基于Pro／E的三次開發(fā)方法研究

饒 佳，仲梁維

（上海理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，上海 200093）

0 引 言

越來越多的企業(yè)已經(jīng)不僅僅滿足簡單地使用CAD軟件，提出了對CAD設(shè)計軟件二次開發(fā)的要求。通過對CAD軟件的二次開發(fā)，可以大幅提高企業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)效率，縮短設(shè)計周期，根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品特點(diǎn)開發(fā)出一套專業(yè)設(shè)計軟件成為眾多企業(yè)研發(fā)設(shè)計部門的迫切需求。

AutoCAD、SolidWorks、UG 和 Pro／E 等 著 名CAD軟件都提供了良好的二次開發(fā)平臺，基于這些軟件的二次開發(fā)技術(shù)的研究已十分廣泛，然而這樣的軟件產(chǎn)品開發(fā)往往存在以下幾個方面的問題：

（1）專業(yè)性強(qiáng)

企業(yè)一般無法從現(xiàn)有的CAD軟件中找到適合自己企業(yè)較為完備的零件庫，二次開發(fā)建立的零件庫大都只針對某個特定行業(yè)，這樣的零部件庫日后很難從軟件市場上得到補(bǔ)充和升級。

（2）二次開發(fā)滯后

企業(yè)往往將CAD軟件的二次開發(fā)工作交給高校、科研單位或軟件開發(fā)企業(yè)來完成，對于軟件二次開發(fā)者來說，編寫程序?qū)崿F(xiàn)二次開發(fā)的技術(shù)已日趨成熟。但是，對于專業(yè)性較強(qiáng)領(lǐng)域的企業(yè)用戶，熟悉并理解其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)往往需要大量時間，并且對產(chǎn)品的互通性、變換性的認(rèn)識十分有限。這就導(dǎo)致了二次開發(fā)的進(jìn)度往往比較滯后，項(xiàng)目交付時間長，不能滿足企業(yè)快速響應(yīng)市場的需求。

（3）軟件升級困難

企業(yè)的設(shè)計軟件充分體現(xiàn)了企業(yè)的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢，對于這樣的二次開發(fā)軟件有著很強(qiáng)的保密性。軟件的頻繁補(bǔ)充和升級勢必給企業(yè)技術(shù)資料的外泄留下了巨大的隱患，因此軟件的頻繁升級是企業(yè)不太能夠接受的。另一個方面，從企業(yè)需求角度來看，企業(yè)產(chǎn)品要更新?lián)Q代，創(chuàng)新設(shè)計是企業(yè)賴以生存的基石，設(shè)計變動頻繁，需要軟件的不斷維護(hù)升級，這無疑形成了一對矛盾，制約了企業(yè)的發(fā)展。而且，軟件更改升級必然帶來二次投資，開銷巨大。

如何有效解決這些問題成為企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展道路上的新問題，由此產(chǎn)生了軟件三次開發(fā)的需求——企業(yè)在軟件開發(fā)能力有限的情況下，支付較少成本就能自主地實(shí)現(xiàn)軟件的三次開發(fā)，滿足企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的需求。本文以Pro／E為例，探討在軟件二次開發(fā)過程中充分考慮企業(yè)三次開發(fā)的需求，進(jìn)行了若干嘗試和改進(jìn)，為其提供良好三次開發(fā)的接口。

1 Pro／E三次開發(fā)方法分析

Pro／E提供了強(qiáng)大的二次開發(fā)功能，用戶可以自主選擇開發(fā)工具對其進(jìn)行二次開發(fā)。Pro／E的二次開發(fā)工具主要有以下幾種：①基于C語言的Pro／TOOLKIT二次開發(fā)工具；②基于VB和Automation GATEWAY的二次開發(fā)工具；③基于JavaScript和HTML語言的Web.Link二次開發(fā)工具；④基于Java語言的J－Link二次開發(fā)工具［1，2］。對于軟件二次開發(fā)者來說，編寫程序?qū)崿F(xiàn)二次開發(fā)比較簡單，而對于企業(yè)用戶，軟件交付使用后，理解和修改代碼的工作將是十分困難的。下面討論的是基于用戶不具備軟件開發(fā)能力的前提下，如何繞開代碼修改，對二次開發(fā)軟件進(jìn)行維護(hù)和升級的方法。

