基于ProE三维模型的参数化设计技术.pdf

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1、2 4 2 0 0 6 年 2 月 中国制造业信息化第 3 5 卷第 3 期 基于 P r o E三维模型的参数化设计技术 朱新云 ，顾寄南 (1 江苏大学 制造业信息化研究中心，江苏 镇江2 1 2 0 1 3)(2 镇江市制造业信息化工程技术研究中心，江苏 镇江2 1 2 0 1 3)摘要：从提高产品的设计效率和质量出发，探讨了参数化设计的功能和 P r 0 N G l N E E R Wi ld f i r e 环境下三维模型参数化设计的 实现策略和途径，分析 了基 于 P r o T o o l k i t 二次开发的机械零件参 数化设计的过程，并给出了应用实例。关键词：参数化设计；P

2、 r o T o o lk it z-&开发；同步模式 中图分类号：T P 3 9 1 文献标识码：A 文章编号：1 6 7 2 1 6 1 6(2 0 0 6 0 30 0 2 4 0 3 P r o EN GI N E E软件是美 国 I T C公 司的重要 产品。在目 前的三维设计软件领域中占有重要地 位，并作为当今世界机械 C A D C A E (；A M领域的 新标准而得到业界 的认 可和推广。P r o E N G I N E E R第一个提出了参数化设计的概念，并且采用 了单一数据库来解决特征的相关性问题。自从以 P r o E N G I N E E R为代表的基于特征造型的

3、参数化 设计系统问世以来，在此基础上实现机械设计的自 动化 已经变得切实可行了。1 参数化设计的概念 参数化设计是一种使用重要几何参数快速构 造和修改几何模型的造型方法，采用参数化模型通 过调整参数来修改和控制几何形状，从而自动实现 产品的精确造型。参数化设计方法与传统设计方 法相比，其最大的不同在于它存储了设计的整个过 程，能设计出一族而不是单一 的产品模型。参数化 设计能够使工程设计人员不需要考虑细节而能尽 快草拟出零件图，并可以通过变动某些约束参数而 不必运行产品设计的全过程来更新设计。参数 化设计系统的主要功能有：a。从参数化模型中自动导出精确的几何模型。它不要求输入精确图形，只要输入

4、一个基本图形，标注一些几何元素的约束，然后通过改变约束条件 来自动地导出精确的几何模型。b 通过修改局部参数来达到自动修改几何模 型的目的。这对于形状大致相似的一系列零件，只 需修改一下参数，即可生成新的零件，从而大大提 高了零件设计效率，在成组技术中利用这些手段是 很有益的 2 l。2 参数化设计策略 P r 0 N GI N E E R系统具有强大的特征构造功 能。在 P r o,E NGI NE E R系统 中，以生成 的二维轮 廓为基础，通过拉伸、旋转、扫描、混合、扫描混合、螺旋扫描、边界?昆 合、可变截面扫描、抽壳等特征构 件三维模型。P r o E NGI NE E R为用户提供了

5、丰富 的参数化开发工具，常用的有：P r o P r o g r a m，族表(F a mi l l y T a b l e)，用户 自定义特征(U F D)，J L i n k 和 P r 0 丁 o 0L KI T等。a P r o P r o g r a m。P r 0 厄N G l N E E R对每个零件或组件模型都有 一个主要的设计步骤和参数列表，那就是 P r o P r o g r a m，它是零件与组件 自动化设计的一种有效工 具。设计人员可使用类似 B A S I C的高级语言，根 据需要来编写该模型的 P r o g r a m。包括：控制特征 的出现与否、尺寸的大小、零

