基于知识的三维数字化建模技术的研究与应用
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摘要
21世纪是知识经济时代，新经济的到来要求企业不仅能快速响应市场，并且能够快速生产出高知识含量的产品，使企业在激烈竞争的市场中赢得生存，而知识是能够保持企业可持续发展和竞争优势的重要资源。基于知识的工程(KBE)正是面向现代设计要求而产生、发展的新型智能设计方法和设计决策自动化的工具之一，已成为促进工程设计智能化的重要途径。
为推动制造业信息化发展，863计划现代集成制造系统技术主题设立了数字化设计与制造系统专题。在数字化设计与制造的过程中，首先要实现产品与工程的数字建模，而三维CAD作为产品信息的数据源头成为整个数字化设计制造系统的核心，因此基于知识的三维数字化建模技术，具有广泛的工程实际意义。
本文着重研究了以下内容：
1．基于特征三维数字化建模技术的研究：应用参数化理论和基于特征的思想，以常用零件为对象进行分析，提出了Pro/E环境下的造型方法、步骤和诀窍。实现了齿轮等的精确造型、数字化建模和二维工程图的转换，并为CAD/CAPP/CAM的集成奠定了基础。
2．研究了KBE理论，通过获取设计人员的设计知识实现了与三维数字化建模技术的集成。完成了设计知识库的创建，实现了齿轮等纺机常用件的自动建模以及对知识的继承和重用。
3．对Pro/E二次开发的关键技术进行深入研究，利用它的二次开发软件包Pro/Toolkit、VC++面向对象语言以及SQL Server大型数据库实现了DLL动态链接库与Pro/E的无缝集成，使系统具有运行速度快、用户界面友好等特点。
4．应用上述理论和技术，完成了三维图库，开发了FJCAD实用系统。该系统自2003年7月在天津宏大纺织机械有限公司投入使用以来，运行正常，取得良好效果，并得到天津市科委的高度评价。
The 21st century is an age of knowledge economy. Facing the corning of new economy the corporation should respond to the market rapidly and be able to quickly produce the products involving rich knowledge, so it can gain survival in the market environment with so intense competition, while the knowledge is the important resource that can keep enterprise sustainable development and competency advantage. Knowledge-based Engineering is a new agent designing method and automatic tool developed under the requirement of modern design, and it has become the important approach of promoting engineering design intelligentize.
For driving the manufacturing informationlization, 863 plan the MIS technique topic has set up the subject of digital designing and manufacturing system. In the course of digital designing and manufacturing, first is to realize the digital modeling of product and engineering, while 3D is the core of whole MIS for it becoming the product information's data headstream, thus the research on 3D digitization modeling technology has the actual engineering significance.
The major content of this paper is summed as follow:
1. 3D digital modeling technology is investigated which uses the theory of parametrization, analyses the typical parts studies several key technology such as: accurately sculpting method , digital modeling technique etc. and bases for the conversion from 3D to 2D and integrating of CAD/CAPP/CAM.
2. The theory of KBE is investigated. Through acquiring designer's knowledge it is integrated with 3D digitization modeling technique, so automatically modeling and recycling knowledge for the textile machine parts in common use such as gear, etc is realized.
3. The key technology of secondary development in Pro/E is investigated, which adopting the idea of object oriented, utilizing its development tool-Pro/Toolkit, VC++ advanced programming language and SQL Server database realized the integrating of DLL with Pro/E, and developed a friendly user interface.etc.
4. Utilizing above technology and theory, the 3D model database and design knowledge database is founded, and the FJCAD applied system is developed. The system has been installed in the TianJin HongDa Textile Mechanism Limited Company, and gained favorable effects since 7th, 2003. It also acquired highly evaluation of TianJin Municipal Science and Technology Commission.
