基于ProE的虚拟拆装实验平台开发

1、哈尔滨理工大学大学生创新创业训练计划项目申 请 书 项目名称 基于ProE的虚拟拆装实验平台开发 学生所在单位 申报单位 项目负责人 起止年限 教务处 二一三年制填 表 说 明一、本表请如实填写，表达明确严谨。所需签字之处，由相应人员亲笔签名。如有弄虚作假现象，一经核实，将按照撤项处理。二、所列各项内容不能简单标注“见附件”，否则视为不合格；创业实践项目必须有校外导师，需填写校外导师相关信息并由校外导师在相应栏目签字。三、电子版填表字体用小四号宋体，1.5倍行距，申请书报送一式3份。要求统一用A4纸双面印制、装订，所附材料用小四号宋体打印，附于申请书后。四、各学院要统一组织申报，对申报的项目集

2、中进行初评，确定最终申报名单，并以学院为单位上报到教务处，相关学院相关负责人均需在申请表上签字。项目名称基于ProE的虚拟拆装实验平台开发项目类型创新训练项目申请经费5000元起止时间2013 年 12 月 至 2014 年 12 月 申 请 团 队姓名学号年级所属学院及专业联系电话E-mail 指 导 教 师姓名职务/职称电话E-mail工作 单位工程训练中心企 业 指 导 教 师姓名职务/职称电话E-mail工作单位一、立项依据（研究目的、意义,国内外研究现状及发展动态）1.项目简介 工程实际中经常会应用实物反求技术，对已有先进产品进行拆装测绘，整理出一套完整图样，为测绘仿制或自行设计提供

3、宝贵的资料和经验$因此测绘技术对工程技术人员而言是一项重要的基本技能。拆装测绘是依据机械专业大学生将来的工程设计需要而设计的实践环节，目前有的高校放在工程图学课程结束后进行集中测绘，也有的高校放在机械设计课程结束后开设机构认知与拆装测绘综合实验课程$该实践环节要求学生在充分研究测绘对象的结构%原理和功能后，对部件进行系统的拆卸%测量%绘图和组装，既有徒手作图，也有尺规制图和计算机绘图的训练，充分锻炼了学生的综合制图能力，是理论与实践相结合的具体体现。为了进一步提高拆装测绘实践环节的教学效果，指导学生对测绘对象的认知及有序地拆装测绘，研究建立了基于 Pro/E的动态拆装虚拟模型库,通过虚拟模型库

4、的中的模型,运动仿真和拆装演示，了解阀、泵、减速器等部件的用途、工作原理和装配关系，了解各组成部分零件在部件中的作用及形状结构，增强学生对机械零件的感性认知。Pro/E是美国参数技术公司PTC推出的 3D CAD 软件，具有基于特征、全参数、全相关和单一数据库等特点，自推出以来，由于其强大的功能，很快得到工程设计人员的欢迎，并迅速成为当今世界最为流行的 CAD 软件之一。2.项目研究目的及意义研究利用三维设计软件Proe/E创建动态拆装虚拟模型库，首先装配体三维模型，然后生成爆炸分解图，并制作运动仿真和动态拆装动画。该模型库的建立能辅助拆装测绘实践环节的教学，可增强学生对现代设计方法的认知，提

5、升现代化教学层次和效率。3.国内外研究现状及发展状态CAD技术起步于50 年代后期，在CAD软件发展初期，CAD的含义仅仅是图板的替代品，人们希望借助此项技术来摆脱繁琐、费时、绘制精度低的传统手工绘图。此时CAD 技术的出发点是用传统的三视图方法来表达零件，以图纸为媒介进行技术交流，这就是二维CAD 技术占据绘图市场主导地位的是Autodesk公司的AutoCAD软件。进入70年代，CAD技术从单纯的二维制图延伸到了三维建模，实现了以计算机完整描述产品零件的主要信息的过程，同时也使得CAM和CAE等技术的开发有了现实的基础。随着计算机技术的迅速发展，CAD 技术也取得了日新月异的进步，许多功能

