（机械电子工程专业论文）基于proengineer的常用机构库研究与开发.pdf

a b s t r a c t t h et r a d i t i o n a ld e s i g no fm e c h a n i s mi sm a i n l yd e p e n d e d o nt h ee n g i n e e r s e x p e r i e n c ea n dm a n u a l h o w e v e r , i ng e n e r a ls o m ee n g i n e e r sl a c ko fe x p e r i e n c e ，a n d u s i n gm e c h a n i s mm a n u a li su n i n t u i t i v ea n di n e f f i c i e n t a d d i t i o n a l l y , u n d e r s t a n d i n gt h e m a i ns i z ea n dp e r f o r m a n c ep a r a m e t e r si sn e c e s s a r yw h e nc o m p a r i n g , e v a l u a t i n ga n d c h o o s i n gd e s i g np r o p o s a l s b e i n ga i m e da tt h e s ep r o b l e m si nt h e t r a d i t i o n a ld e s i g no f m e c h a n i s m a n dt oa c h i e v et h ep a r a m e t r i ct o p d o w nd e s i g no fm e c h a n i s m ，t h i sp a p e r r e s e a r c h e da n dd e v e l o p e dt h ec o n v e n t i o n a ld a t a b a s eo fm e c h a n i s mw h i c h i sb a s e do nt h e c o m p o n e n tm o d e l i tr e s e a r c h e dt h ep r o t o o l k i t , w h i c hi st h es e c o n d a r yd e v e l o p m e n t t o o lo fp r o e , a n dr e s e a i c h e dt h em e t h o d so fd a t a b a s ec o n s t r u c t i o na n dr e t r i e v a lm o d e o fm e c h a n i s m ， a n di d e n t i f i e dt h eo v e r a l lp r o g r a ma n dm o d u l ep r o g r a m ，c o m b i n i n g t h ec o m m o n d a t a b a s et 0 0 1 b a s e do na n a l y z i n gt h ee x i s t i n gm e t h o d so fm e c h a n i s mc l a s s i f i c a t i o n ，t h ep a p e r t e c l a s s i f i e dt h em e c h a n i s ma n ds e l e c t e ds o m e c o n v e n t i o n a lo n e s i tr e a l i z e dt h es y s t e m u s i n gt h ef e d e v e l o p m e n to fp r o e ，t h ed a t a b a s et e c h n i q u e ，a n dt h e r e s u l t so fc a d t e c h n o l o g y , a sw e l la sa c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to ft h et h e o r yo fm e c h a n i s md e s i g n a n dt h er e q u i r e m e n to fr a p i dd e s i g n i tg a v eo n et h o u g h ta n dm e a