基于組件的快速變型設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)

（青島大學 機電工程學院，青島 266071）

0 引言

在市場經(jīng)濟快速發(fā)展的大環(huán)境下，企業(yè)要想搶占一席之地，必須對市場做出快速的響應(yīng)，想要快速高效的設(shè)計三維產(chǎn)品更離不開CAD/CAM的支持[1]，特別是三維設(shè)計軟件Creo的普及應(yīng)用，但是越來越多的企業(yè)不再滿足于簡單的使用CAD軟件，從而提出二次開發(fā)的需求，使軟件更具實效性，達到提高企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計效率，縮短設(shè)計周期的目的[2]。Creo/TOOLKIT是Creo軟件自帶的二次開發(fā)工具，能夠很好的完成對Creo軟件功能的進一步拓展，滿足廣大用戶對軟件高層次的需求。

組件是零件按照一定的規(guī)則裝配組合而成，設(shè)計方法有自頂向下設(shè)計和自底向上設(shè)計兩種[3]。本文以凸輪連桿機構(gòu)組件為例，分別采用自頂向下和自底向上的設(shè)計方法建模，然后用本文開發(fā)的系統(tǒng)對用這兩種設(shè)計方法設(shè)計的實例組件模型進行快速變型設(shè)計，驗證本系統(tǒng)對組件產(chǎn)品的通用性和變型設(shè)計的快速性。

1 組件建模方法介紹

1.1 自頂向下設(shè)計方法

自頂向下（Top-Down）設(shè)計方法提供了一種從概念設(shè)計到具體零部件設(shè)計的設(shè)計理念，它以組件的總體布局作為設(shè)計的出發(fā)點，然后逐步細化，從整體結(jié)構(gòu)設(shè)計再到底層零件的設(shè)計，實現(xiàn)了一種由上而下的設(shè)計過程[4]。在Creo軟件中是以骨架模型的方式來實現(xiàn)該設(shè)計方法，該設(shè)計方法有以下優(yōu)勢[5]：1）符合產(chǎn)品的設(shè)計思路和設(shè)計步驟；2）零部件具有整體性和關(guān)聯(lián)性，便于修改和調(diào)整設(shè)計意圖；3）設(shè)計信息的管理可以集中化，便于實現(xiàn)并行設(shè)計。

1.2 自底向上設(shè)計方法

自底向上（Bottom-Up）設(shè)計方法提供了一種從零件到組件的裝配思想，它通過零件的分別建模，再到零件的組合裝配，來實現(xiàn)整體組件的裝配過程[6]。用自底向上設(shè)計的組件，零部件之間沒有數(shù)據(jù)聯(lián)系，只存在裝配關(guān)系，修改某一零件的參數(shù)，不會引起其余零部件結(jié)構(gòu)的變化，所以一般適用于無關(guān)聯(lián)組件的裝配。由于該設(shè)計方法簡單易學，對不復雜的組件實用性強，同樣受到廣大用戶的青睞。

2 Creo二次開發(fā)與具體流程

2.1 開發(fā)環(huán)境和開發(fā)工具

本文選用的開發(fā)平臺是三維設(shè)計軟件Creo，以Creo自身帶有的Creo/TOOLKIT為二次開發(fā)工具，在Visual Studio 2010集成開發(fā)環(huán)境下，利用MFC技術(shù)，完成對Creo軟件功能的二次開發(fā)，實現(xiàn)用戶對軟件本身更高層次需求的目的。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

Visual Studio 2010集成開發(fā)環(huán)境支持C、C++以及C++/CLI等編程語言，集編輯、編譯、連接、調(diào)試等功能于一體，并為用戶提供了多種實用工具，方便的實現(xiàn)了對應(yīng)用程序的編寫、跟蹤和管理，從而降低了開發(fā)難度和開發(fā)工作量[7]。

圖1 組件快速變型設(shè)計系統(tǒng)構(gòu)架圖

2.2 開發(fā)流程

Creo/TOOLKIT應(yīng)用程序的開發(fā)大致包含確定運行模式、配置開發(fā)環(huán)境和項目屬性、編寫源文件、編譯鏈接生成DLL文件、編寫注冊信息、注冊運行等環(huán)節(jié)。其中一些環(huán)節(jié)可以靈活調(diào)整，根據(jù)自己的需要自行安排順序，例如編寫菜單資源、編寫注冊信息可以放在開發(fā)過程中的任意環(huán)節(jié)。

3 組件快速變型設(shè)計系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 菜單設(shè)計技術(shù)

在Creo軟件平臺下，想要實現(xiàn)組件模型快速變型設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)，菜單的設(shè)計是尤其重要的一步，菜單是實現(xiàn)Creo平臺與所開發(fā)系統(tǒng)交互的重要途徑。因此，必須在Creo主菜單中添加菜單項和菜單按鈕動作函數(shù)。在本系統(tǒng)中，采用記事本編寫菜單資源文件Message.txt;使用Creo/TOOLKIT的函數(shù)編寫源程序，給菜單按鈕設(shè)計功能函數(shù)。信息文件中的部分內(nèi)容和菜單最終達到的效果如圖2所示。

3.2 組件模型尺寸、關(guān)鍵參數(shù)和關(guān)系式的檢索與提取設(shè)置

對組件模型的所有尺寸、關(guān)鍵參數(shù)和關(guān)系式進行檢索、提取以及對它們的設(shè)置（修改、添加和刪除）等相關(guān)操作是整個開發(fā)系統(tǒng)中的核心部分。比如要實現(xiàn)組件模型尺寸變更的前提首先要完成對組件模型特征信息的提取，Creo/TOOLKIT利用關(guān)鍵函數(shù)ProSolidFeatVisit( )來實現(xiàn)上述功能，該函數(shù)的原型如下：

