基于Pro_E二次開(kāi)發(fā)的鐵道客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)三維參數(shù)化CAD系統(tǒng)

1、基于Pro/E二次開(kāi)發(fā)的鐵道客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)三維參數(shù)化CAD系統(tǒng)江 渡,單 泉,蘭麗華(大連鐵道學(xué)院機(jī)械工程系,遼寧大連 116028摘要:研究了如何應(yīng)用Pro/E及其二次開(kāi)發(fā)工具Pro/T OOL KI T對(duì)鐵道客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維參數(shù)化設(shè)計(jì),開(kāi)發(fā)了一個(gè)鐵道客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)三維參數(shù)化CAD系統(tǒng)的原型,并介紹了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵詞:參數(shù)化;鋼結(jié)構(gòu);P ro/E;二次開(kāi)發(fā)中圖分類(lèi)號(hào):TP391 72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-9483(200205-0058-02A C AD S ystem of Passenger Train s Steel Structure Based on Pro/

2、EJIANG Du,SHAN Quan,LAN Li-hua(Dalian Railw ay Institute,Liaoning Dalian,116028,ChinaAbstract:Based on Pro/E and Pro/T OOL K IT,a3D parametr ic desig n of passenger train s steel structure was developed.T he pa per introduced the key techniques used in t his system.Key words:P ar ametric;Steel Str u

3、cture;P ro/E;Development在鐵道車(chē)輛設(shè)計(jì)領(lǐng)域,日本、德國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已廣泛采用三維參數(shù)化CA D技術(shù),設(shè)計(jì)結(jié)果以三維實(shí)體形式顯示。參數(shù)化設(shè)計(jì)是指通過(guò)改動(dòng)圖形某一部分或某幾部分的尺寸,自動(dòng)完成對(duì)圖形中其余部分的改動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)尺寸對(duì)圖形的驅(qū)動(dòng),其中進(jìn)行驅(qū)動(dòng)所需的幾何信息和拓?fù)湫畔⒂捎?jì)算機(jī)自動(dòng)提取。三維實(shí)體和參數(shù)化的有機(jī)結(jié)合將大大提高設(shè)計(jì)的效率。在我國(guó),從產(chǎn)品角度考慮的鐵道車(chē)輛三維參數(shù)化設(shè)計(jì)的研究并不多?，F(xiàn)以Pro/EN GI NEER2000i為開(kāi)發(fā)平臺(tái),利用Pro/E的二次開(kāi)發(fā)軟件包P ro/T O OLK IT 為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,以V isual C+作為開(kāi)發(fā)工具,參與開(kāi)發(fā)了

4、鐵道客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)三維參數(shù)化CA D系統(tǒng)。1 鐵道客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)三維參數(shù)化CAD系統(tǒng)簡(jiǎn)介系統(tǒng)采用了基于實(shí)例推理的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法,即在鐵道客車(chē)已有車(chē)型的基本鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,通過(guò)重新選取鋼結(jié)構(gòu)的某些零部件、添加新零件以及修改他們之間的相對(duì)位置來(lái)完成設(shè)計(jì)。系統(tǒng)由4大模塊構(gòu)成:通過(guò)V C+開(kāi)發(fā)的用戶(hù)界面模塊、利用Pro/E建立零件模型庫(kù)及裝配關(guān)系模型庫(kù)模塊、實(shí)現(xiàn)參數(shù)化的Pro/T OOL KI T應(yīng)用程序模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。系統(tǒng)操作流程如下:設(shè)計(jì)人員在用戶(hù)界面中首先選取車(chē)型(硬座、硬臥等和確定主要尺寸(車(chē)長(zhǎng)、車(chē)寬、車(chē)高和車(chē)輛定距,系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)的選擇將鐵道客車(chē)已有此類(lèi)車(chē)型的基本鋼結(jié)構(gòu)類(lèi)型作為后面用戶(hù)界面的默認(rèn)取值

