基于OpenGL零件設(shè)計(jì)平臺(tái)的開發(fā)

李琳杰，趙偉博，李 權(quán)

（1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程學(xué)院，咸陽(yáng) 712000；2.比亞迪汽車工業(yè)有限公司，深圳 518124）

0 引言

計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)的不同分別發(fā)展出CAD、CAPP、CAM、CAE等，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展與改進(jìn)，這些系統(tǒng)在各自的領(lǐng)域已經(jīng)很難有突破性的進(jìn)展。由于它們是各自發(fā)展的，導(dǎo)致的結(jié)果是相互之間不兼容，從而形成信息孤島[1,2]。本文研究基于OpenGL的零件設(shè)計(jì)平臺(tái)，通過(guò)開發(fā)自有的三維設(shè)計(jì)界面，實(shí)現(xiàn)云制造服務(wù)模式下的制造資源服務(wù)，將產(chǎn)品模型的圖形表達(dá)與工程信息、非工程信息緊密結(jié)合，協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和工藝的關(guān)系，補(bǔ)足云制造環(huán)境下設(shè)計(jì)平臺(tái)以表格形式進(jìn)行服務(wù)申請(qǐng)的單一模式。

1 零件設(shè)計(jì)平臺(tái)軟件總體框架

本軟件擬采用經(jīng)典的三層軟件構(gòu)架，分別是用戶操作層、邏輯操作層和數(shù)據(jù)管理層[3,4]。用戶通過(guò)點(diǎn)擊按鈕等操作調(diào)用模型信息處理集、模型圖形信息處理集，驅(qū)動(dòng)單個(gè)制造要素模型的建立，然后通過(guò)發(fā)送按鈕調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送處理集，服務(wù)器返回的服務(wù)信息自動(dòng)調(diào)用數(shù)據(jù)接收處理集，顯示在服務(wù)信息列表上，經(jīng)過(guò)用戶確認(rèn)之后，單個(gè)制造要素和整體模型連接。軟件整體構(gòu)架如圖1所示。

圖1 軟件整體構(gòu)架

2 制造要素的模型顯示算法

2.1 面元識(shí)別算法

識(shí)別碼的第一段編碼是該制造要素所屬的加工行為類的編碼[5～7]，如車削為Turning，銑削為Milling（對(duì)應(yīng)于編碼01、02）等；第二段編碼是該制造要素的種類，如車外圓為Cylinder，車倒角為Chamfer（同樣對(duì)應(yīng)于編碼01、02）等；第三段編碼是該制造要素在同種制造要素組員中的加入時(shí)間排列序號(hào)，如某個(gè)制造要素是車削類車外圓中第五個(gè)加入的制造要素，則排序編碼為05；第四段編碼是當(dāng)前面元素是所屬制造要素的面元素，如外圓底面的編碼為01，外圓側(cè)面的編碼為02等；第四段編碼是該面元素的法線方向，由于面元素是在某一軸的垂直面上繪制，所以法線方向即該軸的正負(fù)方向，正方向指定為1，負(fù)方向指定為2。這樣就構(gòu)成了一個(gè)完整的識(shí)別碼，如圖2所示。

圖2 識(shí)別碼的組成

2.2 識(shí)別碼的解析

利用上述識(shí)別碼命名規(guī)則，在獲取正確的識(shí)別碼之后，需要對(duì)識(shí)別碼進(jìn)行解析,解析規(guī)則如下：首先，截取解析識(shí)別碼第一段編碼，由第一段編碼得到相應(yīng)的加工行為類；其次，截取解析第二段編碼，識(shí)別相應(yīng)的制造要素的種類，去獲取所對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)體數(shù)組；然后，截取解析第三段編碼，得到相應(yīng)制造要素的結(jié)構(gòu)體；接下來(lái)截取第四段編碼，確定是制造要素的定位面；最后，得到該選定位面的法線方向。

通過(guò)前三段編碼可以得到相應(yīng)制造要素的整體信息，然后獲得該結(jié)構(gòu)體的坐標(biāo)、矢量方向等，但它不是選定面元素的坐標(biāo)和矢量方向。通過(guò)第四段和第五段可以得到選定面的坐標(biāo)和矢量方向。

