（车辆工程专业论文）基于nx的乘用车后视野预测方法研究.pdf

摘要 随着汽车工业的迅猛发展，汽车与人们的生活结合得越来越紧了。汽车不再 只是一种简单的交通工具，人们还需要汽车在其他性能方面表现突出。除了外 观之外，人们还对汽车的动力性、经济性以及操纵稳定性提出了更高的要求， 汽车也朝着节能、环保、安全三个方向发展。在这三个方向里面，安全问题越 来越成为人们关注的问题。汽车视野尤其是后视野对汽车的行驶安全性和操作 方便性影响很大，所以在车身总布置设计过程中，后视野性能成为设计师非常 关注的一个方面。一般来说，汽车后视镜后视野性能检测都是在车身概念设计 阶段进行，这样不但能够直接看出后视镜性能好坏，同时在设计初期就能发现 在车身设计和布置中存在的问题，做出及时更改。由此看出，开发后视镜后视 野检测模块具有重要的实际意义。 在对国内外视野设计现状进行研究并掌握与后视野设计相关的理论后，本文 以u g n x 作为软件平台，运用其提供的u g o p e n a p i 、u g k f 、u ic o m p o n e n t 等二次开发技术，同时借助k f 语言以及c c 抖语言，用s a e 和g b 方法完成 了对乘用车内、外后视镜及内视镜在水平方向和垂直方向的后视镜进行了视野 检测。 本文所研究的乘用车后视镜后视野检测模块是在车身概念设计阶段，对后视 镜模型进行视野检测。其主要分为左外后视镜水平方向视野检测、左外后视镜 垂直方向视野检测、右外后视镜水平方向视野检测、右外后视镜垂直方向视野 检测、内视镜水平方向视野检测及内视镜垂直方向视野检测六大部分。设计完 成的后视镜后视野检测模块，用户只需输入h 点和车辆参数，系统便自动计算 并生成眼点，然后输入后视镜参数，选择测量类型，系统便会得出后视镜后视 野情况，并与法规中的视野要求进行对比，直观地看出所设计后视镜能否满足 视野要求。 本文所做的研究主要是利用u g n x 提供的二次开发技术对乘用车后视镜后 视野性能的检测，从检测结果也可以看出了此模块的实用性。若能将二次开发 技术推广到车身设计的其他方面，相信对实现协同设计，提高车身设计质量， 缩短开发周期并节约成本有很大的推动作用。因此，本文对于开发其他车身设 计方面的应用模块有一定的指导作用。 关键字：乘用车，后视镜后视野，u g n x ，检测 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fa u t oi n d u s t r y , a u t o m o b i l ec o m b i n e sw i t hp e o p l e sl i f e m o r ea n dm o r ec l o s e l y a u t o m o b i l ei sn ol o n g e rj u s tas i m p l et r a n s p o r t ，i ts h o u l dh a v e ap r o m i n e n tp e r f o r m a n c eo no t h e ra s p e c t s b e s i d e ss h a p e p e o p l ep r o p o s eh i g h e rr e 。 q u k e m e n t so na u t o m o b i l e sp o w e r , e c o n o m ya n do p e r a t i o ns t a b i l i t y , a n da u t o m o b i l e d e v e l o p st o w a r d se n e r g ys a v i n g , e n v i r o n m e n tp r o t e c t i n ga n ds a f e 。i nt h e s et h r e ed i - r e c t i o n s ，s a f ep r o b l e m st a k em o r ea n dm o r ep e o p l e sa t t e n t i o n a sv i s i o ne s p e c i a l l y r e a rv i s i o np e r f o r m a n c eo fa u t o m o b i l eh a v eag r e a ti n f l u e n c eo ns a f et r a v e l i n ga n d c o n v e n i e n to p e r a t i o n ，d e s i g n e r sp a ym u c ha t t e n t i o nt or e a r - v i s i o np e r f o r m a n c ed u r i n g a u t o b o d yg e n e r a ll a y o u t g e n e r a l l ys p e a k i n g ，t h ec h e c k i n ga n dv a l i d a t i n go fa u t o - m o b i l er e a rm i r r o r sr