柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立2

1 0 引言 一 柴油机设计的现状与发展 目前国内柴油机的设计、制造、工艺、可靠性、性能指标与国外同类产品相比有较大差距，开发设计的能力也较为低下，大都是采用引进国外一些即将淘汰的图纸、生产线进行二次开发，主要的关键零部件、毛坯还依赖进口，真正能完全吸收和消化国外技术达到国外水平的还不多。还有的厂家在引进产品国产化时任意更换质量上并不过关或不匹配的关键部件以降低成本，使柴油机可靠性大为降低。 在传统的柴油机的样机总体设计方案中，总体设计的任务是：根据技术任务书的要求，在充分论证的基础上选择柴油机的型式，确定主要结 构参数，选定主要零部件与辅助系统的结构型式，对各主要零部件和辅助系统各机件的外形尺寸进行粗估算，然后进行初步的总体布置，绘制几种不同方案的总体布置图，用以进行方案分析与论证。在几种方案评比的基础上，最后确定一种总体方案图，并完成热力计算，动力计算，主要系统草图及方案设计说明书等有关技术文件。随后，提出对各主要零部件和辅助系统在结构方面的主要设计要求， 以便进行各主要零部件和辅助系统各部件的初步设计和单缸试验机设计，进行先期研究工作，协调和解决各主要零部件和辅助系统各机件在空间位置上的矛盾，使柴油机正常地动作 ，并充分注意到拆装和维修的可能性和方便性。随后根据各主要零部件和辅助系统各机件初步设计结果，修正初始方案，调整总体布置，绘制较详细的总体布置图。 随着计算机网络的发展，各种设计软件的开发应用，与传统的柴油机设计方法相结合，将大大提高设计效率，减少成本。 二 CAD 技术发展现状 CAD技术是先进制造技术的重要组成部分，是计算机技术在工程设计、机械制造等领域中最有影响的一项高新应用技术。 CAD 系统的发展和应用使传统的产品设计方法与生产模式发生了深刻的变化，已经产生、必然继续产生巨大的社会经济效益。 CAD技术是高 科技转化为生产力的催化剂，对加速新产品开发、提高设计水平、缩短产品开发周期、提高质量、降低成本，能够起到重要作用，是企业提高自身素质、增强创新能力、增强市场竞争力的一个非常有效的手段。从技术角度讲， CAD 技术实际上已经进入了成熟期，价格上已经是达到可以承受的程度。 今天，计算机网络技术、 CAD/CAM 技术均有质的飞跃， CAD 技术应用已奠定了良好基础。在这种形势下，如何正确理解 甩图板 、深化推广应用 CAD 技术，如何使为数甚多的中小型企业也能应用 CAD技术并避免软硬件投资上的失误，如何为推广应用柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 CAD技术提供 更好的技术咨询服务，这些问题值得认真探讨和分析。 了解 CAD技术的发展趋势对推广应用技术是十分重要的，有利于 CAD方案设计、选型适应技术发展的需要。 CAD技术正在从原来简单的辅助绘图 (Drafting)向成为真正能够辅助设计 (Design)的工具发展。 l 概念设计：根据市场需求及可利用资源，对新产品作宏观上的轮廓设计，这一过程同时也包括对新产品的一些概念性的创新，输出的结果是新产品的概念性分析模型及草图。 l 设计分析：对概念设计输出的结果针对不同的拓扑结构和参数进行仿真模拟，并根据不同的结果修整概念模型。 l 详细设计：这是产品的真正结构设计阶段。由概念模型和分析产生的数据对详细设计起着重要的指导作用，同时详细设计的结果也要进行必要的分析，并适时根据需要修改概念模型。目前的 CAD系统大都提供详细设计手段，而很少把它和概念设计及分析联系起来。 l 文档设计：各设计阶段都根据不同的需求产生相应的文档，以使从产品市场需求到开发、制造及销售能够有机地组织起来。 总的来说， CAD 技术的发展趋势有以下几方面： （ 1） 智能化：从系统的交互式介面来看，应提供符合设计者习惯的，具有导航性质的手段，使设计者能够按着自己的专业习惯开发 新产品。另一方面，系统内部要采用人工智能及特征技术，不但能够记录设计过程，还能方便设计者修改产品的模型，而不致于因产品的小小修改而重新开始设计。 （ 2） 集成化：产品设计只是新产品生命周期的一个环节， CAD 系统应采用适当的内部数据结构及相应的工程数据库，使得设计、工艺和制造实现一体化。这不但可以减少产品的开发费用，还可以大大加快产品的开发速度，提高可靠性 。 （ 3） 标准化： CAD 技术发展至今已有近三十年的历史，在这期间，各国都相继开发了许多有代表性的 CAD系统。它们在辅助产品设计方面可以说都各有所长。有的擅长曲 面设计，有的擅长工程分析，而有的则擅长 NC。而要充分利用这些系统的长处，就涉及到 CAD数据的相互交换，因此，制定一系列数据交换标准就变得非常重要了。