SolidWorks软件织机零部件专用CAD系统开发

目前计算机辅助设计制造领域的热点问题是将参数化设计技术与CAD软件二次开发技术相结合，根据具体产品设计需求对通用CAD系统进行专用化的研究与开发，开发自主的CAD系统。它能够极大地提高产品设计效率，实现快速设计，提高产品竞争力。有关这方面技术的研究，国内外已经广泛地展开。韩国Y. J. Chang等人运用AutoLISP及Visual Basic开发语言，基于AUTOCAD平台开发出了用于内齿轮油泵集成快速设计的二维设计平台[1]；杨海飞等人利用Visual Basic语言开发了一个基于SolidWorks的螺纹连接标准件库，用于实现螺纹连接件的快速自动设计[2]；李宇彤采用VBA、Visual Basic开发语言，开发出了一套基于AutoCAD软件的专用液压缸智能计算机辅助设计系统，可以实现液压缸主要尺寸参数的初始估算、零部件结构的参数化设计及设计结果的工程分析校核等工作[3]；邓春晓采用Visual Basic开发语言，研制开发了基于AutoCAD软件的DT Π型带式输送机计算机辅助设计系统，可以实现选型设计过程的程序化与零部件的参数化绘图[4]；安向东基于AUTOCAD 平台研制了用于纺织机械设计的液压传动CAD 系统，可以实现液压元件的流体静力学计算、流体动力学计算、液压元件计算、液压元件查询、液压系统图绘制等功能[5]。从研究的现状来看，大多集中在模具、汽车等标准比较完善、机电一体化水平较高的行业，取得了一系列的良好收益，而在纺织机械行业的研究与应用很少，很自然就在一定程度上制约着整个行业的进一步发展。计算机辅助设计技术已较好地实现了特定零件的参数化设计，但针对部件级的参数化设计方法的研究还很少；系统的开发主要是针对二维的，三维系统的开发还很少；直接面向纺织机械行业的研究与应用更少，面向织机行业的专用CAD系统的研发未见报道。安向东基于AUTOCAD 平台研制了用于纺织机械设计的液压传动CAD 系统，属于传统二维CAD系统。随着设计方法与设计工具的极大进步，2D设计系统由于效率低下、功能单一及兼容性差等诸多问题，终将被有着众多优点的3D系统所取代；同时，目前所开发的绝大多数专用CAD，功能单一，仅仅停留在设计建模这一块，没有形成一种包含已有设计资源、可实现快速变型设计、分析仿真等更多功能的集成专用CAD系统，以更好地提升织机设计制造水平[6]。 2 现状分析与解决思路为解决上述问题造成的织机设计中所面临的不利局面，提升织机设计效率与质量，本文提出建立一种针对零、部件级，面向三维的织机零部件专用CAD系统的思路与实现方法。本系统通过集成与再利用已有织机设计资源、自动调用SolidWorks这一高效的三维设计软件并在此平台上进行局部修改回代、进行基于原型推理辅助设计及对关键部位进行分析仿真等工作，可以有效提高织机设计的效率与质量。 3 研究内容 3.1 主要研究内容对各种典型无梭织机(有梭织机)进行系统化研究与分析，分门别类对织机零部件进行归纳整理，提取出各类别关键零部件通用特征，对其进行模块化处理，建立织机专用三维零部件模型数据库；以参数化设计软件SolidWorks为开发平台，运用编程语言Visual Basic进行二次开发，开发出集成的织机零部件库，并通过编程实现与SolidWorks开发平台的链接与交互，实现调用SolidWorks进行快速设计的目的；在此基础上优化人机交互界面及添加常用零件向导等功能，集成基于原型推理的辅助设计方法；添加后续的分析仿真模块，形成一个集向导式交互设计界面，三维织机零部件3D图库、基于原型推理辅助设计模块与分析仿真模块于一体的织机零部件专用集成CAD系统[7-11]。 3.2 关键技术本系统主要是为实现织机零部件信息的集成与高效设计而开发的。系统主要由3D图库、基于原型推理辅助设计模块、分析仿真模块这三大功能模块组成。系统实现的关键技术集中在对上述三大模块的研究与开发上，在此基础上通过三者之间及与主系统面板的有机联系与链接实现系统的基本功能。　　