e a rv i s i o ni sc a r r i e do u ti na u t o - b o d yc o n c e p t u a ld e s i g np h a s e ， a sd e s i g n e r sc a nn o to n l yj u d g ew h e t h e rt h er e a rv i s i o np e r f o r m a n c eo fr e a rm i r r o r si s g o o do rb a d ，b u ta l s of i n dt h ep r o b l e m so fa u t o - b o d yd e s i g na n dl a y o u ti nt h eb e g i n - n i n go fd e s i g n ，a n dm o d i f yi nt i m e s oi t i sp r a c t i c a l l ys i g n i f i c a n tt od e v e l o pt h e c h e c k i n ga n dv a l i d a t i n gm o d u l eo f r e a rm i r r o r sr e a rv i s i o n a f t e rr e s e a r c h i n go nt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fv i s i o nd e s i g na n du n d e r s t a n d i n gt h e r e l e v a n tt h e o r i e so fr e a rv i s i o nd e s i g n ，b a s e do nu g n xs o f t w a r ep l a t f o r m ，u t i l i z i n g u g o p e na p i ，u g k eu ic o m p o n e n ta n ds oo nr e - d e v e l o p m e n tt e c h n o l o g i e s ，t h i s p a p e rc o m p l e t e st h ev i s i o nc h e c k i n ga n dv a l i d a t i n go fl e f ta n dr i g h to u t s i d em i r r o r s a n di n s i d er e a r v i e wm i r r o ri nv e h i c l eh o r i z o n t a la n dv e r t i c a ld i r e c t i o nb yg ba n d s a em e t h o d s t h er e a r v i e wm i r r o rc h e c k i n ga n dv a l i d a t i n gm o d u 1 ew h i c ht h i sp a p e rr e s e a r c h e so n i su s e dt oc h e c ka n dv a l i d a t et h ev i s i o no fr e a r v i e wm i r r o r - m o d e li nt h ea u t o - b o d y c o n c e p t i o nd e s i g ns t a g e i tc o n t a i n ss i xp a r t s ，t h ec h e c k i n ga n dv a l i d a t i n go fl e f t o u t s i d em i r r o ri nh o r i z o n t a ld i r e c t i o n ，t h ec h e c k i n ga n dv a l i d a t i n go fl e f to u t s i d e m i r r o ri nv e r t i c a ld i r e c t i o n ，t h ec h e c k i n ga n dv a l i d a t i n go fr i g h to u t s i d em i r r o ri n h o r i z o n t a ld i r e c t i o n , t h ec h e c k i n ga n dv a l i d a t i n go fr i g h to u t s i d em i r r o ri nv e r t i c a l d i r e c t i o n , t h ec h e c k i n ga n dv a l i d a t i n go fi n s i d em i r r o ri n h o r i z o n t a ld i r e c t i o n ，t h e c h e c k i n ga n dv a l i d a t i n go fi n s i d em i r