機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)的開(kāi)發(fā)技術(shù)分析

陳琪

摘要：機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD開(kāi)發(fā)技術(shù)是推動(dòng)機(jī)械工業(yè)發(fā)展的科技手段，是計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用創(chuàng)造商業(yè)價(jià)值的充分體現(xiàn)，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)達(dá)程度的一個(gè)標(biāo)志。該文詳細(xì)論述了CAD軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的技術(shù)方法和應(yīng)用理念。用通俗易懂的方式闡述CAD技術(shù)特性，最大限度的在機(jī)械設(shè)計(jì)中發(fā)揮CAD技術(shù)的應(yīng)用功能，制造出高精端的產(chǎn)品服務(wù)于社會(huì)。

關(guān)鍵詞：

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)20-4981-02

1 CAD軟件概述

CAD技術(shù)是英文Computer Aided Design的簡(jiǎn)稱，是利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，主要應(yīng)用于高精度機(jī)械設(shè)計(jì)中。機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中通常用計(jì)算機(jī)對(duì)不同方案進(jìn)行大量的計(jì)算、分析和比較，來(lái)決定最優(yōu)良的方案。各種設(shè)計(jì)信息，包括數(shù)字信息、文字信息、以及圖形信息，都可以儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存里或者硬盤(pán)里，在使用CAD軟件的時(shí)候可以自動(dòng)提取并且應(yīng)用。機(jī)械設(shè)計(jì)人員通常從設(shè)計(jì)草圖開(kāi)始，用該軟件把草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁瑣工作都可以直接交給計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件CAD來(lái)完成。計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果，可以最快速生出圖形，使機(jī)械設(shè)計(jì)人員及時(shí)對(duì)該設(shè)計(jì)迅速作出判斷并且對(duì)不正確的方案進(jìn)行及時(shí)的修改。利用計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。

使用CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，人和機(jī)器可以及時(shí)地交換信息。人們可以在構(gòu)思和打樣的同時(shí)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行修改完善，隨時(shí)可從圖形終端屏幕上看到每一步操作的顯示結(jié)果準(zhǔn)確并且直觀。圖形變換的主要功能是把用戶坐標(biāo)系和圖形輸出設(shè)備的坐標(biāo)系聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)矩陣運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)圖形變換。CAD是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備自身設(shè)計(jì)和研制過(guò)程中的自動(dòng)化或半自動(dòng)化。研究?jī)?nèi)容包括功能設(shè)計(jì)自動(dòng)化和組裝設(shè)計(jì)自動(dòng)化。機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD軟件技術(shù)分析涉及計(jì)算機(jī)硬件描述語(yǔ)言、系統(tǒng)級(jí)模擬、自動(dòng)邏輯綜合、邏輯模擬、微程序設(shè)計(jì)自動(dòng)化、自動(dòng)邏輯劃分、自動(dòng)布局布線和工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。集成電路有時(shí)也會(huì)被列入計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)自動(dòng)化使用的范圍。隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，CAD三維技術(shù)不斷的被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，我國(guó)的CAD三維技術(shù)在高精機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域正向著集成、技能、和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。

2 CAD軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程和要求

CAD應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境配置，首先要選擇一個(gè)編譯環(huán)境并且需要安裝GLUT工具包，然后創(chuàng)建一個(gè)最簡(jiǎn)單的opengl程序in clude//Windows的頭文件庫(kù)。目前專業(yè)CAD系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)一切需從底層做起。一種CAD開(kāi)發(fā)方式是從零開(kāi)始難度最大，這種開(kāi)發(fā)方式需要具備強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)實(shí)力、技術(shù)后盾和資金的支持。我國(guó)目前的開(kāi)發(fā)中較常用的是其他方式，專業(yè)CAD軟件開(kāi)發(fā)方法“CAD軟件二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)”。開(kāi)發(fā)通常采用CAD軟件也就是管理層，CAD軟件是整個(gè)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)是二次開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序的宿主，借用這個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行主控設(shè)計(jì)程序的加載得到我們需要的運(yùn)行程序代碼。編寫(xiě)開(kāi)發(fā)層時(shí)軟件設(shè)計(jì)者采用某種計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言例如C/C等在特定的開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。編程開(kāi)發(fā)環(huán)境僅提供了一般性的語(yǔ)言支持在二次開(kāi)發(fā)過(guò)程中還需要提供相應(yīng)的API支持。開(kāi)發(fā)者的設(shè)計(jì)理念通過(guò)知識(shí)層展現(xiàn)。CAD軟件開(kāi)發(fā)商通過(guò)以上環(huán)節(jié)的引入就為用戶提供了二次開(kāi)發(fā)的工具和方法。