(1)对各种典型织机进行系统化研究与分析，分门别类对织机零部件进行归纳整理，提取各类别关键零部件通用特征。　　(2)织机零部件3D图库的建立与完善。　　(3)基于原型推理的优化设计方法及高效的推理机制等先进理论与方法的研究，基于原型推理辅助设计模块的设计与开发，及其与3D图库的集成研究。　　(4)后续的分析仿真模块的开发及与系统的集成化研究。 4 课题应用价值及意义《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》中明确表示：“用高新技术改造和提升制造业。大力推进制造业信息化，积极发展基础原材料，大幅度提高产品档次、技术含量和附加值，全面提升制造业整体技术水平。”，同时在制造业优先主题中明确提出对于“基础件和通用部件”及“数字化和智能化设计制造”的重点支持[12]。近期发布的《纺织工业调整和振兴规划》中也明确提出当前我国纺织产业调整和振兴的主要任务之一是提高自主创新能力，其中针对提高纺织装备自主化水平提到以提高专用基础件、配套件可靠性为切入点，加大纺织机械专用基础件、配套件的研发和产业化力度[13]。本课题的研究内容符合上述国家重点支持方向，具有很大的应用价值，同时国家的这些方针措施在很大程度上也会有力的促进本课题的深入研究与实现。　　具体而言，本课题旨在研究与开发出一个带有向导式交互设计界面、集三维参数化设计中二次开发技术开发出的零部件3D图库、基于原型推理辅助设计模块与分析仿真模块于一体的织机零部件专用系统。该系统通过集成的人机交互界面，不需要对织机零部件的所有信息进行关注，只对需要改动的原型的几个主控参数进行预期的修改，通过系统内部的运作，系统便会调用SolidWorks这一高效的参数化设计软件进行自动建模，以三维模式展现修改后的模型；通过基于原型推理辅助设计方法进行快速设计；通过人机交互界面，对模型进行分析与仿真等工作以更好地验证与辅助设计。应用于织机的设计实践中，可促进我国织机制造行业的发展。织机零部件专用CAD系统的开发，可实现现有织机零部件资源的有效整合和利用，提高织机设计效率与产品质量，缩短产品上市周期，进而提升产品的市场竞争力。与传统的自下而上设计方法相比，该专用CAD系统可以极大的避免重复绘图的不利之处，提高设计效率与产品质量，可广泛应用于织机的创新设计上，能够改变传统织机设计的低效率，产生一定的经济与社会效益。本课题的研究可以为国内织机的研制提供一个高效的研发平台，对其他行业专用CAD系统的研究与开发也具有很好的借鉴与参考意义。 5 系统分析 5.1 系统需求分析织机分为有梭织机、无梭织机。有梭织机、无梭织机及其内部各类别之间最大的区别在于引纬装置及工作原理的不同，其他装置与机构之间具有很大的通用性，可以形成模块化。而传统织机产品的研发过程中，设计人员往往陷入重复绘图的不利状况之中，耗费了宝贵的研发时间，限制了创新思维的充分发挥，是制约织机设计效率提高的一个不利因素。因此对织机设计制造行业而言，通过有效整合和利用现有织机零部件资源，建立一种包含设计建模、优化设计及分析仿真等更多功能的集成的织机零部件专用系统是十分必要的。 5.2 系统可行性分析 (1) 经济可行性分析 该系统的主要目的是减轻工程师的工作量，提高设计效率与质量。使用本系统，设计师可方便快捷地进行产品快速设计，以及与之相关的仿真分析及数据管理问题，减少重复性工作，提高设计效率与设计质量。 (2) 技术可行性分析 本系统采用Microsoft公司的Visual Basic 6.0作为主要的开发工具，以SolidWorks软件作为开发平台，数据库选用当前非常流行的Microsoft公司的Access 2003数据库系统，该系统在安全性、准确性和运行效率上都占有一定优势。6 系统设计 6.1 系统目标面对织机设计过程的复杂化及专用系统发展过程中的各种情况，经过对织机参数化设计与分析仿真实际要求的分析，确定系统应达到以下目标：　　(1) 强大的参数化设计与快速变形设计功能。