r o ri nv e r t i c a ld i r e c t i o n w h e nu s i n g t h ew h o l e c o m p l e t i n gm o d u l e ，u s e r si n p u tt h ec o o r d i n a t eo fh p o i n ta n dv e h i c l ep a r a m e t e r , i i i s v s t e mw i l lc o m p u t e rt h e ma u t o m a t i c a l l ya n d c r e a t ee y ep o i n t , t l l e nm p u t 舰1 e w m i r r o 心p a r 鲫a e t e r s ，c h o o s em e a s u r i n gt y p e ，s y s t e m w i l lc r e a t et h er e a l v i s i o no f m i o r sa u l dc o m p a r et ot h er e q u i r e m e n t so f l a w , u s e sc a l li n t u i t i v e l yj u d g e w h 础凹i t m e e tt h er e q u i r e m e n t so rn o t 耶1 em a i l l l yr e s e a r c ht l l a tt h i sp a p e r d o e si st h ec h e c k i n ga n dv a l i d a t i n go fr e a rm l r - r o r ，sr e a rv i s i o no fp a s s e n g e rc a ru s i n gr e - d e v e l o p m e n tt e c h n o l o g i e s w h i c h1 ss u p 。 p l i e db yu g n x ，t h et e s t i n gr e s u l t sp r o v ei t s p r a c t i c a l i t y i ft h i s 托_ d e v e l o p m e n t t e c h n 0 1 0 9 i e ss p r e a dt oo t h e ra s p e c t so fa u t o - b o d yd e s i g n , i t w i l lh a v eag r e a tp r o m o t i o no nr e a l i z i n gc o l l a b o r a ：t i v ed e s i g n ，p r o m o t i n gt h eq u a l i t i e so fa u t o 。b o d y d e s l g 玛 s h o n 商n g 纵j t o b o d yd e v e l o p i n gp e r i o da n ds a v i n gc o s t - t l l e r e f o r e “sp 印盯1 s a 觚d et os o m ee x t e n ti no t h e rd e v e l o p m e n t o na u t o - b o d yd e s i g na s p e c t s - k e vw or d s = p a s s e n g e rc a r ；r e a r - v i s i o no f r e a r v i e wm i r r o r ；u g 似；t e s t 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特另加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：墓垡旌公日期：乏皇臣：查2 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：笑够李杠导师( 签名) ：积尊日期伊p 厂l 弓扩 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 概述 第1 章绪论 改革开放以来，我国经济进入高速发展的道路，国民经济的各个方面都得 到了很大的提升。同样，作为现代制造业的重要部分，汽车工业的发展也是如 日中天，汽车在人们生活中扮演的角色越来越重要。同样，汽车工业的发展也 拉动了其他工业的发展，包括钢铁、冶金，化学等，因此，汽车工业日益彰显 其支柱产业的作用。汽车主要包括三大总成：车身、底盘及发动机。随着汽车 服务领域渗透到各个行业，车身在三大总成中起的主导作用日益明显。据统计， 汽车车身质量占整车自身质量的比例，客车、乘用车及多数的专用车为4 0 到 6 0 ；即使在底盘较重的货车中，车身质量占的比例也在1 6 到3 0 之间；而 车身的制造成本所占的百分比甚至还超过了上面给出的最大值。因此，从上面 的数据我们可以看到，提高车身的经济效益对整车经济效益的提高有很大的推 动作用。 