5、,而且在同一選擇框內(nèi)還有其他幾種類(lèi)型的零件供選擇。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)設(shè)計(jì)要求在這些用戶(hù)界面上的選擇框中重新選擇零件、添加新零件以及修改零部件之間的相對(duì)位置等,一切完畢后,這些參數(shù)將存入數(shù)據(jù)庫(kù)。然后調(diào)用Pro/E,運(yùn)行P ro/T O OLK IT應(yīng)用程序,此程序?qū)⒄{(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù),進(jìn)行客車(chē)模型的裝配,建立起整車(chē)的裝配模型。當(dāng)某零部件的形狀、尺寸或裝配位置不合適時(shí),設(shè)計(jì)人員返回到用戶(hù)界面下修改其相應(yīng)項(xiàng),然后再次裝配客車(chē)模型,程序?qū)⒆詣?dòng)完成相關(guān)項(xiàng)的修改。如此反復(fù),直到用戶(hù)對(duì)整車(chē)的裝配模型感到滿(mǎn)意,便可將此模型存儲(chǔ)下來(lái),還可以輸出零部件的三視圖。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)

6、鍵技術(shù)2 1 鐵道客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)的劃分鐵道客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)根據(jù)車(chē)輛模塊化設(shè)計(jì)的思想來(lái)劃分1。車(chē)輛模塊化設(shè)計(jì)的思想就是將鐵道車(chē)輛按邏輯結(jié)構(gòu)自上而下分解成若干獨(dú)立的模塊,模塊下再細(xì)分成若干子模塊。將這些模塊進(jìn)行有機(jī)組合,就可組成不同的車(chē)輛種類(lèi)。這種建模方法的明顯優(yōu)點(diǎn)是可以使非常復(fù)雜的模型很有條理、分塊分層地建立起來(lái)。依此思想,鐵道客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)劃分如圖2所示。收稿日期:2002-05-10作者簡(jiǎn)介:江 渡(1954-,男,遼寧撫順人,大連鐵道學(xué)院副教授,主要研究方向?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)、CG&CAD。582002年9月 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程 第31卷 第5期 圖2 鐵道客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)劃分2 2 Pro/T OOL K

7、IT二次開(kāi)發(fā)技術(shù)Pro/T O OLK IT是PT C提供專(zhuān)門(mén)用于對(duì)Pro/E進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的軟件包2,他為用戶(hù)或第三方軟件程序提供了與Pro/E的無(wú)縫連接。P ro/T OO LK IT軟件包提供了大量的C 語(yǔ)言函數(shù),可利用C語(yǔ)言編程來(lái)增加Pro/E的功能。P ro/ T OOL KIT采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)風(fēng)格。他最基本的兩個(gè)概念是對(duì)象和動(dòng)作。Pro/T OOL KI T應(yīng)用程序主要包括3部分:頭文件、主程序、自定義函數(shù)。頭文件:每個(gè)Pro/T OOL KIT應(yīng)用程序中必須包含頭文件ProT oolkit.h,且他必須放在所有頭文件的前面。如果在應(yīng)用程序中用了Pro/T OOL K IT的函數(shù),

8、程序中就應(yīng)包含定義這些函數(shù)原型的頭文件。主程序:Pro/T OOL K IT應(yīng)用程序的主程序與一般C程序有所區(qū)別,他無(wú)須包含main函數(shù),但必須包含User ini tialize(和U ser terminate(兩函數(shù)。函數(shù)U ser initialize (在應(yīng)用程序被加載、圖形窗口創(chuàng)建之后,用戶(hù)和P ro/E交互之前被調(diào)用。他必須包含Pro/T OO LK IT應(yīng)用程序所需的任何初始化,包括對(duì)Pro/E菜單的任何改動(dòng),如在Pro/E 界面上添加菜單和按鈕;函數(shù)U ser terminate(在Pro/E 會(huì)話(huà)結(jié)束時(shí)被調(diào)用,他返回值的類(lèi)型為空值型。自定義函數(shù):這是用戶(hù)自己編寫(xiě)的部分,他對(duì)

