【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以后再進(jìn)行同一系列的標(biāo)準(zhǔn)件造型，用戶只需簡(jiǎn)單地輸入新標(biāo)準(zhǔn)件所需要替換的參數(shù)和新標(biāo)準(zhǔn)件的特征值，然后由系統(tǒng)自動(dòng)完成新標(biāo)準(zhǔn)件的創(chuàng)建，而不必對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行重復(fù)造型[6][7]?！　　?shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀目前，有基于不同CAD支撐軟件的標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)，每種CAD支撐軟件下又有不同的設(shè)計(jì)方式。例如，AutoCAD環(huán)境下的建模，是利用AutoCAD提供的圖塊功能，但是由于插入時(shí)不能對(duì)圖塊所表達(dá)實(shí)體的局部尺寸進(jìn)行修改，一般只用于諸如符號(hào)的簡(jiǎn)單圖形庫(kù)。此外，還可利用AutoCAD軟件提供的Auto Lisp、VBA以及ObjectARS等編程工具，通過編程方式對(duì)零件描述其圖形。這種方式可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化繪圖，而且調(diào)用方便。但這種建模方式編程工作量相當(dāng)大，增加和修改零件時(shí)都需要修改程序。并且這些基于AutoCAD的圖形庫(kù)大都是二維圖形庫(kù)[8]。比較成熟的三維標(biāo)準(zhǔn)零部件的參數(shù)化設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)主要基于以下幾種軟件：Solid Edge、Solid Works、MDT和Pro/E等，但各自的設(shè)計(jì)方式又有很大程度的不同。Solid Edge環(huán)境下的建模由于沒有精確的曲線和曲面造型功能，所以在Solid Edge環(huán)境下所建的模型精確度不高，給后面的各種分析帶來很大的影響[9]。基于Solid Works的三維標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)可通過零件設(shè)計(jì)表和公式驅(qū)動(dòng)功能，使用該表對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件模型內(nèi)的各種尺寸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。Solid Works還提供了很多應(yīng)用程序接口(Applied Program Interface，簡(jiǎn)稱API)函數(shù)作為OLE程序接口，用戶作二次開發(fā)時(shí)可以在Visual Basic和Visual C++環(huán)境下調(diào)用它們自己開發(fā)的程序。不過使用API函數(shù)除需要開發(fā)人員具備編程的能力外，過程也比較復(fù)雜[10][11]。在MDT平臺(tái)上建立圖形庫(kù)同在Solid Works平臺(tái)上相似?；赑ro/E的三維標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要是利用Visual C++動(dòng)態(tài)連接庫(kù)和Pro/TOOLKIT族表技術(shù)來建立，設(shè)計(jì)過程與基于Solid Edge、Solid Works、MDT 的三維標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)一樣復(fù)雜[12]?？傊?，三維標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是創(chuàng)建容易，但具體操作視不同系統(tǒng)而定[13][14]?！”疚难芯康哪康暮鸵饬x參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)是CAD技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中提出的課題，三維標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)的研究與開發(fā)將會(huì)避免同系列標(biāo)準(zhǔn)件的重復(fù)造型，大大縮短設(shè)計(jì)周期，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)一步擴(kuò)展了Pro/E的強(qiáng)大功能，最大限度地發(fā)揮CAD作用，有利于提高產(chǎn)品集成化的程度，使信息交換標(biāo)準(zhǔn)得以統(tǒng)一，增加了信息的共享程度，能夠保證三維標(biāo)準(zhǔn)件的重復(fù)繪制的精度[15]，提高了設(shè)計(jì)效率﹑社會(huì)效益和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。而且該系統(tǒng)可進(jìn)一步開發(fā)為設(shè)備管理軟件，有利于設(shè)備管理的信息化，有利于設(shè)備管理與維護(hù)[16][17]?！≌n題的提出和研究?jī)?nèi)容　課題的提出 通過對(duì)以上基于不同軟件的三維標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的分析以及研究與開發(fā)它的重要意義的介紹，本文提出了研究與開發(fā)基于Pro/E的三維標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)這一課題。