1.1 零部件的三次開發(fā)方法分析

1.1.1 使用配置的方法建立零部件庫。

二次開發(fā)中建立零部件庫主要有以下幾種方法：

1.1.1.1 編程實(shí)現(xiàn)

（1）程序自動建模

Pro／E中每個特征由不同的特征元素樹（feature element tree）來定義。在程序中對每個特征元素樹的全部變量賦值一次，就可以產(chǎn)生一個特征，多個特征的累加就形成了產(chǎn)品模型。特征元素樹包括的信息分為四類［3］：

①特征本身的所有選項(xiàng)和屬性。如特征類型名稱等。

②所有尺寸值。

③特征與已存在的幾何實(shí)體的參考關(guān)系。

④用于構(gòu)造特征的平面圖形的起始位置。

在程序窗體界面輸入不同的參數(shù)值，便得到相應(yīng)的零件模型。

（2）程序驅(qū)動模型

在Pro／E系統(tǒng)中，每建立一個模型，都會有一個宏文件記錄相應(yīng)模型的產(chǎn)生過程，如果能夠?qū)@個宏文件進(jìn)行修改，就能控制模型的建立過程，進(jìn)而控制所生成的模型。利用這個思想，在充分認(rèn)識產(chǎn)品變換性的基礎(chǔ)上，建立初始模型，然后通過設(shè)置變量，建立程序中變量與模型參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系。通過運(yùn)行該程序，系統(tǒng)可以通過以人機(jī)交互的方式控制模型參數(shù)、特征及特征的可變尺寸等，從而生成新的模型［4，5］。

這兩種方法都是通過編寫程序，由程序驅(qū)動生成模型，進(jìn)而建立零部件庫。

1.1.1.2 使用配置實(shí)現(xiàn)

（1）族表

對于外形基本一致，但尺寸不一的系列零件設(shè)計，可以先構(gòu)建一個初始模型，把它作為族表的類屬件。然后在族表中通過定義各個控制參數(shù)來控制模型的形狀大小，進(jìn)而派生出一系列的衍生件。通過這種方法，可以在表格中存入一系列的零件信息，然后可以通過打開族表的類屬件后選中其中一個衍生件名來將其打開，這樣系統(tǒng)就會依照表中的參數(shù)信息自動生成改衍生件［6］。

（2）用戶自定義特征（UDF）

與族表類似，建立UDF庫也是先構(gòu)建零件初始模型，模型創(chuàng)建完成后定義要包括的特征、參考提示、可變尺寸和外部符號等，然后保存這些信息到后綴為“.gph”文件中。這樣就可以在程序中通過給參數(shù)賦值改變特征的尺寸，得到所需的衍生件［6］。

對比編程的方法，使用配置生成的零部件庫可以巧妙地避免大量的程序編寫工作，通過使用Pro／E內(nèi)置的這兩種配置方式，實(shí)現(xiàn)對零部件庫的控制。這樣，在軟件交付使用后，企業(yè)設(shè)計人員可以很方便地通過簡單的修改配置文件來增加和減少庫中的零件數(shù)量，有效地保證了零部件庫的可維護(hù)性。此外，增加或減少配置參數(shù)的操作也十分簡便。如增加模型的某個參數(shù)驅(qū)動，編程的方法則要通過修改程序代碼來實(shí)現(xiàn)，而配置的方法可以在表中進(jìn)行簡單的鼠標(biāo)鍵盤操作即可完成。