综观世界汽车工业发展革局，我们知道，汽车是从底盘到发动机再到车身 这样逐渐发展完善过来的。这种发展进程是必然的，相当程度由当时的生活水 平以及科学技术水平决定，而在汽车的发展过程中，为了满足不同的需要乃至 对车辆进行更新换代等，车身起着关键作用。所以，车身工程是汽车工业中最 年轻而又发展最迅速的一个分支。 从国内外汽车生产的实践可以得出以下结论：与整车生产能力的发展最相 关的还是车身的生产能力；同时，汽车产品的更新换代很大程度上也是车身结 构的变换；车身造型的变换也将直接影响汽车的销售情况。这些都说明一个问 题，汽车工业作为国民经济的重要支柱产业，车身的贡献是显而易见的【1 1 。 汽车车身是实现汽车使用功能的重要部分，车身的设计制造水平也与整车 技术性有着直接的关联，汽车车身的品质将影响整车的动力性、经济性、平顺 性、操纵稳定性、乘座舒适性、行驶安全性等。汽车车身设计的涉及面远远超 出一般机械产品的范畴，诸如：工程力学、工业设计、空气动力学、人机工程 学、材料学、电子学、自动控制学、环境学、人体医学、生物工程学、机械学、 制造工艺学、化工、经济管理等，汽车车身的发展状况直接反映出一个国家的 武汉理工大学硕士学位论文 科技和工业水平。 1 2 现代汽车设计方法 当前国外的汽车产品设计通常由两阶段组成：概念设计和工程设计。概念 设计确定车身的结构与参数，这些参数将影响到后续设计的正确性和周期，所 以，概念设计是产品设计过程中比较重要的部分，通常占到设计成本的7 0 ， 正因为如此，越来越多方法应用到概念设计阶段，比如说c i m s 、f m s 、v m 等。 并且，这个阶段相对其他来说是最容易对其进行修改的，花费也较少，但是其 对产品的影响甚大，同时，在这一阶段的设计中，还可以寻求多个领域的合作， 汇集问题协同解决，很大程度上减小了返工的可能性【2 】。 图1 1 为现代车身结构设计流程图l 引。 在现代车身设计方法中，一个很重要的就是并行工程，并行工程是集成、 并行地设计产品及其相关的各种过程( 包括制造过程和技术支持过程) 的系统方 法。并行工程的工作方式是组织跨部门、多学科的开发小组，一起并行协同工 作，对产品设计、工艺和制造等上下游各方面同时进行考虑和并行交叉设计， 及时地交流信息，使各种问题尽早暴露，并共同加以解决，这样就使产品开发 时间大大缩短，同时新产品质量和成本都得到改善。 应用计算机进行设计信息处理，即我们通常所说的计算机辅助设计( c a d ) ， 其核心任务是创建数字化模型。上世纪6 0 年代开始，国外的汽车行业就开始将 一些后续生产环节，比如说汽车的外形设计和绘图、加工等，通过计算机程序 串通和链接起来，形成汽车车身设计制造一体化( c a d 、c a m ) 。例如：美国通 用汽车公司在6 0 年代中期就研制了一种汽车车身的c a d c a m 系统；英国的 p s f ( p r e s s e ds t e e lf i s h e r ) 公司的研究和发展部门于1 9 6 6 年前后实现了汽车车身 设计制造一体化技术改革，大大提高了工效和产品品质。国内汽车行业也在上 世纪7 0 年代开始将计算机辅助设计用于汽车设计过程中，比如，利用有限元进 行结构分析等，促进了我国汽车工业的发展。 正是因为c a d 在汽车设计中得到了广泛应用，现代车身结构设计过程向着 以下方面发展： 2 武汉理工大学硕士学位论文 图1 1现代车身结构设计流程图 ( 1 ) 设计与分析并行：在汽车设计的每一阶段，我们都要进行结构分析，例 如，从开始选型，到结构设计具体的性能参数的确定，再到设计方案的比较定 型，到最后进行的模拟实验，这中间都包含有车身结构分析。如果从试制到的 定型只需要通过一定的验证即可，那么车身的研发周期将会缩短许多。 ( 2 ) 优化思想存在于设计各阶段：现代汽车设计都追求轻量化、舒适性、安 全性，所以，寻优思想始于设计开头阶段，贯穿于整个设计阶段。 ( 3 ) 大量的虚拟实验代替实物实验：虚拟实验不需要实物就能进行，而且可 以做到迅速、快捷，同时信息量大。通过虚拟实验一方面不会使设计显得盲目， 同时，又能在设计中及时地发现设计中存在的问题，及时解决，这样也能节约 成本，形成一种设计新思路1 4 j 。如图1 2 所示。 3 武汉理工大学硕士学位论文 图1 2 汽车车身设计新思路 1 3 本文研究的意义及国内外现状 1 3 1 本文研究的意义 当今社会，人们对汽车的定义不再只是个交通工具，汽车的发展朝着安全、 节能、环保这三个方向发展。当然在这三个方向中，最关系到人们切身利益的 还是安全问题。汽车安全设计要从整体上考虑，不仅要在事故发生时尽量减少 乘员受伤的机率，而且更重要的是要在轻松和舒适的驾车条件下帮助驾驶员避 免事故的发生。现代汽车安全技术包括主动安全技术和被动安全技术两个方面。 而被动安全技术和主动安全技术是保证汽车乘员安全的重要保障。过去，汽车 安全设计主要考虑被动安全系统，如设置安全带、安全气囊、保险杠等。现在 设计师们更多考虑的是主动安全设计，主动安全包括了汽车视野、汽车灯光、 驾驶操纵性及操纵稳定性等。