基于UG二次開發(fā)的折疊式艙口蓋參數(shù)化設(shè)計(jì)

徐 健， 王明強(qiáng)

(江蘇科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

基于UG二次開發(fā)的折疊式艙口蓋參數(shù)化設(shè)計(jì)

徐 健， 王明強(qiáng)

(江蘇科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

文章以折疊式艙口蓋為研究對(duì)象，結(jié)合UGOpen GRIP高效、便捷、交互性能強(qiáng)的編程特點(diǎn)和UGOpen API操作簡單、控制用戶界面方便的優(yōu)勢，依托UGOpen UIStyler制作靈活、多樣的人性化界面和UGOpenMenuScript生成用戶菜單，在對(duì)折疊式艙口蓋結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，引入U(xiǎn)G二次開發(fā)技術(shù)對(duì)折疊式艙口蓋進(jìn)行參數(shù)化建模系統(tǒng)設(shè)計(jì)，達(dá)到改變折疊式艙口蓋部件參數(shù)值輸入就能迅速建立新模型的目的。經(jīng)過對(duì)參數(shù)化建模系統(tǒng)程序調(diào)試，系統(tǒng)能夠正確、簡便、迅速完成折疊式艙口蓋部件參數(shù)化建模功能。該系統(tǒng)減少了折疊式艙口蓋設(shè)計(jì)周期，提高了設(shè)計(jì)效率，為折疊式艙口蓋參數(shù)化建模設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

參數(shù)化建模設(shè)計(jì) 折疊式艙口蓋 UG二次開發(fā) UGOpen GRIP

1 引言

參數(shù)化設(shè)計(jì)通常是指在零件和部件形狀的基礎(chǔ)上，用一組尺寸參數(shù)和約束定義該幾何圖形的形狀，尺寸參數(shù)和約束與所建立的幾何形狀是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。當(dāng)尺寸或者約束發(fā)生改變時(shí)，所對(duì)應(yīng)的幾何形狀也會(huì)隨之變化，其可達(dá)到驅(qū)動(dòng)幾何形狀的目的。參數(shù)化設(shè)計(jì)可以顯著提高模型的生成和修改速度，在產(chǎn)品的系列設(shè)計(jì)、相似設(shè)計(jì)及專用CAD系統(tǒng)開發(fā)方面都具有較大應(yīng)用價(jià)值。

由于參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)擁有簡便操作、產(chǎn)品建?？?、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)，因此依托該技術(shù)可以減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，從而提高設(shè)計(jì)競爭性。目前圍繞參數(shù)化設(shè)計(jì)，諸多學(xué)者、高校、企業(yè)針對(duì)UG、PROE、CATA等三維設(shè)計(jì)軟件都進(jìn)行參數(shù)化建模設(shè)計(jì)研究。針對(duì)三維設(shè)計(jì)軟件UG二次開發(fā)，華中科技大學(xué)吳家洲[1]、華南理工大學(xué)周敏[2]等學(xué)者圍繞UG二次開發(fā)技術(shù)過程進(jìn)行基礎(chǔ)性設(shè)計(jì)研究，華中科技大學(xué)嚴(yán)婷[3]圍繞UG三維參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫作出研究和開發(fā)，于紅英[4]、平朗[5～7]等學(xué)者運(yùn)用UG對(duì)汽輪機(jī)用卡板、塞板、齒輪設(shè)計(jì)完成參數(shù)化系統(tǒng)開發(fā)。

鑒于船舶行業(yè)存在的局限性，大多處于人工設(shè)計(jì)制圖、建模階段。僅有少數(shù)學(xué)者,如:江蘇科技大學(xué)劉志強(qiáng)[8]在船舶舾裝設(shè)計(jì)中的錨系設(shè)計(jì)階段完成基于UG錨系參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件開發(fā)，并且在企業(yè)使用階段得到良好的反饋。對(duì)于折疊式艙口蓋的設(shè)計(jì)目前仍處于傳統(tǒng)的人工CAD制圖、三維設(shè)計(jì)建模設(shè)計(jì)階段。

