（电机与电器专业论文）电机零部件的参数化设计.pdf

浙江大学硕上学位论文 第一章 绪论 第一节 引言 电子计算机是2 0 世纪人类最伟大的发明之一， 它的产生标志着人类迈向崭新 的信息时代。随着电子计算机的诞生和广泛应用，各门计算机学科也随之蓬勃发 展起来。 计算机图形学 ( c o m p u t e r g r a p h i c s ， 简称c g ) 就是其中 一个重要的分支。 计算机图形学是一门正在发展形成中的、非常综合的、内容广泛的新兴学科，是 研究用计算机处理图形的原理、方法和技术的学科。计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e d d e s i g n ，简称 c a d ) 是计算机应用较早的领域， 它是基于 c g ( c o m p u t e r g r a p h i c s ) 的 基础上而兴起的。随 着 c g和c a d技术的发展， 在电 机设计领域得到 了越来越广泛的应用。 c a d 的应用非常广泛。 它主要承担产品设计中方案的拟定、 机构的优化、 几何 的分析、强度的校核、图纸的绘制、技术文件的管理、产品的模拟和实验、工艺 的准备、加工的控制、装配的控制和企业生产管理等各个环节中的关键工作。在 此基础上建立一种新的设计和生产管理机制，使传统的设计、制造工作的内容和 方式发生根本性的变革。 早期 c a d技术主要是作电磁校算程序， 强度计算程序等方面的工作。 虽然与 图形无关，也是 c a d技术的一部分，随着计算机技术和 c g的发展，多数的c a d 系统都包含了图形输出部分，在电机设计方面从简单的冲片图绘制发展到系列化 工程图纸的绘制;在有限元处理上，自 动剖分、等位线绘制等前后处理技术越来 越重要。 我国c a d技术的研究起步于7 0 年代，当时仅有少数大型企业和科研单位及 部分高等院校参加，发展速度较慢。 近年来，由于计算机价格不断下降，c a d技 术日 趋成熟和完善，加之国外市场的激烈竞争，我国科技人员采用新技术的积极 性不断高涨， 越来越多的人认识到运用c a d技术将会给企业带来许多明显的益处。 因此，c a d技术在我国有了较大、较快的发展，但仍然和发达国家存在较大的差 距。在电 机设计领域，c a d技术的发展也比 较落后，大大制约了我国电机制造行 业的总体设计水平。因此，开发适合电机设计领域的c a d系统，具有很大的现实 意义。 浙江大学硕士学位论文 第二节 c a d系统在电机工程的应用 计算机具有强大的计算能力，但它毕竟不能完全替代设计人员的设计工作， 因为人的思维具有创造,it 。所以，在工程设计的领域计算机技术只能起到辅助作 用，把重复性、计算量大的工作交给计算机来完成，而设计人员来完成创造性的 工作。 在电 机设计过程中， c a d技术一般应用在以 下几个方面 h a t c h ( a c d b h a t c h : : k e x t e m a l ,d d ,5 ,4 5 ,0 ) ;/ 三维点 阵列d d d e l e t e a a ;/ 删除对象a s 2 . 4 . 2 . 3 a r x程序绘图 环境的初始化 1 8 3 a u t o c a d系统默认的只是一个简单的通用的绘图环境，为避免重复操作， 把 初始绘图环境设置好，编制初始化程序，可提高编程效率。 ( 1 ) 图 层、线型、颜色、 字体等的 设置 v o i d c l a s s l :d w t u/ 初 始 化 样 板图 不/ 设置图层 / 定义图层指针，并以写方式打开图层表获得指向图层表的指针及创建图 层记录。 / * 先判断名为0的层是否存在， 若存在就设置它的各种属性， 否则创建新 0层叼 i f ( a c a d : :e o k = l a y e r t a b l e - g e t a t ( o ,p l a y e r t a b l e r e c o r d o ,a c d b : :k f o r wr i t e ) 浙江大学硕上 学位论文 刀 设置层的颜色、层的解冻、打开、解锁等属性 e l s e p l a y e r t a b l e r e c o r d o - s e t n a m e ( o ) ; / 设 置 层 名 为0 二 刀设置层的各种属性 / 设置线形 二 刀 定义线型表指针，并以只读方式打开线型表指针，定义线形的i d号 /*如果线形表中已 经有中心线， 用g e t a t 获得其i d号， 没有则将其装入 * / i f ( p l i n e t y p e t b l - g e t a t ( c e n t e r , c e n t e r l in e i d ) ! 