面向并行工程的机械产品CAD/CAPP关键技术研究
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摘要
市场需求的快速变化和全球经济一体化极大地拓展了制造活动的深度和广度，产品价值结构、生产成本和响应速度越来越取决于制造信息和知识，信息因素正迅速成为制约现代制造系统的主导因素，这对制造科学提出了新的要求。
在制造业信息化的大背景下，现代企业对各种应用系统提出了信息集成的要求，产品设计的CAD和工艺设计的CAPP长期以来都是处在各自发展起来的信息孤岛状态。研究如何实现CAD与CAPP真正信息集成具有重要意义。本文在现有的产品设计软件基础上，通过开发新的模块，增强此类软件的CAD与CAPP功能，减少了在设计过程中不必要的人机交互操作，从而提高该软件在一些特殊场合的智能化设计能力；同时，研究了在并行工程的环境下如何利用特征技术将原有离散孤立的CAD与CAPP系统进行集成，以达到设计和制造过程中的信息共享与交互。产品开发人员在产品研发一开始就考虑产品整个生命周期中从产品概念形成到产品报废的所有因素，其中包括质量、成本、进度计划和用户要求等因素，这样可以提高产品一次性制造成功率，降低成本，缩短产品开发周期，增强产品竞争力。为此，作者主要做了以下工作：
1．在分析产品并行开发过程特点的基础上，提出了产品并行设计系统的总体结构和并行环境下零件可制造性能设计框架。
2．以特征信息为载体，研究了基于STEP标准的CAD／CAPP集成的关键技术和实现手段。
3．研究了采用VB对Solidworks进行二次开发关键技术的方法，调用Solidworks API函数，提取Solidworks操作平台下的特征树中所有特征信息，将提取的信息导入数据库，供CAPP调用。
4．研究开发了面向客户定制的产品信息模块，并以齿轮产品为例，实现了相应的参数化CAD模块的开发；将开发出的CAD模块嵌入到Solidworks软件中，实现了应用程序的菜单扩展。
5．探讨了CAPP系统自动从STEP文件获取几何信息和工艺信息，经过推理专家系统，自动产生零件的机械加工工艺过程；给出了Solidworks平台上的CAPPworks工艺设计实例。
Fast changes of Market demands and global economic integration have influenced the depth and breadth of manufacturing activities enormously. The value structure of products, production cost and responsive speed are more and more decided by the manufacturing information and knowledge. And the information is rapidly become the leading factor to restrict the modern manufacturing system; therefore this phenomenon calls for the new requests to manufacturing science and technology.
Under the background of the informalization for manufacture industry, the information integration for many kinds of application systems is requested in a modern enterprise. CAD for product design and CAPP for technological design are the isolated information islands for long time since they were developed respectively. Therefore, it is very important to study the information integration of CAD and CAPP.
Base on the existing software for product design, by means of developing one new module, the functions of CAD and CAPP are strengthened by the author, the unnecessary man-machine interaction operation is also reduced in the design process, and therefore the intelligent designing capacity of this software is enhanced in some special occasions. Simultaneously, by means of characteristics technology under concurrent engineering environment, the integration of isolated CAD and CAPP is studied for the information sharing and alternation in the product designing and manufacturing process.
At the beginning of developing new products, engineers should consider all factors which are effective for these products from their conceptive designing stage to discarded stage, and include the quality, cost, progress plan and user requests in entire product life cycle. Therefore, the success ratio in product manufacturing can be improved, the cost and developing cycle reduced, and the competitive ability of products also enhanced.
The author has mainly completed the following works:
1. Base on the analysis of the characteristics in product concurrent exploitation, the overall structure of product concurrent designing system is proposed, and designing frame for the manufacturing feasibility of its accessories under the parallel environment also presented.