1.1.2 建立和解除方程式關(guān)系

在零部件的繪制過程中經(jīng)常會遇到一些模型特征存在一定的數(shù)學(xué)約束關(guān)系的情況，以圖1三通管接頭模型為例。通常三通管接頭各個接頭長度相等，即圖中d1等于d0的1／2。

圖1 三通管接頭模型

實(shí)現(xiàn)這個長度關(guān)系有兩種方法：

1.1.2.1 編程實(shí)現(xiàn)

在程序中獲得d0的值，并令d1＝0.5d0，這樣就把1／2倍的d0賦給了d1。通過這種方式就設(shè)定了管接頭各個接頭的長度關(guān)系，驅(qū)動參數(shù)d0就能實(shí)現(xiàn)改變整個模型尺寸大小的目的［7，8］。

1.1.2.2 使用方程式實(shí)現(xiàn)

關(guān)系（即建立方程式）是Pro／E提供的一種重要的尺寸約束關(guān)系，在零件尺寸實(shí)現(xiàn)參數(shù)驅(qū)動后，可以使用尺寸名稱作為變量添加方程式。通過在關(guān)系菜單中直接列出d0和d1的數(shù)學(xué)關(guān)系，使用方程式可以輕松地實(shí)現(xiàn)上述模型的尺寸關(guān)系，同時也方便用戶日后的修改。對于存在復(fù)雜數(shù)學(xué)關(guān)系的模型，如果采用編程方式設(shè)定各個尺寸的數(shù)學(xué)關(guān)系，那么關(guān)系發(fā)生微小變動時就要修改整個程序，而這對于用戶來說是比較困難的。采用建立方程式的方式，將模型的尺寸約束關(guān)系直接建立在模型的關(guān)系列表中，這樣用戶可以直接在Pro／E中添加和修改尺寸約束關(guān)系，而不必?fù)?dān)心代碼的修改。通過使用方程式的方式，可以大大減少資源開銷，實(shí)現(xiàn)用戶自行變更和升級。

1.2 裝配體的三次開發(fā)方法分析

1.2.1 使用隱含的方法處理不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)問題

在產(chǎn)品建模過程中，經(jīng)常會遇到拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，拓?fù)鋯栴}也是一種CAD軟件使用過程中的重要問題。

圖2所示為一臺真空鍍膜設(shè)備，在設(shè)備MV模塊（左）上部要安裝分子泵（右），該系列機(jī)型選用的分子泵主要有DP22x2和DP20x2兩種型號，根據(jù)設(shè)備尺寸的不同進(jìn)行相應(yīng)分子泵型號的選擇。

圖2 真空鍍膜機(jī)和分子泵

通?？梢允褂靡韵聝煞N方式實(shí)現(xiàn)。

1.2.1.1 編程實(shí)現(xiàn)

步驟如下：①在Pro／E中加載真空鍍膜設(shè)備文件，取得元組件的句柄。然后根據(jù)MV模塊尺寸大小判斷需要選用的分子泵型號，并加載相應(yīng)文件獲得句柄。②確定對應(yīng)的裝配關(guān)系，編寫裝配函數(shù)。③利用獲得的句柄調(diào)用第二步編好的裝配函數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的選型和裝配［9，10］。

1.2.1.2 隱含實(shí)現(xiàn)

Pro／E中，隱含是暫時將零部件從裝配體中移除（而非刪除），使它不裝入內(nèi)存，不再是裝配體中有功能的一部分。這里選用Pro／E中的隱含功能而沒有使用隱藏功能，因?yàn)樵趯α悴考M(jìn)行隱含后，其對應(yīng)的裝配關(guān)系也被隱含了，這樣在同樣的位置裝配兩個類似的零部件，只要其中之一處于隱含狀態(tài)，另外的一個則完全不受影響，不會造成信息混亂和編輯困難。

