhǔn)化、開放式、集成化、智能化四方面。除了CAD支撐軟件逐步實現(xiàn)ISO標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，面向應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件（零部件庫）、標(biāo)準(zhǔn)化方法也已成為CAD系統(tǒng)中的必備內(nèi)容，且向著合理化工程設(shè)計的應(yīng)用方向發(fā)展。CAD軟件一般應(yīng)集成在一個異構(gòu)的工作平臺之上，為了支持異構(gòu)跨平臺的環(huán)境，就要求它應(yīng)是一個開放的系統(tǒng)，這里主要是靠標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)來解決這個問題。 CAD系統(tǒng)目前廣泛建立在開放式操作系統(tǒng)窗口95／98／NT和UNIX平臺上，在JavaLINUX平臺上也有CAD產(chǎn)品，此外CAD系統(tǒng)都為最終用戶提供二次開發(fā)環(huán)境，甚至這類環(huán)境可開發(fā)其內(nèi)核源碼，使用戶可定制自已的CAD系統(tǒng). CAD技術(shù)的集成化體現(xiàn)在三個層次上：其一是廣義CAD功能CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP經(jīng)過多種集成形式成為企業(yè)一體化解決方案，推動企業(yè)信息化進(jìn)程；其二，是將CAD技術(shù)能采用的算法，甚至功能模塊或系統(tǒng)，做成專用芯片，以提高CAD系統(tǒng)的效率；其三是CAD基于網(wǎng)絡(luò)計算環(huán)境實現(xiàn)異地、異構(gòu)系統(tǒng)在企業(yè)間的集成。智能CAD不僅僅是簡單地將現(xiàn)有的智能技術(shù)與CAD技術(shù)相結(jié)合，更要深入研究人類設(shè)計的思維模型，并用信息技術(shù)來表達(dá)和模擬它。這樣不僅會產(chǎn)生高效的CAD系統(tǒng)，而且必將為人工智能領(lǐng)域提供新的理論和方法。CAD的這個發(fā)展趨勢，將對信息科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。　課題的提出 鋼結(jié)構(gòu)CAD制圖中存在的問題與解決方法傳統(tǒng)的手工繪圖被方便、精確的CAD制圖取代，極大地提高了設(shè)計人員的效率。但AutoCAD的使用者們很快又發(fā)現(xiàn)有許多工作是重復(fù)、無聊的工作。例如，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計人員往往會發(fā)現(xiàn)，在繪制鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計圖時，常常是繪制一些相同的圖塊，例如：型鋼，螺栓等，該基本元件往往是形狀相似尺寸不同，而這種工作通常是這樣完成的：預(yù)先繪制并定義塊，而后采用塊插入的方法，但自帶的復(fù)制、圖塊的插入等編輯功能又有一定的局限性。因而，有必要進(jìn)行二次開發(fā)，建立型材標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計，以簡化繪圖過程，減少重復(fù)性工作，充分發(fā)揮CAD快速、準(zhǔn)確的優(yōu)勢。 型材標(biāo)準(zhǔn)化型材是建筑工程設(shè)計中的基礎(chǔ)部件，由熱軋成型的鋼板，型鋼以及冷彎(或冷壓)成型的型鋼組成的鋼結(jié)構(gòu)在工程實際中具有廣泛的用途。建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)型材數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)CAD系統(tǒng)對型材數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與數(shù)據(jù)共享，在CAD系統(tǒng)設(shè)計中提供一套高效的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)管理方法是很有必要的，這將會給標(biāo)準(zhǔn)化部件的參數(shù)化設(shè)計的實施提供最直接的支持。