基于Pro/E軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法

王卓顯++趙蓓芳

摘 要：參數(shù)化設(shè)計(jì)是目前三維機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)中最重要的技術(shù)之一，已被工業(yè)界所廣泛采用，而參數(shù)化特征設(shè)計(jì)是Pro/E軟件主要功能之一。該文根據(jù)參數(shù)化設(shè)計(jì)概念及優(yōu)點(diǎn)，總結(jié)了三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件—Pro/E軟件的參數(shù)化技術(shù)特點(diǎn)及常用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，并以機(jī)箱為例介紹了Pro/E軟件參數(shù)化設(shè)計(jì)方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用方法和步驟，通過機(jī)箱參數(shù)化設(shè)計(jì)可在定制的用戶交互界面進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)的輸入并直接生成模型，從而縮短產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。該實(shí)例對(duì)Pro/E軟件參數(shù)化設(shè)計(jì)方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用有一定的借鑒參考。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化設(shè)計(jì) 族表 UDF 程序（Pro/Program） Pro/Toolkit

中圖分類號(hào)：TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）03（b）-0032-02

三維機(jī)械設(shè)計(jì)已經(jīng)成為機(jī)械設(shè)計(jì)的潮流和趨勢(shì)，它能反映實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、構(gòu)造及制造過程。采用三維機(jī)械設(shè)計(jì)方法可以在設(shè)計(jì)之初建立三維立體模型，方便地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，縮短了產(chǎn)品和研發(fā)設(shè)計(jì)周期，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。參數(shù)化設(shè)計(jì)是目前維機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)中最重要的技術(shù)之一。

作為應(yīng)用最廣泛的三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件—Pro/E軟件，是美國(guó)PTC公司開發(fā)的CAD/CAE/CAM三維軟件，它具有參數(shù)化造型、模塊化結(jié)構(gòu)、基于特征的實(shí)體模型、3D實(shí)體模型、單一數(shù)據(jù)庫及其全相關(guān)性等功能，可使產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)流程大大簡(jiǎn)化，使設(shè)計(jì)工作直觀化、高效化、精確化和系統(tǒng)化。Pro/E軟件在參數(shù)化設(shè)計(jì)方面的優(yōu)點(diǎn)使其在產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)用中發(fā)揮了巨大作用。

1 參數(shù)化設(shè)計(jì)概念及優(yōu)點(diǎn)

參數(shù)化設(shè)計(jì)指在已對(duì)圖形所建立的幾何約束（尺寸約束和拓?fù)浼s束）基礎(chǔ)上，通過調(diào)整參數(shù)來修改和控制幾何形狀，從而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的精確造型[1]。

參數(shù)化設(shè)計(jì)方法更符合和貼近現(xiàn)代CAD中概念設(shè)計(jì)以及并行設(shè)計(jì)思想，它與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，不僅僅局限于產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，可支持設(shè)計(jì)過程的完整階段；可以快速地進(jìn)行設(shè)計(jì)修改并有效地利用以前的設(shè)計(jì)結(jié)果；支持并行設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)人員的習(xí)慣。除此之外，參數(shù)化設(shè)計(jì)還能夠使設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建庫，極大的方便后續(xù)設(shè)計(jì)工作。

參數(shù)化設(shè)計(jì)極大的改善了圖形的修改手段，提高了設(shè)計(jì)的柔性，在概念設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、實(shí)體造型、裝配，公差分析與綜合、機(jī)構(gòu)方針、優(yōu)化設(shè)計(jì)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用，體現(xiàn)出很高的應(yīng)用價(jià)值。

2 Pro/E軟件的參數(shù)化技術(shù)特點(diǎn)

參數(shù)化特征設(shè)計(jì)是Pro/E軟件主要功能之一。通過有機(jī)地結(jié)合參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征建模，Pro/E軟件可方便地進(jìn)行參數(shù)化建模。模型中的每一特征及尺寸都有相應(yīng)參數(shù)一一對(duì)應(yīng)，同時(shí)可通過關(guān)系將參數(shù)建立聯(lián)系，使各模型及模型的特征及尺寸具有全相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的控制。同時(shí)設(shè)計(jì)人員對(duì)其中一個(gè)特征或尺寸進(jìn)行修改后，全局設(shè)計(jì)的相關(guān)修改可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，以確保所有零件和多個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)一致性。

3 Pro/E軟件的參數(shù)化常用設(shè)計(jì)方法

Pro/E軟件為用戶提供了豐富的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法和工具，常用的有：族表（Family Table）、用戶自定義特征（User Define Feature，UDF）、程序（Pro/Program）、開發(fā)工具包（Pro/Toolkit）等。