艙口蓋是船舶舾裝設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，而液壓折疊式艙口蓋是當(dāng)前最主要的三種艙口蓋之一，文章以折疊式艙口蓋為研究對(duì)象，在對(duì)UG二次開發(fā)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)研究及開發(fā)。研究主要依托UG提供的UGOpen GRIP和UGOpen API工具，完成專用折疊式艙口蓋的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件，如圖1所示。經(jīng)過實(shí)際折疊式艙口蓋建模驗(yàn)證，軟件可方便簡潔地完成折疊式艙口蓋部件的參數(shù)化建模。

2 基于UG的三維折疊式艙口蓋的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 UG二次開發(fā)技術(shù)

由于UG軟件開放性較好，其為用戶提供了較為完整的二次開發(fā)工具集，開發(fā)人員掌握其工具集的操作后，可獨(dú)立對(duì)UG系統(tǒng)開發(fā)出滿足用戶自身需求的專用軟件程序，從而使UG軟件更加適合用戶自身實(shí)際應(yīng)用需求。UG/Open是一系列UG開發(fā)工具的總稱，是UG軟件為用戶或第三方開發(fā)人員提供的最主要的開發(fā)工具。它主要由UG/Open API、UG/Open GRIP、UG/Open Menu Script和UG/Open UI Styler四個(gè)部分組成，如圖2所示。利用UG二次開發(fā)工具，可以在UG軟件平臺(tái)上，結(jié)合具體的應(yīng)用需求，開發(fā)出面向行業(yè)和設(shè)計(jì)流程的用戶專用系統(tǒng)。

2.2 基于UG的三維折疊式艙口蓋的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖1對(duì)折疊式艙口蓋參數(shù)化設(shè)計(jì)流程分析和圖2對(duì)UG二次開發(fā)工具集的研究，可以充分利用UG二次開發(fā)工具，結(jié)合所提出的折疊式艙口蓋參數(shù)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)折疊式艙口蓋參數(shù)化系統(tǒng)建立。圖3為基于UG的折疊式艙口蓋參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和開發(fā)流程。

3 折疊式艙口蓋用戶界面設(shè)計(jì)

3.1 UG開發(fā)環(huán)境設(shè)置與折疊式艙口蓋菜單設(shè)計(jì)

設(shè)置UG開發(fā)環(huán)境是建立折疊式艙口蓋參數(shù)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在D盤新建GRIP文件夾，然后建立startup和application兩個(gè)子文件夾。設(shè)置電腦環(huán)境變量，新建名為UGII_USER_DIR的變量名，變量值為D:GRIP。

UGOpen Menu Script是UG二次開發(fā)的工具之一,利用這一工具可以實(shí)現(xiàn)用戶化菜單,UG/Open Menu Script支持UG主菜單和快速彈出式菜單的設(shè)計(jì)和修改,通過它可以改變UG菜單的布局,實(shí)現(xiàn)菜單的集成制作技術(shù)。設(shè)置好環(huán)境變量后，在startup文件夾中新建菜單文件(.men),根據(jù)UGOpen Menu Script菜單語法格式[9]折疊式艙口蓋菜單進(jìn)行編輯，折疊式艙口蓋菜單編輯如下：

VERSION 170

EDIT UG_GATEWAY_MAIN_MENUBAR

AFTER UG_HELP

CASCADE_BUTTON UG_MYREVERSE

LABEL 折疊式艙口蓋自動(dòng)建模系統(tǒng)

END_OF_BEFORE

……

BUTTON BUTTON_MYREVERSE_6

LABEL 滑輪裝置 模型建模

ACTIONS GUNLUN.DLG

END_OF_MENU

編輯完成后，打開UG軟件，在UG軟件工具欄顯示我們創(chuàng)建的折疊式艙口蓋參數(shù)化建模系統(tǒng)專用菜單。

3.2 折疊式艙口蓋UIStyler對(duì)話框設(shè)計(jì)與API應(yīng)用程序接口創(chuàng)建

UGOpen UIStyler是開發(fā)UG對(duì)話框的可視化工具，其生成的對(duì)話框能與UG集成，用戶可以方便、高效地與UG進(jìn)行交互操作。利用該工具設(shè)計(jì)對(duì)話框，可以避免復(fù)雜的圖形用戶界面GUI(Graphical User Interfac)[10～12]編程，只需通過組合和布局對(duì)話框中的基本控件，就可以制作UG風(fēng)格對(duì)話框，實(shí)現(xiàn)不同的用戶功能。