本文的最大特點(diǎn)以及與其它設(shè)計(jì)系統(tǒng)的不同之處在于：它是基于Pro/E的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它充分利用了Pro/E強(qiáng)大的參數(shù)化功能、單一的數(shù)據(jù)庫(kù)特點(diǎn)以及提供的多種開發(fā)模式，所以它比基于AutoCAD、Solid Edge、Solid Works和MDT的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能要強(qiáng)大得多；同時(shí)與其它的基于Pro/E的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)相比較而言，它是基于多進(jìn)程開發(fā)模式的系統(tǒng)，直接利用了Pro/E軟件本身所具有的對(duì)話框技術(shù)，使得對(duì)話框函數(shù)的參數(shù)與零件模型參數(shù)直接進(jìn)行傳遞，不是應(yīng)用VC中MFC框架和DLL技術(shù)，僅僅使用VC來進(jìn)行編譯、連接Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序以生成可執(zhí)行文件，這對(duì)于不是很熟悉VC的設(shè)計(jì)者來說尤為方便，而且Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序比較簡(jiǎn)單?！≌n題的研究?jī)?nèi)容在本課題中，主要以三維標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化設(shè)計(jì)為核心，著重研究了基于Pro/E三維標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)總體模型的建立、與三維標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化設(shè)計(jì)相關(guān)的Pro/E二次開發(fā)技術(shù)(Program編程建模、族表建模、菜單、對(duì)話框技術(shù)等)以及標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)的開發(fā)步驟，并詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的研究開發(fā)和實(shí)施過程。第2章　硬件和軟件工作環(huán)境介紹　系統(tǒng)的工作環(huán)境　系統(tǒng)的硬件環(huán)境1.　基于PentiumⅢ550MHZ以上的PC機(jī)，最好是專業(yè)圖形工作站。2.　最小硬盤空間5GB。3. 256MB內(nèi)存，最好512MB。4.　。5.　有32M以上顯卡，彩色顯示器。6. 打印機(jī)或者繪圖儀?！∠到y(tǒng)的軟件環(huán)境1.　。2.　安裝正版Visual ，以及MSN系統(tǒng)。3.　安裝正版Pro/E軟件系統(tǒng)。4.　安裝正版Microsoft的Office套件。5.　其他程序工作中用到的插件[18]。　Pro/E軟件概述　Pro/E簡(jiǎn)介在CAD技術(shù)日益普及的今天，傳統(tǒng)的二維CAD軟件正逐步被三維CAD軟件所取代。在眾多軟件中，PTC公司的Pro/E是國(guó)際上最先進(jìn)﹑最成熟使用參數(shù)化造型技術(shù)的大型CAD/CAM/CAE集成軟件。該軟件集三維模型設(shè)計(jì)、加工、分析及繪圖于一體，有強(qiáng)大的二次開發(fā)能力和第三方軟件的支持。Pro/E以特征為設(shè)計(jì)單位，便于我們對(duì)特征進(jìn)行合理、但不違反集合順序地調(diào)整、插入、刪除以及重新定義。其以單一數(shù)據(jù)庫(kù)﹑參數(shù)化﹑基于特征﹑全相關(guān)聯(lián)等概念，曾引發(fā)機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域的革命性變化，是目前最優(yōu)秀的且最具有名氣的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件之一。從設(shè)計(jì)到制造的整個(gè)過程中，能保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。企業(yè)不僅能夠以工程圖的形式，也能以電子數(shù)據(jù)的形式共享工程數(shù)據(jù)。參數(shù)化的尺寸驅(qū)動(dòng)造型，以模型對(duì)應(yīng)的關(guān)系來描述，而不是以確定的數(shù)值來描述[19][20]。PTC公司的初等圖形交換規(guī)范(IGES)軟件，可以把居留在Pro/E系統(tǒng)的幾何數(shù)據(jù)與IGES標(biāo)準(zhǔn)格式做相互轉(zhuǎn)換，這使得Pro/E系統(tǒng)的幾何數(shù)據(jù)能夠和支持IGES標(biāo)準(zhǔn)格式的非Pro/E系統(tǒng)的幾何數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換[21]。因此在Pro/E系統(tǒng)里建立的參數(shù)化圖庫(kù)[22]也能夠較方便地移植到其他的3D軟件系統(tǒng)中?！《伍_發(fā)工具Pro/TOOLKIT概述Pro/TOOLKIT是PTC公司為Pro/E軟件提供的用戶化工具箱。該工具箱為用戶程序或軟件第三方程序提供了與Pro/E的無縫鏈接。用戶程序或第三方程序是用C語(yǔ)言編寫的。Pro/TOOLKIT提供了一個(gè)C語(yǔ)言的函數(shù)庫(kù)，該函數(shù)庫(kù)能夠使用戶或第三方程序以一種可控制、安全的方式訪問Pro/E的數(shù)據(jù)庫(kù)[23]。