9、應(yīng)Pro/E 界面上添加菜單中按鈕的動(dòng)作,這些動(dòng)作都通過(guò)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中,筆者自行添加的函數(shù)有:調(diào)用(實(shí)體、裝配體和三視圖等函數(shù)U serL oad(、尺寸修改函數(shù)U ser DimMo d(、裝配函數(shù)UserAsmCompAssembleByCsys(、給族表添加子零件的函數(shù)UserFamAddInst(、從族表中提取子零件的函數(shù)U serFamInstRetrieve(以及生成三視圖函數(shù)UserDrawingExport(等。Pro/T OOLK IT應(yīng)用程序除了在Visual C+環(huán)境下編譯(Compile無(wú)錯(cuò)后,還必須在命令提示符下編譯、鏈接(nmake,生成可執(zhí)行的 ex

10、e或 dll文件。該命令為nmake -f*,其中*為對(duì)應(yīng)的make文件名。make文件的樣板文件在 pr oe2000iprotoolkiti486ntobj下。2 3 鐵道客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)零件的生成族表(Family T able是P ro/E中一個(gè)利用表格來(lái)驅(qū)動(dòng)模型的工具。他的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省文件保存所需的硬盤(pán)空間;減少建模的工作量;便于相似零件的統(tǒng)一管理。缺點(diǎn)是裝配時(shí)不能直接調(diào)用。對(duì)于客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)的零件,先在Pro/E 中建好模型,將要驅(qū)動(dòng)的尺寸參數(shù)、特征、模型參數(shù)等放入表格中,然后用戶(hù)通過(guò)Pro/T OOL K IT應(yīng)用程序往表格中寫(xiě)入新的參數(shù)值,就可創(chuàng)建同一形狀的一系列零件。鋼結(jié)構(gòu)零部件是焊接起

11、來(lái)的,這需要將某些零件的某些部分切除以便焊接,因此將零件焊接時(shí)須切除的部分設(shè)為特征,特征是可控制的;然后根據(jù)用戶(hù)所選的零部件的具體情況由P ro/T OOL K IT應(yīng)用程序來(lái)控制零件某部分是否切除以及切除部分的尺寸大小,這樣便實(shí)現(xiàn)了焊接接頭的參數(shù)化。2 4 鐵道客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)零部件的裝配對(duì)于裝配,Pro/E提供了很多種方法,如:兩平面密合、中心線(xiàn)重合、軸孔插入、兩平面平行、坐標(biāo)系重合、兩曲面相切等等3。本系統(tǒng)采用坐標(biāo)系重合法!。首先建立一個(gè)空裝配!模型,即該模型中只有坐標(biāo)系,而這些坐標(biāo)系將起到定位各零部件的作用;然后在裝配時(shí)將各零部件的坐標(biāo)系和空裝配!中對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系相重合。裝配關(guān)系模型庫(kù)就是由各

12、個(gè)部件對(duì)應(yīng)的空裝配!模型組成的。客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)很大程度上體現(xiàn)在零部件的參數(shù)化裝配上,為了得到客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)的參數(shù)化裝配模型,首先確定各零部件的裝配關(guān)系并建立參數(shù)化的樹(shù)型結(jié)構(gòu),以確定各零部件的布置順序和相關(guān)零部件的關(guān)系,這樣建立的空裝配!模型就組成了裝配關(guān)系模型庫(kù);然后按照用戶(hù)的要求在Pr o/ T O OLK IT應(yīng)用程序中應(yīng)用坐標(biāo)系重合法!對(duì)各零部件進(jìn)行裝配,并對(duì)各零部件的相對(duì)位置參數(shù)進(jìn)行變量化和尺寸驅(qū)動(dòng),從而建立起參數(shù)化的裝配模型。3 系統(tǒng)運(yùn)行及結(jié)果在Pro/E中要運(yùn)行應(yīng)用程序生成的可執(zhí)行文件或動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件,必須在Pro/E中對(duì)注冊(cè)文件進(jìn)行注冊(cè)3。注冊(cè)分手動(dòng)注冊(cè)和自動(dòng)注冊(cè)兩種。手動(dòng)注