二 a c a d : :e o k ) p l i n e t y p e t b l - c l o s e o ;/ 关闭 线型 表 a c d b h o s t a p p l i c a t i o n s e r v i c e s o - w o r k i n g d a t a b a s e o - l o a d l i n e t y p e f i l e ( c e n t e r , a c a d .l i n ) ;/ 装入中心线型 p l i n e t y p e t b l - g e t a t ( c e n t e r ,c e n t e r u n e l d ) ; p l a y e r t a b l e r e c o r d o - s e t l i n e t y p e o b j e c t i d ( c e n t e r l i n e l d ) ; / / 设置0 层线型为 中心线 a c d b o b j e c t i d l a y e r o i d ;/ 定 义 零层的i d 号 p l a y e r t a b l e - a d d ( l a y e r o i d ,p i a y e r t a b l e r e c o r d o ) ; / / 写入层表记录 刀 设置字体为宋体 实际应用中会用到更多的层、线形、字体等，设置方法与以上过程类似。 ( 2 ) 标注风 格 表的 初始 化【 1 8 1 在以往的a d s . a u t o l i s p编程时， 通常是先设置样板图，其图层、字体、标 注系统变量均在样板图中设置。 而a r x开发方法中， 命令行的标注设置完全被关 闭，在样板图中设置尺寸变量对绘图程序不起作用，a r x利用标注风格表来管理 标注记录。其工作机制如下:标注风格家族中具有一个父类风格和多个子类风格， 子类可以自 定义。如果没有子类的存在，标注时调用默认的父类风格，有子类存 在则调用子类风格，因此在绘图环境初始化时，必须对标注风格表初始化 定义 自己的标注子类风格。下面是自定义函数库中c l a s s l中定义的初始化标注风格表 函数。 a c d b o b j e c t i d c l a s s 1 : : s t y l e l d ( d o u b l e i f a c ) 刀 初始化d i m s t y l e 风格表函数 / / i f a c : 绘图比 例 二 /*定义尺寸标注样式表指针， 创建尺寸标注样式表记 录，以写方式 浙江大学硕 学位论文 打开尺寸标注样式表，获得指向该表的指针* / p d im r e c o r d - s e t d im l f a c o f a c ) ; / 设 置 线 型 单 位比 例因 子 / 其它尺寸变量的设置 a c d b o b j e c t l d s t y l e i d ;/ 定义记录的i d号 p d im t a b le - a d d ( s ty le l d ,p d im r e c o r d ) ;/ 向 表中 追 加记 录 二 / 关闭尺寸样式表记录和尺寸标注样式表，并返回记录的i d号 2 . 4 . 2 . 4用绘图程序的消息传递机制1 1 8 1 传统的c a d二次开发时， 调用绘图函数主要有两种方法: 第一是通过对话框 控制语言 ( d c l )编写对话框窗口的控制构件，然后利用a u t o l i s p及a d s的装 载函数调用绘图程序;其二是通过修改a u t o c a d的a c a d .m n u文件，对系统的下 拉菜单及屏幕菜单等进行扩充。 以上两种方法广为应用， 但存在一些问题。 用a r x 开发方法支持mf c编程， a r x和m f c结合，充分利用v c的各种控件，为对话 框界面的可视化设计个提供了可能，使应用程序既具备了wi n d o w s 的友好界面， 又使其功能更加灵活。下面的函数完成了v c +向a u t o c a d发送消息。 v o i d s e n d c o m m a n d t o a u t o c a d ( c h a r * d i r , c h a r * c m d ) / * d i r :a r x应用程序的完整路径，c m d :程序中定义的外部命令名*/ c h a r a s 5 0 ,b b 5 0 ; s t r c p y ( a a , a r x n l n ) ; s t r c a t ( a a ,d i r ) ; s t r c a t ( a a , fi n ) ;/ 加 载程序字符串 s t r c p y ( b b ,c m d ) ; s t r c a t ( b b , n a r x n u n ) ;s t r c a t ( b b , d i ) ; s t r c a t ( b b , fi n ) ; a c a p d o c u m e n t * p d o c = a c d o c m a n a g e r - c u r d o c u m e n t o ; / 获 取当 前文档 指针 p d o c a c d o c m a n a g e r - s e n d s tr in g t o e x e c u t e ( p d o c , a a ) ;/ 加 载a r x程 序， 并 执 行注册的命令 a c d o c ma n a g e r - s e n d s t r i n g t o e x e c u t e ( p d o c ,b b ) ; 使用时可以通过下面的方式调用该函数。 