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标题 基于参数化的挤压模具敏捷设计系统研究
范文 汪剑+沈景凤+仲梁维



摘要：由于挤压模具具有较复杂的结构和单件生产的特性，目前在国内市场上还没有一款商用系统专门用于挤压模具的设计。为了给设计人员在挤压模具设计过程中提供更高效、便捷的知识服务，结合专家经验、数据库知识和Pro/E参数化技术，以VB.NET为编程设计平台，通过接口工具，开发了基于参数化的挤压模具专用CAD敏捷设计系统，实现了新设计方案的快速生成，提升了开发设计效率和企业竞争力。
关键词：挤压模具；Pro/E参数化；VB.NET；敏捷设计
中图分类号：TP319
文献标识码：A
文章编号：16727800（2017）004011404
0引言
在经济全球化背景下，每一个制造企业都面临着激烈竞争，企业不得不寻找提升竞争力的方法，以保证在短时间内为大量具有不同设计要求的客户快速提供解决方案，同时又能确保产品质量。随着计算机、信息化和自动化等技术的蓬勃发展，以它们为基础的CAD/CAE/CAM集成设计系统也在制造企业中得到了广泛应用，很大程度上提高了挤压模具三维几何模型设计和工程图绘制的效率，在提高挤压模具设计效率、设计质量和开发能力等方面发挥了重要作用，同时也提升了企业自身竞争力[13]。
1敏捷设计系统
1.1敏捷设计系统运行流程
设计工程师通过挤压模具敏捷设计系统的人机交互界面填写设计方案的相关设计数据，系统将这些数据和模型中的知识，通过推理机进行分析判断。如果不合理，将返回交互界面提示设计工程师进行修改，或直接对设计知识进行临时性或永久性修改；否则将推理得到的设计方案、结构形式和几何参数等结果输入到数字模型中，进行挤压模具的自动设计。最终得到敏捷设计系统自动设计的一系列数据文件，敏捷设计系统运行流程如图1所示。
1.2敏捷设计系统结构搭建
Pro/E敏捷设计系统是以第三方语言为编程环境，通过Pro/E三维软件提供的接口工具，调取头文件资源数据库和底层函数资源库，以此开发面向特定使用者的敏捷设计系统[46]。传统的Pro/E二次开发大多采用Pro/TOOLKIT进行，而C语言的语法规则较为复杂，设计者对指针的使用较难掌握。为满足用户使用VB.NET进行二次开发的需求，PTC（Parametric Technology Corporation）公司從Pro/Engineer Wildfire 4.0版本开始，增加了用于Visual Basic.NET（VB.NET）开发的VB VPI接口工具。用户可以通过简单易学的VB.NET编写应用程序，直接使用VB VPI而无需借助第三方工具，加快程序运行速度，缩短程序开发时间。 本文基于三维设计软件Pro/E提供的VB API接口工具，与系统后台程序——推理机实现经验设计知识的应用。系统后台运行程序是整个敏捷设计系统的核心，通过接口工具函数可实现对其它程序的数据交换，利用知识库中的知识处理设计工程给出的初始设计参数，再利用处理结果，通过对Pro/E平台的智能控制，修改基础模型及其它设计文件，最后输出设计结果。整套敏捷设计系统结构如图2所示。
1.3数字模型结构
数字模型是一切数据信息的基础和基体，它将大部分设计数据和设计经验等知识形式化和结构化后，表述在可视化的三维模型文件中，并体现在模型的几何信息和非几何信息两方面。其中，几何信息包括模型尺寸、特征、结构和零部件组成等三维模型数据，非几何信息包括设计信息、设计标准和计算报告等，主要体现在二维模型和设计文档中。
2挤压模具敏捷设计系统实现
随着三维计算机辅助设计技术的日益成熟，一些功能丰富、操作简便的三维设计软件，也越来越受到人们青睐。相比于传统的手工设计和二维CAD设计，这些三维软件能够有效地改善设计柔性，提高零部件设计效率。但是这些三维软件通常面向所有的用户群体，无法针对每一使用者的个性化敏捷设计需求。 本文基于Pro/E参数化的挤压模具敏捷设计系统开发流程主要分为三大部分：①设计数据库搭建；②交互式界面系统设计；③模型库建立。敏捷设计系统开发流程如图3所示。
2.1设计数据库搭建
设计数据库的搭建主要包括基础设计数据库和设计知识库两大部分。前者只要根据设计需求设计相应的设计表，再结合数据库管理知识，为不同表格建立合适的主键和外键将其关联起来；后者需要与设计专家进行沟通和讨论，总结归纳专家的经验与设计知识，并通过文本形式运用知识表述方法将其规则化、公式化，然后对其进行有效存储。
设计知识库包括规则化的设计知识和历史成功案例的关键数据，以数据形式存储于数据库中，从而实现系统内部的知识共享和重复使用，图4为挤压模具设计的数据库部分。
系统读取调用设计知识库，通过内部推理机结合设计知识对设计工程师输入的设计参数进行分析、计算，得出结果，输出到基础数据模型，用于新设计的参数化驱动，最终得到符合设计需求的设计结果。
