基于VB.NET的高校教具綜合設(shè)計(jì)管理平臺(tái)

楊靜

（上饒幼兒師范高等?？茖W(xué)校學(xué)前系 江西省上饒市 334000）

VB.NET（Visual Basic.Net）不僅簡(jiǎn)單易學(xué)，而且可以嵌入到各類模型設(shè)計(jì)軟件，開(kāi)發(fā)出各種模型設(shè)計(jì)系統(tǒng)。通過(guò)VB.NET，用戶可以合理運(yùn)用各類控件，設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)，通過(guò)編寫代碼，實(shí)現(xiàn)定制化功能。為了便于使用者，本設(shè)計(jì)選用Visual Studio 2019 軟件作為VB.NET 的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，并選擇Solidworks2021 軟件作為模型設(shè)計(jì)軟件。

1 平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

教具在高校教育中有著重要的作用，但是傳統(tǒng)教具管理信息系統(tǒng)是固化的，只能把教具信息調(diào)用出來(lái)，無(wú)法對(duì)尺寸進(jìn)行參數(shù)化定制，這就限制了教具應(yīng)用的場(chǎng)合。本平臺(tái)設(shè)計(jì)的教具可以根據(jù)尺寸大小設(shè)計(jì)，可以滿足參數(shù)化定制需求。

1.2 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

1.2.1 軟件界面

本平臺(tái)采用Visual Studio 2019 設(shè)計(jì)制作，采用VB.NET 窗體應(yīng)用。平臺(tái)主要分為四個(gè)功能模塊，文件、教具介紹、教具模型設(shè)計(jì)及幫助文檔，如圖1 所示。在文件模塊中，包括打開(kāi)、退出等常用功能；在教具介紹中，包括平臺(tái)內(nèi)目前集成的幾款教具的文字說(shuō)明，圖片介紹，數(shù)據(jù)列表等；在教具模型設(shè)計(jì)中，會(huì)提供教具的參數(shù)化設(shè)計(jì)工具，以及保存模型文檔；在幫助文檔中，會(huì)提供該平臺(tái)的具體使用方法等。

圖1：平臺(tái)界面

1.2.2 軟件架構(gòu)

本平臺(tái)的管理系統(tǒng)架構(gòu)分為三層，分別是系統(tǒng)層、設(shè)計(jì)層和基礎(chǔ)層。系統(tǒng)層就是軟件的顯示界面，集成了平臺(tái)的所有功能，設(shè)計(jì)層包括軟件設(shè)計(jì)模塊、二次開(kāi)發(fā)模塊以及零件建模模塊，每個(gè)模塊分別對(duì)應(yīng)了相應(yīng)的底層設(shè)計(jì)方式，如圖2 所示。

圖2：軟件功能圖

2 二次開(kāi)發(fā)介紹

2.1 API函數(shù)

為了對(duì)教具模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，就需要運(yùn)用二次開(kāi)發(fā)技術(shù)。為了方便用戶對(duì)建模軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，建模提供了幾百個(gè)API 函數(shù)。用戶可以通過(guò)C#、VBA、Visual Basic.Net 等高級(jí)語(yǔ)言對(duì)建模進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，對(duì)零件的模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，把建模中需要完成的一系列操作，例如實(shí)現(xiàn)直線、草圖、實(shí)體、裝配等功能，通過(guò)VB 控件集成到平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)以后一鍵生成模型，這極大的方便了非專業(yè)用戶的日常化需求[1]。

2.2 開(kāi)發(fā)命令

二次開(kāi)發(fā)需要相應(yīng)的API 函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榱慵Ｗ畛Ｓ玫木褪遣輬D、直線、拉伸等命令，因此在這里進(jìn)行介紹[2]。

2.2.1 建立草圖

草圖命令是建模的基礎(chǔ)，因此要在二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言中插入草圖命令，首先添加Sldworks2021 Type Library 作為類型庫(kù)，然后用ModelDoc2 命令聲明實(shí)體特征Part，用SketchManager 命令聲明草圖Sketchmer，選擇零件模板新建零件，再插入草圖，相應(yīng)代碼如下。