因此，Pro/TOOLKIT是Pro/E應(yīng)用程序的API。Pro/TOOLKIT是采用功能強(qiáng)大的面向?qū)ο蟮姆椒▉砭帉懙模罨镜膬蓚€(gè)概念是動(dòng)作和對(duì)象[24][25]。因?yàn)樵赑ro/E和應(yīng)用程序傳遞信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)用戶是不可見的，而只能通過Pro/TOOLKIT函數(shù)來訪問，所以可以利用Pro/TOOLKIT工具箱，通過調(diào)用自身所帶的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)在原來的軟件基礎(chǔ)上的功能擴(kuò)充[26][27][28]?！isual C++簡(jiǎn)介Visual C++是新一代面向?qū)ο蟮末p可視化程序設(shè)計(jì)工具。利用其開發(fā)基于Pro/E的三維標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)程序一般需要兩個(gè)步驟：一是可視化程序設(shè)計(jì)階段；二是代碼編寫階段。在可視化程序設(shè)計(jì)階段，編程者使用VC來定制所需用戶界面。在代碼編寫階段，編程者通過調(diào)用消息和事件函數(shù)實(shí)現(xiàn)所需的功能。由于在Visual C++中可以方便地使用對(duì)話框(dialog)﹑位圖(bitmap)﹑菜單(menu)等工具箱，編程人員只需編寫少量的代碼就可以設(shè)計(jì)出界面友好﹑方便用戶使用的程序，因而可以大大提高系統(tǒng)開發(fā)的效率。從用戶觀點(diǎn)來看，Windows操作系統(tǒng)具有適宜的人機(jī)交互界面，它面向用戶提供了圖形與文字共存的可視化環(huán)境，使操作更為自然﹑簡(jiǎn)便和快捷[29]。但在本文中，主要利用VC對(duì)所編寫的Pro/TOOLKIT應(yīng)用程序進(jìn)行編譯、連接以生成可執(zhí)行文件?！”菊滦〗Y(jié)Pro/E是目前公認(rèn)的最高檔三維的設(shè)計(jì)軟件之一，其基于特征的三維參數(shù)化實(shí)體建模技術(shù)，開放的開發(fā)環(huán)境，詳細(xì)的API幫助，都為軟件的進(jìn)一步開發(fā)提供了一個(gè)良好的開發(fā)環(huán)境。采用可執(zhí)行文件(.EXE)或動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)文件技術(shù)可以使得軟件效率提高，而且可以和Pro/E之間實(shí)現(xiàn)無縫鏈接，三維標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)是一個(gè)基于Pro/E的可執(zhí)行(.EXE)文件，從系統(tǒng)分析的角度來說，無論在功能上，還是在形式上程序都是完善而合理的。第3章　三維標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化建?！rogram參數(shù)化設(shè)計(jì)的原理許多企業(yè)的產(chǎn)品絕大多數(shù)為定型產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化程度很高。因此，進(jìn)行這些產(chǎn)品設(shè)計(jì)所采用的數(shù)學(xué)模型及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)都是固定不變的，所不同的只是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸有所差異，而結(jié)構(gòu)尺寸的差異是由于相同數(shù)目類型的已知條件在不同規(guī)格的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中取不同的值而造成的。對(duì)于這類產(chǎn)品，我們可以將已知條件及其他的隨著產(chǎn)品規(guī)格而變化的基本參數(shù)用相應(yīng)的變量代替，然后根據(jù)這些條件和基本參數(shù)編寫Program程序，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)查詢圖形數(shù)據(jù)庫(kù)，或由相應(yīng)的軟件計(jì)算出繪圖所需的全部數(shù)據(jù)，由專門的繪圖生成軟件在屏幕上自動(dòng)地設(shè)計(jì)出圖形來。這種方法稱為Program參數(shù)化設(shè)計(jì)[30][31]，其工作原理如圖31所示。Program參數(shù)化設(shè)計(jì)主要用于系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化程度很高的定型產(chǎn)品[32][33]。 Program參數(shù)化設(shè)計(jì)程序生成新的三維模型三維模型樣板從三維模型中　　　　　　讀入設(shè)計(jì)參數(shù)　　　　　　 修改設(shè)計(jì)參數(shù)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖31 Program參數(shù)化工作原理　三維標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化建模的概述程序自動(dòng)參數(shù)化建模功能是指面對(duì)特定的產(chǎn)品，根據(jù)用戶輸入的參數(shù)或運(yùn)用CAD系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)結(jié)果，系統(tǒng)應(yīng)能動(dòng)態(tài)、自動(dòng)地將模型建造出來。