基于AutoCAD開發(fā)平臺(tái)的CAE/BOM/CAD集成系統(tǒng)的探討

陳友福

CHEN You-fu

（江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，贛州 341000）

0 引言

信息技術(shù)迅速發(fā)展，科技技術(shù)日新月異，一些新的產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)及管理等技術(shù)層出不窮。作為工程技術(shù)、設(shè)計(jì)技術(shù)、開發(fā)和生產(chǎn)新產(chǎn)品重要手段的CAE(Computer Aided Engineering)、CAD(Computer Aided Design)和BOM(Bill of Material)，對(duì)增強(qiáng)產(chǎn)品性能、降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量等起到了重大作用。但是，現(xiàn)階段產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的CAE、CAD和BOM，只是在各自的功能過(guò)程階段起到作用，彼此孤立，無(wú)法實(shí)現(xiàn)彼此信息的無(wú)隙共享，成為進(jìn)一步提高工作效率的“瓶頸”。

為了搶占信息化的先機(jī)，許多大型的軟件開發(fā)商都開發(fā)了或正在開發(fā)集成CAE、BOM和CAD功能的大型設(shè)計(jì)軟件。但由于價(jià)格、資金或者企業(yè)規(guī)模等諸多因素，大部分中小型企業(yè)都對(duì)大型設(shè)計(jì)軟件望而卻步，而僅僅使用CAD系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品的繪圖而已。

我們?nèi)粢訟utoCAD2008系統(tǒng)為開發(fā)平臺(tái)，通過(guò)二次開發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)CAE、CAD和BOM的集成。這樣不但可以保留原CAD系統(tǒng)，還可通過(guò)很少的投入就實(shí)現(xiàn)CAE、CAD和BOM集成。既可滿足中小企業(yè)的信息化需求，節(jié)省中小企業(yè)投資費(fèi)用；也可利用此集成系統(tǒng)進(jìn)而改善企業(yè)的生產(chǎn)狀況，提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 集成系統(tǒng)的開發(fā)原則

對(duì)于集成系統(tǒng)的開發(fā)，其主要是在AutoCAD2008設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)上，利用ObjectARX2010開發(fā)工具，使用Visual C++6.0程序語(yǔ)言，對(duì)AutoCAD2008設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行二次開發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)集成系統(tǒng)的獨(dú)特功能。因此，在集成系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)中，應(yīng)該遵循工程性、繼承性、標(biāo)準(zhǔn)性和構(gòu)件性原則。

1.1 工程性原則

首先對(duì)企業(yè)所要解決的問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性的詳細(xì)分析，并加以確切描述，確定軟件技術(shù)目標(biāo)和功能目標(biāo)，編寫軟件功能說(shuō)明書、確認(rèn)測(cè)試計(jì)劃和數(shù)據(jù)信息說(shuō)明書等。然后根據(jù)功能說(shuō)明書的要求，構(gòu)造軟件系統(tǒng)的體系，編寫軟件設(shè)計(jì)和詳細(xì)步驟說(shuō)明書、數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書，實(shí)現(xiàn)測(cè)試計(jì)劃，從而確保二次開發(fā)軟件的針對(duì)性、有效性和延伸性。

1.2 繼承性原則

二次開發(fā)是在原有軟件基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際需要而進(jìn)行有針對(duì)性的再次開發(fā)，對(duì)支撐軟件有很強(qiáng)的依賴性和繼承性。這點(diǎn)與一般從底層做起的軟件設(shè)計(jì)不同，開發(fā)后的系統(tǒng)在圖形界面和操作風(fēng)格應(yīng)與原軟件保持一致，新加入的部分在功能、數(shù)據(jù)等方面應(yīng)與原系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫結(jié)合，從而保持系統(tǒng)的一致性和延續(xù)性。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)性原則

標(biāo)準(zhǔn)化是開發(fā)任何軟件的基礎(chǔ)。首先，在開發(fā)過(guò)程中要遵循CAD技術(shù)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)；其次，產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程有著嚴(yán)格的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， CAD系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程是對(duì)具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的模擬，也要遵循相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

1.4 構(gòu)件性原則

在軟件的構(gòu)造中應(yīng)遵循構(gòu)件性的原則，將整個(gè)系統(tǒng)分解成若干個(gè)子系統(tǒng)(或模塊)即構(gòu)件，定義構(gòu)件的接口關(guān)系，使系統(tǒng)的構(gòu)件既相對(duì)獨(dú)立又緊密聯(lián)系，方便系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展。