3 制造要素模型數(shù)據(jù)的管理

3.1 零件信息拓?fù)錁?/h3>

本文采用三層節(jié)點(diǎn)的拓?fù)錁浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分別是零件層根節(jié)點(diǎn)、制造要素集根節(jié)點(diǎn)、制造要素根節(jié)點(diǎn)。其中，制造要素集根節(jié)點(diǎn)是零件層下的子節(jié)點(diǎn)，而制造要素根節(jié)點(diǎn)是制造要素集下的子節(jié)點(diǎn)，三者逐級(jí)傳遞。零件層根節(jié)點(diǎn)下分零件名稱、零件總價(jià)、零件版本、零件要素集等子節(jié)點(diǎn)信息。零件要素集根節(jié)點(diǎn)則是對(duì)構(gòu)成零件制造要素的集合，當(dāng)零件設(shè)計(jì)采用不同的制造要素則在制造要素集下出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的制造要素。

3.2 制造要素信息拓?fù)錁?/h3>

本文采取獲取點(diǎn)擊制造要素的位置以及制造要素集下所有要素的個(gè)數(shù)，然后統(tǒng)計(jì)制造要素容器下的總個(gè)數(shù)，首先確認(rèn)是獲取制造要素的歸屬，然后確認(rèn)點(diǎn)擊的制造要素在該制造要素下的位置，如圖3所示。

圖3 制造要素信息拓?fù)錁涓履Ｊ?/p>

4 零件設(shè)計(jì)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)及實(shí)例

4.1 軟件主界面

軟件主界面如圖4所示，第一行為菜單欄，其中“文件”菜單包含新建工程按鈕、打開工程按鈕、保存工程按鈕。第二行為常見制造要素欄、視圖定向欄、模型變換欄，常見制造要素工具欄設(shè)定的普通大眾化的制造要素，視圖定向欄按視角分為正視圖、后視圖、俯視圖、仰視圖、左視圖、右視圖。模型變換欄包含原點(diǎn)復(fù)位、平移、旋轉(zhuǎn)、放大、縮小等功能。兩個(gè)主窗口分別是制造要素模型顯示窗口和產(chǎn)品資源窗口，產(chǎn)品資源窗口分為設(shè)計(jì)樹子窗口與制造要素樹子窗口，兩者之間可互相切換。

圖4 軟件主界面

4.2 實(shí)例描述

通過(guò)在“制造要素”按鈕下選擇“車削類”中的“外圓”制造要素，并選擇“聚合”組合關(guān)系，通過(guò)點(diǎn)選關(guān)系之后將彈出如圖5所示的參數(shù)化界面。用戶在這個(gè)界面輸入建模所需的參數(shù)，選擇“下一步”按鈕進(jìn)入其余信息界面對(duì)補(bǔ)充信息進(jìn)行完善。最后出現(xiàn)圖6所示的車外圓制造要素模型。

同樣在“車削類”中選擇“倒角”制造要素，但是選擇“依附”組合關(guān)系，確認(rèn)倒角和車外圓之間的組合關(guān)系，通過(guò)鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊外圓模型中的一個(gè)端面，跳出確認(rèn)按鈕菜單后，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)識(shí)別出面的參數(shù)為倒角行為做準(zhǔn)備，然后進(jìn)入倒角參數(shù)化界面，可以發(fā)現(xiàn)坐標(biāo)、矢量欄變?yōu)榛疑矣邢鄳?yīng)的數(shù)值。用戶只需輸入剩余的參數(shù)即可。

圖5 參數(shù)化界面

如上述一致，分別建立“車圓角”、“車倒角”、“鉆孔”、“銑鍵槽”等制造要素，并將其發(fā)送至服務(wù)平臺(tái)。

5 結(jié)論

本文以O(shè)penGL為圖層接口結(jié)合MFC框架，搭建軟件圖形開發(fā)環(huán)境，研究了制造要素具有唯一性的數(shù)字識(shí)別命名規(guī)則方法，在OpenGL的選擇模式下，開發(fā)出制造要素面元識(shí)別算法，并給出與產(chǎn)品、制造要素相關(guān)拓?fù)錁浣Y(jié)構(gòu)顯示圖及算法，實(shí)現(xiàn)了制造要素信息的顯示與處理。完成了零件設(shè)計(jì)平臺(tái)的主要界面和功能開發(fā)，通過(guò)實(shí)例運(yùn)行對(duì)平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)合功能要求下的制造要素模型顯示及服務(wù)請(qǐng)求顯示，驗(yàn)證了軟件建模的可行性和適用性。

圖6 顯示模型