參數(shù)化設(shè)計(jì)可以使用戶采用強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算公式來建立各尺寸參數(shù)之間的關(guān)系式，通過驅(qū)動(dòng)主要尺寸來得到相似的模型[34]。　幾何特征的程序自動(dòng)建模方法分析對(duì)于幾何特征的程序自動(dòng)建模，Pro/TOOLKIT提供了以下四種建模方法。 族表建模方法族表(Family Table)是Pro/E中的一個(gè)利用表格驅(qū)動(dòng)模型的工具。這種方法的步驟是：預(yù)先手工構(gòu)建模型，把它作為族表的類屬件(Generic Part)，然后將事先定義好的模型(在表格中稱之為原型零件)零件的可驅(qū)動(dòng)的尺寸、參數(shù)、特征等變化性項(xiàng)目放入族表中來控制模型的形狀大小，這樣就可在程序中通過改變驅(qū)動(dòng)參數(shù)的值得到所需要的衍生件。這個(gè)衍生件的產(chǎn)生是獨(dú)立存在的，不需要為它定義參考基準(zhǔn)。Pro/E提供的族表方法能很好地解決產(chǎn)品模型建立后的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)問題，從而實(shí)現(xiàn)三維參數(shù)化建模的擴(kuò)展?！∮脩舳x特征建模方法用戶定義特征(UDF)，就是集合數(shù)個(gè)特征使其成為一個(gè)群組(Group)特征，并給予名稱，完整定義該群特征的放置參考、可變更的尺寸參數(shù)等，形成為特別情況而生的獨(dú)特特征，并且會(huì)保存在UDF數(shù)據(jù)庫(kù)(UDF Lib)中，隨時(shí)調(diào)用，有利于設(shè)計(jì)者根據(jù)產(chǎn)品特征快速生成幾何模型。與族表法相同之處是同樣要預(yù)先手工構(gòu)建模型。與族表法不同的是這種方法所編的程序過程與手工建模過程比較相似，因而易于理解且編程容易。　特征元素樹建模方法特征元素樹(Feature Element Tree)，就是指用樹狀結(jié)構(gòu)的形式來描述和定義Pro/E的一個(gè)特定特征。這種特征元素樹并不是指交互操作時(shí)的模型樹(Model Tree)，而是用來代表定義特征所有信息的結(jié)構(gòu)體類型數(shù)據(jù)的一種直觀的表示方式。一個(gè)特征元素樹代表一個(gè)特定的特征，樹中的根節(jié)點(diǎn)和各分支統(tǒng)稱為元素(Elements)，作為ProElement對(duì)象。每一個(gè)特征都由不同的特征元素樹來定義，在程序中對(duì)每個(gè)特征元素樹的全部變量賦值一次就可產(chǎn)生一個(gè)特征，多個(gè)特征的積累就可以產(chǎn)生一個(gè)模型。特征元素樹包含了定義特征所需要的全部信息：特征本身的所有選項(xiàng)和屬性；特征與已存在的幾何實(shí)體的參考關(guān)系；用于構(gòu)建特征的平面的起始位置；所有的尺寸值。目前這種方法還不成熟，因?yàn)樗幸韵氯齻€(gè)缺點(diǎn)：要由程序產(chǎn)生模型，程序必須包含產(chǎn)品模型的所有信息，從底層起由程序構(gòu)建模型，編程量十分大；因?yàn)槊糠N特征由不同的特征元素樹來描述，所以編程難度大而且所編程序非常難于理解；并不是所有的特征都可以由這種方法來產(chǎn)生。特征元素樹只能通過Pro/TOOLKIT程序包編程來實(shí)現(xiàn)，其他的三種方法均可在交互模式下操作?！rogram編程建模Pro/E軟件對(duì)于每一個(gè)模型都有一個(gè)主要設(shè)計(jì)步驟和參數(shù)列表—Program。它是由類似的高級(jí)語(yǔ)言構(gòu)成的，用戶可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要來編輯該模型的Program，使其作為一個(gè)程序來實(shí)現(xiàn)實(shí)體的編程建模，它是可程序化的工具。利用此工具可以將某些常常要更改的步驟或尺寸，事先以語(yǔ)句的形式撰寫而成，使得整個(gè)零件文件或組件能夠易于讓每一個(gè)使用這些文件的人員明白如何操作。本文的三維標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)就是基于Program的編程來建立模型[35][36]?！rogram參數(shù)化程序設(shè)計(jì)流程 Program的結(jié)構(gòu)組成實(shí)際使用中，修改Program應(yīng)該掌握一個(gè)原則：能夠不在Program中修改的內(nèi)容，盡量不要在Program中修改；能夠通過修改模型修改的內(nèi)容，盡量通過修改模型完成。對(duì)Program的不合適的修改，將會(huì)造成模型的不穩(wěn)定，特別是產(chǎn)品復(fù)雜或者Program中的關(guān)系復(fù)雜時(shí)。對(duì)產(chǎn)品的硬性修改都是通過模型修改完成，對(duì)Program的修改主要是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的智能化。通過修改Program實(shí)現(xiàn)如下目的：(1) 修改Input部分，增加參數(shù)輸入的提示，根據(jù)輸入?yún)?shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)交互。(2) 修改模型創(chuàng)建部分，實(shí)現(xiàn)零部件的自動(dòng)更換，或者通過IF…ELSE語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)模型的條件生成。 標(biāo)題 列出文件的類型：Part或者Assembly等，列出文件的名稱等。實(shí)際使用中，不必修改標(biāo)題部分，維持現(xiàn)狀。 參數(shù)輸入?yún)?shù)輸入部分的格式以Input語(yǔ)句開始，以