而在汽车主动安全性中，汽车视野是非常重要的 一部分，其性能好坏会直接决定汽车能否安全行驶，乘员乘坐是否舒适以及能 否便利操作，所以在对汽车车身进行总布置时，必须考虑汽车的视野性能1 5 j 。 随着汽车与人们生活结合得越来越紧，汽车的作用已经超出了简单的交通 工具这一范畴，人们已经注重于从汽车的各个性能方面对其进行考查，包括外 形、动力性、经济性以及操纵稳定性等，并且对其视野性能要求越来越高。这 4 武汉理工大学硕士学位论文 对车身设计人员提出了更高的要求，必须结合人机工程学原理，使驾驶空间及 操纵机构尽量符合人机工程学要求，同时，使大部分驾驶员在坐姿比较舒适的 情况下能获得良好的操纵性和视野性。因此，在汽车车身内部布置设计中，视 野检测工作是很重要的一部分，尤其是汽车后视野，属于间接视野范围，汽车 后视野在汽车转弯、变线、超越、被超越等操纵中影响很大，特别在高速公路 上发生的很多事故都与汽车后视野盲区有关。因此，在汽车设计早期就做好汽 车后视野的检测工作，根据检测结果及时评价和发现初期内部布置是否合理， 在满足后视野国家标准的条件下尽最大可能地减少盲区的范围，也能一定程度 上提高汽车的主动安全性。 在现代汽车设计中，计算机辅助设计已成为一种比较流行的方法。但是， 在国内，这一方法还没有得到广泛运用，仅局限于一些比较简单的设计，比如 说利用三维软件进行制图，或利用一些分析软件进行结构分析等，没有真正发 挥软件的作用。软件的二次开发功能正是为这个问题而设计的。它是在具体问 题存在的情况下，选定其给出的一个恰当的开发平台，开发出专业性比较强的 软件。本文运用u g n x 软件提供的二次开发平台，对乘用车后视野检测工具进 行设计与开发，作为在后视镜设计过程中的一个参考。u g n x 软件作为当今世 上集成度比较高的软件，在制造行业尤其是汽车设计中运用广泛，然而，其在 用于后视镜后视野检测的模块却有待开发。 因此，开发一款专用于乘用车后视镜后视野检测的软件模块十分具有应用 价值。 1 3 2 本文的国内外研究现状 在现代汽车工业的发展中，节能、环保、安全日渐成了汽车发展的三大主 题。作为汽车主动安全的一个重要部分，汽车视野尤其是后视野已经成为各大 汽车厂家及相关研究机构重点研究发展的一个方向。当然，一些老牌汽车强国 如美国、日本及德国等欧洲国家在这方面的研究比较靠前【6 】。日本对汽车视野的 研究时间较长，同时也研究也较深入、全面，现在其研究领域已经拓展得很宽， 包括医学、心理学还有生理学等学科，并且，日本将这些学科与视野的研究工 作有机的结合起来，这样，对视野的研究工作就可以从各个角度进行。美国人 在这方面与日本人的侧重点不同，他们注重于驾驶员如何能快速、准确地从仪 表板上获取信息，减少驾驶员对信息的判断时间，另外，他们还关注方向盘在 5 武汉理工大学硕士学位论文 仪表板上给驾驶员造成的视野障碍。欧洲在视野方面则主要注重在研究车辆静 止情况下，当驾驶员调整好座椅位置时，车身的哪些结构会影响驾驶员的视野。 这也体现了欧洲人的研究很实际。例如，他们对车前板( 如发动机罩和翼子板 等) 、a 柱以及内外后视镜等进行研究，看如何使其达到更好的视野要求【。7 1 。 我国也很重视对视野安全方面的研究工作。例如，在我国的汽车标准体系 中，第一章绪论标准中强制性执行的前五项都是视野及其相关类的项目。当然， 也有不足的地方，主要表现在我国对视野的研究还不全面，主要局限在针对视 野测试技术的应用与研究方面，即对汽车的视野进行检测，看其能否达到国家 标准的要求。当然，随着汽车工业的发展，我国也加重了对汽车视野的研究， 例如，中国汽车技术研究中心视野研究室研究出了专门用于视野测试用的软件， 再利用三坐标测量仪，可以进行一定的视野检测工作。汽车质量监督检验中心 运用激光经纬仪成功推出了激光视野测量仪，也可完成视野测试【8 】。此外，某些 高校也在视野设计方面投入了一定的人力和资金，也获得了许多学术成果。但 是，综合来说，我要对视野的研究与发达国家相比还相差甚远，并且伴随着汽 车技术在发展，汽车的视野要求会越来越高。同时，汽车视野法规也日渐完整， 相信以后对汽车视野研究的投入会更多。 1 4 本文研究的主要内容 汽车人机工程学作为汽车工程学里面的一个重要分支，在汽车设计中广泛 应用，比如，汽车内部布置就是其重要应用之一，汽车视野设计与汽车内部布 置密切相关。本文主要讨论并研究了基于n x 的乘用车后视镜后视野检测工具的 开发。在u g 卜开发平台的基础上，结合视野设计相关理论，利用c c + + 以及 u g n x 软件提供的u f 、k f 等二次开发技术，对汽车驾驶员的后视野在水平方 向及垂直方向进行测量，据此设计出一套乘用车后视野检测模块。 乘用车后视野检测工具按其检测流程分为几大部分：定义眼点位置和汽车 参数；定义后视镜参数；选择后视镜后视野检测类型以及检测结果与法规的对 比。本文先介绍了基于n x 平台的车身二次开发技术，接着讲到了二次开发中用 到的语言，包括u f 、k f 和c c + + 语言。然后讨论了乘用车后视野设计的基本 理论。再接着对乘用车后视野检测模块的具体开发过程进行了详细阐述。最后， 以一具体车型为例验证了此系统的实用性与有效性。 6 武汉理工大学硕士学位论文 1 5 本章小结 在汽车主动安全中，汽车视野设计是不可缺少的一部分，而汽车后视野则 是汽车视野中比较关键的一块。