s e n d c o m m a n d t o a u t o c a d ( c :/ m y a r x / d q .a r x , d q ) ; / / d q :为 用户 注册的 新命 令 浙江大学硕士学位论文 第三节 系统的总体结构 本论文设计的系统是作为计算机综合自 动化技术在微特电机业的应用项目 中 的一部分而存在。该项目 整个系统是通过公用数据库集成在一起的计算机管理信 息 ( mi s ) 、计算机辅助设计 ( c a d )以及计算机辅助测试 ( c a t )三个子系统构 成，其中计算机辅助测试系统又由型式实验系统和出厂实验系统组成，如图2 -9 所示。 整个系统利用wi r d o w s n t下面向对象的软件开发工具开发而成， 公用数据 库采用 m i c r o s o f t s o l s e r v e ; 作为数据库管理系统。 各子系统中的 应用程序通过 b o r l a n d s o l l i n k s 与公用数据库连接、也可以通过o d b c与公用数据库连接。 图2 - 9计算机综合自 动化系统的构成 本文开发系统既是整个自 动化系统的一部分，又可以独立成一个系统。包括 图纸管理子系统和图纸二次开发子系统两个部分。其中图纸二次开发子系统为主 要部分， 该部分在a u t o c a d环境下采用o b j e c t a r x技术进行二次开发， 大大的 简 化了电机图纸设计;而图纸管理子系统则利用先进的网络数据库技术，使图纸资 料不但能在各个部门间资源共享，而且可以被方便的管理和控制，其作为整个企 业自 动化系统的一部分， 进一步的促进了企业信息化的进程。采用工程数据库技 术来组织，管理c a d系统所需的数据，因此系统还包含了 工程数据库管理模块。 系统的总体结构如图2 - 1 0 所示。 由于采用工程数据库技术来连接二次开发系统和管理系统， 两个子系统中的数 据都需要从工程数据库中取得，而输出数据也均放入工程数据库，这样两个子系 统都是一个独立的模块，在各个子系统中没有直接的数据联系，他们通过工程数 据库进行数据交换。 这样可以降低c a d系统各个模块之间的祸合度，从而可以提 浙江大学硕十学位论文 高整个系统的健壮性和稳定性，简化对系统设计的要求，易于实现。也正是因为 这个原因，工程数据库的设计优劣将直接影响系统的性能。 图2 - 1 0系统的总体结构 第四节 工程数据库设计 41 工程数据库的特点 数据库技术最早是应用于商用数据管理， 近年来才逐步应用于工程设计领域。 工程数据库是用于存储工程数据的一个数据集合。由于工程数据是面向工程设计， 其数据对象比较复杂，数据类型繁多，所以与传统的商用数据库有非常大的不同。 当前对工程数据库及其管理系统的研究尚处于发展阶段，没有出现比较成熟的工 程数据库管理系统。一般来讲， 工程数据库应具有如下的特点 z 6 . 1 . 数据模型复杂。能描述工程设计中复杂的几何、非几何数据。 2 . 支持设计过程。 它必须支持工程设计中反复迭代特点， 对设计顺序不加要求 以构成一个良好的设计环境。 3 支持多种工程应用软件和多层次，多分支的工程设计系统。 浙江大学硕士学位论文 . 支持模式的动态修改。 . 支持版本生成机制和版本管理。 如上文所述， 本文在研究了电 机c a d设计过程中用到的工程数据的特点后决 定采用在商用数据库的基础上进行扩充和改进来管理数据，所开发的系统能满足 工程实际的需要，这种方法在当前是一种比较有效的处理工程数据的方法。 4 . 2电 机工程数据 通过对电机图纸设计时所需的数据分析可知， 在电机c a d系统中，电机图纸 设计所涉及到的工程数据可以分为下面几种类型: 1 .工程制图标准数据。应包含在绘制电机总装图、零部件图时所必须用到的 制图标准，以保证绘出符合标准的图纸。 2 .电机产品结构数据。包含不同电机的产品结构关系，零部件所属关系等， 以方便的对电机图纸进行管理。 3 .系列电机图纸和标准零部件数据。将标准的零部件和系列电机图纸汇总成 库，供以 后类似电 机设计时使用。 4 .图块数据。一些可能无关具体电机本身的数据，但在图纸中反复出现，汇 总成库，避免重复劳动。 4 . 3数据库的设计 4 . 3 . 1 数据库设计的具体步骤 数据库的设计一般分为以 下几个阶段【2 5 1 . 1 .需求分析。需求分析是整个数据库设计的第一个阶段，其主要目 标是确定 系统的目 标，收集系统数据及处理。 2 .概念结构设计。概念结构是各种数据模型的共同基础，它是一种概念级的 结构模型，比数据结构更独立于机器，更加抽象，从而更稳定。概念结构 能够充分的反映现实世界，易于为不熟悉计算机的工程设计人员所理解， 易于改动，很容易向具体的数据模型转化。概念结构设计是整个数据库设 计的关键。 3 .逻辑结构设计。