完成組件模型特征的提取，就可以確定尺寸信息，通過修改相關(guān)參數(shù)來實現(xiàn)組件模型的快速變型設(shè)計。本系統(tǒng)針對組件模型開發(fā)了三種變型設(shè)計方法，包括尺寸操作，參數(shù)操作和關(guān)系式操作。具體操作設(shè)計原理如圖3所示。

圖2 菜單信息文件及菜單效果

圖3 組件模型的尺寸操作、參數(shù)操作和關(guān)系式操作過程

4 工程應(yīng)用實例

4.1 對自底向上設(shè)計的組件的操作

由于自底向上的設(shè)計方法適用于比較簡單的組件，一般不涉及尺寸的參數(shù)化設(shè)計，因此只用本系統(tǒng)主交互界面中的尺寸操作就可快速完成此類組件的變型設(shè)計。首先采用自底向上的設(shè)計方法對實例凸輪連桿機構(gòu)組件進行設(shè)計。圖4是對自底向上設(shè)計的凸輪連桿機構(gòu)組件進行快速變型設(shè)計的部分展示。其中在尺寸操作欄“編輯”按鈕的作用是方便用戶對組件模型中的關(guān)鍵尺寸進行標記，修改完成后按“修改”按鈕就可將修改后的信息傳到組件模型中，以后重新打開組件模型時，標記過的關(guān)鍵尺寸信息不會消失，下次可以直接對這些關(guān)鍵尺寸的數(shù)值進行修改；顯示尺寸時可選擇數(shù)值顯示和名稱顯示兩種，使修改組件時更加方便直觀。當對組件模型的尺寸操作完成后，按“再生模型”按鈕就可完成模型的重新生成。

4.2 對自頂向下設(shè)計的組件的操作

在Creo平臺下采用自頂向下設(shè)計的組件是通過骨架模型實現(xiàn)的，并且通常涉及到組件的參數(shù)化設(shè)計，因此，快速變型設(shè)計系統(tǒng)中的尺寸操作已經(jīng)不能滿足用戶的需求，此時需要用戶打開本系統(tǒng)主交互界面中的“參數(shù)操作”按鈕，彈出參數(shù)操作對話框，此對話框功能是對組件模型中的參數(shù)進行提取，然后對提取的參數(shù)進行相關(guān)操作。本實例的凸輪連桿機構(gòu)組件另一種建模方法就是采用自頂向下的設(shè)計方法，運動骨架模型如圖5所示，運動骨架運行無誤后，將凸輪連桿機構(gòu)的構(gòu)件附加到骨架模型上，完成組件的建模。圖6是參數(shù)操作對話框?qū)：蟮耐馆嗊B桿機構(gòu)組件操作的部分功能展示。

圖5 凸輪連桿機構(gòu)運動骨架

圖6 連桿參數(shù)信息修改與模型變更前后對比

對于參數(shù)操作對話框中的其他功能，比如新參數(shù)的添加和已有參數(shù)的刪除等功能不再一一介紹，同理，系統(tǒng)主交互界面中的“關(guān)系式操作”功能，顧名思義，就是把組件模型中的關(guān)系式提取出來，然后對提取出來的關(guān)系式進行相關(guān)操作，比如關(guān)系式的修改，新關(guān)系式的添加等，這里也不再介紹?？傊?，所有的操作按鈕目的只有一個，就是方便用戶對組件模型進行快速的變型設(shè)計，縮短開發(fā)人員對新產(chǎn)品的開發(fā)周期，快速實現(xiàn)產(chǎn)品的系列化。

5 結(jié)束語

文章利用Creo軟件自帶的Creo/TOOLKIT二次開發(fā)工具，結(jié)合Visual Studio 2010集成開發(fā)環(huán)境，完成了組

【】【】件快速變型設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)組件產(chǎn)品的快速變型設(shè)計實現(xiàn)產(chǎn)品的系列化。通過工程應(yīng)用實例，驗證了該系統(tǒng)對組件產(chǎn)品的通用性，滿足了企業(yè)用戶對軟件更高層次的需求，進一步拓展了Creo軟件功能，提高了對組件產(chǎn)品的變型設(shè)計效率。本文對研究基于Creo平臺有關(guān)組件產(chǎn)品方面的二次開發(fā)有一定的借鑒意義。

[1]徐新勝,李丹,嚴天宏,等.面向柔性客戶需求的產(chǎn)品變型設(shè)計方法[J].計算機輔助設(shè)計與圖形學學報,2012,24(3):394-399.

[2]鄒炳輝.應(yīng)用PTC Creo自頂向下方法進行變壓器的設(shè)計[J].機電工程技術(shù),2015,(8):149-152.

[3]李健.產(chǎn)品設(shè)計的BOTTOM-UP和TOP-DOWN設(shè)計方法研究[J].機械工程師,2013,(12):47-48.

[4]劉釗,付亮,何玉玲.Pro/E自頂向下方法在復雜機械設(shè)計中的應(yīng)用[J].機械設(shè)計與研究,2011,05:18-20,24.

[5]李祥松.基于Pro/E的掘進機整機Top-down設(shè)計[J].煤礦機械,2015,36(4):261-262.

[6]李超,沈精虎,佟河亭.基于組件模型的常用機構(gòu)庫研究與開發(fā)[J].機械科學與技術(shù),2011,07:1124-1127.

[7]吳衛(wèi)東,廖文和.基于裝配級關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品裝配模型整體參數(shù)化設(shè)計方法研究及應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造工程,2013,08:72-75,138.