为推动制造业信息化发展，863计划现代集成制造系统技术主题设立了数字化设计与制造系统专题。在数字化设计与制造的过程中，首先要实现产品与工程的数字建模，而三维CAD作为产品信息的数据源头成为整个数字化设计制造系统的核心，因此基于知识的三维数字化建模技术，具有广泛的工程实际意义。
本文着重研究了以下内容：
1．基于特征三维数字化建模技术的研究：应用参数化理论和基于特征的思想，以常用零件为对象进行分析，提出了Pro/E环境下的造型方法、步骤和诀窍。实现了齿轮等的精确造型、数字化建模和二维工程图的转换，并为CAD/CAPP/CAM的集成奠定了基础。
2．研究了KBE理论，通过获取设计人员的设计知识实现了与三维数字化建模技术的集成。完成了设计知识库的创建，实现了齿轮等纺机常用件的自动建模以及对知识的继承和重用。
3．对Pro/E二次开发的关键技术进行深入研究，利用它的二次开发软件包Pro/Toolkit、VC++面向对象语言以及SQL Server大型数据库实现了DLL动态链接库与Pro/E的无缝集成，使系统具有运行速度快、用户界面友好等特点。
4．应用上述理论和技术，完成了三维图库，开发了FJCAD实用系统。该系统自2003年7月在天津宏大纺织机械有限公司投入使用以来，运行正常，取得良好效果，并得到天津市科委的高度评价。
The 21st century is an age of knowledge economy. Facing the corning of new economy the corporation should respond to the market rapidly and be able to quickly produce the products involving rich knowledge, so it can gain survival in the market environment with so intense competition, while the knowledge is the important resource that can keep enterprise sustainable development and competency advantage. Knowledge-based Engineering is a new agent designing method and automatic tool developed under the requirement of modern design, and it has become the important approach of promoting engineering design intelligentize.
For driving the manufacturing informationlization, 863 plan the MIS technique topic has set up the subject of digital designing and manufacturing system. In the course of digital designing and manufacturing, first is to realize the digital modeling of product and engineering, while 3D is the core of whole MIS for it becoming the product information's data headstream, thus the research on 3D digitization modeling technology has the actual engineering significance.
The major content of this paper is summed as follow:
1. 3D digital modeling technology is investigated which uses the theory of parametrization, analyses the typical parts studies several key technology such as: accurately sculpting method , digital modeling technique etc. and bases for the conversion from 3D to 2D and integrating of CAD/CAPP/CAM.
2. The theory of KBE is investigated. Through acquiring designer's knowledge it is integrated with 3D digitization modeling technique, so automatically modeling and recycling knowledge for the textile machine parts in common use such as gear, etc is realized.
3. The key technology of secondary development in Pro/E is investigated, which adopting the idea of object oriented, utilizing its development tool-Pro/Toolkit, VC++ advanced programming language and SQL Server database realized the integrating of DLL with Pro/E, and developed a friendly user interface.etc.