折疊式艙口蓋其是由主動(dòng)蓋板、從動(dòng)蓋板、中間鉸鏈、支撐結(jié)構(gòu)、滾輪裝置和橫縱限位塊組成，根據(jù)對(duì)折疊式艙口蓋實(shí)際結(jié)構(gòu)研究分析，忽略其微小細(xì)節(jié)特征，選取其中最主要的參數(shù)作為參數(shù)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后對(duì)其部件分別建立UIStyler界面，如圖4所示。

UGOPEN API是UG與外部應(yīng)用程序之間的接口，它是UG提供的一系列函數(shù)和過程的集合。通過CC++語言編程調(diào)用這些函數(shù)和過程可以實(shí)現(xiàn)如下功能：(1) 對(duì)UG文件及相應(yīng)模型進(jìn)行操作，包括UG模型的構(gòu)建、編輯、裝配，以及工程的創(chuàng)建等；(2) 在UG界面中創(chuàng)建交互式程序界面；(3) 創(chuàng)建并管理用戶定義對(duì)象等。

對(duì)于折疊式艙口蓋的參數(shù)化設(shè)計(jì)，由于可以使用更加便捷的GRIP編程，因此在折疊式艙口蓋的參數(shù)化系統(tǒng)中就可以選擇其創(chuàng)建交互式程序界面與外部應(yīng)用程序之間的接口功能。

結(jié)合UGOPEN API與UGOPEN GRIP混合進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，主要是運(yùn)用UGOPEN API調(diào)用UGOPEN GRIP程序的函數(shù)UF_call_grip和UGOPEN GRIP接受參數(shù)的命令UFARGS。

UF_call_grip相應(yīng)的函數(shù)原型為

Extern int UF_call_grip(char*grip_executable,

int count, UG_args_p_t UFARGS);

UFARGS數(shù)組的結(jié)構(gòu)為

Struct UF_args_s

{ int type;int length;void*address}

4 基于GRIP折疊式艙口蓋的參數(shù)化編程與建模裝配

GRIP是與UG系統(tǒng)集成的一種專用圖形交互編程語言。利用GRIP編程，可以簡便地實(shí)現(xiàn)UG下大部分操作，如創(chuàng)建和編輯幾何體、控制系統(tǒng)參數(shù)、文件管理、訪問數(shù)據(jù)庫等。

GRIP語言與一般的通用語言一樣，有其自身的語法結(jié)構(gòu)、程序結(jié)構(gòu)、內(nèi)部函數(shù)以及與其它通用語言程序相互調(diào)用的接口。GRIP程序一般在UG環(huán)境下編制，由一系列GRIP語句組成。GRIP程序編寫完成以后，同樣需要經(jīng)過編譯、鏈接后生成可執(zhí)行文件才能運(yùn)行。使用GRIP編程的一般步驟如下:(1) 編寫GRIP源程序,以擴(kuò)展名.grs存盤。(2) 編譯GRIP源程序，生成擴(kuò)展名為.gri的編譯文件。(3) 鏈接程序，把編譯成功的.gri文件進(jìn)行鏈接，生成可執(zhí)行的.grx文件。(4) 執(zhí)行程序。通過用戶化的菜單或?qū)υ捒蛘{(diào)用.grx文件進(jìn)行參數(shù)化建模。

根據(jù)grip編程規(guī)則對(duì)折疊式艙口蓋主動(dòng)板、從動(dòng)板、支撐裝置、滾輪裝置等部件進(jìn)行編程，以從動(dòng)板GRIP參數(shù)化編程片段為例：

ENTITY/P(100),Pt(100),Ln(100),S(100),O(100),Le(100),PE(100),li(100)

NUMBER/m(50,12)

string/PATH(132)

PATH=envvar/'UGII_USER_DIR',ask

UFARGS/L,W,H,HD1,HD2,HD3,HD4,HD5,$

HD6,X1,X2,X3,Y1,Y2,Y3,Y4,$

Y5,l1,l2,L3,m1,n,T1,A1,B1,T2,$

A2,B2,p1,p2,p3,q,q1,hd7,$

hd8,hd9,r,E1,E2,E3,F1,F2,$

HD10,HD11,R1,$

zi1,zi2,zi3,zh1,zh2,zh3,zh4,zh5,$

zh6,zh7,zl1,zl2,zl3,zl4,zl5,zl6

U1=H-HD1-HD2

U2=H-HD1-HD2

S(1)=&WCS

o(1)= SOLBLK/ORIGIN,0,0,-hd1,SIZE,l,w,hd1

……

o(43)=subtra/o(38),with,o(39..42)

