隨著市場競爭的日益激烈,如何提高產品設計效率,適應快速多變的市場需求已成為企業(yè)十分關注的問題丘登。正因如此,計算機輔助設計已成為設計中必不可少的工具泽姨。隨著基于幾何模型的CAD系統(tǒng)的日趨完善,人們對于計算機輔助設計系統(tǒng)的要求也越來越高,于是提出了產品模型的概念,希望它能對整個設計過程給予全面的支持。事實上,由于實際情況的復雜性和多變性,產品模型基本上還停留在理論探討的基礎上竿漂。實際的需求與理論上的滯后導致了人們另求出路敲坏。于是,設計一個在一定程度上能實現(xiàn)產品裝配模型的專用CAD系統(tǒng),開始成為許多有特定設計過程的企業(yè)的自然選擇。本文通過對一個面向產品模型的專用CAD系統(tǒng)的設計實例來展示如何用利用面向對象的方法作工具以實現(xiàn)此目標辆童。

1 設計實例——空調機柜CAD系統(tǒng)

空調機柜是大型中央空調機必不可少的組成部分宜咒。它主要由風機室、盤管室胸遇、混氣室等組成,并為空調機提供一整套熱交換設施荧呐。通過風機室抽取外部空氣,在混氣室混合,然后在盤管室中與空調機進行熱交換。大型空調不同于家用空調,它不是批量生產的產品,往往是單件產品,一般由空調機柜生產廠家根據(jù)用戶的不同需求,去設計定制和組裝纸镊。由于不同的安裝形式和安裝地點倍阐、不同的設計參數(shù)(如功率等的要求),形成了產品圖形基本相似,但局部小結構有所不同,尺寸也是各異,規(guī)格品種復雜多樣的特定設計過程。對于每一個用戶,企業(yè)必須設計多套全新的圖紙,費時費力,使得設計能力往往跟不上實際生產能力,無法滿足用戶需求逗威。為此廠家希望能有一個專用的基于產品模型的CAD系統(tǒng),達到以下的功能:
根據(jù)用戶的需求自動生成原始裝配圖峰搪；
能夠在裝配圖上以零件為基本元素進行交互式的修改,并自動維護裝配關系的一致性,三維視圖的一致性；
能夠根據(jù)修改后的裝配圖,自動生成加工信息,如工藝卡凯旭、NC代碼等概耻。

2 面向對象方法的選擇

面向對象方法建立在任何事物都可以用對象來表示的基礎上。在系統(tǒng)分析和設計時,對象將數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)操作行為結合起來,作為一個集成的整體來對待罐呼。對系統(tǒng)的修改只需改變和增刪一些操作,其基本的對象結構并不發(fā)生變化鞠柄。面向對象分析方法中的對象是客觀世界對象的直接映射,采用面向對象方法進行分析、設計的系統(tǒng),比采用面向過程的分析方法設計的系統(tǒng)更易理解,增強了系統(tǒng)的可維護性尺夺。

面向對象方法的優(yōu)點使它適應了現(xiàn)代軟件工程的需要,也使它非常適合于產品裝配模型的設計烧论。對象是計算機語言對客觀事物的抽象；對象之間的基本關系,如關聯(lián)舒叨、依賴旋挺、包容、繼承等,則是對客觀事物之間紛繁復雜關系的抽象滔测。在產品模型的過程設計中,將機械零部件直接映射為對象,將它們之間的裝配關系映射為對象之間的關聯(lián)是一種非常直觀的表示方法责爹。在系統(tǒng)設計中,可以更加側重于用如何用計算機語言來對現(xiàn)實世界進行精確的描述,而不是對數(shù)據(jù)的處理,使得整個設計過程更為自然。

根據(jù)我們的實際情況,決定在基于參數(shù)化的二維CAD系統(tǒng)上進行二次開發(fā),采用面向對象的方法來進行建模罚迹。

現(xiàn)在國內較為流行的面向對象的設計方法有OMT,BOOCH等,本設計采用基于UML的ROSE建模工具牧僻。各種建模思想各有側重,然而它們的基本思想是一致的,在這里重要的并不是采用何種面向對象的建模方法,而是如何在計算機中對客觀世界進行抽象的描述。

3 專用CAD系統(tǒng)的設計

3.1 系統(tǒng)的原理結構

圖1為經簡化了的專用CAD系統(tǒng)的基本模塊劃分及其功能示意圖柜涛。其中:規(guī)則庫:由廠家多年的生產經驗積累而成翎桨。它包含了在不同型號、不同要求情況下,各零部件的尺寸格缘、位置的生成規(guī)則茫叭。是自動出圖的關鍵。