3.1 族表

族表是Pro/E軟件提供的一種可以復(fù)制特征的高級(jí)工具[2]。族表是本質(zhì)上相似零件（或組件或特征）的集合，使用族表功能可以將產(chǎn)品開發(fā)中用到的標(biāo)準(zhǔn)件或結(jié)構(gòu)相似的零部件生成產(chǎn)品庫，從而可以在設(shè)計(jì)中方便選用。在產(chǎn)品裝配模型中，族表使得組件中的零件更加容易互換。

創(chuàng)建族表首先要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)基本的類屬零件，該零件需具有代表性并盡可能包括所有特征和尺寸參數(shù)。以類屬零件作為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，確定需要變化的特征和尺寸等參數(shù)并將其寫入族表，Pro/E軟件通過讀取族表內(nèi)容從而生成系列化的衍生零件。也可以創(chuàng)建裝配族表。整個(gè)族表可使用Microsoft Excel電子表格來管理并方便地修改參數(shù)。

3.2 UDF

用戶自定義特征是把產(chǎn)品設(shè)計(jì)中常用的一些特征組合成為一個(gè)群組特征，對(duì)放置參考、可變化的尺寸特征進(jìn)行定義并加以標(biāo)注命名后保存起來，在設(shè)計(jì)需要時(shí)調(diào)出來使用生成設(shè)計(jì)衍生件的特征參數(shù)化建立方法。

UDF的使用流程主要有以下步驟：規(guī)劃并創(chuàng)建參照模型，建立UDF，放置UDF[3]。

在建立UDF時(shí)，應(yīng)保證UDF組外的特征和尺寸盡可能少，并在參照模型內(nèi)盡可能建立特征和尺寸之間的關(guān)系。同過對(duì)UDF時(shí)的定義進(jìn)行清楚的標(biāo)注使UDF庫的創(chuàng)建者和使用者根據(jù)定義能順利地建立新特征并生成設(shè)計(jì)衍生件。

3.3 程序（Pro/Program）

程序（Pro/Program）是Pro/E軟件中的一個(gè)可程序化模塊，它將模型的整個(gè)創(chuàng)建過程記錄下來，包括特征類型及建立過程、尺寸參數(shù)設(shè)置、關(guān)系等創(chuàng)建特征所需要的所有信息，以類似于BASIC語言的簡(jiǎn)單程序來表示。程序經(jīng)過適當(dāng)修改后運(yùn)行，Pro/E軟件可以通過提問的方式完成手動(dòng)的刪除、特征顯示和隱含、特征和尺寸的修改、暫停再生過程和附加特征等。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)產(chǎn)品研發(fā)需要編輯修改模型的Program以實(shí)現(xiàn)模型的建立和修改，可以方便地生成一族外型類似的模型及特征，這將大大加快建模速度，提高設(shè)計(jì)效率。

使用Pro/Program的步驟：對(duì)零件進(jìn)行分析，提取零件的關(guān)鍵參數(shù)，然后設(shè)置參數(shù)變量，以便后續(xù)建模，并根據(jù)需要確定驅(qū)動(dòng)參數(shù)；創(chuàng)建零件模型；編制程序；運(yùn)行程序[4]。

3.4 Pro/Toolkit

Pro/Toolkit是針對(duì)Pro/E軟件功能強(qiáng)大的二次開發(fā)和參數(shù)化設(shè)計(jì)工具，它裝了許多針對(duì)Pro/E軟件底層資源調(diào)用的庫函數(shù)與頭文件，能夠使外部應(yīng)用程序安全有效地訪問Pro/E軟件的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序。由于Pro/E軟件提供了大量的庫函數(shù)和定制標(biāo)準(zhǔn)Pro/ENGINEER用戶界面的能力，使用和操作方便簡(jiǎn)單，使其在二次開發(fā)及參數(shù)化應(yīng)用領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)和良好的應(yīng)用前景。

使用Pro/Toolkit開發(fā)應(yīng)用程序進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)包含以下步驟：編寫源文件（包括資源文件和程序源文件）、編制Pro/Toolkit應(yīng)用程序、編譯生成可執(zhí)行文件以及在Pro/E軟件中的注冊(cè)和運(yùn)行可執(zhí)行文件[5]。

4 基于Pro/E軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)例

族表、UDF、程序（Pro/Program）是可在交互模式下操作，可用于重復(fù)性高、外形特征類似的或結(jié)構(gòu)和特征之間關(guān)系較復(fù)雜的零部件的參數(shù)化設(shè)計(jì)，對(duì)于復(fù)雜件很難再生成功。Pro/Toolkit可結(jié)合上述方法，利用Pro/Toolkit提供的菜單和可視化界面的定制技術(shù)，設(shè)計(jì)出方便實(shí)用的人機(jī)交互界面，通過設(shè)計(jì)參數(shù)來控制三維模型，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)化。

