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

1、基于 Pro/E 二次開發(fā)的鐵道客車鋼結(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 二次開發(fā)工具 Pro/T OOL KI T 對(duì)鐵道客車鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行 三維參數(shù)化 設(shè)計(jì) , 開發(fā)了 一個(gè)鐵道客車鋼結(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; 二次開發(fā)中圖分類號(hào) :TP391 72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :1007-9483(2002 05-0058-02A C AD S ystem of Passenger

2、 Train s Steel Structure Based on Pro/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 , a 3D parametr ic desig n of passenger train s steel structure was developed. T he pa per introduced the key techniques used in

3、t his system.Key words:P ar ametric; Steel Str ucture; P ro/E; Development在鐵道車輛設(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)?信息由 計(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 輛三維 參數(shù)化設(shè)計(jì)的 研究

4、 并不 多?，F(xiàn)以 Pro/EN GI NEER2000i 為 開發(fā)平 臺(tái) , 利 用 Pro/E 的二 次 開 發(fā) 軟件 包 P ro/T O OLK IT 為開發(fā)語言 , 以 V isual C+作為 開發(fā)工具 , 參與 開發(fā)了鐵 道客車鋼結(jié)構(gòu)三維參數(shù)化 CA D 系統(tǒng)。1 鐵道客車鋼結(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 道客車已有車型的基本鋼 結(jié)構(gòu) 的基礎(chǔ) 上 , 通過 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) 位置來完成設(shè)計(jì)。系統(tǒng)由 4大模塊 構(gòu)成 :通過 V C+開發(fā) 的用 戶界面 模塊、

5、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 界面 中首 先選取 車型 (硬座、 硬臥等 和確定主要尺寸 (車長(zhǎng)、 車寬、 車高和車 輛定距 , 系 統(tǒng)根據(jù)用戶的選擇將鐵道客車已有此 類車型的 基本鋼結(jié)構(gòu)類型作為后面 用戶 界面的 默認(rèn) 取值 , 而 且在同 一選擇框內(nèi)還有其他幾種類型的零件供選擇。設(shè) 計(jì)人員可 根據(jù)設(shè)計(jì)要 求在 這些 用戶 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

6、 , 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)?調(diào)用 數(shù) 據(jù)庫(kù) 中的 數(shù) 據(jù) , 進(jìn)行客車 模型的裝配 , 建立 起整 車的裝 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 界面下修改其相應(yīng) 項(xiàng) , 然后再次裝配客車模 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 對(duì)整 車的裝 配模 型感到滿意 , 便可將此模型存儲(chǔ)下來 , 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)鍵技術(shù)2 1

7、鐵道客車鋼結(jié)構(gòu)的劃分鐵道 客 車 鋼 結(jié) 構(gòu) 根 據(jù) 車 輛 模 塊 化 設(shè) 計(jì) 的 思 想 來 劃 分 1。車輛模塊化設(shè)計(jì)的思想就是將鐵道車輛按 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 輛種 類。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。依此思想 , 鐵道客 車鋼結(jié)構(gòu) 劃分如圖 2所示。收稿日期 :2002-05-10: ( , 男 , 遼寧撫順人 , , 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

8、道客車鋼結(jié)構(gòu)劃分2 2 Pro/T OOL K IT 二次開發(fā)技術(shù)Pro/T O OLK IT 是 PT C 提供專門用 于對(duì) Pro/E 進(jìn)行二 次開發(fā)的軟件包 2, 他為用戶 或第 三方軟 件程 序提 供了與 Pro/E 的無縫連接。 P ro/T OO LK IT 軟件包提供了大量的 C 語言函數(shù) , 可利 用 C 語言 編程來 增加 Pro/E 的 功能。 P ro/ T OOL KIT 采用面向?qū)ο蟮?設(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

9、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) , 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 , 用戶和 P ro/E 交 互之前被調(diào)用。他必須包 含

10、 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)話結(jié)束時(shí)被調(diào)用 , 他返回值的類型為空值型 。自定義函數(shù) :這是用戶 自己編 寫的部 分 , 他對(duì)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 過函 數(shù)來實(shí) 現(xiàn)。在本系 統(tǒng)的開發(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

11、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 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 exe 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

12、 oe2000i protoolkit i486nt obj 下。2 3 鐵道客車鋼結(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 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 車鋼 結(jié) 構(gòu)的 零件 , 先 在 Pro/E 表格中 , 然后 用戶 通過 Pro/T OOL K IT 應(yīng) 用程 序往 表 格中 寫入新的參數(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 是焊接起來的 , 這需 要將某 些零 件的

13、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 所選的 零部 件的 具體情 況由 P ro/T OOL K IT 應(yīng)用程序 來控 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)

14、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 是由各個(gè) 部件對(duì)應(yīng)的 空裝配 ! 模型組成的?？蛙?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 的要 求 在 Pr o/ T O OLK IT 應(yīng)用程序中應(yīng)用 坐標(biāo)

15、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)注冊(cè)就 是在 Pro /E 界 面上選取 U tilities Aux iliary A pplication 對(duì)話框加載該注冊(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

16、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 RY F 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。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

17、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 INAT E 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 59%計(jì)算機(jī)應(yīng)用 % 江 渡 單 泉 蘭麗華 基于 Pro/E 二次開發(fā)的鐵道客車鋼結(jié)構(gòu)三維參數(shù)化 CAD 系統(tǒng) 圖

18、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(533 00 4028520 0689534000(2015 00 2501720 0437840 022510010 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 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 , 3 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 :