非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備參數(shù)化三維設(shè)計(jì)二次開發(fā)初探

楊曉亮 張長(zhǎng)奎

摘 要：文章針對(duì)目前非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備中手套箱設(shè)計(jì)復(fù)雜、效率低的狀況，探究基于Inventor API接口技術(shù)，通過二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)手套箱快速參數(shù)化三維設(shè)計(jì)。通過原理與思路分析，結(jié)合手套箱設(shè)計(jì)流程，完成參數(shù)化建模開發(fā)和設(shè)計(jì)界面定制；結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)零部件調(diào)用和自動(dòng)裝配技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)基于參數(shù)化設(shè)計(jì)界面的手套箱三維設(shè)計(jì)和自動(dòng)裝配。

關(guān)鍵詞：設(shè)備設(shè)計(jì)；參數(shù)化；二次開發(fā)；三維設(shè)計(jì)；自動(dòng)裝配

中圖分類號(hào)：TM623.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）09-0138-03

Abstract： Aiming at the complex and low efficiency of glove box design in non-standard equipment at present， this paper explores how to realize the rapid parameterized 3D design of glove box by secondary development based on Inventor API interface technology. Through the analysis of principle and train of thought， and according to the design flow of glove box， the parametric modeling development and interface customization are completed； with standard parts transfer and automatic assembly technology， the 3D design and automatic assembly of glove box based on parameterized design interface are finally realized.

Keywords： equipment design； parameterization； secondary development； 3D design； automatic assembly

引言

當(dāng)前，設(shè)備設(shè)計(jì)已擺脫二維平面CAD設(shè)計(jì)模式，采用更有效率的三維設(shè)備設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、設(shè)備零部件設(shè)計(jì)、設(shè)備裝配和平面出圖。手套箱作為我單位在工程設(shè)計(jì)中常用的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件較多，且各工程項(xiàng)目需求不同，手套箱設(shè)備設(shè)計(jì)復(fù)用率極低。在項(xiàng)目周期和進(jìn)度要求下，手套箱設(shè)計(jì)成為制約任務(wù)進(jìn)度的主要因素，常需要投入大量人力和時(shí)間來(lái)完成。在引入和利用設(shè)備三維設(shè)計(jì)平臺(tái)（Autodesk Inventor）進(jìn)行手套箱三維設(shè)計(jì)時(shí)，各項(xiàng)目的零部件建模、裝配添加等工作仍需要按項(xiàng)目方案進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)周期和人力投入較二維設(shè)計(jì)提高不明顯；同時(shí)，設(shè)計(jì)工序比較復(fù)雜，容易出現(xiàn)參數(shù)錯(cuò)誤或者遺漏，造成二次修改并延誤工期；進(jìn)而影響工程建設(shè)整體進(jìn)度。手套箱設(shè)計(jì)迫切需要一種快速、準(zhǔn)確的三維設(shè)計(jì)模式，來(lái)提高設(shè)計(jì)效率和保證質(zhì)量。手套箱參數(shù)化設(shè)計(jì)可以很好解決這個(gè)問題。

Autodesk Inventor設(shè)備三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，秉承Autodesk系列軟件開放性傳統(tǒng)，不但擁有出色的平面草圖繪制功能和強(qiáng)大的三維造型功能，而且還具備二次開發(fā)和用戶定制方面的接口[1]。本文通過應(yīng)用Inventor API（Application Pro

gramming Interface）的開發(fā)接口，在Inventor平臺(tái)上進(jìn)行二次開發(fā)，建立參數(shù)化的設(shè)計(jì)架構(gòu)和交互的設(shè)計(jì)界面，實(shí)現(xiàn)手套箱零部件快速設(shè)計(jì)和自動(dòng)裝配功能。

1 二次開發(fā)原理及思路

1.1 二次開發(fā)原理

Inventor具備強(qiáng)大的三維參數(shù)化造型功能，可以更好地實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)和定制，開發(fā)出適用于本地化計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的相關(guān)插件，該軟件提供了強(qiáng)大的二次開發(fā)接口Inventor API。通過二次開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)利用微軟的自動(dòng)化（Automation）技術(shù)的高級(jí)語(yǔ)言來(lái)控制Inventor的各種對(duì)象以及相關(guān)的屬性和方法，進(jìn)而開發(fā)出需要的應(yīng)用程序。

Inventor API技術(shù)由于其面向?qū)ο蟮膽?yīng)用程序編程接口的易學(xué)和易用性，適合工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)行學(xué)習(xí)和應(yīng)用；同時(shí)，其支持當(dāng)前主流的高級(jí)編程語(yǔ)言?；谝陨弦蛩乜紤]，手套箱二次開發(fā)采用Inventor API技術(shù)和C#語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。