2 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)的分析

集成系統(tǒng)功能主要應(yīng)包括以下幾點(diǎn)：

1）數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容查看與編輯。包括數(shù)據(jù)內(nèi)容的查看、添加、修改、刪除等功能。2）常規(guī)設(shè)計(jì)能自動(dòng)進(jìn)行常規(guī)計(jì)算。3）優(yōu)化計(jì)算能自動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算方法的選擇，并進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。4）在AutoCAD2008中能自動(dòng)繪制所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的圖紙。5）圖紙技術(shù)要求的自動(dòng)標(biāo)注。6）圖層、圖框、明細(xì)的自動(dòng)生成與填寫。7）產(chǎn)品部件BOM和圖目的自動(dòng)匯總、瀏覽和輸出。

在系統(tǒng)功能分析的基礎(chǔ)上，可得到如圖1所示的系統(tǒng)功能模塊圖。CAE子系統(tǒng)包括優(yōu)化計(jì)算模塊、常規(guī)計(jì)算模塊。CAD子系統(tǒng)包括圖框生成模塊、圖層生成模塊、明細(xì)填寫模塊、自動(dòng)繪圖模塊、技術(shù)標(biāo)注模塊。BOM子系統(tǒng)包括圖目匯總模塊和BOM匯總模塊。它們之間可以相互通信和同時(shí)使用，也可以單獨(dú)使用某一個(gè)模塊（即構(gòu)件）或某一個(gè)子系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)

3 集成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程分析

分析系統(tǒng)功能模塊，可得出集成系統(tǒng)的各功能模塊所處理的數(shù)據(jù)流程（如圖2所示）。

4 功能模塊和CAD結(jié)合方式分析

圖2 集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖

集成系統(tǒng)是在AutoCAD2008的基礎(chǔ)上產(chǎn)生CAD子系統(tǒng)，通過(guò)前推來(lái)產(chǎn)生CAE子系統(tǒng)，后延產(chǎn)生BOM子系統(tǒng)，因此必須考慮二次開發(fā)功能模塊與AutoCAD2008的結(jié)合方式。目前，結(jié)合方式主要有三種：

1）主動(dòng)式。AutoCAD2008將二次開發(fā)功能模塊所需的信息直接寫入二次開發(fā)功能模塊的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

采用主動(dòng)式，AutoCAD2008系統(tǒng)與二次開發(fā)功能模塊中信息的同步性較好；但在安全性方面存在一定問(wèn)題，如出現(xiàn)寫數(shù)據(jù)沖突，即AutoCAD2008系統(tǒng)寫數(shù)據(jù)到二次開發(fā)功能模塊的同時(shí)，二次開發(fā)功能模塊也在往里寫數(shù)據(jù)。

2）中間式。AutoCAD2008將二次開發(fā)功能模塊所需的信息生成中間文件或中間數(shù)據(jù)表，二次開發(fā)功能模塊直接讀取中間文件或中間數(shù)據(jù)表中的信息，并寫入自己的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

采用中間式，AutoCAD2008系統(tǒng)和二次開發(fā)功能模塊相對(duì)獨(dú)立，接口不涉及雙方內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，而且接口的責(zé)任也很明確，數(shù)據(jù)的安全性也得到了保證。

3）被動(dòng)式。二次開發(fā)功能模塊從AutoCAD2008系統(tǒng)中讀取所需的數(shù)據(jù)，將其寫入二次開發(fā)功能模塊的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

采用被動(dòng)式，AutoCAD2008系統(tǒng)與二次開發(fā)功能模塊的同步性做得比較好，安全性方面也比主動(dòng)式要強(qiáng)，并且具有較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性，同時(shí)簡(jiǎn)化編程人員及用戶的數(shù)據(jù)管理。

5 BOM子系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲得方式的分析

BOM數(shù)據(jù)的來(lái)源是一個(gè)主要問(wèn)題，目前，重點(diǎn)從以下的幾種途徑來(lái)考慮：

1）把DWG格式文件轉(zhuǎn)換為DXF格式文件或者IGES格式文件，再提取明細(xì)表信息。

2）將圖紙明細(xì)表做成一個(gè)帶有屬性的模塊，然后利用CAD軟件提供的二次開發(fā)接口，將其中的信息存儲(chǔ)在外部文件或數(shù)據(jù)庫(kù)中，再進(jìn)行BOM表的生成。

3）用Activcx Automation技術(shù)實(shí)現(xiàn)CAD與Excel之間的信息通訊，將明細(xì)表的數(shù)據(jù)提取到Excel中，然后利用其強(qiáng)大的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)BOM表的生成。

4）從AutoCAD2008圖形數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象中直接提取有關(guān)明細(xì)表的信息。

