基于組件的快速變型設計系統的開發

（青島大學 機電工程學院，青島 266071）

0 引言

在市場經濟快速發展的大環境下，企業要想搶占一席之地，必須對市場做出快速的響應，想要快速高效的設計三維產品更離不開CAD/CAM的支持[1]，特別是三維設計軟件Creo的普及應用，但是越來越多的企業不再滿足于簡單的使用CAD軟件，從而提出二次開發的需求，使軟件更具實效性，達到提高企業產品設計效率，縮短設計周期的目的[2]。Creo/TOOLKIT是Creo軟件自帶的二次開發工具，能夠很好的完成對Creo軟件功能的進一步拓展，滿足廣大用戶對軟件高層次的需求。

組件是零件按照一定的規則裝配組合而成，設計方法有自頂向下設計和自底向上設計兩種[3]。本文以凸輪連桿機構組件為例，分別采用自頂向下和自底向上的設計方法建模，然后用本文開發的系統對用這兩種設計方法設計的實例組件模型進行快速變型設計，驗證本系統對組件產品的通用性和變型設計的快速性。

1 組件建模方法介紹

1.1 自頂向下設計方法

自頂向下（Top-Down）設計方法提供了一種從概念設計到具體零部件設計的設計理念，它以組件的總體布局作為設計的出發點，然后逐步細化，從整體結構設計再到底層零件的設計，實現了一種由上而下的設計過程[4]。在Creo軟件中是以骨架模型的方式來實現該設計方法，該設計方法有以下優勢[5]：1）符合產品的設計思路和設計步驟；2）零部件具有整體性和關聯性，便于修改和調整設計意圖；3）設計信息的管理可以集中化，便于實現并行設計。

1.2 自底向上設計方法

自底向上（Bottom-Up）設計方法提供了一種從零件到組件的裝配思想，它通過零件的分別建模，再到零件的組合裝配，來實現整體組件的裝配過程[6]。用自底向上設計的組件，零部件之間沒有數據聯系，只存在裝配關系，修改某一零件的參數，不會引起其余零部件結構的變化，所以一般適用于無關聯組件的裝配。由于該設計方法簡單易學，對不復雜的組件實用性強，同樣受到廣大用戶的青睞。

2 Creo二次開發與具體流程

2.1 開發環境和開發工具

本文選用的開發平臺是三維設計軟件Creo，以Creo自身帶有的Creo/TOOLKIT為二次開發工具，在Visual Studio 2010集成開發環境下，利用MFC技術，完成對Creo軟件功能的二次開發，實現用戶對軟件本身更高層次需求的目的。系統架構如圖1所示。

Visual Studio 2010集成開發環境支持C、C++以及C++/CLI等編程語言，集編輯、編譯、連接、調試等功能于一體，并為用戶提供了多種實用工具，方便的實現了對應用程序的編寫、跟蹤和管理，從而降低了開發難度和開發工作量[7]。

圖1 組件快速變型設計系統構架圖

2.2 開發流程

Creo/TOOLKIT應用程序的開發大致包含確定運行模式、配置開發環境和項目屬性、編寫源文件、編譯鏈接生成DLL文件、編寫注冊信息、注冊運行等環節。其中一些環節可以靈活調整，根據自己的需要自行安排順序，例如編寫菜單資源、編寫注冊信息可以放在開發過程中的任意環節。

3 組件快速變型設計系統中的關鍵技術

3.1 菜單設計技術

在Creo軟件平臺下，想要實現組件模型快速變型設計系統的開發，菜單的設計是尤其重要的一步，菜單是實現Creo平臺與所開發系統交互的重要途徑。因此，必須在Creo主菜單中添加菜單項和菜單按鈕動作函數。在本系統中，采用記事本編寫菜單資源文件Message.txt;使用Creo/TOOLKIT的函數編寫源程序，給菜單按鈕設計功能函數。信息文件中的部分內容和菜單最終達到的效果如圖2所示。

3.2 組件模型尺寸、關鍵參數和關系式的檢索與提取設置

對組件模型的所有尺寸、關鍵參數和關系式進行檢索、提取以及對它們的設置（修改、添加和刪除）等相關操作是整個開發系統中的核心部分。比如要實現組件模型尺寸變更的前提首先要完成對組件模型特征信息的提取，Creo/TOOLKIT利用關鍵函數ProSolidFeatVisit( )來實現上述功能，該函數的原型如下：