1.2 二次開發(fā)技術(shù)思路

本次二次開發(fā)的思路，是采用先進(jìn)的參數(shù)化和iMate裝配預(yù)定義技術(shù)，在預(yù)先設(shè)計(jì)好自定義的設(shè)計(jì)界面上設(shè)置需要的關(guān)鍵參數(shù)；在設(shè)計(jì)時(shí)輸入需要的外形參數(shù)，以及通用件型號(hào)等，自動(dòng)生成列表。當(dāng)創(chuàng)建手套箱模型時(shí)，程序自動(dòng)遍歷列表，調(diào)用參數(shù)，自動(dòng)創(chuàng)建手套箱草圖特征和輪廓特征，最終生成手套箱參數(shù)定義的零件，選擇通用件并根據(jù)預(yù)定義iMate裝配手套箱模型。

2 參數(shù)化設(shè)備設(shè)計(jì)開發(fā)

2.1 參數(shù)化建模及實(shí)現(xiàn)方法

基于COM的API是以功能對(duì)象（Objects）形式存在[2]；每一個(gè)對(duì)象都對(duì)應(yīng)Inventor中的一些功能，每個(gè)對(duì)象都可能有多種的方法、屬性和事件；一切對(duì)象都是通過對(duì)象模型被訪問到的，對(duì)象模型圖就象一個(gè)金字塔，最頂層的一個(gè)對(duì)象叫做Application?；贗nventor的開發(fā)接口，根據(jù)需要定制功能、操作和優(yōu)化算法等，實(shí)現(xiàn)第三方應(yīng)用程序和Inventor的交互。

Inventor二次開發(fā)的關(guān)鍵在于正確合理的對(duì)象的調(diào)用。本文用Microsoft Visual Studio 2010為開發(fā)環(huán)境，根據(jù)手套箱參數(shù)化設(shè)計(jì)需要對(duì)Inventor進(jìn)行開發(fā)，用C#編程語(yǔ)言，參照Inventor API的對(duì)象模型圖，對(duì)二次開發(fā)中的對(duì)象、屬性、事件等各種參數(shù)進(jìn)行調(diào)用，最終實(shí)現(xiàn)手套箱參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺(tái)的功能需求。

2.2 開發(fā)架構(gòu)

項(xiàng)目創(chuàng)建時(shí)，選擇“Autodesk Inventor 2015 AddIn模板”，命名為“Glovebox”，自動(dòng)生成解決方案。在解決方案資源管理器里面包括各種開發(fā)所需的基本的文件。項(xiàng)目開發(fā)架構(gòu)主要包括有以下3部分主要內(nèi)容：

（1）StandardAddInServer.cs：定義了該Add-In 的入口（即加載點(diǎn)）；創(chuàng)建Ribbon用戶界面，定義環(huán)境界面等；

（2）Autodesk.Glovebox.Inventor.addin：定義了該com對(duì)象的相關(guān)信息；

（3）Glovebox.X.manifest：定義了該COM 對(duì)象的manifest 文件，用于支持side-by-side 的功能，用于組織和描述隔離應(yīng)用程序及并行組件。

2.3 通用零部件預(yù)定義開發(fā)

在使用iMate預(yù)定義技術(shù)之前，要對(duì)手套箱模型進(jìn)行前期處理，即對(duì)手套箱通用零部件進(jìn)行添加iMate預(yù)定義[3]。對(duì)需要裝配的接觸面進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如配合，對(duì)齊，連接等。根據(jù)手套箱的實(shí)際情況，按照一定規(guī)律自定義各個(gè)參數(shù)類型的名稱，以方便在后期程序編寫過程中根據(jù)規(guī)律編寫篩選過濾代碼、遍歷參數(shù)和對(duì)比裝配。

本文在程序中調(diào)用通用零部件是通過零部件的名稱，直接調(diào)用，通過前期的零部件預(yù)定義參數(shù)添加，實(shí)現(xiàn)具體程序調(diào)用裝配條件。

2.4 開發(fā)關(guān)鍵點(diǎn)

Inventor中的接口Application addin Server與COM組件對(duì)象的創(chuàng)建和生存期控制關(guān)系密切。在開發(fā)過程中函數(shù)Activate和Deactivate是兩個(gè)關(guān)鍵的開發(fā)點(diǎn)，應(yīng)特別注意這兩個(gè)函數(shù)的使用方法。

Activate分別在Add-in運(yùn)行時(shí)調(diào)用，可以主要進(jìn)行接口的創(chuàng)建和接口與事件（請(qǐng)求）的連接操作。此外還可以進(jìn)行菜單和工具條的創(chuàng)建。

Deactivate在Inventor運(yùn)行結(jié)束或是用戶關(guān)閉add-in組件的時(shí)候調(diào)用，主要是進(jìn)行add-in卸載前的一些清理工作，比如Release（）的調(diào)用等。Deactivate模塊是在unload 的情況下調(diào)用，最后被清理的對(duì)象或指針一般放在這里釋放。

3 設(shè)計(jì)工作界面定制

3.1 界面定制原則

設(shè)計(jì)工作界面是實(shí)現(xiàn)手套箱設(shè)計(jì)最終交互的媒介，而一個(gè)友好的用戶界面，能夠使設(shè)計(jì)人員方便快捷地進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與研發(fā)。手套箱設(shè)計(jì)工作界面定制原則如下：