n so ft h em e c h a n i s m s t o p d o w nd e s i g nw h i c h i sb a s e do nt h ec o n v e n t i o n a ld a t a b a s eo fm e c h a n i s m t h es y s t e mf i n i s h e dt h ep a r a m e t r i cm o d e l i n gd e s i g n ，a s s e m b l ya n dk i n e m a t i c s s i m u l a t i o no fs o m et y p i c a lm e c h a n i s m ，a n dr e a l i z e dp a r a m e t r i c d r i v eo ft h ek e y p a r a m e t e r sa n dm e a s u r eo fk i n e m a t i c a lk e yp a r a m e t e r s ，a n du s e d t o p d o w nd e s l g n p a t t e r n si nt h ew h o l ep r o c e s s i ta n a l y z e do fm e c h a n i s mk i n e t i cc h a r a c t e r i s t i ca n dr e a l i z e dt h er a p i d ，v i s u a ld e s i g n o ft h ek e yp a r a m e t e r u s i n gt h ek i n e m a t i c se m u l a t i o no fp r o e , a n d f i n i s h e dt h e c l a s s i f i c a t i o na n df u z z ys e a r c ho fm e c h a n i s mu s i n gs o ls e r v e r2 0 0 5 ，a n dd e v i s e dt h e i n t e r a c t i v ei n t e r f a c eb a s e do nv i s u a lc + + 2 0 0 5 n e t g r a d u a t es t u d e n t ：l ic h a o ( m e c h a n i c s e l e c t r o n i c se n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o j i n g h us h e n k e y w o r d s ：d a t a b a s eo fm e c h a n i s m ；p r o e ；s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ； t o p - d o w nd e s i g n ；s q l s e r v e r 目录 第一章绪论。 1 1 选题的目的和意义 1 2 国内外研究动态 1 3 本课题土要研究内容和解决的主要问题 1 4 ，j 、结 第二章常用机构库开发的知识基础 2 1 白底向上( d o w n u p ) 设计 2 2 臼顶向卜( t o p d o w n ) 设计 2 3p r o e 二次开发技术6 2 4 系统开发准备6 2 4 1 系统开发i ：具的选择6 2 4 2 系统开发方式的选择8 2 4 3 系统开发环境的选择9 2 4 4 系统编泽方式的选择9 2 4 5 系统对话框殴计方式的选择9 2 4 6 系统数据库应州技术的选择1 0 2 ! ；，j 、l 目；ll 第三章常用机构库的方案设计1 3 3 1 基丁设计要求的机构 攻计过程1 3 3 1 1 传统的机构t o p - d o w n 设计。1 3 3 1 2 利用机构库的t o p d o w n 设计。1 4 3 2 常川机构库的总体方案设计1 6 3 3 常川机构的分类。1 7 3 3 1 按机构运动形态分类1 8 3 3 2 按机构动作方式分类1 8 3 3 3 按机构特定州途分类1 8 3 3 4 按机构构造分类。1 9 3 4 常州机构库各模块的方案设计2 0 3 5 ，j 、l 2 2 第四章常用机构库的实现2 3 4 1 系统开发机制。2 3 4 2 数据库模块的实现2 5 4 2 1 机构分类库的实现2 5 4 2 2 机构信息库的实现2 6 4 3 机构检索模块的实现2 7 4 4 机构库模块、运动仿真与曲线分析3 0 4 4 1 机构库模块的实现3 0 4 4 2 运动仿真模块功能展示3 1 4 4 3 运动曲线分析模块功能展示3 2 4 5 机构快速设计模块的实现3 3 4 6 程序实现技术要点。