减速器辅助设计软件的开发--图库管理模块设计

本科毕业设计说明书（论文）第1页共35页1绪论1.1参数化设计概述1.1.1参数化设计概念参数化设计是通过改动图形的某一部分或某几部分的尺寸，或修改己定义好的零件参数，自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现对图形的驱动。参数驱动的方式便于用户修改和设计。用户在设计轮尺寸廓时无需准确地定位和定形，只需勾画出大致轮廓，然后通过修改标注的尺寸值来达到最终的形状，或者只需将零件的关键部分定义为某个参数，通过对参数的修改实现对产品的设计和优化。参数化的含义有两种:设计参数化和图形参数化。设计参数化对应于产品的设计过程，其特点是:控制产品的参数在整个设计过程中其数目、数值和类型都不断发生变化，在设计的某一时刻还有可能发生参数转换，即控制参数由一组变为另一组。图形参数化对应于最终产品或某些常用零部件，此时控制参数只有数值变化，不存在参数类型和整组控制参数的转换。CAD技术在机械工业中的一个重要应用就是参数化设计，能否实现参数化设计也成为评价CAD系统优劣的重要技术指标，它更符合和贴近现代CAD中概念设计以及并行设计思想，工程设计人员在设计开始阶段可快速草拟产品的零件图，通过对产品形状及大小的约束最后精确成图。同一系列产品的第二次设计可直接通过修改第一次设计来实现，设计参数不但可以驱动设计结果，而且影响产品的整个开发周期，设计参数可以来自其他系统。参数化设计又是变量设计的前提，借助变量化设计思想可实现动态设计，机构设计的运动仿真模拟等。同时，参数化设计还能够使设计人员在设计的同时可实现参数化建立标准件的数据库，极大地方便后续工作。因此，参数化设计以及建库工具的研究对进一步提高设计和绘图效率以及柔性化设计具有十分重要的意义[1]。1.1.2参数化设计理论方法近十几年来，因为参数化设计在工程实际中有广泛的应用价值，国内外从事CAD研究的专家学者对其投入极大的精力和热情进行研究，从方法上做了大量的研究和尝试，取得了重大成果。目前参数化设计方法主要有以下几种:(1)基于几何约束的数学方式利用尺寸约束建立方程组，将几何约束转变为一系列以特征点为变元的非线性方本科毕业设计说明书（论文）第2页共35页程组，对于给定的约束，通过数值方法解非线性方程组，一次解出所有特征点的坐标值，确定出几何细节。采用该方法必须输入充分且一致的尺寸约束，才能求解约束方程组。但由于非线性方程组求解过程本身的不足，求解稳定性的问题并没有得到根本解决，现在有不少研究正在寻求提高求解稳定性的途径。(2)基于几何推理的人工智能法人工智能的发展，促进了参数化设计方法的发展，产生了几何推理法。这种方法又有两个方面:一是建立在专家系统的基础上，采用谓语表示几何约束，通过推理机制导出几何细节。这种方法可检验几何约束模型的合理性并能处理局部修改，但系统庞大，对递归约束无法处理。二是扩展现有的数据结构，使其包含拓扑信息，并通过程序实现从几何约束到几何细节的推理。但由于在推理过程中要查询匹配规则，所以用这种方法建立的系统过于庞大，而且速度较慢。(3)基于特征的实体造型方法特征是作为捕捉设计者意图的方式而提出的，以取代用直线、圆弧、圆等本几何元素构图的方式。特征实体具有一定的智慧，它们不但具有明确的工艺特征结构，而且能始终记忆自己的功能属性和与其它相关实体的适应关系。修改某一特征实体，会自动引起整个设计模型的相关变化，其中包括实体本身的物理量(如质心和惯性矩等数据)的变化图。(4)基于辅助线法这种方法的几何图形轮廓线都建立在辅助线的基础上，辅助线的求解条件在作图的过程中己明确规定，由辅助线来管理图形的几何约束和结构约束，并直接定义图形的约束集，这样就可以在图中搜索和检查求解条件，使约束的表达得以简化，减小了约束方程的求解规模。从本质上讲，这种方法属于几何约束的变量几何法，不同之处是用辅助线来表达约束。