（1）通過操作比較簡(jiǎn)便直觀的Ribbon菜單進(jìn)行界面定制，將新添加的環(huán)境放置在原有環(huán)境平行位置。

（2）在C#開發(fā)時(shí)，要按所實(shí)現(xiàn)的功能選擇合適的控件對(duì)象，并合理布局控件對(duì)象在窗體中的位置。進(jìn)行界面定制時(shí)，根據(jù)手套箱設(shè)計(jì)特點(diǎn)，通過屬性窗口和代碼窗口對(duì)手套箱屬性進(jìn)行修改。通過把合適的控件按功能需要放到合適的位置并設(shè)置屬性，可以保留對(duì)象設(shè)置的屬性默認(rèn)值。

（3）完成手套箱界面的定制后，對(duì)于需要與外部信息進(jìn)行交互的對(duì)象，如命令按鈕、單/復(fù)選按鈕、檢查框、文本框等，可以在代碼窗口中編寫程序，以此來(lái)告訴控件對(duì)象需要響應(yīng)的事件或者動(dòng)作。

本文中根據(jù)需要手套箱界面由若干參數(shù)輸入選項(xiàng)卡組成，分別為概述、手套箱體、左端蓋、右端蓋、箱體標(biāo)準(zhǔn)件配置選項(xiàng)卡。

3.2 主要定制過程

首先，在環(huán)境菜單里添加“手套箱設(shè)計(jì)”環(huán)境；在手套箱設(shè)計(jì)環(huán)境面板里添加“設(shè)備設(shè)計(jì)”面板，里面定義“手套箱”等設(shè)備設(shè)計(jì)按鈕。本次開發(fā)以“手套箱”設(shè)計(jì)為例，其它設(shè)備設(shè)計(jì)按鈕可按此方法依次添加實(shí)現(xiàn)。

其次，根據(jù)手套箱特點(diǎn)，手套箱工作界面由若干參數(shù)輸入選項(xiàng)卡組成，分別定制有基本參數(shù)、手套箱體、左端蓋、右端蓋、箱體標(biāo)準(zhǔn)件配置等選項(xiàng)卡。

（1）概述選項(xiàng)卡：用于輸入手套箱名稱、圖號(hào)和保存路徑，可以使用程序默認(rèn)的設(shè)置，也可以自由指定。

（2）手套箱體選項(xiàng)卡：用于輸入手套箱箱體的長(zhǎng)、寬、厚度和高度等箱體參數(shù)。除箱體外形不可以自由指定外，箱體的長(zhǎng)、寬、厚度和高度等可根據(jù)需要自由填寫。長(zhǎng)度可以根據(jù)手套箱工位數(shù)確定，也可以直接填寫總長(zhǎng)。

（3）左端蓋選項(xiàng)卡：用于指定左端蓋外形參數(shù)，長(zhǎng)寬外形已經(jīng)根據(jù)箱體外形認(rèn)指定。右端蓋選項(xiàng)卡與左端蓋參數(shù)類型一致。

（4）箱體標(biāo)準(zhǔn)件配置選項(xiàng)卡：用于設(shè)置箱體及左右端蓋上的標(biāo)準(zhǔn)件類型、規(guī)格、位置等信息?？梢蕴砑?、修改和刪除各條配置數(shù)據(jù)。其中“添加配置”按鈕，點(diǎn)擊可以彈出添加箱體標(biāo)準(zhǔn)件窗口，指定箱體上標(biāo)準(zhǔn)件的所在位置、類型、標(biāo)準(zhǔn)件號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)件的定位坐標(biāo)等。

（5）保存設(shè)置按鈕：保存格式有兩種：二進(jìn)制和XML格式。前者不可讀，可以保護(hù)數(shù)據(jù)的安全性；后者可以通過記事本程序打開，進(jìn)行查看和修改。

（6）讀取設(shè)置按鈕：可以重新加載已經(jīng)保存的配置。

4 自動(dòng)裝配實(shí)現(xiàn)

手套箱參數(shù)化開發(fā)和工作界面定制過程中，在整體界面上配置不同類型的選項(xiàng)卡；定義各種窗口和數(shù)據(jù)錄入框，包括箱體名稱，圖號(hào)，保存路徑，生成模型按鈕，手套箱體和左右端蓋的參數(shù)錄入窗口、箱體標(biāo)準(zhǔn)件配置列表等；在標(biāo)準(zhǔn)件配置選項(xiàng)卡，設(shè)置了保存和讀取配置按鈕，通過按鈕可以將配置好的標(biāo)準(zhǔn)件列表保存起來(lái)，隨時(shí)調(diào)用。這些界面化的內(nèi)容在后臺(tái)都表現(xiàn)為相關(guān)的參數(shù)，這些參數(shù)不僅是實(shí)現(xiàn)參數(shù)化實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，同時(shí)也是為最終手套箱自動(dòng)裝配提供依據(jù)。

手套箱設(shè)計(jì)自動(dòng)裝配開發(fā)實(shí)現(xiàn)如下：