3 4 4 6 1 三种检索方式的布局与转换。3 4 4 6 2 连接剑并读取数据库及机构分类模型树展开3 5 4 6 3 检索时汉字输入的问题3 7 4 6 4 汉字匹配与模糊查洵方法3 8 4 6 5 打开机构的p r o e 文件及快速设计界面。加 4 6 6 快速设计中机构模型树获取与展开4 0 4 7 应h j 实例。4 l 4 8 ，j 、结2 1 4 第五章总结与展望4 5 5 1 总结4 5 5 ：展望4 5 参考文献4 7 攻读学位期间的研究成果5 0 致谢! ；l 学位论文独创性声明5 2 学位论文知识产权权属声明5 2 第一章绪论 1 1 选题的目的和意义 第一章绪论 随着工业化水平的不断提高，人们对产品的多样化和个性化提出了越来越高的 要求，产品更新换代的周期也越米越短。因此，企业中产品设计部门的工作量也越 来越大，在这样一种背景下，工程设计人员对提高产品设计效率的愿望也变得越来 越迫切。自2 0 世纪9 0 年代以来国际制造业出现了虚拟制造、敏捷制造和智能制造 等新思想，对计算机辅助设计提出了更高的要求和希望【l j 。 自第一次工业革命以来，特别是近几十年生产技术的飞速发展，人们在研制行 种机器、设备和仪器的活动中，创造出了各式各样的机构。已故机构学权威阿尔托 包列夫斯基院士特别强调：应该对实际机械制造业应用在各式各样机器、装霄和仪 器中的各种机构所积累下的庞大遗产，进行深入调研和整理1 2 j 。 机构创新设计中富有色彩又颇感棘手的环节，就是如何提出合适的运动要求以 及满足该特定运动要求的初始机构方案。从本质上讲，这是一项创新意念设计的活 动，故应充分发挥设计者的聪明才智，利用各种“创造技法 去激发人们的创造思 维，并借鉴各行业中成功的经验和文献中刊载的机构实例资料，其中最简便易行的 做法，就是从有关机构图例的手册中选择适当的机构作为初始方案1 2 j 。 从工程观点看，机构“重在应用，难在构型”。要解决这个问题，首先应让读 者尽早地了解“大干世界中的现实机构”，但现实机构是层出不穷的，因此需要按 照机构在构造上、功能上、组成上和结构上的属性进行划分，并通过精选( 比较和 分析) 列举出若干个各具特点的机构应用图例，从而增加读者对机构的感性认识和 全局了解，并能够把握住机构的属性1 3 j 。 然而手册不直观，还要读者自己计算各个参数和尺寸，也很难判断机构是否能 够满足设计者的要求。另外，使用手册不能自动查询( 检索) ，效率低。在这种背 景下需要一个机构的设计系统，对机构进行分类、精选并实现机构的参数化设计。 1 2 国内外研究动态 如果创新设计过程中能够很好地借鉴已有的机构设计成功经验，将有助于提高 创新设计的速度及质量，因此在创新设计过程中加入已有设计经验的指导是必要 的。但是，只有将蕴涵在各种不同的设计实例中的设计经验有效地处理成统一的形 式存储起来，并与专家系统技术相融合，才能供设计人员方便地查询和借鉴【4 1 。 1 目前这些研究所应用的对象主要是齿轮、轴等零件，所实现的功能只是实现零 件三维实体的建模，对从产品的整体设计角度丌发方面做得较少，对运动仿真、有 限元分析、创建常用机构库等综合运用方面的工作做的也较少【孙3 3 1 。 1 3 本课题主要研究内容和解决的主要问题 本课题以机构的应用为目的，以机构的构型为核心，辅以经典实例示范，研究 基于p r o e 二次开发技术( p r o t o o l k i t 编程建模、菜单技术等) 的三维机构参数 化设计c a d 系统，并详细介绍该系统的研究开发和实现过程。 本课题的主要研究内容： ( 1 ) 研究机构的分类方式，机构设计和创新的方法： ( 2 ) 对机构库的建库方法，机构的检索方式的研究； ( 3 ) 研究t o p d o w n 设计模式及方法。 2 第一章绪论 在机构方案对比、评价和选择时，需要预先了解机构的主要尺度和性能参数， 该系统所有模型均为参数化，用户可以非常方便的修改关键参数的数值，系统对每 个机构的优缺点、适用场合给出了说明，这就大大方便了用户，尤其是经验不足的 工程师。 本课题需要解决的主要问题： ( 1 ) 机构的分类、精选； ( 2 ) 各种典型机构的参数化造型设计、装配和运动仿真，并全过程采用自顶 向下的设计模式； ( 3 ) 典型机构库的创建，机构库中机构的检索、变形和创新； ( 4 ) 设计人机交互界面，达到快速化、可视化、参数化设计的目的。 1 4 小结 本章主要论述了课题的选题背景，国内外研究动态及本课题的主要研究内容。 