6、件与组件的出现与否、零件与组件的个数等。然后，P r o E N G I N E E R就 呵以通过运行该程序来读取此零件或组件，并通过 人机交互的方法得到不同的几何形状。以满足产品 收稿 日期：2 0 0 5 I J I 1 资助项目：国家“8 6 3”资助项目(2 0 0 3 A A 4 1 4 0 2 1)作者简介：朱新云(1 9 8 1)，女，江苏镇江人，江苏大学硕士研究生，主要研究方向为制造业信息化、C I MS。维普资讯 http:/ 现代设计技术 朱新云顾寄南基于 P r o E三维模型的参数化设计技术 2 5 设计的需要。P r o P r o g r a m适用于以下情况：经

7、常 需要修改特征中的参数时；当组件中需要重复使用 某个零件或子组件时；当组件中需要修改某些组件 以改变整个组件时。b 用族表和添加关系实现三维模型的参数化 设计。族表可用于管理具有相同或相近结构的零件，特别适用于标准零件的管理。它是通过建立基础 零件为父零件，然后在族表中定义各个控制参数来 控制模型的形状及大小。族表中的设计变量作为 三维模型的参数通过添加关系使相关尺寸形成约 束，从而实现用户交互操作层次上的参数化设计。这种参数化设计的策略主要优点是不用通过编程 手段实现机械零部件的三维参数化设计，简单易 用，缩短设计周期。缺点是仅适用于结构简单的零 部件如标准件。c 用户 自定义特征(U D

8、F)。设计人员在使用 P H】厄N G I 卜 吲 进行零件设 计时，经常会遇到一些重复出现的特征，例如螺钉、螺栓的座孑 L 等。因此，设计人员就要花费许多时间 进行这种重复性的操作。用户自 定义特征则能将同 一特征用于不同的零件上，或将若干系统特征融合 为一个自定义特征库，根据产品特征快速生成几何 模型，从而极大地提高了设计人员的工作效率。d JLi n k。J L i n k是 一种用来 扩展、定制和 自动处理 P r o E NGI NE E R功能的强大工具。J L i n k是一 个面向对象、独立于平台、向上兼容且基于 i a v a的 应用程序接口。e P r o To o l k

9、 i t。P r o T o o l k i t 是 F r r C为 P r o E NGI NE E R定制 的开发工具包，它提供了应用程序接口(A P I)使客 户或第三方厂商具 有扩展 P r o E NGI NE E R功能 的能力，P r o T ool k i t 使用面向对象风格的编程，且 提供了一个庞大、用于底层资源调用的 C语言函 数库和头文件，外部应用程序可借此访问 P r o E N G I N E E R的数据库和应用程序。P r o 厄N G I N E E R 程序也是基于 P r o To o l k i t 应用程序开发的，用它 写成的程序可达到与 P r O

10、 厄N G I N E E R无缝连接 的境界，而且 P r o 厂 r l k i t 所提供的大量 函数库，也 能够满足设计人员对 P r O 厄N G I N E E R功能扩充 的要求【3,4 J。鉴于 P r o T ool k i t 的强大功能，本文采用 P r o T o o l k i t 工具包实现三维模型的参数化设计。3 基于 P r o T o o l k i t 的三维模型参数 化设计应用实例 P r o T ool k i t 提供了调用几何特征创建 函数在 应用程序中自动建立三维模型的功能，但并没有提 供创建全部各类特征相关函数，这里采用人机交互 建立的模型为基础

11、的三维参数化程序设计。以常 规的建模方式创建复合模型，参数化程序直接从模 型读出所有约束参数，通过交互界面对有关参数进 行修改，再根据新的参数值生成新的模型。P r o Toolk it 使用的是一种面向对象的编程风 格，所以P r o E N GI N E E R和应用程序之间传递信 息的数据结构对应用程序而言，并不是直观可见 的。这些数据结构只能使用 P r o T ool k it 函数来处 理。这里采用 Mi c r o s o f t 推出的功能强大、高效的 C+编 译 工具 Vi s u a l C+作 为 P r o ENGI N E E R的二次开发工具包 P r o T oo