二次開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)還需要融入開(kāi)發(fā)者的設(shè)計(jì)思想?；谕ㄓ闷脚_(tái)的CAD專業(yè)軟件開(kāi)發(fā)方法CAD軟件二次開(kāi)發(fā)技術(shù)OLE技術(shù)在Windows平臺(tái)下應(yīng)用程序并不是處于獨(dú)立狀態(tài)客戶在使用過(guò)程中為了方便需要使它們互相聯(lián)系。自動(dòng)化相互操縱的技術(shù)它允許在一個(gè)應(yīng)用程序內(nèi)部操作另一個(gè)應(yīng)用程序提供的對(duì)象。被操縱的一端稱為自動(dòng)化服務(wù)器而操縱自動(dòng)化服務(wù)器的一端稱為自動(dòng)化客戶或自動(dòng)化控制器。一個(gè)自動(dòng)化服務(wù)器由一個(gè)應(yīng)用程序提供被另一個(gè)應(yīng)用程序使用的服務(wù)。自動(dòng)化控制器是指使用自動(dòng)化服務(wù)器提供服務(wù)的控制應(yīng)用程序它通過(guò)OLE接口工作這個(gè)接口向控制應(yīng)用程序開(kāi)放可用的服務(wù)。因此CAD自動(dòng)化的實(shí)質(zhì)就是使對(duì)象在應(yīng)用程序之間可以方便地共享。自動(dòng)化的最大優(yōu)勢(shì)是它的語(yǔ)言無(wú)關(guān)性?？梢允褂酶鞣N語(yǔ)言或腳本語(yǔ)言來(lái)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化服務(wù)器而不必去刻意考慮用于編寫(xiě)它的語(yǔ)言從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序間的互操作功能。

CAD軟件開(kāi)發(fā)流程主要任務(wù)就是把系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行具體實(shí)施并且根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)進(jìn)行編寫(xiě)程序代碼以某種語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)各功能模塊。CAD軟件開(kāi)發(fā)流程與文檔資料要求軟件系統(tǒng)測(cè)試主要任務(wù)是對(duì)軟件進(jìn)行檢驗(yàn)尋找功能和結(jié)構(gòu)方面的缺陷。系統(tǒng)測(cè)試時(shí)保證軟件質(zhì)量的關(guān)鍵。為了保證系統(tǒng)的可靠性必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行盡可能全面的測(cè)試。軟件系統(tǒng)測(cè)試包括測(cè)試和糾錯(cuò)兩方面的內(nèi)容。為保證測(cè)試質(zhì)量要設(shè)計(jì)非法輸入的測(cè)試?yán)}保證系統(tǒng)的容錯(cuò)性。程序修改后要進(jìn)行回歸測(cè)試以防止由于修改程序所導(dǎo)致新的錯(cuò)誤，在進(jìn)行深入測(cè)試時(shí)要集中測(cè)試容易出錯(cuò)的部分。