依据机构设计理论和当前机构快速设计的要求，结合设计需要，利用c a d 技术的 发展成果，开发出具有参数化、实用性的常用机构库，必将提高机构的设计质量和 效率，缩短产品开发周期，进而提高企业的竞争能力。 同时，这也是逐步实现c a i 的一种道路。通过软件二次开发来实现软件创新， 借助计算机辅助创新探索机构创新的方法，开发适合进行机构设计，尤其是机构初 始设计的常用机构库。 3 青岛人学硕+ 1 ：学位论文 4 第二章常用机构库开发的知识基础 第二章常用机构库开发的知识基础 2 1 自底向上( d o w n u p ) 设计 在传统设计中，产品装配建模包括建立基于特征的零件模型、描述零件之间的 位置配合关系和通过坐标变换将已经设计好的零件模型组装到一起生成装配模型。 这种基于特征的从零件到装配的方法称为自底向上的产品建模方法( d o w n u p ) 或 者叫产品的装配设计。这种设计方式的缺陷是所开发的产品不仅缺乏整机设计标准 和设计要求的继承性，而且在产品的整个设计阶段一些重要的产品设计信息、零部 件信息没有得到很好地建立和控制，因此无法支持产品设计的全过程，尤其是产品 的概念设计。另外，由于零件缺乏相互联系，不能实现相关零部件的联动修改【3 4 脚l 。 2 2 自顶向下( t o p d o w n ) 设计 产品的设计是一个渐进的过程，一般经过概念设计、参数化设计和详细设计三 个阶段。这种渐进的设计过程，称为自顶向下( t o p d o w n ) 设计。设计师首先对所 设计的系统要有一个全面的理解，然后从顶层开始，逐层向下分解，逐步求精，这 符合产品设计过程和设计人员的思维过程。在概念设计阶段，零部件的详细几何特 征是不确定的，无法对其进行表达，而是在设计过程中逐步细化和具体化的。自顶 向下设计具有以下特点1 3 ”6 1 。 ( 1 ) 通过给定关键的设计参数信息，集中地捕捉产品整机设计意图，并将这 些信息对应到相应的整机骨架模型中，将设计数据从原理布局向装配结构传递，然 后向零件传递，从而展开产品的整个设计过程。 ( 2 ) 能够保证装配结构整体数据的关联性，使得零件装配完成后能最大限度 的服从概念设计的规划。 ( 3 ) 可以将概念设计的设计信息传递到待设计的零件或子装配后，再将零部 件的设计任务分配给设计团队。这样不仅使各个零部件的设计可以同时进行，实现 产品的并行设计，便于全新产品的开发和开展标准化模块设计工作，而且可以在概 念设计阶段就进行初步的运动仿真和分析优化，提高设计的成功率，保证产品功能 的实现。 应用自顶向下设计方法，并结合p 砌e 的二维布局、骨架模型和参数化驱动功 能，把捕捉建立的设计信息带到后续的单个零部件设计过程中，通过对初期设计信 息的修改和补足，软件系统能自动的完成后续相应零部件的更改工作，实现产品整 5 青岛人学硕i ：学位论文 机的参数化驱动，这样就为实现面向装配的设计( d f a ) 和面向制造的设计( d f m ) 等提供了条件。 2 3p r o e 二次开发技术 p r o e 软件是美国p t c 公司开发的c a d c a m 系统软件，具有参数化尺寸驱动、 基于特征和单一数据库等优点，并成为国际上参数化没；| 软件的标准1 3 n 。虽然p r o e 有着强大的造型功能，但由于它是通用性的设计软件，没钉时特定的产l ； 设；i 提供 专用的模块，不能有效利用以前的设计资源。要充分发挥p r o e 的作j l j ，提幽设计 效率，必须对p r o e 进行功能拓展，加入特定产品设计的争川模块，因此对p m e 进行二次开发具有非常重要的意义。 事实上，二次开发的意义不仅在于提高设计效率，而u 也是提商i 殳计质& 的霞 要途径。p r o e 提供了强大的三维几何造型的功能，使 f j 户能创建各种复杂的j l f i , f 零件模型，但有时这些功能不能完全满足要求，或者需要进行许多重复性的劳动。 用户可对其进行适当的开发，使之方便地对设计进行验证，提高设计的一次f t j , g 功 率。 2 4 系统开发准备 系统开发准备主要包括选择开发工具、选择丌发方式、选择丌发环境、选择编 译方式、选择对话框设计方式和选择数据库应用技术，如图2 1 所示。 2 4 1 系统开发工具的选择 p r o e 为用户提供了多种二次开发工具，常用的二次丌发工具有p r o p r o g r a m 、 族表( f a m i l yt a b l e ) 、用户自定义特征( u d f ) 、j - l i n k 和p r o t o o l k i t 掣3 4 3 7 瑚i 。 ( 1 ) p r o p r o g r a m p r o e 对每个零件或者组件模型都有一个p r o p r o g r a m ，用于记录设计步骤和参 数列表。