12、l k i t 的第三方编 译工具。3 1 开发步骤 使用 P r o f r ook l i t 开发应用程序包含 3个步 骤：编写源文件、生成可执行文件，以及注册和运行 应用程序。a 编写源文件。源文件包括：P r o Tool k i t C程序、菜单资源文 件、信息资源文件、对话框资源文件等。b 生成可执行文件。通过编译程序生成可执行文件，要生成可执行 文件首先需要制作一个 m a k e f i l e(即 ma k)的文件，也可以由P r o 厄N G I N E E R自 带的 m a k e f i le 文件修 改得到l 5 J。P r o EN G I N E E R为应用

13、程序提供两种 工作模式：同步模式和异步模式。同步模式又包含 两种模式：动态连接库模式(D L L模式)和多进程 模式(Mu l t i p r o c e s s mo d e，也称为派生模式 S p a wn e d m ode)。动态连接库模式是将 P r o Tool k i t 应用程 序集成到 P r o 厄N G I N E E R中的标准方法，先编译 C应用程序，与 P r o To o l k i t 库连接，这种方法称为 D L L模式。多进程模 式是 P r o Tool k i t支持 的第 二种将应用程序和 P r o 厄N G I N E E R集成的方法。在这种模式

14、下，应用程序代码经过编译和连接，生 成独立的执行文件，该文件由 P r o Y E N G I N E E R派 每 维普资讯 http:/ 维普资讯 http:/ 2 0 0 6 年 2月 中国制造业信息化第 3 5 卷第 3 期 合客观实际，更科学合理，显示了多目标优化的技 术和经济意义。将 NS GA一应用于圆柱螺旋弹簧 的设计，实 现了全局最优设计，克服了常规优化设计对函数性 态要求严格、初值选取敏感以及易陷入局部最优的 弱点，设计实例表明，该方法解决多 目标优化问题 非常有效，是机械工程中多参数非线性优化求解的 方便手段。本文的研究方法可以方便地实现多方案设计，为设计创新提供了可靠的

15、依据，也为弹簧的设计方 案的决策奠定 了基础。参考文献：1 彭文生。黄华梁。王均荣，等 机械设计 M 睦沙：湖南科学 技术出版社，1 9 9 3 2 韩泽光 圆柱形螺旋扭转弹簧的可靠性优化设计 J 机械研 究 与应用，2 0 o 0，1 3(4)：2 5 2 6 3 藤弘飞，隋允康 高速柴油机气门弹簧动态优化设计 J 内 燃机工程，1 9 9 4，l 5(3)：6 2 6 9 4 乇建中。傅相林。曾芳。等 基于G A的普通圆柱螺旋弹簧的 模糊优化没计 J 武汉工业大学学报，2 0 0 0，2 2(2)：3 8 3 9，6 5 5 郭惠昕，张龙庭，罗佑新，等 多 目标模糊优化设计的理想点 法 J

16、 机 械设计，2 0 0 1，(8)：1 6 1 8 6 孟婢。b贺 规范化加权平方和法多目标优化设计 J 哈尔滨科学技术大学学报，1 9 9 5，1 9(5)：7 6 8 1 7 R c约翰逊 机械设计综合创造性设计与最优化 M，陆国贤。丁怡。等译 北京：机 械工业 出版社，1 9 8 7 8 De b K，A g r a wa l S，P r a t a p A，e t a 1 A F a s t E l it i s t No n d o mi n a t e d rot t i n g g e n e t i c a l g o r i t h m f o r mu l t i o b

17、 j e c t i v e o p t ir n l z a t i m：N S G A I I C P a r i s：P r o c e e d in g s o f t h e P a r a l l e l P r o b l e m S olv i n f rom Na t u r e VI Co n f e r e n e e 2 0 0 0：8 4 98 58 C y a e r He l i c a l s o a n g C o n c e 0 t ml D e s ig n B a s e d O 111 Mu l t i O b j e c ti v e E v o l