2.2交互式界面系统设计
交互式界面系统主要由交互式界面和后台功能函数组成。交互式界面不仅要满足设计工程师的设计需求，而且需要具有一定的美观性、合理性。后台函数是功能实现的关键所在，也是与其它模块桥接的关键。 由于Microsoft Visual Studio 2008平台中的VB.NET具有完备的功能和易学易用的特点，因而被广泛应用于各类开发工作中，本文采用VB.NET作为开发语言。开发对象根据企业需求进行针对性选择，本文选用PTC公司的Pro/E Wildfire 5.0及Autodesk公司的Auto CAD 2010[7]。 交互式界面系统用户使用界面如图5所示。在用户使用界面加载过程中，系统从之前的设计成功案例知识数据库中调取历史设计者的相关信息，并将其写入到相应的文本框中，以方便设计工程师选择[7]。设计编号中将固定不变的序列字符串提出，以减少设计工程师对此处的修改量。 使用快速敏捷设计系统设计成功的案例，会被记录到设计库中。通过交互式界面的“查询历史设计”按钮即可进入查询系统，如图6所示。查询系统提供的历史数据能方便工程师选用历史相近的设计参数填入设计界面。查询系统集成了简单但非常实用的查询过滤功能，通过模糊和具体条件综合检索，当设计历史数据较多时，能够很容易找到所需的历史数据。
2.3参数化模型建立
PTC公司推出的Pro/E以其参数化设计而颇受工程师欢迎，它能够将产品设计的机械结构、几何特征、属性、参数以及大量的产品相关知识和专家经验融合到模型中。本文基于全息建模原理对挤压模具进行数据模型的创建，将与产品相关的设计知识直接集成于对象模型的三维几何、特征、装配、参数化和结构化等属性信息中，并通过约束、参照关系等方法减少知识的重复表示。 仅靠简单的几何约束无法满足复杂的挤压模具设计要求，比如一些经验公式和设计规则无法通过几何约束来表示。Pro/E软件中的参数和关系功能模块则可将公式和规则等知识集成到模型中，通过对模型参数和关系的定义就能够将设计知识集成到模型里，模型中的参数和关系如图7所示。
3基于VB API的二次开发关键技术
3.1连接启动Pro/E的方法
VB.NET对Pro/E的开发只能是异步式的，程序通过VB API接口启动Pro/E程序或者连接到其正在运行的会话中，再通过调用API函数对Pro/E进行数据和操作等方面的控制。 通过运行简单的异步式代码即可实现连接并启动Pro/E和驱动模型，代码如下[8]： Dim asyncConnection As IpfcAsyncConnection=Nothing Dim cAC As CCpfcAsyncConnection Dim session As IpfcBaseSession cAC=New CCpfeAsyncConnection asyncConnection=cAC.Start（exePath，”.”） session= asyncConnection.Session asyncConnection.Session.ChangeDirectory（workDir） Dim descModel As IpfcModelDescriptor Dim model As IpfcModel Dim CMD As CCpfcModelDescriptor CMD=New CCpfcModelDescriptor descModel=CMD.Create（ModelType，Mode1Name，Nothing） model=session.RetrieveModel（descModel） model.Display（） 其中，exepath为Pro/E安装程序的全路径，workdir为程序启动后可另存的工作路径，modeltype为将要打开模型的类型，modelname为模型的全路径。
3.2模型再生
由于Pro/E Wildfire 5.0版本的更新，将选项中再生失败解决模式的默认值改为不解决模式，因此无法正常使用API函数对装配体模型再生，但是对单个零件仍可以生效。在工具菜单下的选项中，查找regen_failure_handing选项，将值改为resolve_mode后即可进行正常的装配体再生。 再生装配体代码如下[8]： Dim regInstr As IpfcRegenInstructions Dim solid As IpfcSolid regInstr =（New CCpfcRegenInstructions）.Create（True，True，Nothing） rmodel = session.CurrentModel solid = CType（rmodel，IpfcAssembly） solid.Regenerate（regInstr） solid.display（） session.GetModelWindow（solid）.Repaint（） rmodel.Save（）