4. Utilizing above technology and theory, the 3D model database and design knowledge database is founded, and the FJCAD applied system is developed. The system has been installed in the TianJin HongDa Textile Mechanism Limited Company, and gained favorable effects since 7th, 2003. It also acquired highly evaluation of TianJin Municipal Science and Technology Commission.
引文
[1] 孙家广．“千家万套”实现中国三维CAD产业化．中国制造业信息化．2003，8：19
[2] 杨海成．中国制造业信息化之路．中国制造业信息化．2003，11：20
[3] 王可，国内三维CAD何时百花齐放．中国制造业信息化．2003，6：23-24
[4] 韩冠宇．智能化机械传动装置CAD系统．北京工业大学．机械设计与理论．2001，05：1
[5] 鲁聪，基于Web技术的分布式凸轮机构CAD系统的研究．四川在学．机械制造及其自动化2001，04：3
[6] 姜素丽．基于网络的虚拟设计系统——虚拟零部件库．武汉科技大学．机械电子工程．2002，05：13
[7] 秦玉学．汽车底盘的参数化设计．大连理工大学．车辆工程专业．2003，03：6-7
[8] 张亚明．基于设计计算的三维CAD二次开发技术研究．华北工学院．机械设计制造及其自动化．2003，03：2
[9] 张领．基于特征的参数化齿轮系统的优化设计．中南林学院．机械设计及理论．2001，4：6
[10] 耿志强．新型纵流壳程换热设备智能CAD技术研究与开发．郑州大学．化工过程机械．2002，04：3-4
[11] Dani T H. Gadh R. Creation of concept shape designs via a virtual reality interface. Computer—Aided Design. 1997, 29(8): 555-563
[12] 孙林大．现代产品设计技术及其发展．中国制造业信息化．2003，1：40
[13] 曾芬芳、华瑜．一个基于参数华驱动的轴承CAD系统．华东船舶工业学院学报．1995，3
[14] 孙林夫．三维CAD关键技术及其发展．中国制造业信息化．2003，4：10-11
[15] http://www.sccp-sj.com/hill/study/history, htm
[16] http://www.ahbbc.com.cn/xxh/news memo.asp?wz id=100001641
[17] 仲卫利．基于特征的三维参数化磨床关键部件CAD系统研究．机械与汽车工程学院．2003，3：8
[18] 龙晓苑．数字化艺术[M]．北京：北京大学出版社．2000：3～6
[19] 苏建宁等．数字化工业设计．甘肃工业大学学报．2002，3：39-40
[20] 杨海成．制造业信息化关键技术研究与进展．中国制造业信息化．2003，6：5
[21] 孙家广．“十一五”先进制造与自动化技术领域发展战略思考．中国制造业信息化．2003，11：9
[22] 谭柏珠等．基于成组技术的面向对象CAD系统的研究．计算机辅助设计与图形学学
报．1999．9：437
[23]吴翔、李刚炎．知识在未来产品开发系统中的作用．中国制造业信息化．2003，9：90-91
[24]孔繁胜．知识库系统原理．杭州：浙江大学出版社．2000
[25]谢友柏．现代设计与知识获取．中国机械工程．1995，7(6)：36-41
[26]张闻雷．连杆锤锻摸智能CAD系统的研制．大连铁道学院．材料加工工程．2002，5
[27]谭浩．基于知识的数控机床计算机辅助工业设计系统研究．湖南大学．2003，3
[28]范兴柱．基于知识的可重构FAS系统及仿真软件的研究与开发．南京航空航天大学．2002，3：3-4
[29]Devlin. Keith. Infosense: Turning Information into Knowledge. New York: W.H. Freeman and Company. 1999
[30]冯斌．基于知识的传动方案设计支持系统研究．西安电子科技大学．机械制造及其自动化．2001，01
[31]蔡波．虚拟企业基于知识的产品概念设计研究．两北工业大学．2002，05
[32]谢友柏．概念设计的基础——获取心知识的资源．机械设计．2001年专集
[33]Kiritsis D.A review of knowledge-based expert systems for process planning: methods and problems. Int J Adv Manuf Technol, 1995(10): 240-262
[34]孔维亚、钱立新．基于KBE的常规战斗部CAD系统的关键技术研究．机械设计与制造工程．2002，1：16-17
[35]陈洪、陈新度、陈新、郑德涛．新一代基于知识的工程系统．中国机械工程．2002，9 (17)：1492-1494