p r o p r o g r a m 是由类似于b a s i c 的高级语占构成，用户可根据设计需婴编 辑该文件。例如：控制特征是否显示、尺寸的大小、零件或者组件是否显示、零件 或者组件的个数等。通过运行该程序可读取此零件或者组件，并通过人机交互的方 式来控制系统参数、特征等。p r o p r o g r a m 应用简单易操作，主要用于简单的控制程 序和开发较简单的具有高度重复性的零件或组件，不适合于j 下发大型的c a d 系统。 ( 2 ) 族表( f a m i l yt a b l e ) 族表是用一种表格驱动模型的工具，可以方便地篱理具有相同或相近结构的零 件。通过建立基础零件为父零件，然后在此基础一l i - - ；1 0 各个参数生成派生模型。通 6 第二章常用机构库开发的知识基础 过改变各个参数的值即可控制派生的各个子零件。整个族表是通过电子表格来实现 的，因此又称为表格驱动。 f 一 计方式 设置 图2 1 系统开发准备示意图 ( 3 ) 用户自定义特征( u d f ) u d f 是将若干个系统特征融合为一个自定义的特征，使用时作为一个整体出 现。例如，螺钉、螺栓的座孔等。设计人员可以建立自己的u d f 库，有利于快速 生成几何模型。 ( 4 ) j - l i n k j i j i l l 【是p f 0 e 自带的基于j a v a 语言的二次开发工具，是一种用来扩展、定 制和自动处理功能的工具。j - l i n k 是一个面向对象、独立于操作系统平台、向上兼 容的开发工具，用户通过j a 、，a 编程向p r o e 软件中添加自定义的功能。 7 青岛人学硕l ：学位论文 ( 5 ) p r 0 厂i o o l k i t p r o 厂t o o l k i t 是p t c 为p r o e 定制的丌发工具包，以c 语言为依托，利用其 开发的应用程序能够安全地访问和控制p r o e ，实现用户应用程序与p m e 系统的无 缝集成，同时利用p 棚o l k i t 提供的交互用户界面工具，设计出方便与实用的 人机界面，从而大大提高系统的使刚效率。p f 0 厂r o o l k i t 功能极其强大，库函数丰 富，基本可以完成p r o e 所捌有的所有功能，是进行二次丌发最理想的工具。 比较以上五种丌发工具，并考虑到本系统需与其数据库进行交互，因此选择 p f o 厂i o o l k i t 作为丌发工具。 2 4 2 系统开发方式的选择 p r o t o o l k i t 应用程序的丌发有两种工作方式：同步模式( s y n c h r o n o u sm o d e ) 和异步模式( a s y n c h r o n o u sm o d e ) i 删。其中同步模式包括动态链接库( d y n a m i c a l l i n k e dl i b r a r i e s ，d l l ) 和多进程( m u l t i p r o c e s s 或s p a w n e d ) 。 当编译p r 0 厂i o o l k i t 应用程序的c 代码，并将其链接至p r o 厂r o o l k i t 库文件 时，就创建了一个可链接至p r o e 可执行文件的对象库文件，该可执行文件将在 p r o e 启动时被执行，这种方式成为“d l l 模式”1 3 8 1 。d l l 模式运行效牢高，但调 试不方便。 多进程模式又称为衍生模式( s p a w n e dm o d e ) 。p r o t o o l k i t 应用程序被编译 和链接，形成一个独立的执行文件，该町执行文件是p r o e 的衍生，并作为p r 0 e 工作任务的一个子进程来运行1 3 8 l 。多进程模式有利一j 二应用程序的凋试，但运行效率 与d l l 模式相比较低。 在d l l 模式中，p 棚o l k i t 应川程序与p r o e 之问的信息交换，是通过直 接函数调用完成的。在多进程模式下，内部信息系统会传递必要的信息，并以此来 确定两进程间的函数及其所需参数来模拟直接函数调用，以实现和d l l 模式中相 同的效果【3 8 j 。 在同步模式下，p r o t o o l k i t 应用程序和p r o e 程序产生各自的进程i 删。每个 进程都能发送消息( 请求) ，并等待返【u i i j 息，以报告操作的完成。控制权在两个 进程间交换，所以同步模式下p r 0 厂r o o l k i t 应刖程序和p r o e 程序之l 、h j 不是并行工 作的。 在异步模式下，p r o 厂r o o l k l t 应片】程序与p r o e 能够并行，即同时进行各自的 操作【柏1 。