2. To take characteristic information as the carrier, the key technologies and
在制造业信息化的大背景下，现代企业对各种应用系统提出了信息集成的要求，产品设计的CAD和工艺设计的CAPP长期以来都是处在各自发展起来的信息孤岛状态。研究如何实现CAD与CAPP真正信息集成具有重要意义。本文在现有的产品设计软件基础上，通过开发新的模块，增强此类软件的CAD与CAPP功能，减少了在设计过程中不必要的人机交互操作，从而提高该软件在一些特殊场合的智能化设计能力；同时，研究了在并行工程的环境下如何利用特征技术将原有离散孤立的CAD与CAPP系统进行集成，以达到设计和制造过程中的信息共享与交互。产品开发人员在产品研发一开始就考虑产品整个生命周期中从产品概念形成到产品报废的所有因素，其中包括质量、成本、进度计划和用户要求等因素，这样可以提高产品一次性制造成功率，降低成本，缩短产品开发周期，增强产品竞争力。为此，作者主要做了以下工作：
1．在分析产品并行开发过程特点的基础上，提出了产品并行设计系统的总体结构和并行环境下零件可制造性能设计框架。
2．以特征信息为载体，研究了基于STEP标准的CAD／CAPP集成的关键技术和实现手段。
3．研究了采用VB对Solidworks进行二次开发关键技术的方法，调用Solidworks API函数，提取Solidworks操作平台下的特征树中所有特征信息，将提取的信息导入数据库，供CAPP调用。
4．研究开发了面向客户定制的产品信息模块，并以齿轮产品为例，实现了相应的参数化CAD模块的开发；将开发出的CAD模块嵌入到Solidworks软件中，实现了应用程序的菜单扩展。
5．探讨了CAPP系统自动从STEP文件获取几何信息和工艺信息，经过推理专家系统，自动产生零件的机械加工工艺过程；给出了Solidworks平台上的CAPPworks工艺设计实例。
Fast changes of Market demands and global economic integration have influenced the depth and breadth of manufacturing activities enormously. The value structure of products, production cost and responsive speed are more and more decided by the manufacturing information and knowledge. And the information is rapidly become the leading factor to restrict the modern manufacturing system; therefore this phenomenon calls for the new requests to manufacturing science and technology.
Under the background of the informalization for manufacture industry, the information integration for many kinds of application systems is requested in a modern enterprise. CAD for product design and CAPP for technological design are the isolated information islands for long time since they were developed respectively. Therefore, it is very important to study the information integration of CAD and CAPP.
Base on the existing software for product design, by means of developing one new module, the functions of CAD and CAPP are strengthened by the author, the unnecessary man-machine interaction operation is also reduced in the design process, and therefore the intelligent designing capacity of this software is enhanced in some special occasions. Simultaneously, by means of characteristics technology under concurrent engineering environment, the integration of isolated CAD and CAPP is studied for the information sharing and alternation in the product designing and manufacturing process.
At the beginning of developing new products, engineers should consider all factors which are effective for these products from their conceptive designing stage to discarded stage, and include the quality, cost, progress plan and user requests in entire product life cycle. Therefore, the success ratio in product manufacturing can be improved, the cost and developing cycle reduced, and the competitive ability of products also enhanced.
The author has mainly completed the following works:
1. Base on the analysis of the characteristics in product concurrent exploitation, the overall structure of product concurrent designing system is proposed, and designing frame for the manufacturing feasibility of its accessories under the parallel environment also presented.