[36]D.Jovanoski, H. Muthsam, Workpiece modeling for computer-aided process planning,Int.J.Advanced Manufacturing Technology, 1995, Vol. 10, No. 6:404-410
[37]D.Kiritsis.,M.Porchet,Generic Petri net model for dynamic process planning and sequence optimization, Advanced engineering Software,1996,Vol. 25,NO: 1
[38]John G.Cheng, Xiu-yu Shao, Yubao Chen, Feature-based Part Modeling and Process Planning for Rapid Response manufacturing, Computer & Industrial Engineering, 1998, Vol4,No.2:257-279
[39]Computer Aided Design, Follow-up on Parametric Technology,1990
[40]李向东等．动态BOM在企业数字化中的应用．制造业自动化．2003，8：42
[41]张宇闻．基于领域知识的虚拟产品特征参数化设计．西安：西安电子科技大学．2002，1：12
[42]钟志华、舟彦伟．现代设计方法．[M]．武汉理工大学出版社．2001
[43]刘英、倪中华等．面向机床产品的异地协同数字化设计．制造业自动化．2003，7：28
[44]王慧．数字化设计制造技术在塑窗锯铣加工设备中的应用．制造业自动化．2003，10：
60
[45]Pro/Engineer. http://www.ptc.com. 2000, 12: 10
[46]林清安．Pro／Engineer2000i~2零件设计高级篇．北京：清华大学出版社，2001，9
[47]董雪琴．CCFW总体方案智能设计系统研究．武汉理工大学．机械电子工程．2002-05
[48]李燕．基于Pro／E的齿轮三维参数化特征造型设计．制造业自动化．2003，6
[49]孙桓、陈作模．机械原理(第五版)．北京：高等教育出版社．1996：255-257，325-330
[50]朱朝宽．基于Pro／E的多轴箱参数化设计．组合机床与自动化加工技术．2002，000(010)：35～37
[51]吴海华、曾孟雄．基于Pro／E的三维标准件库研究与实现．机械设计．2003：31-32
[52]孙家广．计算机辅助设计技术基础(第二版)．清华大学出版社．2000，9
[53]李世国、何建军．基于Pro／E零件模型的参数化设计技术研究．机械设计与研究．2003，6，Vol．19，No：3
[54]林清安．Pro／零件设计基础篇(上)[M]．北京：北京大学出版社，2000
[55]张红旗、曹文钢．Pro／ENGINEER二次开发技术的应用与研究．2002，1：48～50．
[56]蒋新宇、张树有等．基于Pro／E的刀具资源管理系统的研究与开发．机械制造．2003，3：21
[57]张继齐．Pro／ENGINEER二次开发教程(1)．2002，11：100～104．
[58]李世国．Pro／TOOLKIT程序没计．北京：机械工业山版社．2003，7
[59]李真文．SQL Server2000开发人员指南．北京希望电子出版社．2001，1
[2] 杨海成．中国制造业信息化之路．中国制造业信息化．2003，11：20
[3] 王可，国内三维CAD何时百花齐放．中国制造业信息化．2003，6：23-24
[4] 韩冠宇．智能化机械传动装置CAD系统．北京工业大学．机械设计与理论．2001，05：1
[5] 鲁聪，基于Web技术的分布式凸轮机构CAD系统的研究．四川在学．机械制造及其自动化2001，04：3
[6] 姜素丽．基于网络的虚拟设计系统——虚拟零部件库．武汉科技大学．机械电子工程．2002，05：13
[7] 秦玉学．汽车底盘的参数化设计．大连理工大学．车辆工程专业．2003，03：6-7
[8] 张亚明．基于设计计算的三维CAD二次开发技术研究．华北工学院．机械设计制造及其自动化．2003，03：2
[9] 张领．基于特征的参数化齿轮系统的优化设计．中南林学院．机械设计及理论．2001，4：6
[10] 耿志强．新型纵流壳程换热设备智能CAD技术研究与开发．郑州大学．化工过程机械．2002，04：3-4
[11] Dani T H. Gadh R. Creation of concept shape designs via a virtual reality interface. Computer—Aided Design. 1997, 29(8): 555-563
[12] 孙林大．现代产品设计技术及其发展．中国制造业信息化．2003，1：40
[13] 曾芬芳、华瑜．一个基于参数华驱动的轴承CAD系统．华东船舶工业学院学报．1995，3
[14] 孙林夫．三维CAD关键技术及其发展．中国制造业信息化．2003，4：10-11
[15] http://www.sccp-sj.com/hill/study/history, htm
[16] http://www.ahbbc.com.cn/xxh/news memo.asp?wz id=100001641
[17] 仲卫利．基于特征的三维参数化磨床关键部件CAD系统研究．机械与汽车工程学院．2003，3：8
[18] 龙晓苑．数字化艺术[M]．北京：北京大学出版社．2000：3～6
[19] 苏建宁等．数字化工业设计．甘肃工业大学学报．2002，3：39-40