13、冊(cè)就是在Pro/E界面上選取U tilitiesAux iliary A pplication對(duì)話(huà)框加載該注冊(cè)文件。自動(dòng)注冊(cè)有4種:一是將注冊(cè)文件命名為pro tk dat,并放在Pro/E的啟動(dòng)目錄下;二是將注冊(cè)文件放在Pro/E的啟動(dòng)目錄下,并在啟動(dòng)目錄下創(chuàng)建一個(gè)con fi g pr o文件,其中設(shè)置一句T O OLK IT R EG IST RYF IL E*即可,*就是要注冊(cè)的注冊(cè)文件名;三是將注冊(cè)文件命名為protk dat,并放在路徑#Pro/E/#M A CHI NE/text/#LAN GU AGE下;四是將注冊(cè)文件命名為protk dat,并放在路徑#Pro/E/text下

14、。這樣,只要運(yùn)行Pro/E就能自動(dòng)加載該注冊(cè)文件并運(yùn)行指定的可執(zhí)行文件或動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件。筆者提供一個(gè)適合大量組裝零、部件的config pro文件如下所示:BEL L NOD ISPLAY SHADEDAT UM DISPL AY N ODAT UM PO INT DI SPL AY NOD ISPLAY COORD INATE SY S NOAX IS DI SPL AY NOSPI N CEN T ER DISPL AY N OT O OLK IT REGIST RY F IL E * DA T(下轉(zhuǎn)第62頁(yè)59%計(jì)算機(jī)應(yīng)用% 江 渡 單 泉 蘭麗華 基于Pro/E二次開(kāi)發(fā)的鐵道客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)

15、三維參數(shù)化CAD系統(tǒng) 圖3 第一種插值結(jié)果 圖4 第二種插值結(jié)果表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果mm最小間隔(模糊區(qū)間分割間距規(guī)則庫(kù)規(guī)則數(shù)采樣點(diǎn)數(shù)(未重復(fù)區(qū)間個(gè)數(shù)最小絕對(duì)誤差(絕對(duì)值最大絕對(duì)誤差(絕對(duì)值最大絕對(duì)平均誤差(絕對(duì)值0 22601600(53300 4028520 0689534000(201500 2501720 0437840 0225100140000(3698300 0764340 010*(952180 0363070 006644注: 采樣點(diǎn)隨機(jī)獲取。圖5 第三種插值結(jié)果圖6 第四種插值結(jié)果通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知,影響曲面擬合精度的因素主要在兩個(gè)方面:(1模糊分割區(qū)間的最小間隔;(2采樣點(diǎn)的

16、個(gè)數(shù)。而其中起決定作用的是前一個(gè)因素,為了達(dá)到理想的擬合結(jié)果,需要將區(qū)間分割得盡可能的小。綜上所述,以上所提出的模糊推理算法可以較好地完成對(duì)大量散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)的插值,尤其適合于處理激光掃描儀等一類(lèi)儀器對(duì)曲面掃描后得到的大量散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)。參考文獻(xiàn):1 柯映林,肖堯先 反求工程CAD 建模技術(shù)研究J 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào),2001,13(6:570-575 2 朱心雄 自由曲線(xiàn)曲面造型技術(shù)M 北京:科學(xué)出版社,20003 王士同 模糊系統(tǒng)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M 上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,19984 Thomas S udkamp Interpolation,completi on,and learning fuzzyrulesJ IEEE Transaction on Sys tems,M an,And Cybernetics,1994,24(2:332-341(上接第59頁(yè)在這一系統(tǒng)中,筆者設(shè)計(jì)了一輛25型硬座客車(chē)的主要鋼結(jié)構(gòu),其整車(chē)三維圖如圖3所示。圖3 整車(chē)三維圖4 結(jié)束語(yǔ)詳細(xì)討論了如何運(yùn)用Pro/E 及其二次開(kāi)發(fā)軟件包Pro/T OOLK IT 來(lái)開(kāi)發(fā)鐵道客車(chē)鋼結(jié)構(gòu)三維參數(shù)化C AD 系統(tǒng)。此系統(tǒng)能快速地將設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)構(gòu)想以三維形式顯示出來(lái),從而改