軟件開(kāi)發(fā)流程軟件編制完成交付使用后就進(jìn)入了軟件的維護(hù)階段。軟件的維護(hù)工作是在CAD軟件的使用過(guò)程中對(duì)軟件進(jìn)行改錯(cuò)并且加以完善和擴(kuò)充。軟件維護(hù)階段可以分為改正性維護(hù)和適應(yīng)性維護(hù)以及完善性維護(hù)等幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行。軟件測(cè)試往往不可能找出系統(tǒng)中所有潛在的錯(cuò)誤和系統(tǒng)漏洞。軟件在正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下，加大使用功率和數(shù)據(jù)疊加狀態(tài)下產(chǎn)生的數(shù)據(jù)值異常的反應(yīng)才能顯現(xiàn)出來(lái)，這就是軟件開(kāi)發(fā)之后的試運(yùn)營(yíng)階段的重要性。常規(guī)狀態(tài)下試運(yùn)營(yíng)階段通常是免費(fèi)服務(wù)的，因?yàn)樵囘\(yùn)行期間是錯(cuò)誤高發(fā)期。試運(yùn)營(yíng)期間對(duì)于高尖端的使用操作必須加以備份來(lái)防止軟件漏洞造成不必要的損失。試運(yùn)營(yíng)期間仍可能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤診斷和改正這類(lèi)錯(cuò)誤稱為改正性錯(cuò)誤。計(jì)算機(jī)硬件和CAD軟件的不斷升級(jí)和更新需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改這類(lèi)維護(hù)為改正性維護(hù)。當(dāng)軟件正式投入使用后用戶有時(shí)提出增加新的功能修改已有功能或其它改進(jìn)要求為滿足上述要求而進(jìn)行的維護(hù)稱為完善性維護(hù)。

為減少維護(hù)工作量提高維護(hù)質(zhì)量應(yīng)在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中我們要遵循軟件工程方法保證文檔齊全格式規(guī)范。CAD軟件開(kāi)發(fā)流程與文檔資料要求文檔編制按照《計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)文件編制指南》GB8567-88規(guī)定整個(gè)軟件生存周期共應(yīng)提交兩種標(biāo)準(zhǔn)文檔。在CAD軟件開(kāi)發(fā)的每一個(gè)階段都需要編制詳細(xì)的開(kāi)發(fā)文檔。各種文檔編寫(xiě)工作與軟件生存周期各階段的關(guān)系中有些文檔的編寫(xiě)工作要在若干個(gè)階段中延續(xù)進(jìn)行。軟件文檔格式均應(yīng)參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范書(shū)寫(xiě)CAD軟件開(kāi)發(fā)流程與文檔資料要求OpenGL標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。OpenGLOpen Graphics Library是個(gè)專業(yè)的圖形程序接口是一個(gè)功能強(qiáng)大調(diào)用方便的底層圖形庫(kù)。OpenGL是個(gè)與硬件無(wú)關(guān)的軟件接口它定義了一個(gè)跨編程語(yǔ)言、跨平臺(tái)的編程接口的規(guī)格它可以在不同的平臺(tái)之間進(jìn)行移植。

3 CAD軟件開(kāi)發(fā)方法

CAD軟件開(kāi)發(fā)要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法主要有兩種，一種是結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)另一種是面向?qū)ο笙到y(tǒng)設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)化方法進(jìn)行軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)設(shè)計(jì)過(guò)程可分為概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)化開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)理念是從上到下的進(jìn)行分解。把系統(tǒng)從上到下逐級(jí)分解為模塊和子模塊。模塊劃分時(shí)應(yīng)盡可能地降低模塊之間的耦合程度提高模塊之間的內(nèi)聚度。耦合性小說(shuō)明模塊之間的獨(dú)立性好相互之間的依賴程度低而內(nèi)聚度高指的是模塊內(nèi)部盡量降低模塊之間的依賴關(guān)系這樣便于系統(tǒng)的修改和維護(hù)。