在繪制圖2所示的三維模型時，將兩種型號的分子泵都裝配在真空鍍膜設(shè)備MV模塊的上部并處于隱含狀態(tài)，設(shè)計過程中，用戶根據(jù)需要選用一種分子泵后，程序就恢復(fù)該分子泵，解除其隱含狀態(tài)。如果設(shè)計變動，需要選用另一個分子泵，用戶則可以很方便地刪除當(dāng)前分子泵，將另一種分子泵從隱含狀態(tài)恢復(fù)出來即可。依此類推，當(dāng)設(shè)計者需要選用更多型號的分子泵，只需要在設(shè)備中裝配新型號的分子泵并處于隱含狀態(tài)，待程序生成整套設(shè)備以后，根據(jù)需要選擇各種分子泵的隱含與否狀態(tài)。

除此之外，實(shí)際設(shè)計過程中有時還需要對分子泵的選型標(biāo)準(zhǔn)作出相應(yīng)調(diào)整。例如在上述設(shè)備中，其中一種情況按照過往經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該選用DP20x2型號分子泵，對應(yīng)的程序中也是這么設(shè)定的。但是現(xiàn)在一款新機(jī)型根據(jù)設(shè)計需要，在同種情況下卻需要選用DP22x2型號分子泵。這種情況，無論是用戶去改動程序，還是開發(fā)者在開發(fā)過程中充分考慮這些特殊情況，都是十分困難的。因此，在實(shí)際設(shè)計中，當(dāng)元組件選用型號需要增減時，或者選用標(biāo)準(zhǔn)變化時，程序編寫將很難實(shí)現(xiàn)這個過程，而使用隱含的方法可以比較靈活有效地解決這個問題。

1.2.2 使用橫向裝配方式

在產(chǎn)品三維建模過程中，通常采用圖3（a）所示裝配方式進(jìn)行模型的裝配。即首先在裝配體中載入子裝配體1作為基礎(chǔ)組件，再依次在子裝配體1上裝入子裝配體2，在子裝配2上裝入子裝配體3，以此類推，最終完成所有零部件的裝配（本文稱之為縱向裝配）。與之相對，本文提出一種橫向裝配方式，即各個子裝配體直接與總裝配體建立裝配關(guān)系，這樣可以建立一個沒有模型的“空的”總裝配體，使各個子裝配體的空間位置關(guān)系由圖3（a）中的相對位置關(guān)系變?yōu)榻^對位置關(guān)系。

圖3 縱向裝配和橫向裝配

采用橫向裝配方式，可以依據(jù)Pro／E中通過文件名索引模型文件的特點(diǎn)，先建立一個只有裝配關(guān)系的“空的”總裝配體，這個裝配體中的各個子裝配體以實(shí)際要裝入的子裝配體模型命名。這樣，當(dāng)需要修改或替換某一個子裝配體時，只要保證這個子裝配體與“空的”總裝配體中對應(yīng)的子裝配體同名即可。使用這種裝配方式，不用擔(dān)心出現(xiàn)因修改或刪除某個子裝配體而導(dǎo)致整個模型出錯不可用的狀況，保證了每個子裝配體的獨(dú)立變更性。對于每個子裝配體本身的裝配過程而言，這種裝配方式同樣適用。

另外值得一提的是，在二次開發(fā)過程中，使用隱含和橫向裝配一起配合使用，利用隱含保證模型變動的靈活性，利用橫向裝配保證模型修改的獨(dú)立性。尤其對于變動頻繁但又改動不大的模型，避免每次小的改動都要去修改程序代碼，方便了用戶的自我維護(hù)，為用戶三次開發(fā)提供了良好的接口。

2 結(jié) 論

本文分別從零部件和裝配體兩個方面，詳細(xì)介紹了在Pro／E二次開發(fā)完成后，如何留給用戶三次開發(fā)空間的若干方法。這些方法在一定程度上延長了二次開發(fā)軟件的生命周期，同時最大限度地節(jié)省了用戶的開發(fā)和維護(hù)成本，給用戶提供自由發(fā)揮的平臺。

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