目前， IGES 已成为图形数据交换的一种标准。 1984 年， ISO 开始制定一整套的产品数据交换规范 STEP。另外，从系统开发的角度，一切从头开始的时代已经成为过去， ISO 从 1982 年开始就制定了 GKS，后来发展成为 GKS-3D,及后来的 PHIGS+、OpenGL等都为图形系统的开发提供有力的支撑。 （ 4） 网络化：计算机的网络化是计算机技术发展的一个大趋势， Internet 和Intranet 已经把全世界各个角落连成一体。通过网络，可以实现产品的国际化开发和生产，其前景是无法估量的。 三 开发柴油机数字化快速设计系统的必要性 制造科学正迈向全面数字化 21 世纪将是数字化和信息化的时代。信息化的基础是数字化 ,数字化已成为推动各门科学飞速发展的最重要因素之一。 1999 年初 ,美国 3 副总统戈尔提出了“数字地球”的概念 ;基于“数字地球” ,地球空间信息将在各个领域得到广泛和史无前例的应用 ;依据特定的工具 ,人们可在全球范围内作无远弗届的自由遨游 ,不受时间和空间的限制。近几年来 ,数字通讯、数 字电视、数字图书馆等的蓬勃发展 ,都直接依赖于数字化技术的强有力支持。数字化技术在机械设计领域的应用 ,形成了已被广泛使用的计算机辅助设计技术 ,如 CAD、 CAE、 CG、 VirtualDesign等 ;数字化技术在制造领域的应用 ,形成了先进的制造技术 计算机辅助制造技术 ,如 FMS、 IMS、 CAPP、 CAM、 CAT、数字化仿形测量与加工技术、快速原型制造技术 (RPM)。 但是由于常见的 CAD平台是通用平台，不是针对具体产品的。所以在设计过程中比较费时， 为了提高柴油机的设计效率，我们可以研制数字化的设计系统，建立实例库。该系统的技术路线采用 CBR（ Case BasedReasoning） 技术。 四 本课题的提出 数字化快速设计系统中的重要组成之一是：柴油机系统中活塞连杆总成，汽缸盖总成的实例库的建立。该课题是以 CBR技术为基础的设计系统的一部分。 实例建立的步骤为： (1)对柴油机系统的关键零件机体，室盖分类， (2)建立其能反映全部零件特征的少量的复合模型， (3)抽取复合模型中的特征参数保存到数据库中。 实例的表达由于实例结构的复杂性 ,一般需采用多视图方式表达实例。若采用二维视图表达方式 ,则只能包括实例图形等少数信息 ,导致实例 修改繁琐 ,不能实时更新。尤其对于较复杂的实例 ,视图数量较多 ,进行实例评价后需对每一个视图进行修改 ,工作量较大 ,设计效率低 ,且容易出现人为错误。基于这一考虑 ,本次毕业设计在Unigraphics 支撑软件环境下 , 非常适合实例库的特点，运用 UG 的参数化功能模块及二次开发工具 GRIP 语言，完成柴油机系统中活塞连杆总成，汽缸盖总成的实例库的建立，以三维特征模型的方式表达柴油机零件实例。这种实例表达方式简明直观 ,可利用支撑软件的造型功能方便地进行实例的修改和实时更新 ,非常适合与参数化设计的特点，避免了在设计上重复的麻 烦，将大大提高设计人员的设计效率和准确性，缩短设计周期，这无疑会给企业带来巨大的社会效益和经济效益。 论文结构： 柴油机设计现状与发展：主要内容是目前国内柴油机设计水平，及结合 CAD技术的新设计方法 CAD技术发展现状： CAD技术发展现状与趋势。 开发柴油机数字化快速设计系统的必要性：提出建立快速设计系统 CBR 的概念：介绍 CBR 基于实例推理技术 (Case BasedReasoning,CBR)是人工智柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 能领域近年来广泛应用的一项新技术。 CBR的设计原理：基于实例的推理 CBR 是一种类比推理方法 ,它利用人 们以往求解类似问题的经验知识进行推理 ,从而获得当前问题的求解结果 .基于实例的推理系统对知识、经验及信息的完备程度的要求远低于专家系统 ,且推理效率较高 ,为产品概念设计问题提供了一种可行的解决方法 柴油机的零部件的分类和特点 : 零件 成组 分类成的方法有 ， 代码分组法 生产流程分析法 (PFA-production flow analysis) 实例库建立的原则与标准 : （ 1）当只需改变零件的几何尺寸，不改变零件拓扑结构时，用 PART文件来建模。（ 2）当零件结构复杂，用 GRIP程序来做，只要改变不同的工艺参数，调用不 同的模块，生成不同的零件。 实体建模技巧 : UG 软件具有强大的建模功能， （ 1） UG特征建模模块 ，（ 2） UG实体建模提供了草图设计 ，（ 3） UG具有丰富的曲面建模工具。 