[20] 杨海成．制造业信息化关键技术研究与进展．中国制造业信息化．2003，6：5
[21] 孙家广．“十一五”先进制造与自动化技术领域发展战略思考．中国制造业信息化．2003，11：9
[22] 谭柏珠等．基于成组技术的面向对象CAD系统的研究．计算机辅助设计与图形学学
报．1999．9：437
[23]吴翔、李刚炎．知识在未来产品开发系统中的作用．中国制造业信息化．2003，9：90-91
[24]孔繁胜．知识库系统原理．杭州：浙江大学出版社．2000
[25]谢友柏．现代设计与知识获取．中国机械工程．1995，7(6)：36-41
[26]张闻雷．连杆锤锻摸智能CAD系统的研制．大连铁道学院．材料加工工程．2002，5
[27]谭浩．基于知识的数控机床计算机辅助工业设计系统研究．湖南大学．2003，3
[28]范兴柱．基于知识的可重构FAS系统及仿真软件的研究与开发．南京航空航天大学．2002，3：3-4
[29]Devlin. Keith. Infosense: Turning Information into Knowledge. New York: W.H. Freeman and Company. 1999
[30]冯斌．基于知识的传动方案设计支持系统研究．西安电子科技大学．机械制造及其自动化．2001，01
[31]蔡波．虚拟企业基于知识的产品概念设计研究．两北工业大学．2002，05
[32]谢友柏．概念设计的基础——获取心知识的资源．机械设计．2001年专集
[33]Kiritsis D.A review of knowledge-based expert systems for process planning: methods and problems. Int J Adv Manuf Technol, 1995(10): 240-262
[34]孔维亚、钱立新．基于KBE的常规战斗部CAD系统的关键技术研究．机械设计与制造工程．2002，1：16-17
[35]陈洪、陈新度、陈新、郑德涛．新一代基于知识的工程系统．中国机械工程．2002，9 (17)：1492-1494
[36]D.Jovanoski, H. Muthsam, Workpiece modeling for computer-aided process planning,Int.J.Advanced Manufacturing Technology, 1995, Vol. 10, No. 6:404-410
[37]D.Kiritsis.,M.Porchet,Generic Petri net model for dynamic process planning and sequence optimization, Advanced engineering Software,1996,Vol. 25,NO: 1
[38]John G.Cheng, Xiu-yu Shao, Yubao Chen, Feature-based Part Modeling and Process Planning for Rapid Response manufacturing, Computer & Industrial Engineering, 1998, Vol4,No.2:257-279
[39]Computer Aided Design, Follow-up on Parametric Technology,1990
[40]李向东等．动态BOM在企业数字化中的应用．制造业自动化．2003，8：42
[41]张宇闻．基于领域知识的虚拟产品特征参数化设计．西安：西安电子科技大学．2002，1：12
[42]钟志华、舟彦伟．现代设计方法．[M]．武汉理工大学出版社．2001
[43]刘英、倪中华等．面向机床产品的异地协同数字化设计．制造业自动化．2003，7：28
[44]王慧．数字化设计制造技术在塑窗锯铣加工设备中的应用．制造业自动化．2003，10：
60
[45]Pro/Engineer. http://www.ptc.com. 2000, 12: 10
[46]林清安．Pro／Engineer2000i~2零件设计高级篇．北京：清华大学出版社，2001，9
[47]董雪琴．CCFW总体方案智能设计系统研究．武汉理工大学．机械电子工程．2002-05
[48]李燕．基于Pro／E的齿轮三维参数化特征造型设计．制造业自动化．2003，6
[49]孙桓、陈作模．机械原理(第五版)．北京：高等教育出版社．1996：255-257，325-330
[50]朱朝宽．基于Pro／E的多轴箱参数化设计．组合机床与自动化加工技术．2002，000(010)：35～37
[51]吴海华、曾孟雄．基于Pro／E的三维标准件库研究与实现．机械设计．2003：31-32
[52]孙家广．计算机辅助设计技术基础(第二版)．清华大学出版社．2000，9
[53]李世国、何建军．基于Pro／E零件模型的参数化设计技术研究．机械设计与研究．2003，6，Vol．19，No：3
[54]林清安．Pro／零件设计基础篇(上)[M]．北京：北京大学出版社，2000
[55]张红旗、曹文钢．Pro／ENGINEER二次开发技术的应用与研究．2002，1：48～50．
[56]蒋新宇、张树有等．基于Pro／E的刀具资源管理系统的研究与开发．机械制造．2003，3：21
[57]张继齐．Pro／ENGINEER二次开发教程(1)．2002，11：100～104．
[58]李世国．Pro／TOOLKIT程序没计．北京：机械工业山版社．2003，7
[59]李真文．SQL Server2000开发人员指南．北京希望电子出版社．2001，1