2. To take characteristic information as the carrier, the key technologies and
引文
[1] 陈洪光．制造业信息化标准体系，制造业自动化，2001，23：38-39
[2] 谢茂平，刘嘉庆．CAPP实施中应注意的几个关键问题，现代制造工程2003，4：75-76
[3] 王炽鸿，欧宗瑛．计算机辅助设计，北京：机械工业出版社，2002，3
[4] 江洪，魏峥，土涛威．SolidWorks二次开发实例解析[M]．北京：机械下业出版社，2004
[5] 田庚明．并行工程——CIMS的理想运行环境．机械工业自动化，1995
[6] 何浩，徐燕申．并行设计研究现状及其发展趋势．机械设计，1998．1：1～4
[7] 邵新宇等．面向并行工程的CAPP方法及关键技术研究．华中理工大学学报，1995．23(2)：10～13
[8] 邵新宇等．CIM及并行工程中的设备环境建模．华中理工大学学报，1995．23(2)：14～17
[9] 熊光愣．并行工程的理论与实践．清华大学出版社，2001
[10] 严隽琪．制造系统信息集成技术．上海交通大学出版社，2001
[11] 石峰，张永清，娄臻亮．参数化CAD系统的关键技术研究[J]．工程图学学报，2001，(2)
[12] 杨长辉，张鹏．滚子链轮的计算机辅助三维参数化设计[J]．机床与液压，2004，(8)
[13] 赵静，贾建援，邵晓东．虚拟产品的参数化设计与研究[J]．电子机械工程，2003，(2)
[14] 杨达毅，陈丽敏．齿轮轮齿参数化系列化建模[J]．长春工程学院学报(自然科学版)，2003，(4)
[15] 何援军，曹金勇，李强，肖丽雯，蒋丹东，杨东．基于参数化零部件的自动装配设计[J]．计算机辅助设计与图形学学报，2001，(11)
[16] 郑芙蓉，何翔．CAD三维模型的计算机生成技术及其应用[J]．武汉化工学院学报，2002，(3)
[17] 王洪峰，高天晖，徐松林．三维参数化设计技术在真空淬火炉中的应用[C]．2004．全国真空冶金与表面工程学术研讨会会议论文集，2004．
[18] 冯丽艳．面向中小制造企业的CAD／CAPP集成系统．天津大学硕士论文，2004
[19] 李咏红．CAD二次开发方法研究与实现．电子科技大学，2004
[20] 母果姿．基于SolidWorks的电机三维CAD系统研究与开发．浙江大学，2005
[21] 胡光忠，杨随先．基于Solidworks的叶片参数化设计系统开发[J]．机械设计与制造，2004，(1)
[22] 汪惠芬．协同开发环境中CAD／CAM集成技术研究[D]．南京理工大学，2002．
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[28] 董金祥、杨小虎等．产品数据表达与交换标准STEP及其应用，机械工业出版社，1993：68～207．
[29] 马志远．基于STEP的产品数据共享与交换技术的研究与应用，武汉，武汉理工大学硕士学位论文，2004．
[30] 韩锐．基于SolidWorks的机构运动仿真研究．西安理工大学，2004
[31] 孙春华主编．CAD／CAPP／CAM技术基础及应用，北京：清华大学出版社，2004：104～318．
[32] 陈伯雄．三维设计是CAD技术应用的必然趋势[J]．计算机辅助设计与制造，2000，(8)
[33] 彭先珍，邓跃红．齿轮减速器设计软件的开发及应用[J]．机械设计与制造，2001，(3)
[34] 方喜峰，吴洪涛，赵良才，赵义宏．基于面向对象技术的参数化CAD系统[J]．华东船舶工业学院学报(自然科学版)，2002，(1)
[35] 罗浩，张新访，向文，周济．基于约束的参数化设计技术发展现状及前景[J]．中国机械工程，1995，(5)
[36] 曾经梁，孙建平．基于尺寸驱动的参数化方法绘图[J]．计算技术与自动]化，1998，(3)
[37] 刘洁．三维CAD标准件库的建模与实现方法研究[D]．西安理工大学，2001
[38] 白剑宇．基于MDT的零件三维参数化实体模型[J]．机械设计，2001，(7)
[39] 陈宗舜．应用CAD技术进行二次开发的重要性[J]．机电一体化，1998，(1)
[40] 何世权，刘世辉，周新华．VB及Solidworks二次开发技术在阀门产品设计中的应用[J]．流体机械，2005，(3)
[41] 李凌博．基于VisuM Basic6.0的ADO数据库编程技术[J]．平顶山师专学报，2004，(2)
[42] 柴明建．Visual Basic的数据库访问技术漫谈[J]．计算机系统应用，2001，(2)
[43] 胡亚辉，基于实例推理的汽车覆盖件模具体CAPP系统的理论和方法研究：[硕士学位论文]，天津；天津大学，2002
[44] 于靖华，甄恒洲，崔艳龙．基于知识的轴类零件C A P P系统的实现，组合机床与自动化加工技术，2003，3：58-59
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