6、更加强大、用途更加广泛的软件不断涌现。Pro/E软件系统是美国参数化技术公司PTC的优秀产品，于1986年开发创建，不仅最先将“参数化”技术融入CAD系统，并且借助PC(个人计算机)的快速崛起，率先将高端CAD系统从航空、航天、国防等尖端领域推介到民用制造行业，为现代CAD的技术发展与应用普及做出了贡献。经过近20年的快速发展，目前Pro/E系统的功能得到很大提升和完善，已成为一个集CAD/CAM/CAE于一体的中高端系统。它提供了集成产品的三维模型设计、加工、分析及绘图等功能的完整的CAD/CAE/CAM 解决方案。Pro/E 软件在我国的机械、电子、家电、塑料模具等行业取得了广泛的应用，并

7、且在这些行业里应用的时间也较长。由于Pro/E在CAD/CAM领域的优秀表现，它在各大中型企业中的使用率越来越高。但这同时也带来了另外一个问题，那就是怎样对通用软件进行本地化。因为通用的软件在设计的时候不可能考虑到每个企业的特殊情况，要想充分发挥软件的功能，为企业创造更大的效益，企业必须跟据自身的特点，对软件进行本地化的工作，即二次开发。Pro/E为用户提供的二次开发工具有Pro/Program,族表（Family Table），用户自定义（UDF），J-link和Pro/Toolkit4,其中Pro/Toolkit是功能最强大的二次开发工具。目前，国内外有不少科研单位已经或正在进行Pro/E

8、二次开发的研究工作。北京科技大学的谢敏理等人研究了一种利用Pro/Toolkit进行Pro/E二次开发实现零件的自动装配的方法；江南大学的宋峨、李世国等人研究了Pro/E二次开发中的界面设计技术，即分析了在VC 环境下开发Pro/Toolkit应用程序的关健技术，介绍了菜单和UI对话框界面设计以及使用MFC的可视化对话框设计技术；肇庆科技职业技术学院的钟培荣等人研究了Pro/E二次开发技术在装配干涉检查中的应用，即以卫星装配过程中的干涉检查为研究对象，采用Pro/E自带的二次开发程序Pro/Toolkit，并结合VC+6.0对Pro/E进行装配干涉检查的二次开发，对虚拟装配技术做一定的探索研究

9、，为卫星设计人员对卫星的装配提供一个新的干涉检查模块；江苏食品职业技术学院的孙铁波等人研究了基于Pro/Toolkit的减速器参数化自动装配技术，即在Pro/E环境下,以VC+为编程语言, Pro/Toolkit为开发工具,对YDN系列减速器零件模型自动装配模块进行了二次开发；华中科技大学机械科学与工程学院的周晖、胡于进等人研究了基于Pro/E的标准件库及其装配工具集的开发，即研究了以Pro/E参数化造型原理为背景, Pro/Toolkit为主要二次开发工具的标准件库系统, 并讨论了其功能目标、标准件信息、快速装配及系统实现的各项关键技术，成功开发出了基于Pro/E三维造型平台的标准件库系统及

10、其装配工具集；上海交通大学磨具CAD国家工程研究中心的汪硕、梅琼风等人研究了基于Pro/E的智能化标准件库开发，即设计了一个多CAD平台插件式零件库系统,采用Kernel/Shell技术、COM技术结合VC+与VB.net混合编程技术,使内核功能脱离具体CAD软件系统,并基于Pro/E平台实现,验证了该标准件库的实用性。在国外，新加坡国立大学的Wynne Hsu等人，以Pro/E软件为平台，通过C语言编程开发出了一种装配设计分析与产品的概念设计相结合的系统，系统通过五大模块:设计特征库、分析模块、交互模块、搜索模块和装配模块，实现了产品的自动装配。国外研究开发三维设计软件的时间较长，而且早己应

11、用于相关行业，因此在其应用领域里的自主开发技术已经十分成熟和完善。二、项目研究内容、研究目标,以及拟解决的关键技术问题1. 项目研究的内容：动态拆装虚拟模型库的建立1 总体结构的设计动态拆装虚拟模型库中的模型既有经典的拆装测绘部件，如齿轮油泵、手压阀、减速器、球阀、安全阀虎钳、千斤顶等，也有部分专业课程中涉及到的部件，如双联叶片泵%农机传动装置等，每个模型下均可以查看该部件的三维模型，分解图%运动仿真动画及动态拆装动画。2 动态拆装模型的制作 动态拆装虚拟模型库中每个模型均采用自底向上的装配设计方法，即首先对拆装对象进行结构分析，根据零件的形状特点不同采用不同的建模方法，完成最底层的零件的建模