当图形比较简单和有规则时，这种方法的求解速度较快，但当图形比较复杂时，作辅助线会增加作图的操作，影响作图速度，而且要保证用辅助线定义图形约束集的完整性比较困难。(5)基于关系的建模方法关系模型的建立能方便地进行修改以适应不同用户的特殊要求，从而大大提高设计速度。以关系型数据结构构造参数化模型是德国西门子公司首先提出来的。在系统内，关系可建立在所在系统能识别的对象之间，也可在任意大的模型中建立任意复杂的关系模型，这种关系的建立过程是以符合设计师设计习惯的、非常简便自然的方式本科毕业设计说明书（论文）第3页共35页进行。(6)知识驱动的智能化设计知识驱动的基本思想是要寻求、记录不同类型知识的方法，这些知识用来策划、设计和完成一种产品、项目或工程，是将人工智能(包括知识库、知识规则、逻辑推理等)与CAX集成系统有机地结合为一体.但知识库必须储存大量专家的经验、知识及已知的事实和采用这些知识的规则，并且知识库中的知识数据能够被推理机制所采纳，可以通过相应的软件来添加、修改和维护，因此这种基于知识的智能化设计仍然在研究和发展中[1]。1.2基于AutoCAD参数化设计概述1.2.1基于AutoCAD开发工具AutoCAD因为具有开放的体系结构，允许用户和开发者采用高级编程语言对其进行扩充和修改，即二次开发，能最大限度地满足用户的特殊要求。其常用的二次开发语言有AutoLisp，ADS，ObjectARX等。AutoLISP是一种嵌入AutoCAD里并运行于其中的、驻留在扩展内里的解释执行语言，具有编程简单的特点，但在开发大项目时显得力不从心。ADS是一种开发AutoCAD应用程序的C语言程序设计环境。ADS程序不再包含于AutoCAD内部，它与AutoCAD之间并不直接通信，而是以AutoLISP为中介联系起来的，这就摆脱了AutoCAD的约束，具有很大的灵活性，其缺点是不适应当前可视化编程的需要。在执行ObjectARX应用程序所需系统开销最小，速度最快，但是开发过程相当复杂。AutoLISP运行速度不快，开发界面单调且不友好;ADS是建立在C语言基础上的，而C语言是面向Windows编程的，学习难度相对较大。因此，不论用还是ADS在AutoCAD上进行二次开发，都受到了一定的局限。而VB的语言代码可以说是世界上最简单的编程语言，但其功能不弱。从数据计算、数据库管理到Intemet软件开发，都可以见到VB的身影。Aut0CAD中的ActiveX对象模型十分有用，它显示了每一个对象的方法和属性，用户可以按照自己的愿望编程或定制AutoCAD，具有全开放式的对象模型。VB良好的运行速度，可以很好的与AutoCAD沟通[2]。1.2.2基于AutoCAD的VB参数化设计概述VB为开发者提供了一种新的选择，也为用户访问AutoCAD中丰富的技术框架打开一条新的通道。VB和AutoCAD中强大的ActiveX自动化对象模型的结合，代表了一种新型的定制AutoCAD的模式构架。通过VB，可以操作AutoCAD，控制ActiveX和其它一些应用程序，使它们发生互动。VB通过AutoCADActiveXAutomation接口向AutoCAD发本科毕业设计说明书（论文）第4页共35页送消息。AutoCAD允许VB环境和Aut0CAD同时运行，并且通过AutoCADActiveXAutomation接口界面提供AutoCAD的编程控制[3]。目前，AutoCAD参数化设计系统主要采用的是二维图纸的绘制，设计者打开AutoCAD设计界面，由VB管理器新建一个工程，并且保存在适当的位置，在此工程中创建标准件，系列件的数据库，各种零件的几何参数基于（Access，FoxPro（R）等）数据库系统建立通讯与调用，设计过程的主要信息和数据均存储在数据库中.并通过动态数据交换口(DDE)功能向绘图程序传递标准件的尺寸参数。然后进入VB开发环境，新建窗体和模块，在该窗体创建需要的控件，设定其属性要与数据库匹配，在各自代码区编写绘图程序，调用数据库中的相应数据，来完成参数化的设计程序代码[5]。