18、 u ti o n a r y A lg o r i t h ms HA N Z e g u a n g，F E I Ye，Z HE N G Xi j J a n (S h e n y a n g Un iv e r s it y o f A r c h i t e c t u r e E n g i n e e r i n g，L ia o n i n g S h e n y a n g，1 1 0 1 6 8，C h in a)A b s t r a c t：B a s e d o n t h e c h a r a c t e r i s t i c o f c y l i n d e

19、r h e l i c a l s p r i n g，i t b u i l d s t h e mu l t i o b j e c t i v e o p t i mi z i n g ma t h e ma t i c mo d e l o f s p r i n g u n d e r n o n一1 i n e a r c o n s t r a i n t s Us i n g t h e me t h o d o f NS GA I I i t o p t i mi z e s t h e d e s i g n p a r a me t e r s o f c y l i n

20、 d e r h e l i c a l c o mp r e s s i o n s p r i ng，p r o v e s t h e v a l i d i t y a n d p r a c t i c a b i l i t y o f mu l t i g o a l o p t i mi z i n g ma t h e ma t i c mod e l，a l s o o b t a i n s t h e mu l t i d e s i g n s c h e me s o f t h e s p r i n g，a n d s e t s u p t h e b a s

21、e o f t h e o p t i mi z a t i o n a n d d e c i s i o nma k i n g o f t h e s p r i n g d e s i g n Ke y wo r d s：Cy l i n d e r He l i c a l S p r i n g；Go a l Fu n c t i o n；C o n s t r a i n t C o n d i t i o n；Op t i mi z a t i o n 一，一，_-!一 一 一 一 一 一 一 一 一，一 一 一 一，套 一 一 一 一 一 b 羹 一，(上接第 2 6页)4

22、结 论 P r o T o o l k i t 是功能最强大的 P r o E二 次开发 工具，它提供应用程序用户接 V I，使用户或第三方 能够编写c或 c+程序代码，与 P r o E进行无缝 连接，从而扩展 P r o E的功能。零部件三维模型利 用参数化设计程序通过设计变量来控制模型的生 成，采用这种方法和实现技术可以大大提高设计效 率和零部件的通用性。参考文献：1 李世国 三维模型的参数化设讣策略及程序设计技术 J 机 械，2 0 0 0，2 7(6)：2 4 2 6 2 文福安 最新计算机辅助设计 M 北京：北京邮电大学出版 社，2 0 0 0 3 董黎敏，袁旭，郑清春，等 基于

23、P ro T o o l k i t 二次开发的机 械零件参数化设计 J 组合机床与自动化加工技术，2 0 0 3 (5)：4 65 0 4 二代龙震工作室 P r o Tool k i t Wi l d f i r e 2 0插件设计 M 北 京：电子工业 出版社，2 0 0 5 5 张继春 P ro E N G I N E E R二次开发实用教程 M 北京：北 京 大学 出版社，2 0 0 3 Th e Pa r a me t r i c De s i g n Te c h n o l o g y o f 3 D Mo d e l Ba s e d o n Pr o E Z HU Xi n

24、y u n，GU J i n a n (J i a n g s u Un i v e r s i t y，J i a n g s u Z h e i a n g，2 1 2 0 1 3，C h i n a)Ab s t r a c t：I n o r d e r t o e n c h a n c e t h e d e s i g n e f f i c i e n c y a n d t h e q u a l i t y o f p r od u c t s，i t d i s c u s s e s t h e f u n c t i o n a n d s t r a t e g y

25、 o f p a r a me t r i c d e s i g n a n d t h e a p p r o a c h b a s e d o n 3 D mode l wi t h P r o E W i l d f i r e p l a t f o r r n，a n a l y z e s t h e p a r a me t r i c d e s i g n me t h od o f me c h n i c a l p a r t s i n d e v e l o p me n t p r o c e s s o f P r o To o l k i t b y a p r a c t i c a l e x am p l e Ke y wo r d s：P a r a me t r i c De s i g n；De v e l o p me n t B a s e d o n P r o To o l k i t；S y n c h r o n i zat i o n P a t t e r n 维普资讯 http:/