由于逻辑结构是独立于任何一种数据模型的信息结构，逻 辑设计的任务就是把概念结构转换成与选用的数据模型相符合的过程。 4 .数据库的物理设计。数据库的物理设计就是对给定的逻辑数据模型选取一 个最适合应用环境的物理结构的过程。数据库的物理结构是指数据库在物 理设备上的存储结构的存取方法，是完全依赖给定的计算机系统。 浙江大学硕士学位论文 由于己经进行了数据库的需求分析，而本系统是在现有商用数据库的基础上 开发的，因此数据库的物理设计已 经由选定的系统自 动完成，本节主要进行数据 库的概念结构设计和逻辑结构设计。 4 .3 .2电机结构数据库设计 从电机工程数据的分类可以看出，在本系统设计到的各种数据中，标准化数 据结构比较简单，一般以表格形式提供，这些数据库的设计比较简单，这里不再 赘述。 系列电机和零部件数据以及图块数据， 涉及到a u t o c a d内部数据库的管理， 放到下章详细说明。这里电机结构数据比较复杂，也较重要，因此下面只对电机 产品数据库进行设计。 在数据库的设计中，通常采用实体一一一联系方法 ( e n ti ty - r e l a t i o n a p p r o a c h ， 简称e - r方法) 进行数据库的概念设计， 然后进行数据库的逻辑设计。 确定电机的e -r模型后， 即可进行数据库的逻辑结构设计， 将其转换成具体的数 据模型。由于目 前的数据库管理系统都采用关系模型，所以在进行数据库的逻辑 设计时， 可以把电 机产品的e -r模型转化成关系模型。 依据一定的规则 在萨师 煊等所著的数据库系统概论中有述)可以 将概念模型转变为关系模型。 一台完整的电机产品一般由定子、 转子和其它原子零件 ( 如机座、 端盖等) 组 成，而定子和转子又是由其它一些非原子零件或者原子零件组成。而无论是电机、 定转子这样的复杂物料还是象导条、端环那样的原子零件，都是物料，在物料表 的存储中是平等的，因此为了体现它们之间的不同和组成关系，设计了产品结构 表，体现物料的性质 ( 是否原子零件)和物料之间的组成关系。同时由于电机制 造企业的产品的多样化，为方便查找和管理，将其分为大类、中类和物料 ( 小类) 三张表单，为体现三者的制约关系，下级表中总是包含上级表的信息 ( 如中类表 中就必须有大类表的i d域) 。 图纸总是对应相应的物料。 因此，图纸信息表的设计除图纸自身的信息外， 还 应该包含物料的信息。 由分析得到的关系模型如图2 -1 1 所示: 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 - 一 - 浙江大学硕士学位论文 图2 -1 1电 机产品图 纸数据的关系模型 4 . 3 . 3数据库的规范化 在关系数据库的设计中，通常需要考虑关系模式的规范化。规范化的基本思 想就是要消除关系模型中的数据冗余，以及解决数据的插入、修改和删除异常。 现在己经提出了各种关系范式 ( 1 n f , 2 n f , 3 n f等) ，根据这些范式设计的数据 库可以消除数据的冗余，解决数据操作的异常。关系范式的规范化就是把一个满 足低一级的范式的关系分解成为若干各满足高一级范式的关系模型的集合。 满足 范式的级别越高，数据的冗余越小，而且不会发生数据操作异常。 由于在把e -r模型转化为关系模型时并未考虑关系模式的规范化， 因此对转 化后的关系模式还应按照关系模式规范化的思想进行关系分解，以满足更高一级 的关系范式。 对于工程数据来说，由于其数据对象比较复杂，在用关系模式来表现时，如 果要对其规范化，满足较高的关系范式，则其各个属性将不得不存储在许多个相 关的关系模式中。这样，对一组工程数据进行操作时，就必须对这些关系进行连 接操作，从而增加了系统的开销，降低了系统的效率。 为了 避免上述的情况的发生， 就必须允许数据库存在一定的冗余。 也就是说， 在设计数据库时，要用数据的冗余度来换取系统性能的提高和设计的简化，但这 种数据的冗余决不能造成数据操作异常。由于在电机工程数据中有许多数据涉及 到标准数据，而一般不会对标准数据进行数据的改动工作，因此当对关系模型进 浙江大学硕士学位论文 行规范化时，若分解得到的子关系是标准数据，则不可以对该关系进行分解。这 样在数据库中出现了些冗余，但是换取了系统效率的提高，在数据库中的设计中 是可以接受的。 4 .3 .4工程数据库的版本管理 工程设计过程是一个试探性逐步求精的过程，具有反复性、尝试性和发展性 等特点【 2 6 1 。 设计对象在设计过程中，由 于性能描述方法的 不同， 设计方案的差异 等都会在设计的各个阶段上形成对一个设计对象的不同设计。一个工程设计常常 需要对比不同的设计方案的差异，然后决定一个比较好的选择。在工程环境中， c a d系统必能自 动维护设计的历史信息 ( 版本化)并为设计人员查询和存取提供 有效的版本控制手段。 数据库版本用于设计过程中设计信息的管理，一个数据库版本可以代表某个 特定设计对象的信息和方法，不同的数据库版本可以代表不同的设计活动或不同 的设计方案。对工程数据库管理的基本要求是:存储信息冗余小，存储速度尽可 能快。 