以19”機(jī)箱為例，介紹基于Pro/Toolkit的Pro/E軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)過程。

4.1 建立基準(zhǔn)模型及參數(shù)

在Pro/E軟件交互模式下利用Pro/E軟件自頂向下設(shè)計(jì)工具中的布局和骨架模型建立機(jī)箱模型。在布局中定義機(jī)箱的參數(shù)和尺寸，根據(jù)文獻(xiàn)[6]建立參數(shù)和尺寸相互之間的關(guān)系，并根據(jù)設(shè)計(jì)需要將機(jī)箱U數(shù)、機(jī)箱深度、把手間距和面板厚度作為變量參數(shù)輸入。

4.2 創(chuàng)建菜單

在主程序中使用Pro/Toolkit里的ProMenubarMenuAdd（）函數(shù)在Pro/E軟件菜單欄里增加“機(jī)箱參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)”的菜單條。使用ProMenubarmenuPushbuttonAd（）函數(shù)在“機(jī)箱參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)”菜單條下添加“鈑金機(jī)箱設(shè)計(jì)”、“鋁板拼接機(jī)箱設(shè)計(jì)”、“鋁板焊接機(jī)箱設(shè)計(jì)”、“非金屬機(jī)箱設(shè)計(jì)”、“非標(biāo)機(jī)箱設(shè)計(jì)”及“幫助”等菜單按鈕，同時(shí)對(duì)應(yīng)建立與之對(duì)應(yīng)的“message. Txt”文件。使用ProCmdActionAdd（）函數(shù)設(shè)計(jì)各菜單按鈕的動(dòng)作函數(shù)，實(shí)現(xiàn)通過單擊按鈕打開對(duì)應(yīng)對(duì)話框的功能。通過Pro/Toolkit創(chuàng)建的菜單結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4.3 可視化界面設(shè)計(jì)

在VC++開發(fā)環(huán)境下建立MFC App Wizard（dll）工程，通過VC++開發(fā)環(huán)境提供的可視化界面設(shè)計(jì)對(duì)界面進(jìn)行布局、修改和調(diào)試?？梢暬缑娴脑O(shè)計(jì)涉及兩個(gè)方面：一是按界面的布局編寫資源文件；二是針對(duì)UI對(duì)話框的功能編寫相應(yīng)的控制程序[7]。

4.4 主程序設(shè)計(jì)

在工程文件中加入并編寫開始函數(shù)use_initialize（）和結(jié)束函數(shù)use_terminate（）。利用ProParameterValueGet（）函數(shù)遍歷獲得機(jī)箱的參數(shù)值，然后利用ProParameter Valueset（）函數(shù)對(duì)變量參數(shù)設(shè)置成輸入的參數(shù)值。建立參數(shù)與可視化界面之間的傳遞和界面中對(duì)話框按鈕的動(dòng)作函數(shù)。利用ProSolidRegenerate（）函數(shù)進(jìn)行模型再生。

4.5 編譯連接

通過設(shè)置好包含頭文件的路徑和連接所需庫文件的路徑完成編譯環(huán)境設(shè)置后，用VC++6.0進(jìn)行編譯連接生成動(dòng)態(tài)鏈接庫文件。

4.6 注冊(cè)和運(yùn)行程序

編譯連接成功后，制作一個(gè)（*.Dat）的注冊(cè)文件，采取手動(dòng)注冊(cè)的方式進(jìn)行Pro/Toolkit應(yīng)用程序的注冊(cè)。完成注冊(cè)后就可以選取啟動(dòng)命令選項(xiàng)運(yùn)行應(yīng)用程序。如圖2所示，程序運(yùn)行顯示參數(shù)輸入對(duì)話框， Pro/E軟件根據(jù)輸入的參數(shù)生成所需的模型。

5 結(jié)語

該文介紹了Pro/E軟件的參數(shù)化技術(shù)特點(diǎn)及常用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，給出了部分設(shè)計(jì)方法的基本步驟，并通過機(jī)箱設(shè)計(jì)的實(shí)例來對(duì)Pro/E軟件參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本步驟作進(jìn)一步的說明。設(shè)計(jì)實(shí)例說明Pro/E軟件在參數(shù)化設(shè)計(jì)方面具有廣泛的應(yīng)用前景，通過Pro/E軟件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)可大大提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率。

參考文獻(xiàn)

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[2] 文熙.Pro/ENGINEER野火版4.0實(shí)例寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[3] 吳禮征.基于Pro/E的零件庫建庫工具的研究與開發(fā)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2005.

[4] 林清安.PRO/ENGINEER零件設(shè)計(jì)：高級(jí)篇（上）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

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[7] 張繼春.Pro/ENGINEER二次開發(fā)實(shí)用教程[M].北京：北京大學(xué)出版社，2007.