参数化设计 : 参 数化设计（也叫尺寸驱动 Dimension-Driven）是 CAD 技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使 CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。 柴油机实体模型的建立过程 : 软件可以通过多种途径建模 ,如可建方块、拔凸台、使用拉伸实体 ,甚至还可采用切的办法等。 实例库建模基础 : UG 所提供的二次开发语言模块 UG/Open GRIP, UG/Open API和辅助开发模块 UG/OpenMenuScript 与 UG/OpenUistyler 及其良好的高级语言接口 ,使 UG形功能和计算功能有机的结合起来 ,便于用户开发专用的 CAD系统。 柴油机实例库零件程序举例 :用程序建模。 工程图绘制的方法 : UG工程绘图模块提供了自动视图布置、剖视图、各向视图、局部放大图、局部剖视图、自动、手工尺寸标注、形位公差、粗糙度符合标注、支持GB、标准汉字输入、视图手工编辑、装配图剖视、爆炸图、明细表自动生成等工具。 5 1 实例库的 建立原则及标准 1 1 CBR 的概念 基于实例推理技术 (Cse BasedReasoning,CBR)是人工智能领域近年来广泛应用的一项新技术。 CBR 一种相似推理方法 ,其核心是通过实例库方式应用过去已有的经验来解决新问题。 在产品设计中 ,设计经验往往起着关键作用 ,设计者可利用以往的设计经验 ,通过对已有设计实例进行组合、修改而设计出新产品 ,因此 CBR 适合用于解决设计问题。由于大量机械产品的设计是对已有产品进行变型设计 ,因此现有产品模型就成了设计的出发点 ,直接利用现有产品就等于利用了以往的设计经验和知识。因此 ,将 CBR 用于机械产品 CAD 有广阔发展前景。 1 2 CBR 的设计原理 产品设计是一个不断循环的过程 ,一般可分为概念设计、详细设计、分析评价三个阶段 .产品概念设计的主要任务是 :分析设计要求 ,确定产品功能及实现该功能的总体结构 ,规划详细设计任务及设计步骤 .产品概念设计决定了产品的基本特征和性能 ,是整个产品设计过程的关键 .研究表明占总成本 5%的概念设计将决定产品总成本的70%.由于缺乏好的几何或分析模型 ,传统的 CAD 建模技术不能用于概念设计 ,这使得产品概念设计一直成为工程设计的瓶颈问题 .在传统的人工产品概念设计中 ,大多采用类比设计或经验设计方法 ,在参考过去的相似设计实例的基础上进行适当修改调整而生成新的设计方案 .有关资料表明 :60%的机械产品设计是原来产品的改型或改进基于实例的推理 CBR 是一种类比推理方法 ,它利用人们以往求解类似问题的经验知识进行推理 ,从而获得当前问题的求解结果 .基于实例的推理系统对知识、经验及信息的完备程度的要求远低于专家系统 ,且推理效率较高 ,为产品概念设计问题提供了一种可行的解决方法。 基于实例推理的产品概念设计原理如下： 问题描述 基于实例推理的产品概念设计方法的基本概念和逻辑学依据是 :概 念1 实例是过去在满足特定要求下的设计方案 ,是专家经验和知识的体现形式 .实例由众多的实例属性及实例属性的特定操作方法构成 .概念 2 实例属性是指能够描述设计方案中某一功能或几何特征的参数 .如减速器设计中的总传动比 ,各齿轮的齿数等 .概念 3 实例库是所有实例的集合 .概念 4 相似实例是指具有相似设计特征、相近设计参数的设计方案 .概念 5 相似度是实例相似程度的一种度量 .基于实例推理的产品概念设计是建立在下述论点基础上的 :论点 1 具有一个或多个相似特征属性的实例是相似实例 .相似性通常表现为实例的特征属性的值成比例或在限 定的误差范围内 .论点 2 具有相似设计任务的实例是相似实例 .论点 3 相似实例具有相似的解、相似柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 的求解过程和求解方法 .即过去的相似实例可作为当前设计任务的参考 .论点 1、 2 为相似性判断提供了依据 ,论点 3反映了基于实例推理的设计方法 . 图 1-1 CBR系统基本结构 1. 3 柴油机的零部件的分类和特点 成组技术 (GT-group technology)揭示和利用事物间的相似性，按照一定的准则分类成组，同组事物能够采用同一方法进行处理，以便提高效益的技术，称为成组技术。在机械制造工程中，成组技术是计算机辅助制造的 基础，将成组哲理用于设计、制造和管理等整个生产系统，改变多品种小批量生产方式，以获得最大的经济效益。成组技术的核心是成组工艺，它是把结构、材料、工艺相近似的零件组成一个零件族（组），按零件族制定工艺进行加工，从而扩大了批量、减少了品种、便于采用高效方法、提高了劳动生产率。