为了实现数据库版本的控制，本文在设计的系统时采用了两种方法:一是在 二次开发系统中特别开发了相应的管理部分，使生成的图形既可以暂时保存也可 以永久保存，形成不同的库实现版本控制;二是在图纸管理系统记录图纸修改内 容、修改人等信息来控制版本。 第五节 子系统功能组成说明 5 . 1子系统与工程数据库的接口 由于各系统采用的编程语言不尽相同，有些编程语言不能直接存取工程数据 库， 这样就必须考虑子系统和工程数据库的接口。 最简单的方法采用数据文件，因为数据文件使用于任何语言，但考虑到方便 性和效率的原因，本文采用数据库技术和o l e技术进行各个子系统和工程数据库 的接口。下图即为子系统和工程数据库的接口示意图。 浙江大学硕士学位论文 工程数据库 c a d 二次开发系统图纸管理系统 图2 - 1 2子系统与工程数据库的接口 5 . 2 c a d二次开发系统 a u t o c a d是作为一个开放式的通用绘图系统来设计的。 但允许各行业使用自 己 特定的标准， 使a u t o c a d在某种程度上满足每一个设计人员或绘图员独特的工 作方式，以满足各种用户的特殊需要。由于电机图形有着自己独特的特点，因此 在a u t o c a d r 1 4 开 发 平台 上， 采用。 衍 e c t a r x 技术开发的电 机图 纸设 计系 统就 十分必要了。系统主要功能包括以下几个部分。 5 . 2 . 1 零件图库的参数化 将常用的电机零件图参数化，从而在以后需要的时候只需要填入适当的参数， 就可以生成新的图形。同样针对电机的一些通用图形，编制一些参数化绘图的程 序，在a u t o c a d菜单上添加相应的选项就可以 完成参数化绘图。 5 . 2 . 2尺寸标注的实现 c a d系统的成功在很大程度上取决于草图的绘图效率。尽管几何图形信息的 输入方法已经相对成熟，目前尚没有一个广为认可的尺寸信息处理方案。本论文 中分析了机械制图的尺寸信息，采用了一个能快速对尺寸进行标注的方案。 5 . 2 . 3 用户自 定义图块管理 图库管理模块管理在c a d作业中经常涉及到的由各类标准件、标注符号和专 用图形组成的图库。由于图库使用频繁，构成复杂，如何进行图库的建立、扩充 和更新以及科学的管理和方便的使用就显得十分重要。 5 . 2 . 4 图幅、图框和标题栏的生成 图幅、图框及标题栏是每一张工程图纸都必不可少的部分，本节介绍如何设 定及自 动生成它们，从而极大的方便了工程设计人员。 5 . 3图纸管理系统 图纸管理系统管理计算机中已经有的大量的、各种形式的产品图纸和新建的 浙江大学硕士学位论文 产品图纸，系统采用对图纸文件和文档记录进行捆绑的集成方式，文档记录所属 图纸的标题栏信息和明细栏信息以及图纸信息，它和图纸文件入库后成为一一对 应的一体化操作对象，同步响应各种操作。并且利用- o l e技术，使得在管理系统 中直接调用c a d系统，从而两者有机结合。 系统的主要功能模块有: 5 . 3 . 1数据维护模块 数据维护模块包括添加、删除、修改数据等操作，主要是向数据库中添加和 删除图纸信息，将删除的图纸送入系统备份库中，修改数据库中的图纸、信息， 并更新修改结果。 5 . 3 . 2 记录查询浏览模块 记录查询模块包括浏览、分类、排序、查找等操作，主要是按照用户指定的 条件对数据库中的数据进行相应的操作，并将结果显示到用户界面上，供用户浏 览查询。 5 . 3 . 3汇总表生成模块 汇总表统计生成模块主要是对零部件、标准件、外协件和自 制件的信息进行 统计汇总，自 动生成相应的汇总表。 5 . 3 . 4版本记录模块 版本记录模块主要是供图纸设计人员记录图纸修改内容、修改时间、修改人 等信息，以实现对工程设计图纸的版本控制。 5 . 3 . 5权限设定模块 权限设定模块主要是给系统管理员提供的一个设置权限的工具， 使得系统管理 员设置权限时不需要考虑具体表、视图等数据库中具体数据单元的意义，只需要 对整个系统中各个不同的模块进行权限设置。是针对整个自 动化系统设计，但对 图纸管理系统同样具有非常大的意义。 第六节 本章小结 1 . 本文开发的电机c a d系统包含c a d二次开发系统和图 纸管理系统， 通过工程 数据库相互联系。 2 .绍了a r x系统的总体结构、实体模型， 信息存储、参数化和a r x面向对象的 实体类的具体实现实例。 浙江大学硕士学位论文 3 .工程数据库和商用数据库有一定差别，在分析了电机工程数据的特点后，可以 采用关系数据库管理系统来实现本系统的工程数据库。 4 .在设计c a d系统的工程数据库时，要考虑数据库的冗余。 数据库的冗余越小， 对数据库的操作越复杂，系统的开销越大。 5 .由 于工程设计的复杂性、尝试性， 工程数据库的版本控制非常重要，本系统尝 试了一些版本控制的方法。 6 .介绍了组成整个系统的子系统。 浙江大学硕士学位论文 第三章 电机c a d系统二次开发部分设计与实现 第一节 引言 电机设计经过电磁计算、通风温升计算和机械计算后，仅仅是找到了一个较 理想的方案。只有绘制了工程图纸后，才能投入试制生产。生产图纸作为设计成 果的最终体现，是联系设计和制造的一座桥梁。