由于国内对视野的研究还处在开始阶段，其研 究内容相对较少，所以本文提出了后视野检测工具的开发流程等内容。本章主 要对现代汽车车身设计方法以及汽车后视野检测的意义还有国内外研究现状、 本文所做的主要工作等进行了介绍。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章基于n x 的车身开发技术 2 1 u g n x 软件简介 u n i g r a p h i c s ，通常简称u g ，是当前国内外得到最广泛使用的一款大型c a d 集成软件，可从设计到分析，加工到管理等不同领域与阶段施展强大的功能纠。 不仅如此，u g 一直保持着其在先进制造领域的领先地位，并且随着时间推进不 断产生更新的版本，以及时反映当代最新的进展与成果。数十年来，u g 软件紧 密结合用户需求，实现了高速发展，当前已有航空、航天、汽车等多种工业的 使用u g ，在飞机、汽车领域等数个大型工程项目考验下，u g 被评为世界领先 的c a d c a e c a m 一体化软件。该软件涵盖了设计、分析与c a m 各种功能， 能够在实践中为操作人员提供内容极为丰富的图形资源库，在机械辅助制造方 面亦同样适用。尤为突出的是，n x 版u g 将上述3 种功能进行了有机统一，能 够支持虚拟设计与研发、高精度装配、以及加工模拟仿真等功能，从而在机械 设计与制造二者的集成化方面迈出了一大步，使新产品的研发周期显著缩短， 更在材料、资金和人力等资源上产生了巨大的节约效应，可以说是机械设计与 加工制造产业的大变革【儿儿。 u g n x 软件包含了功能十分强大的应用工具，使用这些工具，能够完成产 品的零件与装配设计、c a e 有限元及动力分析、工程图纸的输出以及数控加工 编程等工作。在不断推出新版本软件以及功能随之丰富化的基础上，u g 的应用 范围不断拓宽，专业化与智能化是其当前的发展方向【l 。 作为专业工程领域广泛青睐的一款软件，u g n x 还有如下突出特点：开发 平台有着十分强大的功能，使软件有良好的可发展空间以及服务的可连续性。 按照开发层次进行划分，u g n x 的开发平台可分为2 种；内部以及开放式二次 开发环境。前者主要是软件的内部开发与维护人员就功能完善所基于的核心开 发环境，而面向广大的工程设计师的则是二次开发环境即后者，尤其在汽车制 造业u g n x 软件有着极为广泛的应用。考虑到汽车产品结构的复杂以及相关生 产标准的多样化，在不同设计与制造企业间通常具有不同的要求。而u g 小的 二次开发环境则在应用软件与设计师的个性化需求间建立了一个充分稳定且强 大的接口。在此基础上，设计师们能够在不同应用软件间实现数据共享，或者 8 武汉理工大学硕士学位论文 按照需求，在二次开发环境下对u g n x 的功能进行相关的编辑与拓展，这些都 使得u g n x 的使用者能够提高研发水平，节约研发时间。在竞争日趋激烈的现 今显然具有重大意义。 2 2 二次开发技术- - u g o p e n a p i u g o p e na p i 即应用程序接口，或称用户函数( 简称u f ) ，是u g o p e n 二 次开发软件的重要组件之一，是u g n x 软件平台中对车身应用模块进行有关开 发的建模工具。其核心中含有数千个c 函数，主要用途是完成大部分的u g 操 作功能。在m sv c + + 中调用、编译此函数，即可完成u g n x 模型的修改，操 作者与u g ( 界面进行交互、对u g n x 发出指令并使之动作等。在u f 基础 上，开发者能够再现所有u g 既有的各种功能，其开放性令众多u g 用户使用其 进行相关的二次开发。简而言之，u g o p e na p i 可以看作u g n x 和外部应用程 序间的一种接口，用于实现跨计算机平台的不同应用软件间的数据共享。作为 一系列函数与过程的集合体，其采用c c + + 进行编程以调用此函数或过程，具有 如下功能1 1 2 j ： ( 1 ) 对n x 模型文件与模型做出各种操作，诸如建立模型、查阅模型属性、 构建装配件、生成工程图等。 ( 2 ) 在程序主界面中构建交互性界面。通过n x 菜单脚本u g o p e nm e n u s c f i p t 与u i s t y l e r ，第三方开发者可通过定制有关用户界面，将开发程序植入程序菜 单以及对话框。 ( 3 ) 建立用户定义对象，并进行相关管理操作。 ( 4 ) 对u g n x 对象间的联系进行有关处理，并为实现其显示与更新提供条 件。 u g o p e n a p i 的主要在于通过共享信息，为身处异地的使用者完成协同设计 提供更充分的资源和条件，不仅能显著提高跨学科协同设计的效率，令全球化 的生产与制造商更为有效地完成产品的设计、研发与制造过程，从而加速产品 市场化进程。 u f 程序源代码尚无法为u g n x 直接识别，与c 程序相同，需通过编译形 成d l l 或e x e 文件后才可使用。根据程序运行的环境区分，u f 可区分为外部u f 和内部u f 等形式。u f 函数均可用于内部方式，但对于外部方式则不然。