零件的相似性是广义的，在几何形状、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性为基本相似性，以基本相似性为基础，在制造、装配等生产、经营、管理等方面所导出的相似性，称为二次相似性或派生相似性。 近年来，成组技术与数控技术、计算机技术相结合，水平 有了很大提高，应用范围不断扩大，在产品设计、制造工艺、生产组织与管理等方面均有显著的应用效果，如新零件设计数可减少 52%、生产准备时间可减少 69%、劳动生产率可提高 33%、生产周期可关 70%、零件成本可减少 43%，并已发展成为柔性制造系统和集成制造系统的基础。 零件 成组 分类成的方法有： 代码分组法：利用零件分类编码系统对零件进行编码，按零件代码，采用一定的相似性准则进行分组。各个国家或大企业均有自己的零件分类编码系统，比较典型的应用比较广泛的系统有捷克的 VUOSO 系统、德国的 OPITZ 系统、日本的 KK-3 系统和我国的 JLBM-1系统；分组方法有特征位法、码域法和特征位码域法； 生产流程分析法 (PFA-production flow analysis)：是以零件的加工工艺过程为依据，通过分析进行分类，具体方法有关键机床法、顺序分枝法、聚类分析法、键 7 合能法等。此外尚有势函数法、模糊模式识别法等。 同时具有以下的特点： （ 1） 采用 GT的复合零件法生成虚拟件，能够完成同族相似零部件的系列化设计 ； （ 2） 参数驱动技术采用尺寸分类描述的原则，实现虚拟件结构形状与尺寸的抽象，能够通过对参数加载不同的数据，实现图形结 构的变化或取舍 ； （ 3） 分别采用图形类、数据库类和信息类描述图形中的实体、参数系列化取值和技术要求与标题栏信息，实现了图形与非图形信息的集成 ； （ 4） 采用文档模板类存储图形与标注实体，不但能够充分利用类库强大的资源，使图形的动态存储快速地响应图形结构的变化，而且使实体的储存更加有序，便于数据存取的串行化操作及绘图仪驱动程序的开发 ； （ 5） 全面的事件驱动机制，使设计过程所见即所得，实现了较好的面向对象功能 。 1. 4 实例库建立的原则及标准 在程序中，几何图素的图形实例化是通过程序模块方式实现的，针对每一 种图素编制相应的程序模块。通过程序模块实现拓扑结构相近的图素的参数化设计，用户可以采用不同的几何结构参数对该图素的几何形状进行控制。如对可以实现不同尺寸系列的设计，从而大大提高了程序的适应性和效率。当所有图素设计完成以后，通过总调度模块管理各种几何图素及其拼合，从而实现对整个 柴油机 设计的管理。 （ 1）当只需改变零件的几何尺寸，不改变零件拓扑结构时，用 PART文件来建模 （ 2）当零件结构复杂，用 GRIP程序来做，只要改变不同的工艺参数，调用不同的模块，生成不同的零件。（例如：一个由很多小零件拼合而成的零件，用 程序来做装配，可以装配成新的不同零件。） 柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 2 三维实体模型的建立 2 1 实体建模技巧 UG 软件起源于美国麦道飞机公司，后于 1991 年 11 月并入世界上最大的软件公司 -EDS公司。美国通用汽车公司是 UG软件的最大用户。 UG软件现已广泛地应用于通用机械，模具，汽车及航天等领域。 UG 软件进入中国十九年，得到了越来越广泛的应用，已成为我国工业界主要使用的大型 CAD/CAE/CAM软件之一。 软件就是一种优秀的三维设计软件 ,应用范围基本和 Pro/E 相似，它以Parasolid几何造型核心为 基础，采用基于约束的特征建模技术和传统的几何建模为一体的复合建模技术。在三维实体造型时，由于几何和尺寸约束在造型的过程中被捕捉，生成的几何体总是完全约束的，约束类型是 3D 的，而且可用于控制参数曲面。在基于约束的造型环境中支持各种传统的造型方法，如布尔运算、扫描、曲面缝合等。它不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能 ,而且在设计中可以进行有限元分析 ,机构运动分析、运动学分析和仿真模拟 ,提高设计的可靠性 ,同时 ,可用建立的三维模型直接生成数控代码 ,用于产品的加工。 UG软件具有强大的建模功 能： （ 1） UG特征建模模块提供了各种标准设计特征的生成和编辑、各种孔、键槽、凹腔 - 方形、圆形、异形、方形凸台、圆形凸台、异形凸台、圆柱、方块、圆锥、球体、管道、杆、倒圆、倒角、模型抽空产生薄壁实体、模型简化 (Simplify)，用于压铸模设计等、实体线、面提取，用于砂型设计等、拔锥、特征编辑：删除、压缩、复制、粘贴等、特征引用，阵列、特征顺序调整、特征树等工具。 （ 2） UG实体建模提供了草图设计、各种曲线生成、编辑、布尔运算、扫掠实体、旋转实体、沿导轨扫掠、尺寸驱动、定义、编辑变量及其表达式、非参数化 模型后参数化等工具。 