圖1 空調機框專用CAD系統(tǒng)示意圖

推理器:從規(guī)則庫中提取規(guī)則,進行分析,并生成零部件的三維模型半等。

三維模型:它是整個專用CAD系統(tǒng)的核心,不僅包含零件的幾何信息,還必須包含零部件的裝配信息揍愁、生產信息

二維視圖:它是零部件在一個平面上的投影,是在圖紙上進行交互修改的基本單元,三維模型與它形成一對多的關系。

消隱模塊:根據(jù)三維模型,對于靈便的二維視圖進行通用消隱和特殊消隱杀饵。

加工信息產生模塊:根據(jù)三維模塊產生加工信息,如CN代碼莽囤。

3.2 建模部分的具體實現(xiàn)

以下對于設計和實現(xiàn)中的一些關鍵點分別進行論述。

(a)規(guī)則庫的建立

規(guī)則庫是圖紙自動生成的關鍵,也是廠家多年生產資料的建庫,這些資料以實例的形式存儲(關于實例的查詢,限于篇幅在此不作討論)切距。下面以經簡化的空調機柜的主要零件——角鐵為例,說明本系統(tǒng)組建實例的基本思想:

實例名:實例的名稱朽缎。

室類型名:空調機柜室名,如前面提到的風機室、盤管室等等谜悟。

生成規(guī)則:相當于規(guī)則的IF語名,當條件滿足時,才根據(jù)規(guī)則中的信息建立角鐵實體话肖。

角鐵ID:紀錄要生成的角鐵的ID號,供其它角鐵(面板或其他零件)對它進行引用。

頭部相連角鐵ID,尾部相連角鐵ID:記錄角鐵的裝配關系葡幸。

尺寸計算式:記錄角鐵的各個尺寸的表達式最筒。

經檢索后的實例,根據(jù)其中每一個零件的信息生成裝配圖。

(b)三維模型

三維模型是整個CAD系統(tǒng)的核心,是連接各個模塊的樞紐蔚叨。是計算機語言對零件的抽象描述床蜘。三維模型所需要紀錄的信息分為以下幾類:

幾何信息:記錄零件的空間位置；

裝配信息:記錄零件與其他零件的裝配關系议猛；

生產信息:記錄零件的加工信息,如尺寸等玛呐；

繪圖信息:說明零件如何在圖紙上表達自身。

三維模型不僅是信息的記錄者,更是信息的維護者蟋晾。各種信息之間存在著復雜的約束關系,它們之間一致性的維護理所當然地由三維模型負責冻咆。例如,當用戶在圖紙上改變了零部件中一個視圖的位置,其他兩個視圖也必須作出相應的修改,這必須通過維護繪圖信息與幾何信息的一致性來完成。再如當一個零件的位置或尺寸改變時,與它有裝配關系的零部件也必須作出相應的修改,使裝配關系繼續(xù)得以保持睁去。這就必須維護裝配信息與生產信息的一致性戚促。下面以經簡化的角鐵對象為例,說明角鐵三維模型的設計:

幾何信息:Point1,Point2:角鐵的兩個定位點在空間的位置；Rotation:角鐵在空間的旋轉角度

裝配信息:HeadID,TailID:與角鐵頭尾相連的角鐵的ID號殃宜；JointIDArray:與角鐵中部相連的角鐵的ID號序列

生產模型:Width,Length,Thick:角鐵的三個最基本的尺寸參數(shù),寬度睡誉、長度與厚度

繪圖信息:ViewID［3］:角鐵的三個視圖(頂視、俯視挟撑、左視)的ID號伤很；維護幾何信息與繪圖信息的操作:

TranslateViewToModal():將模型中的一個點轉換為某一視圖中的一個平面點

TranslateModalToView():將視圖中的一個點轉化為三維空間點

c)裝配關系的表達

零部件之間的裝配組成關系可以通過對象間的關聯(lián)、繼承嫩坷、包容加以抽象表示肺樟。角鐵之間的連接關系是一種關聯(lián),室與角鐵之間的關系是包容等等。

(d)系統(tǒng)模型的建立

圖2 面向對象系統(tǒng)建模圖

通過上面的分析,系統(tǒng)建模如圖2所示(已予簡化)。

4 結語

真正完全實現(xiàn)產品裝配的CAD系統(tǒng),在理論上與實際上都存在著很大的困難么伯；為某一設計定制的專用CAD系統(tǒng)成為了許多廠家自然的選擇疟暖。本文用成功的設計實例闡明了如何通過面向對象的方法來對專用CAD系統(tǒng)建模,供準備從事面向產品的專用CAD系統(tǒng)設計的專業(yè)人員參考。

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