隨著計算機硬件價格的下降以及日益增多的數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)庫來管理圖形參數(shù)從而形成圖形參數(shù)化數(shù)據(jù)庫已是一個必然的趨勢。(1)建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)型材數(shù)據(jù)庫。包含完備的標(biāo)準(zhǔn)型材尺寸參數(shù)數(shù)據(jù)表、標(biāo)準(zhǔn)型材截面特性參數(shù)數(shù)據(jù)表。(2)在標(biāo)準(zhǔn)型材尺寸參數(shù)數(shù)據(jù)表基礎(chǔ)上，進(jìn)行型材CAD幾何圖形程序設(shè)計。通過對標(biāo)準(zhǔn)型材橫斷面圖、俯視圖、側(cè)視圖的幾何分析，找到上述標(biāo)準(zhǔn)型材CAD幾何圖形繪制控制點計算算法，編寫計算機程序把標(biāo)準(zhǔn)型材尺寸參數(shù)數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)型材圖形參數(shù)化數(shù)據(jù)庫。(3)在標(biāo)準(zhǔn)型材截面特性參數(shù)數(shù)據(jù)表基礎(chǔ)上，編寫計算機程序?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)快速查詢及有效檢索，實現(xiàn)型鋼表參數(shù)查詢的能力。(4)在以上功能的基礎(chǔ)上形成可供AutoCAD平臺上使用的、可被AutoCADA加載應(yīng)用與AutoCAD環(huán)境相結(jié)合的鋼結(jié)構(gòu)基本元件的管理與繪制系統(tǒng)?？煞奖恪⒖旖?、精確進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)基本元件三面圖(標(biāo)準(zhǔn)型材CAD幾何圖形)的繪制和型鋼參數(shù)查詢。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計 本系統(tǒng)的設(shè)計思想 (1)與具體的CAD系統(tǒng)穩(wěn)定的集成，包括與整個CAD系統(tǒng)平臺的集成和與其它功能模的交互。(2)型材數(shù)據(jù)庫具有良好的數(shù)據(jù)一致性，安全性和可擴充性，即標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)不能被無意或有意修改，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫能進(jìn)一步擴充，以容納更多的標(biāo)準(zhǔn)化部件。(3)數(shù)據(jù)檢索系統(tǒng)界面友好，可實現(xiàn)快速查詢和有效檢索。(4)參數(shù)化繪圖部分能實現(xiàn)多種幾何視圖的快速生成顯示，動態(tài)生成的圖形在AutoCAD工作區(qū)內(nèi)，也具有用AutoCAD命令行的坐標(biāo)的功能。 系統(tǒng)綜述整個系統(tǒng)是以參數(shù)化設(shè)計為核心，采用交互式作圖方式。當(dāng)通過界面對某種型材進(jìn)行調(diào)用時，由參數(shù)化設(shè)計模塊分別從圖形程序庫和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中獲取型材的幾何信息與參數(shù)信息，經(jīng)幾何約束求解器(控制點求解模塊)得到該標(biāo)準(zhǔn)型材在特殊參數(shù)下的幾何形狀，并通過圖形傳輸接口在用戶工作區(qū)繪制圖形。用戶CAD系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)型材數(shù)據(jù)庫參數(shù)化處理技術(shù)ADOVBA檢索用戶界面幾何圖形輸出接口圖形參數(shù)化數(shù)據(jù)庫尺寸參數(shù)圖21　系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)模塊設(shè)計(1)主控模塊：利用鼠標(biāo)激活下拉式菜單后工具，進(jìn)行型鋼及繪圖的選擇。(2)基本選擇模塊：通過調(diào)用數(shù)據(jù)檢索模塊獲得鋼結(jié)構(gòu)基本元件(型鋼)標(biāo)準(zhǔn)型材數(shù)據(jù)值。