通用平臺(tái)專業(yè)軟件開(kāi)發(fā)方法是建立可動(dòng)態(tài)交替更新組件的規(guī)范平臺(tái)?？蛻艉徒M件之間能夠交互操作應(yīng)該遵循的標(biāo)準(zhǔn)。CAD技術(shù)宗旨是在Windows系統(tǒng)的統(tǒng)一管理下協(xié)調(diào)不同的應(yīng)用程序，并且準(zhǔn)許這些應(yīng)用程序之間進(jìn)行相互溝通和互相控制。它通過(guò)在兩個(gè)程序間安排交互使用來(lái)達(dá)到一個(gè)程序控制另一個(gè)程序的目的。其過(guò)程為首先一個(gè)應(yīng)用程序決定引發(fā)ActiveX Automation操作，這個(gè)應(yīng)用程序自動(dòng)成為Client。然后被它調(diào)用的應(yīng)用程序稱為Server。接著Server收到發(fā)送請(qǐng)求之后決定展現(xiàn)哪些對(duì)象給Client的過(guò)程?；谕ㄓ闷脚_(tái)的CAD專業(yè)軟件開(kāi)發(fā)方法SldWorksSolidWorks應(yīng)用程序Enviroment環(huán)境下Frame用戶窗口AtributeDef屬性定義是Modeler管理模型。SWPropertySheet應(yīng)用程序?qū)傩訫odelDoc模型文件、PartDoc零件模型文件、AssemblyDoc裝配模型文件、DrawDoc工程圖文件、Feature特征Sketch、草圖繪制等進(jìn)行推出的應(yīng)用非常廣泛的可視化編程語(yǔ)言。

機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD軟件提供了功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。設(shè)計(jì)人員可以方便有效地管理數(shù)據(jù)、編寫(xiě)運(yùn)行程序、編譯代碼、進(jìn)行C程序跟蹤，減少了程序員的工作量提高了程序代碼的工作效率。CAD擁有一套稱MFCMicrosoft Foundation Class微軟基本類(lèi)的程序類(lèi)庫(kù)。這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)是Windows應(yīng)用程序設(shè)計(jì)通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)庫(kù)是使用C/C創(chuàng)建的Visual C能提供的強(qiáng)大使用功能。它的功能性很全、使用卻很簡(jiǎn)捷用戶只需掌握幾個(gè)關(guān)鍵詞就可以開(kāi)始建立實(shí)用的應(yīng)用程序。用戶不需編寫(xiě)大量代碼去描述界面元素的外觀和位置只要把預(yù)先建立的對(duì)象拖放到屏幕上即可。初學(xué)者也可以編寫(xiě)出漂亮CAD應(yīng)用程序來(lái)。

CAD軟件開(kāi)發(fā)方法宏錄制工具是一種可以被多種應(yīng)用程序共享的并且針對(duì)應(yīng)用程序內(nèi)部可編寫(xiě)程序通用的可視化應(yīng)用程序編程語(yǔ)言Visual Basic For ApplicationVBA。VBA是一種自動(dòng)化語(yǔ)言它可以使常用的程序自動(dòng)化可以創(chuàng)建自定義的解決方案。是應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言Visual Basic的子集。VBA寄生在VB應(yīng)用程序的之中。VBA最常見(jiàn)的用途即是宏錄制。能夠利用宏錄制命令錄制相關(guān)操作并可以調(diào)用計(jì)算機(jī)接口提供的所有數(shù)字信息、運(yùn)行方法和功能屬性。同時(shí)在計(jì)算機(jī)里也可以儲(chǔ)存鼠標(biāo)、菜單和鍵盤(pán)操作。VBA是一個(gè)運(yùn)行在Windows下的可視化編程環(huán)境可以創(chuàng)建Windows應(yīng)用程序。它具有高性能的32位本地優(yōu)化代碼編譯器其應(yīng)用程序可以直接運(yùn)行能夠最終生成可單獨(dú)執(zhí)行的DLL與EXE文件。另一方面使用方便迅速地建立強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序。

4結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械計(jì)算機(jī)CAD技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家科技現(xiàn)代化，機(jī)械制造等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。有效的在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用CAD技術(shù)是發(fā)展高尖端制造業(yè)的基礎(chǔ)，是推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的手段。

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