草图是用于建立与部件相关的二维外形表示的工具，它是实体建模的基础，。 使用草图的一般步骤为： 1确定设计意图：分析零件，进行特征分解，确定设计意图。每一个草图应尽量简单，最好只反映某个特征的轮廓。 2选择图层：设计草图放置的图层。为了便于编辑，草图管理，一般草图放在21-40层。 3参数预设置：检查，设置建立草图有关的参数。 4建立草图，并根据设计意图约束草图。 5扫描草图形成三维特征。 9 （ 3） UG具有丰富的曲面建模工具。包括直纹面、扫描面、通过一组曲线的自由曲面、通过两组 类正交曲线的自由曲面、曲线广义扫掠、标准二次曲线方法放样、等半径和变半径倒圆、广义二次曲线倒圆、两张及多张曲面间的光顺桥接、动态拉动调整曲面、等距或不等距偏置、曲面裁减、编辑、点云生成、曲面编辑。 使用该软件进行产品设计 ,能直观、准确地反映零、组件的形状和装配关系 ,可完全实现产品设计、工艺制造的无纸化开发 ,并可与产品设计、工装设计、工装制造等工作同步进行 ,从而大大缩短了产品开发周期。 2 2 参数化设计 参 数化设计（也叫尺寸驱动 Dimension-Driven）是 CAD 技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使 CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度，并减少信息的存储量 。 由于上述应用背景，国内外对参数化设计做了大量的研究，目前参数化技术大致可分为如下三种方法：（ 1）基于几何约束的数学方法；（ 2）基于几何原理的人工智能方法；（ 3）基于特征模型的造型方法。其中数学方法又分为初等方法（ Primary Approach）和代数方法（ Algebraic Approach）。初等方法利用预先设定的算法 ，求解一些特定的几何约束。这种方法简单、易于实现，但仅适用于只有水平和垂直方向约束的场合；代数法则将几何约束转换成代数方程，形成一个非线性方程组。该方程组求解较困难，因此实际应用受到限制；人工智能方法是利用专家系统，对图形中的几何关系和约束进行理解，运用几何原理推导出新的约束，这种方法的速度较慢，交互性不好；特征造型方法是三维实体造型技术的发展，目前正在探讨之中。 参数化设计通过参数驱动机制，可以对图形的几何数据进行参数化修改，但是，在修改的同时，还要满足图形的约束条件，需要约束间关联性的驱动手段棗约束联动 ，约束联动是通过约束间的关系实现的驱动方法。对一个图形，可能的约束十分复杂，而且数量很大。而实际由用户控制的，即能够独立变化的参数一般只有几个，称之为主参数或主约束；其他约束可由图形结构特征确定或与主约束有确定关系，称它们为次约束。对主约束是不能简化的，对次约束的简化可以有图形特征联动和相关参数联动两种方式。 所谓图形特征联动就是保证在图形拓补关系不变的情况下，对次约束的驱动，亦即保证连续、相切、垂直、平行等关系不变。反映到参数驱动过程就是要根据各种几何相关性准则去判识与被动点有上述拓补关系的实体及其几何数 据，在保证图形数据库中，设置出图形实体的数据结构，参数驱动时将这些结构中填写出不同内容，以生成所需要的图形。 参数驱动可以被看作是沿驱动树操作数据库内容，不同的驱动树，决定了参数驱柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 动不同的操作。由于驱动树是根据参数模型的图形特征和相关参数构成的，所以绘制参数模型时，有意识地利用图形特征，并根据实际需要标注相关参数，就能在参数驱动时，把握对数据原关系不变的前提下，求出新的几何数据。称这些几何数据为从动点。这样，从动点的约束就与驱动参数有了联系。依靠这一联系，从动点得到了驱动点的驱动，驱动机制则扩大了其作用范围 。 所谓相关参数联动就是建立次约束与主约束在数值上和逻辑上的关系。在参数驱动过程中，始终要保持这种关系不变。相关参数的联动方法使某些不能用拓补关系判断的从动点与驱动点建立了联系。使用这种方式时，常引入驱动树，以建立主动点、从动点等之间的约束关系的树形表示，便于直观地判断图形的驱动与约束情况。 由于参数驱动是基于对图形数据的操作，因此绘制一张图的过程，就是在建立一个参数模型。绘图系统将图形映射到库的操作，以控制图形的变化。绘图者不仅可以定义图形结构，还能控制参数化过程，就象用计算机语言编程一样，定义数据、控制程序流程。这种建立图形模型，定义图形结构，控制程序流程的手段称作图形编程。 在图形参数化中，图形编程是建立在参数驱动机制、约束联动和驱动树基础上的。利用参数驱动机制对图形数据进行操作，由约束联动和驱动树控制驱动机制的运行。这与以往的参数化方法不同，它不把图形转化成其他表达形式，如方程，符号等；也不问绘图过程，而是着重去理解图形本身，把图形看作是一个模型，一个参数化的依据，作为与绘图者 “ 交流 ” 信息的媒介。