如何 对u f 函数进行区别可参考有关r e f e r e n c e 文件，其中详细说明了各函数的内外 9 武汉理工大学硕士学位论文 部u f 方式。 外部u f 程序属于可执行程序，运行时需要l i c e n s e 予以支持，能够在操作 系统中直接执行，而无需主界面。其主要应用在v c + + 以及c + + b u i i d e r 的宰e x e 中，可通过直接调用u f 函数以实现u g n x 功能。主要优点在于不必启动 u g l 、，即后台运行，从而节约运行时间，而主要缺点在于无法和u g n x g a t e w a y 交互，故无法利用u g n x 的显示窗1 2 以动态得给出操作结果的相关反 馈，并且也无法实现用户的交互性操作，因此常用于p a r t 文件的大规模创建、 存取以及控制出图，而较少用于用户交互性的建模以及修改。 内部u f 一般以动态链接库形式进行创建及编译。与外部u f 不同的是，其 必须启动u g n xg a t e w a y 才可实际运行。内部u f 调用方式有：一是启动 u g n x ，单击文件执行一二n x 打开，选择要执行的d l l 文件( 程序入口点为 u f u s r ) ，二是在用户建立的菜单中调出定制界面( u is t y l e r ) 来运行( 程序入1 2 点为 u f s t a ) 。内部u f 的主要特点是可以处理u i 对象接口，并与u g 界面完成无缝集 成并扩充相关功能，除此之外，它执行的各个步骤都可以从客户窗口中得以动 态反映，故而可方便地基于u i 界面对象实现和用户的交互，以及屏选等复杂操 作。 内外部u f 的应用条件并不一样，并且编写时的程序结构与编译步骤也有所 不同。大多数u f 函数应用在外部u f 程序时，书写格式与内部u f 程序是相同 的。外部u f 程序一般建立在普通w i n d o w s 应用程序基础上，并且调用了u f 函 数，所以在编程时只需将u f 的各头文件以及u g u s e r 1 i b 库包含入工程，即可在 应用程序中对u f 实现调用，而外部u f 运行则需使u g u s e r d l l 处于系统路径中。 内部u f 程序不仅需要包含头文件和库，而且在编译时必须指明按多纯种动态链 接库进行编译操作，动态链接库的入口点需要为u f 某u s e re x i t 名字，在实际 应用中，对于从r u n a p ip r o g r a m 菜单运行的内部u f 则需要以u f s t a o 为入口点。 2 3u g 的矢口识融合 2 3 1 知识融合概述 基于知识的工程是面对现代化设计需求产生并发展起来的一种新型智能化 设计方法以及设计兼决策自动化工具。知识工程是推动工程设计智能化的一种 途径，其任务在于一些人( 一般为知识工程师) 访问领域专家，探查其所拥有的知 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 识，尤其是探查其推理和判断方式，并将这些编写为计算机内表示。这样计算 机即可模仿人类进行有关推理及求解问题。基于知识的工程使人们基于设计方 案与过程中相关知识的取得、表示以及处理，进而对设计方法与过程进行规则 定义，进一步按照功能要求、零部件信息与处理的有关描述，快速形成新的设 计方案，进而高效指导设计1 1 3 j 。 知识融合技术则是一种将基于知识的工程集成于u g n x 程序的高级技术。 通过这种集成，u g n x 提供了功能强大的设计应用系统。在此系统中，用户可 以直接利用工程师丰富的专业知识以及相关设计经验，将知识融合技术与设计 向导相融合。u g n x 系统的c a d 用户无需感知知识融合存在的情况下，即可 享受到专业设计的方便性。 知识融合技术包含如下方面的含义： ( 1 ) l 汀属于工程演算规则表，可记录并重复使用工程有关规则，同时还可以 互相彼此引用； ( 2 ) k f 属于产品配置系统，可选择合适的组件进行装配； ( 3 ) k f 属于极强大的计算机辅助设计语言； ( 4 ) k f 属于可定义并创建“智能部件”的系统，并且其装配成产品无需进行预 先编程。 在知识融合技术的应用过程中，设计人员使用单一工程产品数据模型来管 理有关设计参数以及知识信息。知识融合技术从工程演算师得到相应的设计规 则与各种要求，通过在u g n x 内部实例化( 即创建i n s t a n c e ) 从而可将这些设计规 则与要求无缝地传递至产品定义中。在此条件下，u g n x 系统的设计自动化程 度得到很大提升。知识融合技术可以在给定部件或装配的情况下获取几何以及 非几何特征，利用编写规则动作描述创建特性的相关过程。这使得用户事实上 有能力在c a d c a m 文件中获得蕴含于产品中的k n o w - h o w 信息。所以可以说 u g n x 是一套设计效果可预知型的产品设计系统。 u g n x 的知识融合系统仍属于一个开放式并在不断完善的系统。截至目前， 尚不能利用k f 完全u g n x 实现全部功能。因此程序开发过程仍要求用户能够 根据具体条件编写相关的k f 函数，可以内嵌于u g n x 程序，也可以位于u g n x 程序之外被引用。 