1.3基于AutoCAD参数化设计的数据库的概述1.3.1标准件库框架结构构建标准件库的基本目的，就是让用户可以以交互的方式，查询所需的标准件并得到相关的信息及图形，进而方便地插入到当前图形中，根据这一目的，建立机械标准件库的框架结构如图1所示，框架主要由用户交互界面、数据库模块和图形绘制模块组成，各部分功能如下:(l)用户交互界面对其它模块起到协调作用，通过数据库接口与标准件数据库相连，使用户交互式地从标准件库中选择、查询、浏览或补充标准件，并可以调用绘图模块，将生成的标准件图形插入到当前图形中。(2)数据库模块主要包括数据库接口和数据库，数据库接口是连接用户界面与数据库的通道，可以对数据库中的数据记录进行查询、修改、增减等。数据库由相应的数据库软件建立，里面存放标准件的结构参数和其它的一些信息，如材料、热处理、性能等级及国标标号等。(3)图形绘制模块主要根据用户交互界面发出的命令，采用从数据库中查询所得的标准件结构数，调用参数化绘图过程，在当前绘图区中绘制相应的标准件[6]。图1标准零件库框架本科毕业设计说明书（论文）第5页共35页1.3.2数据库的建立目前使用的数据库FoxBase，FoxPro，Access均以mdb为后缀。在利用数据库时，首先要创建数据库，数据库的建立有2种方法。，一种是直接采用数据库软件MicrosoftOfficeAccess建立相应数据库，数据库由3个数据表组成，一个为主表，另外2个为辅助表.主表主要包括标准件的类型、型号、名称等字段，它的每一个字段可用于标准件的检索关键词，辅助表主要存放与主表一一对应的标准件的信息。2个辅助表，一个为结构参数辅助表，存放标准件的结构参数，用于参数化绘图时的参数输入，另一个为相关信息表，存放有关标准件的使用材料、热处理、性能等级及国标标号等信息，便于用户对标准件的进一步了解。建立数据库的另外一种方法是通过AutoCAD的二次开发工具VBA来建立Access数据库，这种方法是使用ADO通过编程实现的，ADO（DataAcessObject)是建立在MicrosoftJet上的一种对象化关系数据库管理系统。使用ADO通过编程创建Access数据库主要需要以下几个步骤:(1)用D而语句声明一个新的工作空间和数据库对象变量。(2)用Creat2Database方法创建数据库对象;(3)用Dim语句声明表对象变量，并用CreateTableDef方法创建数据库中的表对象;(4)为表对象设置必要的属性;(5)声明域和索引对象变量，用CreateField和CreateIndex方法创建域对象和索引对象，并为域和索引对象设置属性;(6)使用Append方法，将域和索引追加到表中，将表追加到数据库中[7]。1.3.3数据库访问常用的数据库访问对象DAO(DataAcceesObjects)技术，远程数据对象RDO(RemoteDataObjects)技术和Active数据对象ADO(ActiveXDataObjects)。DAO它是Jet数据库引擎的接口，专门用来访问本地的Jet和诸如Access，BtrievebBase，FoxPro等数据库。当访问本地数据时，采用DAO是较理想的方法。但是当要与远程数据库打交道时，虽然DAO也能访问ODBC数据源，但性能不太理想。另外与直接调用API接口和使用RDO相比，处理远程数据库的功能有限。RDO提供了一系列的对象，用来满足远程数据访问的特殊要求。在ODBCAPI和驱动程序管理之上，RD0实现了很薄的一个代码层，用来建立连接，创建结果集，并且使用尽可能少的工作站资源执行复杂的过程。如果代码创建ODBCDirectWorkspace对象，那么RDO也是可以被DAO访问。ADO是OLEDB的COM(ComponentObjectModel)接口，是Microsoft的最新的对通用数据的全功能多机制接口。ADO的对象模型是所有数本科毕业设计说明书（论文）第6页共35页据访问接口对象模型中最简单的一种，它的优势在于它可用于各种程序设计语言，所以ADO技术