充分利用SolidWorks的参数化技术，不但能实现产品中零部件的参数化设计，而且能实现整机的参数化设计；应该拥有完备的参数化零部件库和设备库，并且具有完善的数据管理功能；产品的整个设计过程能全部在系统环境中完成，且设计所需信息都可以在设计环境中获取；充分利用基于原型推理快速变型设计功能，提高设计效率与准确度。　　(2) 产品设计的可靠性。本系统通过集成后续分析仿真模块，对零部件关键结构进行必要的分析与仿真，提高零部件的质量与可靠性。　　(3) 产品设计的柔性。系统既支持己有模型库的调用，又能在调用的设计成果上快捷地做出局部的交互式修改来满足设计要求；同时具备用户自扩充零部件库的功能。　　(4) 友好的人机交互界面。系统以独立可执行文件的方式与SolidWorks平台集成，保持操作界面的实用性与易操作性，并提供必要的操作提示信息和帮助信息。 　　(5) 其他辅助功能的完善性。为保证系统功能的完善，还应具备其他的一些功能。如保证自动生成的工程图的实用性；考虑与其他设计管理软件如PDM (产品数据管理系统)的数据对接。 6.2 系统功能结构简介系统总体方案设计功能结构图如图6-1所示。其中包括四个主要组成部分：通用CAD系统(SolidWorks系统)，定制的用户界面模块，程序设计模块(包括产品选型模块、基于原型推理辅助设计模块、分析仿真模块等)和数据管理模块。 图6-1 系统总体方案设计功能结构图 (1) 通用CAD系统：是产品参数化设计系统的宿主，是实现系统功能的基础。 (2) 定制的用户界面模块：主要是提供给用户进行交互的设计操作。 (3) 设计计算及分析仿真程序模块:主要由产品选型模块、一般设计与计算模块、基于原型推理辅助设计模块、分析与仿真模块及其他功能模块组成，完成产品设计分析和参数化设计工作。 (4) 数据管理模块:由数据库管理系统和数据库组成，负责对产品设计专用系统的数据的管理。系统数据库是在参数化零部件库的基础上建立的，包括专用基础件(包括通用件、专用件及标准件)数据库、部件数据库、产品设备(装配件)数据库和一些辅助信息库，其中专用基础件数据库是实现设备数据库的基础。 6.3 系统预览织机零部件专用CAD系统由多个窗体组成，下面仅对一些典型窗体进行介绍，其他窗体在后续章节中会进行详细介绍。系统主窗体如图6-2所示，是一个集成各子功能模块的系统界面，通过调用各子窗体进行交互操作得以实现系统的所有功能。系统登录窗体的运行效果图如图6-3所示，主要用于防止非法用户进入系统内部进行非法操作，保障系统操作安全。用户管理窗体的运行效果如图6-4所示，主要功能是实现对于用户信息的增、删、改、查等操作。操作员权限管理窗体的运行效果如图6-5所示，主要功能是针对不同的使用者赋予相应权限的操作。系统选项窗体的运行效果如图6-6所示，主要功能是集成一些常用的系统功能以利于系统的快速操作。织机3D图库窗体如图6-7所示，主要功能在于对系统中存储的织机基础信息进行操作、查询、修改与完善等操作。基于原型推理辅助设计模块主窗体如图6-8所示，主要功能在于实现织机零部件的快速变型设计。 图6-2 系统主窗体 图6-3 登陆窗体　　图6-4 用户管理窗体 图6-5 操作员权限管理窗体　　　图6-6 系统选项窗体 图6-7 织机3D图库窗体 图6-8 基于原型推理辅助设计模块窗体 6.4 系统业务流程图依据系统功能及用户的实际需求，绘制了系统的工作流程，如图6-9所示。 图6-9 系统业务流程图 7 小结阐述了织机设计领域CAD系统应用概况，通过现状分析指出了相应解决思路，并对课题主要研究内容及其关键技术进行了介绍，指出了课题研究意义。对织机零部件专用CAD系统进行了系统分析、经济可行性分析与技术可行性分析，接下来介绍了系统的开发目标并构建了织机零部件专用CAD系统总体框架，对系统中一些典型的窗体进行了概述。阐明了织机零部件专用CAD系统的工作流程。

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