武汉理工大学硕士学位论文 2 3 2 知识融合语言 知识融合语言即知识融合技术集成于u g n x 。知识融合语言属于面向对象 的解释性语言。因为知识融合语言能够存取u g n x 系统外的知识，如数据库以 及各种电子表格，并且能结合其他分析和优化系统，故用户可以利用知识融合 语言，在相关产品模型中运用规则或实例形式添加工程知识。知识融合语言结 合其特有的知识融合导航器用户界面，使得不同技能层次水平的用户都能够使 用知识融合技术。 知识融合语言并不复杂，其语法要求十分简单，只要求工程师适当具备编 程基础即能够迅速理解并很好地完成编写程序工作。如同其它语言一样，知识 融合语言同样具有一个庞大的函数库，通过调用函数库中的命令，工程师能够 轻易地完成比较简单的公式编写。当然亦可以利用其编写形式更加复杂的公式 或规则。其特征如下： ( 1 ) 知识融合语言属于具有声明性特以及求解需求驱动特点的语言。 所谓知识融合语言具有声明性，而非过程性的语言( 参照传统的高级语言， 如c 或f o r t r a n 语言等) ，故在编程过程中不用考虑程序语句以及各函数的先 后次序。当执行某特定规则或公式时，系统将在全部程序范围内自动查找并执 行此规则或求解此公式。根据知识融合语言的这种特性，可使交叉引用式设计 方式易于实现，而另一方面参数的交叉与关联是大多数工程系统设计都会面临 的重要问题。因此从这一角度上讲，声明性语言非常适用于工程设计系统的开 啦 及o ( 2 ) 知识融合语言属于具有层次性的语言。 知识融合与通常的产品结构类似，均由部件形成子装配，再进一步子装配 形成最终的结果。在所有的层次中均为相同的处理方法。 ( 3 ) 知识融合语言属于面向对象的语言。 知识融合语言是面向对象的，与c + + 相似的是，知识融合语言同样包括类 一级对象的概念，并且允许同时进行多重继承。类指含有共同特征的一组对象 的集合，而从类中创建一个特定对象的过程称作实例的创建。 ( 4 ) 知识融合语言属于解释性的语言。 在编写创建类文件之后无需再进行编译，配置u g 小系统查找路径后即可 直接进行调试并运行。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 ( 5 ) 知识融合语言无字母大小写的区分。 2 3 3 知识融合语言的语法实现 在u g 小系统中，知识融合语言包括以下3 种实现形式： ( 1 ) 属性与规则 属性通常是由属性名称、数据类型定义、行为标识以及一系列规则构成。 广义而言，只要能够为属性确定某一具体值的任何方式都属于规则或公式，它 在形式上可以是工程规则、数学公式、特定数值或者字符串等。另外用户还可 以通过各种操作，使用函数或者引用以及方法和条件控制的形式，使语言变得 更灵活。不管是使用规则或使用公式，都将返回唯一的值。用户可以借助知识 融合导航器，通过在一个n x 系统中添加单个或多个属性。所添加的属性将作为 特殊类型的数值，允许为c a d 数据模型所直接引用，而且属性值将随规则或者 公式计算结果变动随时更新，从而使c a d 模型随之更新。 ( 2 ) 类与类的实例 k f 类通过d f a 文件的形式进行定义，属于一些对象与规则的集合。u g k f 包含许多基本类，u g n x 标准体系特征类即是一典型例子，为构成更复杂类的 基础。用户亦可利用基础类建立特有的个性化类。如用户定义一系列工程操作 或者一系列界面与几何操作的集合。在建立类之后，在u g n x 特定系统基础上， 创建类的实例就将储存于n x 部件文件中。单个部件可包含有同一个类的数个不 同实例。对于一个类来说，通常是由类名、一系列父类以及一系列子规则所构 成。如图2 1 所示，是以构建一个立方体为例，就类的定义格式予以说明。 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 c l mz z r k c l rc l a ) , n o = z =u i n - i n = c l d l df i u l e 一( ch i l d ) b l o c k 一1 ： c l a s s u g b l o c k ； l h e i g h t ，d o o rh e i g h t ：卜c h i l dr u l e w i d t h 。d o o rw i d t h ：；l n p u y a i u e l ，： - j 图1 1k f 类的语法规则 ( 3 ) 方法 在u g n x 中，方法指数值的一系列计算规则的集合。和函数相仿，主要是 以变量形式传递附加信息。其定义格式见图2 2 所示： 图2 - 2 方法定义格式 2 4 全新的界面技术u ic o m p o n e n t 对于开发传统界面风格的n x 程序而言存在诸多弊端：至少一半的时间与精 力将用于u i 功能的实现，从而导致开发成本过高；所有应用程序u i 的设计都 需要建立在于底层开发工具基础上，从而导致界面操作的方式难以统一以及不 连续问题；而考虑到传统u i 界面开发的过程与本质，u i 界面代码重用将导致大 量代码实际上被浪费。详细而言，所有传统界面程序进行开发都必须借助大量 工具，例如m tt o o l k