(3)數(shù)據(jù)處理(檢索)模塊：主要功能是為后面的繪圖模塊、參數(shù)查詢模塊提供有用的數(shù)據(jù)。(4)參數(shù)設(shè)計模塊：進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計算出繪制型鋼三面圖(橫斷面圖、俯視圖、側(cè)視圖)所需要的各控制點的坐標(biāo)。(5)繪圖模塊：根據(jù)參數(shù)設(shè)計模塊計算的控制點坐標(biāo)調(diào)用繪圖函數(shù)在當(dāng)前繪圖區(qū)中繪制相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件。(6)型鋼表模塊：主要根據(jù)用戶選擇的型鋼型號，查詢和檢索數(shù)據(jù)庫文件中的型鋼參數(shù)尺寸和截面特性參數(shù)值。 用戶界面的開發(fā)菜單文件的開發(fā)有兩種方法；一是在AutoCAD的標(biāo)準(zhǔn)菜單文件ACAD．MNU中增加用戶開發(fā)的新內(nèi)容；另一是建立用戶自己的菜單文件。CAD的ActiveX提供了來個非常重要的、用來操作菜單和工具條的對象，他們分別是MenuBar和MenuGroups的對象集合。關(guān)系如圖24 MenuBar和MenuGroups關(guān)系。MenuBar集合包含顯示在AutoCAD菜單欄中的所有菜單。MenuGroups集合包含在當(dāng)前AutoCAD任務(wù)中加載的菜單組。(1)Menugroups代表了菜單組中的一菜單條。(2)Popupmenu則代表著下拉(PullDown)和右單擊彈出(RightClick)兩種菜單形式。(3)PopupMenuitem則是下拉和彈出菜單的選擇項。圖24　MenuBar和 MenuGroups關(guān)系(4)Toolbar代表著存放于Toolbars中的一個工具條。(5)ToolbarItem則代表著該工具條上的各種選擇按鈕。AutoCAD在初次運行時。該文件包含了AutoCAD定制的標(biāo)準(zhǔn)菜單和各種工具條。所有這些AutoCAD定制的菜單條和工具條，從ActiveX編程的角度理解，就是被加載到了MenuGroups集合中了。在AutoCAD中，我們選擇“工具(T)”下的“宏(M)”下的“加載工程(L)”項，加載AutoCAD主運行文件夾下“ \ Support”文件夾下的acad. dvb 文件，在VBA編輯器中編輯acad. dvb工程文件的ACADStartup過程，添加如下語句：Call AcadApplication. LoadDVB ( ”?\鋼結(jié)構(gòu)基本元件管理與繪制. dvb”)，其中“鋼結(jié)構(gòu)基本元件管理與繪制” 為編制的工程文件名。當(dāng)運行AutoCAD時，它將按程序中的路徑自動尋找并加載源程序。因此本系統(tǒng)在CAD界面啟動功能模塊式采用圖形工具欄按鈕和標(biāo)題欄下拉菜單兩種方式來實現(xiàn)。(1)圖形工具欄設(shè)計在CAD打開運行后在CAD界面生成如圖25所示的圖形工具欄按鈕，方便用戶使用。(2)下拉菜單的設(shè)計圖25　系統(tǒng)工具欄圖 26　系統(tǒng)下拉菜單在CAD打開運行后在CAD界面生成如圖26所示的下拉菜單，方便用戶條用各功能模塊。 繪圖窗體設(shè)計選擇流程：型鋼類型——型鋼型號——顯示型鋼幾何參數(shù)——確定繪圖比例——選擇繪圖類型——繪制CAD幾何圖形。首先在VB編輯環(huán)境中添加繪圖窗體，名成為：frmmain。其設(shè)置如表21所示。表21 frmmain窗體控件設(shè)置及說明控件類型控件名稱說明復(fù)合框ComboBox1在窗體初始化時自動添加型鋼類型，用于用戶選擇型鋼類型圖像Image1顯示型鋼示意圖，在用戶選中型鋼類型時自動顯示出來列表框ListBox1顯示某一類型型鋼的系列型號，供用戶選擇標(biāo)簽Label1在用戶確定型鋼型號后顯示型鋼截面的幾何參數(shù)，供用戶檢驗標(biāo)簽Label2為Label1的說明，其caption設(shè)置為“截面參數(shù):(單位:mm)“標(biāo)簽Label3為TextBox1的說明，其caption設(shè)置為“請輸入繪圖比例：“文本框TextBox1繪圖比例的輸入口按鈕CommandButton1“繪俯視圖“按鈕按鈕CommandButton2“繪側(cè)視圖“按鈕按鈕CommandButton3“繪橫斷面圖“按鈕 型鋼表設(shè)計選擇流程：型鋼類型——型鋼型號——顯示型鋼特性參數(shù)、幾何參數(shù)和示意圖。