3.3工程图调整与格式转换
（1）视图比例调整。工程图的绘制都有严格标准，通常软件中提供的设置即能满足工程图绘制要求。但是在敏捷设计系统中的基础模型通常有且只有一套基础二维图纸，在实际设计过程中会有较大尺寸的跨度。此时，固定的图纸比例将无法保证视图在图纸中有合理大小。在工程图文件中，经常会出现同一张图纸页面含有多个模型，或者在工程图中含有多个页面的情况。本文使用集合的方式对其进行统一修改，然后更新页面。 图纸比例修改的主要代码如下： Dim models As IpfcModels Dim model As IpfcModel Dim drawing As Ipfcdrawing Dim modelscales=New single（）{P1，P2，...Pn} Dim scalesheets As Integer（）=New Integer（）{S1，S2，...Sn} models=drawing.listModles（） For i=0 To n-1 model=dmodels（i） drawing.SetSheetScale（scalesheets（i），modelscales（i），model） Next For i=1 To drawingNumberOfSheets drawing.CurrentSheetNumber=i drawing.RegenerateSheet（i） Next 其中，n表示工程圖文件中含有的模型数量，modelscales表示每个需要调整视图的期望比例Pn集合，scalesheets表示视图模型所在页面编号Sn的集合。modelscales和scalesheets二者需要一一对应，否则在SetSheetScale时会将视图调整为错误比例，甚至出现其它错误。 （2）图纸格式转换。Pro/E工程图中包含了大量信息，便于修改，但是针对保密性较强的企业，或者要将数据外发时，则往往不方便工作人员使用。将工程图输出为绝大多数公司都能方便查看的PDF或DWG格式，不仅可以压缩数据，还可以方便数据的查阅和存档。 工程图转换为PDF格式的代码如下[9]： Dim PDFinstructions As IpfcPDFExportInstructions PDFinstructions =（New CCpfcPDFExportInstructions）.Create（） rmodel.Export（outdir，PDFinstructions） 其中，outdir表示PDF文件输出的全路径，该名称不能超过30个字符。4结语
本文研究了基于VB.NET的Pro/E开发方法，结合设计数据库和设计知识库，实现了不同类型知识在敏捷设计系统中的集成，有效提高了系统运行效率，同时也完成了跨平台程序连接、目标参数化、尺寸提取及输入、三维模型驱动、工程图调整和文档多格式导出等关键系统功能。使用Pro/E二次开发技术极大地提高了设计效率，缩短了产品设计周期，提高了企业竞争力。该技术顺应了智能制造的时代趋势，具有重大意义，并对其它类似产品敏捷系统的开发设计具有借鉴作用。
参考文献：[1]黄龙生，陈凤华.机械制造控制系统的自动化技术初步探索[J].中国科技博览，2010（21）：9.
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[3]黄志高.基于知识的塑料注射模集成设计系统研究[D].武汉：武汉科技大学，2009.
[4]刘龙，朱林波.基于VB的Pro/E二次开发方法的再探讨[J].金属加工冷加工，2009（13）：6567.
[5]李如忠.Pro/Toolkit快速开发方法研究[J].信息技术，2014（10）：121124，133.
[6]刘庆立，曹巨江，姚素芬，等.利用Visual Basic对Pro/E进行二次开发的方法研究[J].机械传动，2010，34（1）：4750.
[7]陳伊璐，沈景凤，仲梁维，等.基于知识工程的挤压模具敏捷设计系统[J].通信电源技术，2015，32（6）：154156.
[8]Parametric technology corporation.pro/engineer wildfire 5.0 VB API users guide[M].USA：PTC.
[9]卜凡，赵高辉，仲梁维，等.基于Creo二次开发技术的自卸车车厢敏捷设计系统[J].通信电源技术，2015，32（6）：207210.
（责任编辑：黄健）
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更新时间：2024/12/23 3:13:10