因此，绘图是计算机辅助设计的 一个非常重要的部分。 目前国内大多数企业都是应用a u t o c a d直接进行图纸的设计，a u t o c a d的 确功能强大， 但是由于a u t o c a d是通用的绘图软件， 还很难胜任电机行业的专业 要求，去方便、迅速、准确的产生各种所需要的图形。因此，就有待于我们对它 进行二次开发。 a u t o c a d系统提供了多种二次开发的方法和途径，包括:提供了命令组 ( .s c r ) 文件， 以减少不必要的交互操作来提高自 动设计程度;提供了行 ( .s h p ) 文件的格式， 用以定义汉字和专用符号; 通过程序参数文件( .p g p ) 可执行a u t o c a d 外部命令或程序;利用嵌入 a u t o c a d中的a u t o l i s p语言及a d s 环境以及 a r x 环境二次开发扩充a u t o c a d新命令或函数; 提供了与其它c a d / c a m系统进行图 形信息交换的多种形式。 本系统实现了常用电机零件图的参数化，输入必要的参数即可生成相应的零 件图; 对在电机c a d作业中经常涉及到由各类标准件、 标注符号和专用图形组成 的图库，专门设计了管理模块;在分析不同图形尺寸标注的特点后，实现了一种 比较方便有效的尺寸标注方法。系统总体框图如图3 -1 所示: 图3 -1二次开发模块总体结构图 本章主要利用a r x技术以及上述的其它技术实现了电机c a d系统的二次开 浙江大学硕士学位论文 二维系统得以推广的重要因素。一副机械图样的信息可以分为两类:图形信息和 标注信息。标注信息的种类很多 ( 尺寸标注、尺寸公差、形状公差、位置公差、 基准符号、基准目 标、焊接符号等) ，但大部分是尺寸标注信息。随着计算机技术 的应用，尺寸标注技术虽有所改善，但无论在准确性还是在快速性方面，都远远 落后于图形信息的处理技术，尤其对三维实体建模的c a d / c a m 系统来说，其视 图和剖面可以自 动生成，尺寸标注的快慢就影响了整个绘图的速度。 本文采用的尺寸标注方法是在传统的尺寸标注中充分利用己有的图形信息和 尺寸规则，克服输入尺寸的繁琐、重复现象，使输入信息量大为减少，从而使用 户进行图形处理时感到方便。 尺寸标注为c a d的重要组成部分，涉及多方面的综合知识和技术。有: ( 1 )有关机械图形的知识， 如机械制图的有关标准等。 ( 2 )结构模式识别的知识， 用来分析基本图形实体、识别各种线形及符号等。 ( 3 ) 特征提取的 控制技术， 这是机械工 程智能 输入与理解的高层次研究， 涉及 零件特征信息与零件三维形体信息的提取和识别。 ( 4 )尺寸干涉检查。 ( 5 )尺寸包容性判断。 这些都是建立在合理的尺寸分类和规则判断上知识。 4 . 1尺寸信息分析 尺寸的类型很多。即使是同一图素，如圆弧，在不同的情况下，也有不同的 标注要求， 如图3 -2 5 所示。 纵观现有的c a d系统， 尺寸标注大多向两个方向发 展:其一，标注功能齐全，能满足通常的制图要求:其二，标注界面宜人，操作 方便。但前者往往菜单满屏，令人眼花缭乱:后者往往功能不全，无法适用工程 要求。一个合理尺寸标注分类方案无疑是寻求两者完美结合的重要基础。本文在 电机c a d二次开发系统中结合图形识别、 标注规则处理等技术， 将尺寸类型分为 基本标注、半标注、成组标注和引出标注四大类。下面对各类尺寸信息进行分析， 并阐明实现途径。 浙江大学硕士学位论文 直 线 识别 圆周直径 文字水平 平行 标注直径 半径 圆 弧 图3 -2 5尺寸标注设计总框图 4 . 2 基本标注 基本标注的类型有: ( 1 )两点、 点线间的 距离 ( 水平、 铅垂或绝对距离) ; ( 2 )线段长 度 ( 水平、 铅垂或绝对长度) ; ( 3 )两平行线间的距离， 非平行线间的夹角; ( 4 )直线的 倾角 ( 与x轴或者y轴的倾角) ( 5 )圆 ( 弧) 的半径 ( 包括大圆半径) 、 直径 ( 包括圆 周直径) ; ( 6 )圆 弧的圆心角、弦长、弧长等。 基本标 注的 功能:自 动识别图 素， 根 据尺寸 类型 和大小自 动选择标注形式 ( 包 括小 尺寸处 理 ) ， 无 须选择可标注常用尺 寸。 4 . 2 . 1 直线尺寸标注 点取直线， 则显示标注直线选项; 绝对长度 ; 正交距离 拖动尺寸线，自 动标注水平距离或垂直距离; 倾角 拖动尺寸线，自 动标注直线与x轴或者y轴的倾角。 若点取两条直线，则自 动标注两条平行直线的距离或两条非平行直线的夹角。 直线尺寸的标注效果如图3 -2 6 所示。 图3 -2 6直线尺寸的标注 浙江大学硕士学位论文 4 . 2 . 2圆尺寸的标注 点取圆，则自 动标注圆的直径，若要标注半径，可选择半径选项。圆尺寸的 标注效果见图3 - 2 7 0 4 - - 一卜 一 图3 -2 7圆尺寸标注图 4 .2 . 3圆弧尺寸标注 若点取一段圆弧，默认状态下标注圆弧半径，并自 动显示标注直径、弧长、 圆心角和弦长的选项。 圆弧的标注效果见图3 -2 8 。 