在VB編輯環(huán)境中添加型鋼表窗體，名成為：frmgl。其設(shè)置如表22所示。表22 frmgl窗體控件設(shè)置及說明控件類型控件名稱說明復(fù)合框ComboBox1在窗體初始化時自動添加型鋼類型，用于用戶選擇型鋼類型圖像Image1顯示型鋼示意圖，在用戶選中型鋼類型時自動顯示出來列表框ListBox1顯示某一類型型鋼的系列型號，供用戶選擇標(biāo)簽Label1為ComboBox1的說明，其caption設(shè)置為“截面：“標(biāo)簽Label2為Label3的說明，其caption設(shè)置為“幾何參數(shù)：“標(biāo)簽Label3顯示某一型鋼型號的幾何參數(shù)標(biāo)簽Label4為Label5的說明，其caption設(shè)置為“特性參數(shù)：“標(biāo)簽Label5顯示某一型鋼型號的特性參數(shù)第3章 標(biāo)準(zhǔn)型材數(shù)據(jù)庫設(shè)計在AutoCAD支撐軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用型二次開發(fā)，建立用于參數(shù)化設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，可采用3種方式：(1)用程序或內(nèi)部數(shù)組的方式管理標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。(2)以數(shù)據(jù)文件方式管理標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。(3)數(shù)據(jù)庫方式。 數(shù)據(jù)庫簡介數(shù)據(jù)庫的基本概念（數(shù)據(jù)庫的基本概念）數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是與數(shù)據(jù)庫技術(shù)密切相關(guān)的4個基本概念：(1)數(shù)據(jù) 在計算機中，為加工處理和抽取有用信息。就要抽出對這些事物感興趣的特征組成一個記錄來描述。(2)數(shù)據(jù)庫收集并抽取出一個應(yīng)用所需要的大量數(shù)據(jù)之后，應(yīng)將其保存起來進(jìn)一步加工處理和抽取有用的信息。(3)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)使用戶能方便地定義數(shù)據(jù)和操縱數(shù)據(jù)，并能夠保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、多用戶對數(shù)據(jù)的并發(fā)使用及發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復(fù)。(4)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成，一般有數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(及其開發(fā)工具)、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構(gòu)成。 型材標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫橫斷面高度h、寬度b、腰厚度tw、平均腿厚度t、內(nèi)圓弧半徑r、腿端圓弧半徑r1數(shù)據(jù)為型材標(biāo)準(zhǔn)件的幾何數(shù)據(jù)；截面面積A、每米重量、截面特性xx軸慣性矩Ix、截面特性xx軸截面系數(shù)Wx、截面特性xx軸面積矩Sx、截面特性xx軸慣性半徑ix、截面特性yy軸慣性矩Iy、截面特性yy軸截面系數(shù)Wy、截面特性yy軸慣性半徑ty為型材標(biāo)準(zhǔn)件截面的特性數(shù)據(jù)。表31 熱軋普通工字鋼、熱軋輕型工字鋼數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)與說明字段名稱字段類型字段說明型號文本熱軋輕字鋼型號h數(shù)字橫斷面高度h，單位：mmb數(shù)字寬度b，單位：mmtw數(shù)字腰厚度tw，單位：mmt數(shù)字平均腿厚度t，單位：mmr數(shù)字內(nèi)圓弧半徑r