12、，然后利用"组件模块根据部件或设备的装配关系将多个零件进行组装，并创建爆炸分解图，然后利用"机构模块对运动部件进行运动仿真$最后利用"动画模块创建有序地动态拆装过程的动画，模拟实际的拆装过程。3 动态拆装模型库用户界面的开发为了达到良好的教学效果，利用 VisualBasic（VB） 来开发动态拆装虚拟模型库用户界面，使用 VB 中的 .image 控件来展示装配模型的三维模型及爆炸分解图，使用 windows media player控件来展示运动仿真动画和动态拆装动画$用户根据需要选定要拆装的部件，然后可选择查看该部件的三维模型图片或者爆炸分解图，也可选择查看

13、该部件的运动仿真动画，或者动态拆装动画，整个操作过程简便直观，动画播放速度适中，利于辅助教学和学生自学。2.项目的目标：拆装测绘实践环节可增强学生对机械零部件的感性认识，同时综合训练学生的制图能力，该模型库的建立不仅对于拆装测绘实验进行有效指导，提升教学效果，也为后续机械设计和专业课程学习提供了良好的素材库，从不同角度和层面认知设备，启迪学生机械设计创新思维同时，使学生了解现代设计方法和理念，增强应用先进技术的兴趣和意义。3.拟解决的关键技术：1 零件建模Pro/E 建模需首先绘制二维截面草图，经过拉伸、旋转、扫描或混合等方法创建基本特征，然后利用阵列特征等工具对零件进行编辑得到零件的三维实体

14、模型$双联叶片泵主要组成零件的三维模型如图所示2 组件装配完成零件建模后，将各个零件按设计要求装配在一起才能形成一个完整的产品或机构装置Pro/E 提供的"组件#模块是通过设置零件间的约束，来限制零件间的自由度，以模拟现实生活中机构零件的装配效果，为了便于观察内部结构，可以将外壳零件作透明化处理或生成剖视图，双联叶片泵装配模型如图 所示，利用视图"分解"分解视图来生成爆炸分解图，分解图对于表达装配体的结构组成和各个零件的相对位置十分有利。模型装配图模型分解视图3 运动仿真Pro/E 提供的机构模块可模拟模型的工作状况$在装配环境下创建连接类型，设置伺服电机，创建运

15、动副，设置运动环境，然后运行机构分析，设计人员可以观察机构的整体运动轨迹和各零件之间的相对运动，将分析结果输出 MPG 格式文件保存。4 动画制作Pro/E 提供的"动画#模块可以实现部件或设备的动态拆装过程，能够将直观细致的三维实体及之间的装配关系清晰地表达出来，制作时使用鼠标直接拖动组件，仿照动画影片制作过程，一步步产生关键帧，最后连续播映这些关键制造影像$使用该功能相当自由，无需在运动组件上设定任何连接和伺服电动机。三.研究方案、技术路线研究方案下面以双联叶片泵为例，简要说明动态拆装虚拟模型的制作步骤$双联叶片泵由两个单级叶片泵在一个泵体内并联组成，常用于有快速进给和工作进给要

16、求的机械加工的专用机床中，两个叶片泵的转子由同一传动轴带动旋转，有各自独立的出油口，两个泵可以是相等流量的，也可以是不等流量的，其结构由泵体、泵轴、转子、定子、配油盘及端盖组成。1.动态拆装虚拟模型库的总体设计2.创建动态拆装模型的基本流程拆装对象结构分析各组成零件的建模 组件装配与分解运动仿真动态拆装动画制作 技术路线用户用户界面界面层人机交互功能层基础数据管理工具层动态分析数据层实例操作模型库组装元件数据统计图形库管理数据分析动画制作参数化设计运动仿真组件装配基础建模基础层四、项目特色与创新之处1、 客观上能够为学生的岗位技能的训练提供实际的企业平台。2、 能够弥补先前学制式预备技师培养缺乏企业真实实践的缺陷。3、 整个操作过程简便%直观，动画播放速度适中，利于辅助教学和学生自学。5、 年度计划1. 2013.102014.01 收集资料，学习模块的设计和使用。2. 2014.012014.03 学习基础建模，装配及仿真。3. 2014.032014.04 进行仿真动画制作。4. 2014.04