弦长可以通过点取圆弧两端点 及圆心的方法快速标注;圆心角可以通过点圆弧两端及圆心的方法快速标注。 r r r 5r 5泽 r 5 .口，尹， j 图3 -2 8圆弧尺寸的标注 4.2 . 4半标注 当对称的图形只画出一半或者大于一半时，可以采用半标注方法来表示标注 对象的整体尺寸。半标注的类型主要有图3 -2 9 所示两种。 一 5 2- 浙江大学硕士学位论文 图3 -2 9半标注的标注 半标注的操作方法可以设计为: 点取需半标注的图素， 系统自 动寻找中心线， 若中心线不明显，则提示点取中心线。 4 . 2 . 5成组标注 成组标注的类型有: ( 1 )连续标注 标注两个以 上依次相连的尺寸; ( 2 )基准标注 标注由同一基准出发的尺寸; ( 3 ) 坐标标注 由 同 一 基准出 发的尺 寸， 也 可以 用 坐标标 注; 成组标注能一次标注多个相关尺寸，既提高标注速度，也可以使标注整齐规 范。操作方法可以设计为一次点取多个图素，按照不同的类型 ( 连续、基准、坐 标标注)的不同标准同时标注。 连续标注有两种形式: 一般的连续标注和坐标连续标注。当选择连续标注时， 会自 动显示一般连续和坐标连续选项。选择好所需选项，依次点取各标注元素， 多个尺寸就可以一次生成，并保证线性尺寸线在同一直线上，弧形尺寸线在同一 圆弧上。连续标注的实例图如图3 -3 0 所示。 、 二三团一 二 图3 一 3 0连续标注 基准标注的设计方式为:选择基准标注，系统会提示首先选择好基准线，然 后依次点取以此为基准的其它元素，就可以一次生成由同一基准出发的多个尺寸， 浙江大学硕士学位论文 而且保证各尺寸线由小到大，等距离的整齐排列，如图3 - 3 1 所示。 图3 -3 1基准标注 坐标标注的设计方式为:选择坐标标注，系统首先提示点取相对坐标原点 然后点取要标注的元素，最后拖动鼠标确定坐标表格位置，就可以得到多个元素 的坐标及尺寸值，各元素的编号也是根据点取顺序自 动生成的，如图3 - 3 2 所示。 2 一 子-一 令一 图3 一3 2坐标标注 4 . 2 . 6引出标注 引出标注的类型有倒角标注和其它引出标注。 1 .倒角标注 选择引出标注， 系统自 动显示倒角标注选项， 其设计方法如下: 点取要标注的倒角的图素， 就会 浙江大学硕士学位论文 自 动按标准标出倒角。倒角标注的效果如图3 一 33所示、 2 .其它引出 其它引出为默认值。点取图上一点，拖动鼠标生成所需要的折线，并在横线 上弹出上下两个文字框，根据需要，填入引出文字即可，如图3 一34所示。 2 一 i x45 。 、 带 、脸 了 一于 图3 一3 3倒角标注 / / 一 一 唇 / 霭 共 李 / /七 上一 、 一 、 加强筋/价 / 图3 一3 4其它引出标注 4 .3尺寸标注在电机c a d二次开发系统中的实现 尺寸标注是auto c a d数据库中块表记录的一种对象。 一个完整的尺寸标注对 象由 尺寸标注线( d i m e n s i o n li n e ) ， 尺寸界线( e x t e n s i o n u n e ) ， 尺寸箭头( d i m e n s i o n airo w)和尺寸文字 ( d i m e n s i o n 介x t )构成。 在auto c a d数据库中， a c d b d ime ns i o n 类为尺寸标注类的基类， 其派生类主 要 有 对 齐 标 注 ( a c d b ali ，e d d i m e n s i o n )、 两 线 定 角 标 注 ( a c d b z li n e an即l a r d 加e n s i o n ) 、 三点定角标注(acdb 3 p o i n t a 门 即l a rdi m e n s i o n ) 、 直 浙江大学硕士学位论文 径标注( a c d b d i a m e t r i c d i m e n s i o n ) 、半径标注( a c d b r a d i a l d i m e n s i o n ) 、 坐标尺寸标 注 ( a c d b o r d i n a t e d i m e n s i o n ) 和定角 标 注( a c d b r o t a t e d d i m e n s i o n ) 等。 编程实现坐标标注也就是根据用户选择标注的种类， 在数据库块表中写入相应 的尺寸标注对象，并根据用户的要求 ( 如鼠标拖动、文字填写等)确定尺寸标注 的属性，从而完成本文的尺寸标注方法。 4 . 3 . 1 基本标注的实现 下面以两线定角为例说明基本尺寸标注是如何实现的。 首先设置标注对象的一些属性， 如箭头的长度、 颜色以及标注公差的设置等等。 完成这些初始化工作后进入命令提示状态，让用户选择标注的种类，在用户选择 两线定角标注后开始追踪鼠标、键盘的操作，完成两线定角的标注，具体代码主 要部分如下: i f ( s t r c m p ( k e y w o r d , 2 l a n g ) = = 0 ) / / 两线定角 标注 刀 选择直 线， 高 亮显示它并 取得标 注所需 要的 两直线的 起、 终点。 