在应用程序与p r o e 的通信方而，采用远程程序渊用方式。异步模式下的 应用程序能够独立于p r o e 而启动，然后尼；动p r o e 或与i f 在运行的p r o e 进程连接； 而在同步模式下，是p r o e 根抛注册文件的信息启动应用程序。 由于异步模式使用了远程调用，其运行效率比同步模式慢许多。且 8 第二章常用机构库开发的知识皋础 p 棚o l k i t 应用程序离开了p r o e 环境也是没有意思的，所以一般不采用异步模 式。因此，本系统采用同步模式，且在开发应用程序阶段采用多进程模式，并在测 试和发布时采用d l l 模式。 2 4 3 系统开发环境的选择 p m e 二次开发共提供了三种开发语言v c 、j a 、，a 和v b ，其中v c 对应 p r o 佃0 0 l k i t ，j a v a 对应于j u n k ，v b 对应于a u t o m a t i o ng a t e w a y 。 a u t o m a t i o ng a t e w a y 是r a n d 公司丌发的针对p r o e 软件的二次开发工具 【蚰j 。应用a u t o m a t i o ng a t e w a y 可以自动实现p r o e 任务、创建用户界面、完全实 现自动设计任务，可以把任何支持a c t i v e x 的应用程序和p r o ，e 建立直接联系。利 用v b 可以使m i c r o s o f to f f i c e 产品( 如w o r d 、e x c e l 和e x p l o r e r 等) 和p r o e 对象 之间进行数据交换。与v c ( p r o t o o l k i t ) 相比v b ( a u t o m a t i o ng a t e w a y ) 的特点为 简单且功能有限。 系统选择v i s u a lc + + 2 0 0 5 n e t 作为开发环境，考虑其具有功能姐大、面向对缘、 封装w i n d o w s 的a p i 、u s e r 、g d i 等函数、a d o 数据绑定、调试疗便、多刀：发商 支持等优点1 4 1 4 6 1 。 2 4 4 系统编译方式的选择 m a k e f i l e 文件主要是用来控制、组织文件的编译方式，也就是规定各种文件如 何进行编译和连接并最终生成可执行程序的过程i 删。m a k e f i l e 文件是从u n i x 系统 中移植过来的，很多规范和语法都遵循着u n i x 系统的习惯，其编写过程比较复杂， 因此一般不直接编写此文件。本系统在丌发的过程中采j l j 设置v c + + n e t 下专j f 】环 境的方式设置编译方式，其具体设置参见文献 3 9 4 0 4 7 。 2 4 5 系统对话框设计方式的选择 对话框是实现系统和用户交互的很好的工具，p r 0 厂i o o l k i t 自2 0 0 0 i 2 版本丌始 也提供了这一功能。 用户界面对话框( u s e ri n t e r f a c ed i a l o gb o x e s ，简称u i 对话框) 是p r o t o o l k i t 提供的一种交互界面。开发人员可利用u i 对话框技术，在p r o 仰o l k i t 应用程序 中设计出风格与p m e 系统本身具有的对话框相似的人机交互界面。u i 对话框的设 计思路和方法与a u t o c a d 的d c l 对话框类似，主要由对话框资源文件和相应的控 制程序两部分组成。对话框资源文件的功能相当于a u t o c a d 的对话框控制语言 ( d c l ) ，用a s c i i 码以文本的格式编写，其内容定义了对话框的组成、外观和属 性。控制程序相当于a u t o c a d 的d c l 驱动程序，用c 或c + + 编写，用于在p r o e 环境装入对话框资源、显示对话框、设置动作和退 对话框铡4 7 1 。 9 青岛人学顾i ：学位论文 利用p r o 厂r o o l k i t 创建出的对话框是集成到p m e 系统中应用的，因此该类对 话框是不能脱离p r o e 环境单独存在的l 删。这种方式可以充分利用p r o t o o l k i t 提供的u i 对话框操作函数和资源，且其界面风格与p r o e 界面一致，但其用文本文 件来定义对话框的应用程序界面不太宜观，且设计、修改和调试都比较困难1 4 7 1 。 若用c 语者写i 一个友好的用广i 界而是非常困难的。而使用v c ，用户可以利 用其开发环境封装的类，j ：通过建覆实例或继承来使用这些程序代码，从而大大减 少程序丌发的时1 n j l 3 9 l 。