完成組件模型特征的提取，就可以確定尺寸信息，通過修改相關參數來實現組件模型的快速變型設計。本系統針對組件模型開發了三種變型設計方法，包括尺寸操作，參數操作和關系式操作。具體操作設計原理如圖3所示。

圖2 菜單信息文件及菜單效果

圖3 組件模型的尺寸操作、參數操作和關系式操作過程

4 工程應用實例

4.1 對自底向上設計的組件的操作

由于自底向上的設計方法適用于比較簡單的組件，一般不涉及尺寸的參數化設計，因此只用本系統主交互界面中的尺寸操作就可快速完成此類組件的變型設計。首先采用自底向上的設計方法對實例凸輪連桿機構組件進行設計。圖4是對自底向上設計的凸輪連桿機構組件進行快速變型設計的部分展示。其中在尺寸操作欄“編輯”按鈕的作用是方便用戶對組件模型中的關鍵尺寸進行標記，修改完成后按“修改”按鈕就可將修改后的信息傳到組件模型中，以后重新打開組件模型時，標記過的關鍵尺寸信息不會消失，下次可以直接對這些關鍵尺寸的數值進行修改；顯示尺寸時可選擇數值顯示和名稱顯示兩種，使修改組件時更加方便直觀。當對組件模型的尺寸操作完成后，按“再生模型”按鈕就可完成模型的重新生成。

4.2 對自頂向下設計的組件的操作

在Creo平臺下采用自頂向下設計的組件是通過骨架模型實現的，并且通常涉及到組件的參數化設計，因此，快速變型設計系統中的尺寸操作已經不能滿足用戶的需求，此時需要用戶打開本系統主交互界面中的“參數操作”按鈕，彈出參數操作對話框，此對話框功能是對組件模型中的參數進行提取，然后對提取的參數進行相關操作。本實例的凸輪連桿機構組件另一種建模方法就是采用自頂向下的設計方法，運動骨架模型如圖5所示，運動骨架運行無誤后，將凸輪連桿機構的構件附加到骨架模型上，完成組件的建模。圖6是參數操作對話框對建模后的凸輪連桿機構組件操作的部分功能展示。

圖5 凸輪連桿機構運動骨架

圖6 連桿參數信息修改與模型變更前后對比

對于參數操作對話框中的其他功能，比如新參數的添加和已有參數的刪除等功能不再一一介紹，同理，系統主交互界面中的“關系式操作”功能，顧名思義，就是把組件模型中的關系式提取出來，然后對提取出來的關系式進行相關操作，比如關系式的修改，新關系式的添加等，這里也不再介紹。總之，所有的操作按鈕目的只有一個，就是方便用戶對組件模型進行快速的變型設計，縮短開發人員對新產品的開發周期，快速實現產品的系列化。

5 結束語

文章利用Creo軟件自帶的Creo/TOOLKIT二次開發工具，結合Visual Studio 2010集成開發環境，完成了組

【】【】件快速變型設計系統的開發。該系統能夠實現組件產品的快速變型設計實現產品的系列化。通過工程應用實例，驗證了該系統對組件產品的通用性，滿足了企業用戶對軟件更高層次的需求，進一步拓展了Creo軟件功能，提高了對組件產品的變型設計效率。本文對研究基于Creo平臺有關組件產品方面的二次開發有一定的借鑒意義。

[1]徐新勝,李丹,嚴天宏,等.面向柔性客戶需求的產品變型設計方法[J].計算機輔助設計與圖形學學報,2012,24(3):394-399.

[2]鄒炳輝.應用PTC Creo自頂向下方法進行變壓器的設計[J].機電工程技術,2015,(8):149-152.

[3]李健.產品設計的BOTTOM-UP和TOP-DOWN設計方法研究[J].機械工程師,2013,(12):47-48.

[4]劉釗,付亮,何玉玲.Pro/E自頂向下方法在復雜機械設計中的應用[J].機械設計與研究,2011,05:18-20,24.

[5]李祥松.基于Pro/E的掘進機整機Top-down設計[J].煤礦機械,2015,36(4):261-262.

[6]李超,沈精虎,佟河亭.基于組件模型的常用機構庫研究與開發[J].機械科學與技術,2011,07:1124-1127.

[7]吳衛東,廖文和.基于裝配級關聯的產品裝配模型整體參數化設計方法研究及應用[J].現代制造工程,2013,08:72-75,138.