i f ( a d s e n t s e l( fin选 择第 一条 线 : ,e n ,p t) = 二 r t n o r m ) if ( a d s e n ts e l ( fin选 择第 二 条 线: ,e n ,p t ) 二 二 r t n o r m ) 二， 二 刀 生成标注类实体 p d im 2 l a n g = n e w a c d b 2 l i n e a n g u l a r d i m e n s i o n ( p t l ,p t 2 ,p t 3 ,p t 4 ,p t 4 , n u l l ,d i m s t y l e l d ) ; e l s e . . / / 错误 及异常处 理 追踪鼠标变化改变两线定角标注的属性。 a d s _ g r r e a d ( tr a c k , ( / 追 踪鼠 标光 标的 移 动 刀 设定两线定角标注实体的属性 ( 使随鼠标移动二变化 i f ( s t r c m p ( k e y w o r d , 2 l a n g ) = = 0 ) 4 . 3 . 2复杂标注的实现 下面以 连续标注为例介绍复杂标注在电 机c a d二次系统中的实现。复杂标注 主要是实现那些在一般图纸标注中出现频繁但用一般的标注方法又比较麻烦的标 注，而这些标注往往又有着一定的规律，可以通过编程实现，从而大大减少了工 程技术人员标注的工作量。 图3 - 3 5 是连续标注实现部分的程序流程图。 浙江大学硕 上 学位论文 选择连续标注的前两条直线 否连续标注其它直里 选择 下一条直线 注实体 图3 -3 5 连续标注实现部分的程序流程图 4 . 4 原有尺寸信息的 提取、 检验和修改方法的 探索 许多以前开发的图纸，由于各种原因而造成尺寸标注的分布不合理、或者尺 寸标注的不准确，因此要重新利用这些图纸就必须进行尺寸信息的提取、校验和 修改 过去，人们常常编写 a u t o c a d应用程序读取图形的 d x f文件，获取零件图 形的尺寸标注信息。这种方法有一个明显的缺点是不能对尺寸标注信e , 进行实时 提取，必须先将图形存盘为d x f 文件，程序读取 d x f 文件刁能获得图形的数据。 如果要根据图形的尺寸标注信息进行下一步工作就不可能。其实，当前图形文件 ( .d w g ) 实 质上就是 一个a u t o c a d数据 库， 如 前面 所说 的 那 样。 在a u t o c a d图 形数据库中， 尺寸标注信息被作为一个d i m e n s i o n实体， 我们可以利用它的d x f 组码和组值提取它的信息。但是，如果绘制零件图是采用的是缺省值，川 二 么在 浙江大学硕士学位论文 d i m e n s i o n实体的组码和组值就不存储缺省值， 只是在标注尺寸信息时形成的无 名 块中 才 保 存有 标 注尺 寸的 缺省 值。 文 献3 8 中 提出 了 一 种a u t o c a d图 块实 体 几 何信息的提取方法，利用实体组码 2得到保存标注尺寸信息的无名块的名称，然 后在 “ b l o c k ”符号表中检索该图块名，获得该图块定义信息链的头指针，最后 遍历结果缓冲器链表，根据d x f的组码和组值提取块内子实体的几何信息。尺寸 标注时形成的无名块虽然也是块，但采用这种方法也不能提取到尺寸标注信息， 本部分分析了图形数据库的信息， 然后提出了一种实时获得尺寸标注信息的方法， 并探讨了实现尺寸标注信息自 动提取、检验和修改的程序的编制方法。 4 . 4 . 1提取、检测和修改尺寸信息的方法 a u t o c a d图形的数据全部存储在a u t o c a d的图形数据库中， 任何一个图形实 体都是按照一定的格式存储的， 这种格式就是d x f的组码和组值。 d x f 格式是特 定版本a u t o c a d图 形文件中 所包含的全部信息的标记数据的一种表示方法。 标记 数据的意思是指在每个数据元素前都带有一个称为组码的整数。组码的值表明了 其后数据元素的类型，也指出了数据元素对于给定对象 ( 或记录)类型的含义。 对于尺寸标注实体 ( d i me n s i o n ) 来说，如果绘制零件图时采用的不是缺省值， 那么在d i m e n s i o n实体的组码1 的组值中存储着尺寸标注信息，在组码2 的组 值中存储着尺寸标注时形成的无名块的块名。例如线形标注时如果某线段实际长 为1 0 1 ， 标注尺寸时标为1 0 0 ， 则提取组码1 的组值可以得到尺寸的标注信息， 1 0 0 相反，如果标注尺寸时标为了“ 1 0 1 ，即采用了 缺省值，那么在 d i me n s i o n实 体中组码 1及它的组值就被忽略了，采用提取实体的组码、组值的方法就行不通 了。 a u t o c a d数据库中包含了 几个符号表， 块表 ( 名称: a c d b b l o c k t a b l e ; 命令: b l o c k )就是其中之一。为了提取采用缺省值标注尺寸的尺寸标注信息，我们首先 在d i m e n s i o n实体的组码2的组值中获得尺寸标注时形成的无