m f c 足v c + + 程序的一个藿要的软件资源，为丌发w i n d o w s 应用程序提供了强大的支持，使j f jm f c 能充分利用v c + + 丌发环境提供的先进技 术和工具，实现程序界i f | i 的町视化设计。与u l 对话框相比，使用m f c 设计的对话 框界面更为容易，修改和调试更为方便i 7 1 。 系统拟采用v c + + n e t 的可视化资源编辑器编辑对话框，来取代p f o 厂i o o l k i t 提供的利用a s c i i 码文本格式编辑对话框的方式1 4 8 1 。 2 4 6 系统数据库应用技术的选择 选择合适的数据库，无疑将有利于系统丌发。在进行系统数据库应用技术选择 的时候需综合考虑构造数捌的难易程度、程序开发的难易程度、数据库管理系统的 性能等因素 4 9 5 0 l 。 表2 1s q ls e r v e r 数捌眸的特征及其! ja c c e s s 数据库的区别 l o 第一二章常用机构库开发的知识基础 a c c e s s 是一种桌面数据库，只适合数据量少的应用，在处理少量数据和单机访 问的数据库时是很好的，效率也很高，但是同时的访问客户端不能多于4 个。a c c e s s 数据库有一定的极限，如果数据达到1 0 0 m 左右，很容易造成服务器假死，或者消 耗掉服务器的内存导致服务器崩溃。s q l s e r v e r 是基于服务器端的中型数据库，可 以适合大容量数据的应用，在功能上管理上也要比a c c e s s 要强得多，处理海量数据 效率高，后台开发灵活，可扩展性强。因为现在数据库都使用标准的s q l 语言对 数据库进行管理，所以如果是标准s q l 语言，两者基本上都可以通用的。s q l s e r v e r 还有更多的扩展，且数据库大小无极限限制。s q l s e r v e r 与a c c e s s 数据库的比较见 表2 1 。 考虑到s q l s e r v e r 是基于服务器端的中型的数据库，可以适合大容量数据的应 用，在功能上管理上也要比a c c e s s 要强得多，在处理海量数据的效率，后台开发的 灵活性，可扩展性等方面强大，数据库采用s q ls e v e r l 5 ”2 1 ，数据库访问方式采用 a d o 5 3 s 4 。 2 5 小结 本章主要介绍了本课题知识基础，包括所需基础知识和系统丌发所需的准备工 作。系统选用p m ew i l d f i r e4 0 版本作为开发平台，选用面向对象的程序设计语言 v c + + 2 0 0 5 n e t 作为开发工具，着重于对机构参数设计和p r o e 提供的基于w i n d o w s 平台的开发工具包p r 0 厂i o o l k i t 的研究。采用v c n e t 的可视化资源编辑器编辑对 话框，来取代p r 0 肿o l k i t 提供的利用a s c i i 码文本格式编辑对话框的方式。利 用p m e 系统具有单一数据库、参数化、基于特征、全相关的特点，以及其他相关 模块，采用交互方式进行机构的参数化设计。创建数据库的工具采用s q ls e v e r 2 0 0 5 ，数据库访问方式采用a d o 。 青岛大学硕上学位论文 1 2 第三章常用机构库的方案设计 第三章常用机构库的方案设计 3 1 基于设计要求的机构设计过程 本部分分析比较传统的机构设计与利用本系统( 常用机构库) 的自顶向下设计， 阐述了一种基于本系统的机构自顶向下设计的思路和方法及本系统的特点。 3 1 1 传统的机构t o p d o w n 设计 采用传统的方法进行机构设计，大致分为方案设计、机构设计、零件设计和验 证设计四步1 2 j ，如图3 1 所示。其中每一步的设计都主要依靠经验和人工的计算， 随着计算机辅助设计技术的发展，设计人员已基本甩掉了手工的图版。然而无论是 二维的还是三维的c a d 对于许多企业和工程师还仅仅是一个能够减轻劳动量的绘 图工具，即计算机辅助绘图( c o m p u t e ra i d e dd r a w ) ，这就让计算机辅助设计的意 义和用途大打折扣。 i 殳- t 婴求 丌始， 方案设计1 一二一一 ， ；i 选择现有j 设汁新i f 新选择 机构# t t e , 4机构办案 j j 机构设计 n 零件设计 厂1 + jl 验证设计 t 设计机构参数 ：修改机构参数 设讣零件参数 t 制造零件 t 装配样机 检验样机址甭 奔 满足设计嘤求 址 结求 渊 l ! 零件参 幽3 1 传统的机构t o p - d o w n 设计 1 3 青岛大学硕士学位论文 传统的设计方法不仅仅是效率低下，其根本缺点是在设计的初期设计人员无法 确定所设计的机构能否满足设计要求，也难于对机构进行运动仿真的分析并以此来 尽早地判断设计是否合理。