绘图者通过图形把自己的意图 “ 告诉 ” 参数化程序，参数化程序返回绘图者所需要的图形。它关心的是图形，也就是图形 数据库的内容，边理解，边操作，因此运行起来简洁、明了；实现起来也较方便。 参数驱动是一种新的参数化方法，其基本特征是直接对数据库进行操作。因此它具有很好的交互性，用户可以利用绘图系统全部的交互功能修改图形及其属性，进而控制参数化的过程；与其他参数化方法相比较，参数驱动方法具有简单、方便、易开发和使用的特点，能够在现有的绘图系统基础上进行二次开发。而且适用面广，对三维问题也同样适用。 2 3 柴油机实体模型的建立过程 UG 软件可以通过多种途径建模 ,如可建方块、拔凸台、使用拉伸实体 ,甚至还可采用切的办法等。实践 表明 ,上述方法各有利弊。例如 ,用切的办法容易丢失数据 ,当变成“无参数”模型后 ,该部分基本上就不能再进行编辑和修改了 ,会对以后的模型和尺寸修改造成困难。所以 ,建模应尽量采用最优方法 ,避免上述情况发生。 对于一个零件模型， 先建什么、后建什么， 用什么方法来建立， 虽然没有一种固定的建模顺序和建模方法， 但是还是有一定规律可循的。一般应根据零部件的结构特点， 先建立一个基本体素或扫描特征作为零件的毛坯， 再参照零件的粗加工过程逐步创建零件的孔、键槽、型腔、凸台、凸垫及用户定义等特征， 最后参照零 11 件的精加工过程创 建倒圆、倒角、螺纹、修剪和阵列等特征。 当然，在建模过程中，可根据建模的需要创建相关的参考特征， 各特征的 建立顺序应尽可能与零件的加工顺序一致。由于圆柱、块和锥等基本体素属非关联性特征， 它们不与已建立的几何对象关联， 因此，为保证模型的可修改性， 在一个零件模型中创建的基本体素不要超过 1 个， 而且基本体素一般作为第一个特征。 当然在建模过程中可以同时使用实体和特征两种建模方式。 PART文件的组织： 草图是用于建立与部件相关的二维外形表示的工具，它是实体建模的基础，。 使用草图的一般步骤为： 1确定设 计意图：分析零件，进行特征分解，确定设计意图。每一个草图应尽量简单，最好只反映某个特征的轮廓。 2选择图层：设计草图放置的图层。为了便于编辑，草图管理，一般草图放在21-40层。 3参数预设置：检查，设置建立草图有关的参数。 4建立草图，并根据设计意图约束草图。 5扫描草图形成三维特征。 图层分配 Layers 1-20 实体 Layers 21-40 草图 Layers 41-60 曲线 Layers 61-80 基准 Layers 81-100 片体 Layers 101-120 工程图 Layers 121-150 自定义 Layers 151-180 加工 Layers 181-256 自定义 在显示完整的组件或装配时，系统显示它的全部信息，如草图，基准面和轴，几何体以及用来设计的辅助工具，这有时造成不便，可以通过设定引用集来减少不必要的显示。引用集的成员对象可以包括：几何体，坐标系，平面，图样对象和部件的即时组件。 柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 引用集对话框 (1) 建模之前，应对模型建立的顺序作大体通篇地考虑，尤其是对复杂模型，更应该周全地考虑好，先做什么，后做什么， 用什么方法做， 这对后序工作的完成有极其重要的影响。 (2) 做重要步骤前，应仔细检查尺寸，防止出现错漏。 (3) 对复杂模型，应三维实体建模与生成二维图两过程相结合。在空间不易检查的尺寸，在 二维图能较准确的检查，通过生成的二维图可反过来检查实体建模的正确与否，能及时发现 存在的问题。 (4) 建模过程应尽量避免产生 “ 无参数 ” 的实体，否则将对以后更改尺寸造成极大的麻烦。产 生 “ 无参数 ” 实体的操作有： “Transform （改变） ” 中的 “Copy （拷贝） ” 操作， “ 阵列 ” 的 “ 镜像 ” 操 作，以及针对一个实体进 行 “ 切断 ” 操作。以上操作应尽量避免使用，第 1 种和第 2 种情况尽量 用新做同样的实体完成，或者尽量用 “ 阵列 ” 中的 “ 矩形阵列 ” 、 “ 圆 周阵列 ” 完成，第 3种情况尽 量用 “ 切飞 ”代替 “ 切断 ” 操作，以保留参数可以编。 (5) 建议做了一系列实体后应及时检查参数，最好进行了一定阶段后产品副管协助检查尺寸 ，以便及时发现问题进行纠正，避免导致重来，耽误进度。 (6) 做复杂零件应多做备份，进行了一定阶段存一个新文档，以备操作失误造成文件丢失或 损坏时可调用最近相邻的文件重做。复杂零件不要用一个文档从头干到尾，因为当做某 些操 作产生 “ 无参数 ” 实体，存盘后，就无法再回到原来参数齐全 13 的实体了，该步骤是不可逆的。 