2.2.2 直線

直線命令為Sketchmer.CreateLine，該命令需要直線的兩個(gè)端點(diǎn)，直線坐標(biāo)的表示方法為X、Y、Z，例如起點(diǎn)坐標(biāo)為A1, A2, A3，終點(diǎn)坐標(biāo)為B1, B2, B3，相應(yīng)代碼如下。

2.2.3 拉伸

拉伸屬于特征的命令，所以要先聲明引用，用FeatureManager命令聲明要特征管理器，再用SelectByID2 選擇草圖，然后再用FeatureExtrusion3 進(jìn)行拉伸，拉伸厚度為B_size，相應(yīng)代碼如下。

2.3 保存為STL格式

當(dāng)教具設(shè)計(jì)完成以后，需要保存為STL 格式，STL 格式是3D打印的通用格式，因此生成出來(lái)的模型需要通過(guò)SaveAs3 命令保存到電腦路徑中，方便在3D 打印軟件中使用，以模型1.stl 命名為例，保存路徑為桌面，代碼中的雙引號(hào)為路徑的全名稱。

3 建模參數(shù)化建模設(shè)計(jì)

3.1 教具設(shè)計(jì)

教具的種類繁多，在本平臺(tái)中設(shè)計(jì)了四款教具，分別是七巧板、魯班鎖、孔明鎖和索瑪立方體，每款教具首先根據(jù)圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)，在建模軟件中進(jìn)行建模及裝配嘗試，對(duì)各零件尺寸都設(shè)計(jì)到合理的數(shù)值以后，對(duì)尺寸進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，使模型在結(jié)構(gòu)上能夠?qū)崿F(xiàn)功能要求，而具體的尺寸參數(shù)能夠任意設(shè)置。

3.2 參數(shù)化建模方法

在本設(shè)計(jì)中，運(yùn)用VB.NET 工具對(duì)建模進(jìn)行參數(shù)化建模，運(yùn)用了兩種建模方法。

第一種是完全參數(shù)化設(shè)計(jì)，運(yùn)用VB 代碼直接在軟件中實(shí)現(xiàn)草圖、拉伸，設(shè)計(jì)出所需要的建模文件，這種適合尺寸比較簡(jiǎn)單，通過(guò)設(shè)計(jì)某一個(gè)或者幾個(gè)尺寸就可以把裝配體中所有模型都設(shè)計(jì)出來(lái)，例如七巧板、索瑪立方體等[3]。

另一種是在建模軟件中先建立好模型，然后修改模型的參數(shù)尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)模型的重建，這種適合尺寸比較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要對(duì)尺寸進(jìn)行微調(diào)的模型，例如魯班鎖、孔明鎖等。

3.3 建模方式

3.3.1 運(yùn)用VB 編程建模

VB 編程建模的思路是先新建一個(gè)零件，然后插入草圖，按照繪圖順序，依次使用相應(yīng)的代碼命令繪制圖形，然后退出草圖，在特征管理器中選擇這個(gè)草圖，進(jìn)行拉伸，完成建模。

3.3.2 運(yùn)用Access 數(shù)據(jù)庫(kù)建模

根據(jù)初期建模，將各零件的尺寸信息都儲(chǔ)存在Access 數(shù)據(jù)庫(kù)中通過(guò)VB.NET 設(shè)計(jì)有關(guān)控件，讓用戶可以先預(yù)覽數(shù)據(jù)庫(kù)中的尺寸數(shù)據(jù)，再根據(jù)自己的需要選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)，即可將數(shù)據(jù)傳入建模軟件完成建模。

4 小結(jié)

根據(jù)本平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路，運(yùn)用VB.NET 設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件平臺(tái)。根據(jù)實(shí)際使用的情況，設(shè)計(jì)了文件管理、教具介紹、教具模型設(shè)計(jì)以及幫助文檔等功能，能夠在一定程度上滿足部分教具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，但是還存在許多問(wèn)題，例如復(fù)雜的模型設(shè)計(jì)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)等。在后續(xù)的研究中，會(huì)繼續(xù)完善。