尽管设计人员可以进行计算或根据经验来判断，或者是 借助于三维的辅助设计软件对零件进行建模、装配和运动仿真。然而即便是借助于 三维软件的辅助设计也只能在零件设计完成之后，有了具体的尺寸才能进行。也就 是首次进行机构的虚拟装配和验证时没计已经基本完成。如果此时在虚拟装配或试 制样机的过程中发现设计不合理或缺陷，再返工将耗时耗力。 3 1 2 利用机构库的t o p d o w n 设计 本系统利用数据库将基于装配模型的机构进行了分类和精选，并提供其运动仿 真和运动曲线的分析，利用本系统设计人员可以在设计的初期，甚至仅仅是只有一 个想法的时候就可以对机构进行运动仿真和分析，如图3 2 所示。并依照分析的结 果初步判断设计是否合理、能否满足要求。在设计中有时会遇到某一机构不合理而 其相似相近机构恰好能满足设计要求的情况，因此系统还提供了相似机构问进行对 比和比较的功能。 川j 、命令 娄甚星蒉 ， 要求 模磊餮 潮 刚，! ，界面 图3 2 利川机构库系统的设计模式 保存、 机构 在设计的最初设计人员手里所掌握的资料就是设计要求，其进行设计的最终目 的也就是满足这个设计要求。依据设计要求设计人员可以自然的想到一些相关的术 1 4 第三章常用机构库的方案设计 语。这些设计要求和术语即可作为检索的关键字。设计人员利用系统提供的检索方 式可以方便的找到可能适合的一个或几个机构。然后利用系统提供的运动仿真和分 析模块可以直接对机构进行运动仿真分析，并依此进行比较和分析并选择合适的机 构，接下来就可以对选择的机构进行设计。 其实在设计机构的时候设计人员并不是关心所有的尺寸和参数，而是比较关心 一些影响机构功能的尺寸，即关键尺寸。利用系统提供的快速设计功能，设计人员 可以直接对机构的关键尺寸进行设计，并接着对更新后的装配模型进行运动仿真。 完成了关键尺寸的设计之后，机构就已经满足了设计要求，接下来才是分工各自完 成相关零件的其他尺寸设计。这样就把没计其他尺寸的工作转移到了运动仿真分析 之后，既保证了一次性成功率又有利于分工协作，也就自然地提高了效率。 丌始 试制样机 结柬 幽3 3 利j j 机构库的t o p - d o w n 设计 1 5 h ： l 二二 机i 薯 ：i统 ：十一 青岛人学硕士学位论文 系统采用t o p d o w n 的设计模式，以用户的设计要求为出发点，安照用户的设 计要求检索机构并给出相应的机构运动仿真、运动曲线分析和机构三维装配模型。 用户在设计的同时即对机构进行验证，并可以非常方便的进行类似机构的比较和变 形设计，保证了成功率和机构的可靠性。 首先用户按照设计要求在机构库中查找可能适合的或者类似的机构，系统按照 用户的要求找到对应的一类或几个机构；然后用户进行机构的运动仿真和各运动参 数曲线的分析，以此初步判断机构是否符合要求；接下来用户可以对机构的关键参 数进行设计和运动分析；最后更新并保持设计好的机构。借助于本系统用户可以从 设计要求出发，对机构能有很好的整体把握，非常方便的检索、参看并比较已有机 构，对已有机构进行改进优化，实现机构的从项向下设计和参数化设计，如图3 3 所示。 3 2 常用机构库的总体方案设计 本系统需将数据库和机构库连接起来， 为各个机构的集合，其中包括装配模型、 ( r e a d m e ) ，如图3 4 所示。 其中数据库为一般的d a t a b a s e ，机构库 运动仿真、运动曲线分析和说明文档 ，已瑟意l - 一一一( 丽l j 耍策) r 。模糊含询一一一t 型赞水 机构分类 。一一机构名称 d a t a b a s e 图3 4 机构库总体结构设计 1 6 构) 第三章常用机构库的方案设计 读取数据库要使用a d o 对象，对装配模型的操作则应用二次开发包 p r 0 厂t d o l k i t ，并且还需要一个交互性很强的界面给用户使用，系统利用v c 才能 实现本系统所需的a d o 和p 棚o l k i t 各自的连接，并设计界面。 系统采用类似于计算机的“哈佛结构 的存储体系结构，数据库和机构库分别 独立保存和处理，目的是为了方便维护数据库和机构库，并有利于实现模块化的设 计与调试。 系统采用数据库实现检索，机构库实现具体机构分析、比较和设计等功能。用 户利用系统提供的检索功能在数据库中找到机构，也就是找到了机构的名称、分类、 特征等。系统自动利用数据库的检索结果到机构库中找到相应的机构，以备用户使 用。 3 3 常用机构的分类 在查阅大量的机构手册和图册的基础上，将机构的分类方式总结为四种1 2 3 l ：按 机构运动形态分类，按机构动作方式分类，按机构特定用途分类，按机构构造元件 分类，如图3 5 所示。 分度 超越租反向止动 ：，；按机构特定用途分类 换向 称 一按机构运