因此复杂零件应多做备份，待确实成功完成后再将前面已无用的备份删除，这样可避免很多 问题。另外，勤做备份、勤存盘也有好处，当出现死机或误操作退出等异常情况时，还可以 马上重调入再做，不会让心血白费。 (7) 经常向别人请教，和他人讨论，可开阔思路，有时可共同找到更佳的方法，不致于陷入 思维定式。 (8) 应当针对实际遇到的问题多上机、多实践，这样才能了解更深入，发现其不常用的功能 ，有时能对解决问题起很大作用。 (9) 对解决不了的或者解决不发的问题应及时作下记录，以便能集中请教。对解决问题的发 方法也应及时记录下来，以便日后使用及备忘。 2 4 实体模型 图 2-1 模型实例 又如： zh1120.3-21 建立基准面及草图： 柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 旋转 ： 建立圆柱 ,圆锥 ， expression: = Information listing created by : user Date : 1999-01-01 20:57:24 Current work part : D:zh1120ZH1120.3-21.prt Node name : c23 = p5=205 / 205 p6=14 / 14 p7=9.6/2 / 4.8 p8=135.1-1.1-116 / 18 p9=24.48 / 24.48 p10=0 / 0 p11=360 / 360 p12=9.5 / 9.5 p13=116 / 116 p14=8.4 / 8.4 p15=1.35*2 / 2.7 p16=135.1-128.7 / 6.40000000000001 15 p17=.5 / 0.5 p18=48.96 / 48.96 p19=2.02 / 2.02 p20=45 / 45 p21=53 / 53 p22=2.88-1.1 / 1.78 柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 3 程序实例模型的建立 3 1 实例库建模基础 UG 所提供的二次开发语言模块 UG/Open GRIP, UG/Open API 和辅助开发模块UG/OpenMenuScript与 UG/OpenUistyler及其良好的高级语言接口 ,使 UG形功能和计算功能有机的结合起来 ,便于用户开发专用的 CAD 系统。 UG/Open GRIP 程序 UG/Open GRIP是 UG提供的二次开发语言模块 ,也具有与外部高级开发语言的接口。 GRIP是 UG的内嵌语言 ,能够实现强大的图形绘制、装配、工程图的生成和一定的文件管理 功能 ,主要进行 UG的功能调用。 UG/OPEN GRIP 是 Unigraphics（简称 UG） CAD CAM 软件包中的一个模块，是Unigraphics 软件的二次开发工具之一。由于 UG/Open GRIP 具有简单、易学、易用的特点，得到广泛的使用。 UG/OPEN GRIP语言用来创建类似 FORTRAN 语言一样的程序，与 Unigraphics 系统集成。 GRIP程序一般是在平台下编制的 ,有独特的开发工具、编译链接过程、程序语法和文件格式 ,通常需要四个主要步骤： : （ 1）在菜单中选择 UnigraphicsTools UG/OPEN GRIP 弹出 UG/Open GRIP环境界面。 （ 2）在 UG/Open GRIP 环境界面中 ,选择 EDIT,用记事本创建或打开一个 .grs件 ,也就是 GRIP源文件 ;选择 Comple编译 ,生成 .gri目标文件 ; （ 3）再选择 Link 生成 .grx文件 ,这个文件就是可以识别的执行文件 ,可以在 UG菜单中点击 FILE-Execute UG/Open-Grip调用 ,也可以通过用户自定义菜单调用。 （ 4）通过用户自定义菜单调用时 ,执行文件 .grx 必须存放在用户目录下的application目录中 在编写程序时，所采用的 GRIP 命令语句有三种格式： 陈述格式（ Statement Format） GPA符号格式（ Global Parameter Access） EDA符号格式（ Entity Data Access） 一般而言，一个 GRIP 源程序可分为 5 个部分，每个部分都使用一组 GRIP 命令，这 5个部分是： 申明语句部分 初始化语句部分 交互语句部分 过程处理语句部分 17 结束语句部分 3 2 柴油机实例库零件程序举例 进行零件分析：符合用 GRIP 程序建模的特点，输 入不同的参数，可以生成不同的零件。 ZH1120。 