5）利用AutoCAD2008提供的數(shù)據(jù)庫(kù)接口，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖紙明細(xì)表中數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取，并保存在事先指定的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際和程序開發(fā)的難度及對(duì)數(shù)據(jù)一致性的要求，集成系統(tǒng)應(yīng)采用以下的方式：通過(guò)對(duì)AutoCAD2008進(jìn)行二次開發(fā)，在填寫明細(xì)欄和標(biāo)題欄時(shí)，直接將數(shù)據(jù)做兩次處理，一是顯示在圖紙相應(yīng)的位置上，二是將相關(guān)內(nèi)容存儲(chǔ)到外部數(shù)據(jù)庫(kù)中。這樣，既保證了數(shù)據(jù)的一致性和有效性，又降低了系統(tǒng)的開發(fā)難度；同時(shí)，二次開發(fā)模塊與AutoCAD2008系統(tǒng)是采用中間式結(jié)合方式，也便于對(duì)數(shù)據(jù)的處理和后續(xù)軟件開發(fā)對(duì)數(shù)據(jù)的獲取。

6 系統(tǒng)的集成

集成是指將以某一個(gè)特定功能系統(tǒng)(如CAD系統(tǒng))為核心的各單元系統(tǒng)(如CAM、 CAE 、CAPP、BOM等)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和信息集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間信息的無(wú)縫聯(lián)結(jié)、交換和共享，進(jìn)而與底層自動(dòng)化系統(tǒng)溝通，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的一體化，使整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)組成模塊有機(jī)結(jié)合并使其總體效能達(dá)到最佳。

集成系統(tǒng)主要是對(duì)產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中的CAE、BOM和CAD進(jìn)行集成，一則可以提高企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中信息共享的程度，二則為企業(yè)集成打下一定的基礎(chǔ)。

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行集成，主要應(yīng)考慮數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、記錄集處理、數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的處理等具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和模塊之間數(shù)據(jù)的具體傳輸方式等。

7 CAD／CAE集成系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

CAD／CAE集成系統(tǒng)基于關(guān)鍵參數(shù)庫(kù)、知識(shí)約束庫(kù)、函數(shù)約束庫(kù)和CAD／CAE參數(shù)接口，通過(guò)關(guān)鍵數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)有限元模型和三維實(shí)體模型的轉(zhuǎn)換。通過(guò)CAD／CAE參數(shù)化零件庫(kù)、函數(shù)約束庫(kù)、知識(shí)約束庫(kù)、關(guān)鍵參數(shù)庫(kù)和CAD／CAE參數(shù)接口的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了三維實(shí)體模型和有限元模型的參數(shù)化，最終達(dá)到驅(qū)動(dòng)參數(shù)化模型的功能，如圖3所示。

圖3 CAD／CAE集成系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)圖形

8 集成系統(tǒng)性能測(cè)試的分析

對(duì)于集成系統(tǒng)的性能測(cè)試，測(cè)試模型的建立至關(guān)重要，性能測(cè)試模型要以實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境為標(biāo)準(zhǔn)搭建，只有模型符合實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境，性能測(cè)試的結(jié)果才能真實(shí)有效的反映將來(lái)上線的生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)際性能情況。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的性能調(diào)優(yōu)過(guò)程是：

1）確定基準(zhǔn)環(huán)境、基準(zhǔn)負(fù)載和基準(zhǔn)性能指標(biāo)。

2）調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境和實(shí)現(xiàn)方法，執(zhí)行測(cè)試。

3）記錄測(cè)試結(jié)果、進(jìn)行分析

集成系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)AutoCAD2008繪圖軟件進(jìn)行二次開發(fā)而實(shí)現(xiàn)的，也屬于一般軟件的范疇，因此，也必須遵循一般軟件的測(cè)試原理和測(cè)試步驟。首先應(yīng)進(jìn)行模塊測(cè)試，發(fā)現(xiàn)缺陷，性能調(diào)優(yōu)，確保每個(gè)模塊作為一個(gè)單元能正常運(yùn)行；然后進(jìn)行子系統(tǒng)測(cè)試，在這里要著重測(cè)試模塊的接口；接下來(lái)就是系統(tǒng)測(cè)試，把經(jīng)過(guò)測(cè)試的子系統(tǒng)裝配成一個(gè)完整的系統(tǒng)來(lái)測(cè)試。

9 結(jié)論

以CAD為平臺(tái)的CAE、CAD和BOM的集成，既可以為企業(yè)節(jié)省辦公成本、消除企業(yè)信息化的孤立，在很大程度上更可以提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力及企業(yè)的知名度。

[1]吳亞南.開關(guān)外殼注塑模具CAD/CAE/CAM一體化的應(yīng)用研究[D].大連交通大學(xué),2005(3).

[2]陳世東,武一南,黃有群.面向AutoCAD的BOM表的自動(dòng)生成及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理[J].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2001,23(6).

[3]黃繼明.關(guān)于CAE/CAD/BOM集成關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].華北電力大學(xué),2006(6).

[4]任繼文.BOM表與明細(xì)表雙向信息傳遞的實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代制造工程,2002(6).