blank/pe(1..19)

blank/li(1..19)

m(15,1..12)=matrix/mirror,s(16)

o(44)=TRANSF/m(15,1..12),o(43)

o(44)=unite/o(21),with,o(43..44)

fdel/PATH+'partCDB.prt'

file/part,PATH+'partCDB'

halt

經(jīng)過對(duì)折疊式艙口蓋主動(dòng)板、從動(dòng)板、支撐裝置、滾輪裝置等部件程序編程、編譯、接口連接后，輸入以48 500 dwt折疊式艙口蓋為例的實(shí)際數(shù)據(jù)信息，生成折疊式艙口蓋模型，如圖5所示。

運(yùn)用UG三維裝配功能，加入折疊式艙口蓋的其他部件建模，運(yùn)用UG裝配功能將其裝配成折疊式艙口蓋模型，如圖6所示。

5 結(jié)論

本文在對(duì)UG二次開發(fā)研究的基礎(chǔ)上，綜合UG所提供的工具集UGOpen GRIP、UGOpen Menu Script、UGOpen API、UGOpen UIStyler的優(yōu)勢所在，在對(duì)折疊式艙口蓋部件結(jié)構(gòu)分析的前提下，對(duì)折疊式艙口蓋部件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。程序完成后，以48 500 dwt折疊式艙口蓋為例進(jìn)行程序驗(yàn)證，程序運(yùn)行后，再對(duì)其進(jìn)行三維裝配模型。經(jīng)過程序?qū)崿F(xiàn)，得到折疊式艙口蓋專用參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)建立過程進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

(1) 在對(duì)基于UG二次開發(fā)技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合UG工具集UGOpen GRIP、UGOpen Menu Script、UGOpen API、UGOpen UIStyler的優(yōu)勢，在對(duì)折疊式艙口蓋結(jié)構(gòu)分析后，建立折疊式艙口蓋專用參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)；

(2) 將參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)引入折疊式艙口蓋設(shè)計(jì)中，可以避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中反復(fù)三維建模的過程，為設(shè)計(jì)人員提供了一種方便簡潔的工具，為以后舾裝參數(shù)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)；

(3) 經(jīng)過實(shí)際編程實(shí)現(xiàn)，以48 500 dwt折疊式艙口蓋為例，提取其CAD數(shù)據(jù)信息，在專用參數(shù)化

[][]

設(shè)計(jì)系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入后建模，然后進(jìn)行裝配，得到正確的折疊式艙口蓋模型；

(4) 參數(shù)化設(shè)計(jì)是當(dāng)前最主要的三維建模技術(shù)，但是基于UG二次開發(fā)的的參數(shù)化建模在細(xì)小特征的處理上操作還是有所不足，其所設(shè)置的參數(shù)數(shù)量還是比較有限。若完全滿足用戶需求，還需要在參數(shù)化建模后對(duì)模型進(jìn)行細(xì)微的修改，或者結(jié)合人機(jī)互動(dòng)的操作方式來進(jìn)行參數(shù)化建模。

[ 1 ] 嚴(yán)婷. 基于UG的三維參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫的研究與開發(fā)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2007,32-36.

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[12] UDS.UG/Open API Reference[S]．1997．

Parametric Design of Folding Batch Cover Based on UG Secondary Development

XU Jian, WANG Ming-qiang

(School of Mechanical Engineering, Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang Jiangsu 212003， China)

Selecting folding batch cover as the research object, combining the programming features of UG/Open GRIP(efficient, convenient and good interactivity)with the advantages of UG/Open API(easy operation and intuitive user interface), relying on the flexible human interface of UG/Open UIStyler and the member menu generated by UG/OpenMenuScript, based on the structural analysis of folding batch cover, the parametric design of folding batch cover based on UG secondary development is provided. The system can finish the parametric modeling of the folding batch cover in a correct, convenient and efficient way through the debugging of parametric modeling system program. This system can reduce the design cycle of folding batch cover, improve the design efficiency, and provide a reference for the parametric modeling of folding batch cover in the future.

Parametric modeling design Folding hatch covers UG secondary development UGOpen GRIP

徐 健(1989-)，男，碩士研究生。

U672

A