3-3汽缸套圈 $ 此程序为汽缸套圈 entity/cy1,cy2,cy data/h1,1.5,d1,32,h2,2,d2,25.2 bck010: choose/选取套圈型号 ,$ zh1120 d,resp jump/bck010:,cancel:,resp 选择型号 bck020: param/请输入有关参数 ,$ 圆柱高度 H1,h1,$ 圆柱直径 D1,d1,$ 圆柱高 度 H2,h2,$ 圆柱直径 D2,d2,resp jump/bck020:,cancel:,resp 交互界面 柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 bck030: gpos/请输入基准点位置 ,x,y,z,resp jump/bck030:,cancel:,resp 基准点 cy1=solcyl/origin,2,1,1,height,h1,diamtr,d1 cy2=solcyl/origin,2,1,1,height,h2,diamtr,d2,axis,0,0,1 19 cy=subtra/cy1,with,cy2 cancel: halt 执行程序生成零件： 柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 4 柴油机零件工程图的绘制 4 1 工程图绘制的方法 UG 工程绘图模块提供了自动视图布置、剖视图、各向视图、局部放大图、局部剖视图、自动、手工尺寸标注、形位公差、粗糙度符合标注、支持 GB、标准汉字输入、视图手工编辑、装配图剖视、爆炸图、明细表自动生成等工具。 绘制工程图长期以来都是工程设计人员在产品设计时必须进行的过程，也是工作量最大的过程，无论是用手工绘制，还是用二维 CAD软件绘制 ，设计人员都必须将产品的的三维结构在脑子里形成二维视图，再用一个线条、一个线条进行绘制表达，加之各种尺寸、公差等标注，工作量大而且繁琐，修改、描图更是麻烦。现在拥有三维UG 软件以后，工程图的生成完全实现了自动化，设计人员只需进行各种布局、调整和选择，即可方便快捷地完成整个工程图的设计。从手工绘图到二维 CAD绘图再到三维 UG 自动生成工程图，使得设计人员实现了 “ 甩图板 ” 梦想，如果再辅之以产品集成制造以及产品数据管理系 统 ，即可进一步达到 “ 甩图纸 ” 、 “ 甩手册 ” 的目的，实现真正意义上的无纸化生产，极大地提高企业的设 计生产效率。 UG 的工程图设计模块可以将三维零件及装配体自动转换成二维工程 图 ，完全满足国标 GB 的制图标准，支持 GB 所规定的各种剖视图、旋转剖面、局部剖、局部视图、向视图、轴测视图、任意位置视图等等，各视图之间完全相关。自动化的尺寸标注以及各种不同的标注方式，使得设计人员无需再去关心各种尺寸的标注，只需进行必要的调整即可。 UG 同时还提供各种尺寸公差、形位公差、粗糙度、零件序号以及各种制图符号的标注。技术要求、标题栏、明细表、各种标准图幅以及常用绘图模板一应俱全。利用 UG 进行工程图绘制可以完全将设计人员从繁琐 的绘图工作中解放出来，从而将主要精力集中在设计创造上。 UG 中的工程图设计与零件设计是相互关联的，也就是说在零件设计中对零件所做的尺寸或实体的修改，可以自动反映在工程图中；反过来，在工程图中所做的尺寸修改可以自动将三维零件修改。这种双向关联极大地方便了设计过程中的反复和修改，避免了修改工作不一致所产生的损失；同时还可以使用户充分利用原有类似零件的设计，从而保证设计工作的高效率。 4 2 实例模型生成工程图原则与步骤 一、工程图的建立原则 在进入工程图模块后 ,系统的缺省设置使表达式变得不可用 ,这意味着在工程 图模块中不能通过更改表达式值的方法来改变零件的模型参数。此时 ,只要在 文件中将环境变量 21 的值设成 1,则表达式对话框在制图模块中仍可使用。 （ 1） 采用主模型的原则 （ 2） 工程图放置到指定的图层中 （ 3） 工程图符合国家标准 二、工程图的建立步骤 （ 1） 新建工程图文件名 （ 2） 将主模型以装配的方式加载到工程图文件中 （ 3） 设置工程图图幅 （ 4） 设置工程图的制图环境，使其符合国家标准 （ 5） 添加视图 （ 6） 添加尺寸以及其它标注 （ 7） 添加标题栏 4 3 举例 在 UG中可以 从三维模型中自动产生工程图，包括视图 、尺寸和标注，且支持 GB标准。 用主模型方法制图： （ 1）选择 File New.。建立新的制图部件文件。文件名按企业 CAD 标准规定。（如：模型部件名 _dwg.prt） 。 （ 2）选择 Application Assemblies。 （ 3）选择 Assemblies Components Add Existing.。 选择模型部件，改变引用集到 Body或 Solid,用绝对坐标系定位。 往制图中添加视图，剖视图 包括生成局部剖、阶梯剖、剖中剖视图。 给视图加注释。 柴油机数字化快速设