基于多軟件交互控制的專用車參數化設計研究

伍麗娜，陳韜，張凱，王維

(1. 中汽研汽車檢驗中心(武漢)有限公司，湖北 武漢 430056； 2. 中國汽車技術研究中心有限公司，天津 300300)

0 引言

專用汽車以二類底盤改裝為基礎，加裝專用的上裝裝置，用以實現專用作業功能，廣泛應用在環保、運輸、路面養護等國民建設領域。近年來，現代制造技術、信息技術迅速發展，專用汽車市場競爭環境發生改變，逐漸由預測型生產向訂單式生產轉變[1]，產品需求個性化和多樣化更加明顯，以買方作為市場主導的專用汽車市場呈現出產品更新換代快、用戶需求動態多變等特點，對專用汽車產品研發能力提出了更高的要求。針對這一情況，選擇合適的設計和制造方式尤為重要。目前，國內專用汽車行業產品開發仍停留在傳統的三維設計階段，面對動態多樣的個性化產品需求，重復性設計、設計參數混亂等缺陷無形中延長了產品開發周期、增加了生產制造成本。因此，專用汽車設計開發方式需要向數字化方向發展，利用有限的設計資源，為市場提供多樣化和標準化的產品，以滿足多變的市場需求。

專用車是大多數功能相同的系列化產品，其上裝結構具有相同或相似的外形特征，只是根據底盤參數不同，其尺寸規格有所不同。因此，專用車設計開發符合參數化、系列化設計理念，參數化設計可以使產品的設計和管理變得相對輕松，在節約產品設計時間和成本同時，大大縮短產品開發周期。目前，面對大規模定制化產品需求，國內諸多學者多數采用編程軟件+數據庫+三維軟件的技術方案，采用程序驅動法或者尺寸驅動法進行機械產品的參數化設計，如：秦鋒等[2]借助于VB(visual)軟件，進行SW(SolidWorks)二次開發，實現對膠輥礱谷機主要零件進行參數化設計；歐長勁等[3]基于SW相關API(application program inter face)研究智能以及參數化設計，開發出某扳手噴霧器各零部件的參數化建模和智能裝配的插件。此類文獻中所提出的參數化設計方法不僅需要較強的邏輯編程能力，而且需要將建模邏輯完整記錄，工作量很大，并不適用于普通的機械產品設計人員。

本文基于對SW軟件API接口相關屬性及方法研究，借助多軟件交互控制方式，通過對專用車上裝結構進行模擬拆解分析，以全局變量代替尺寸參數，采用方程式建模方式，將模型中的約束信息變量化，提出一種適用于專用車上裝的參數化設計開發方法。

1 參數化設計思路

通過對專用車上裝結構的模擬拆解分析，發現功能相同的專用車上裝結構具有一定的拓撲關系，僅因整車總質量不同而有所差異，因此，專用車上裝結構具備可模塊化設計的特點。針對專用車上裝結構的特殊性，本文提出適用于專用車上裝開發的參數化設計方法，在對產品上裝模塊化劃分、關鍵參數提取的基礎上，利用多軟件相互交互的方法，在產品開發階段采用驅動及修改方程式或全局變量的方式進行專用車上裝參數化設計開發。參數化設計思路具體如圖1所示，主要包括五大部分內容：1)借助SW相關API接口屬性和方法，編寫代碼將VS(visual studio)與SW建立連接；2)利用SQL數據庫對象屬性，建立VS與Access數據連接；3)在SW中采用方程式與全局變量的建模方式，建立專用車上裝結構模塊參數化模型模板文件；4)通過VS將全局變量與Access數據互聯；5)VS連接Access修改全局變量參數，通過SW相關API接口屬性及方法更新SW模型完成參數化設計。

圖1 參數化設計流程

1)VS與SW連接

在利用編程軟件對SW進行二次開發的過程中，通常采用COM(組建對象模型)或者OLE(對象鏈接與嵌入)技術，本文采用基于OLE的自動化開發技術，開發用戶程序作為一個獨立的應用程序，通過API接口調用SW建模軟件，完成編程軟件對SW軟件的控制和操作[4]。

SW具有大量的API對象函數，為二次開發提供支持OLE和COM編程的開發平臺，SW二次開發過程，其本質就是調用相關API對象的過程，通過對這些對象屬性的設置和方法的調用，借助相關的編程軟件實現與SW進行交互控制，完成參數化設計[5]。SW二次開發原理如圖2所示。

圖2 二次開發原理

2)數據庫讀取技術

參數化設計過程需要根據底盤以及整車參數的不同，合理地選取上裝結構關鍵參數。程序需要處理大量的數據，涉及到數據的存儲、讀取、寫入等過程，因此，選擇合適的數據庫存儲方式尤為重要。目前，普遍采用的數據存儲軟件有Excel、Access等，本文采用Access軟件作為后臺數據庫存儲軟件，在Visual Studio中利用VB.NET編程語言，采用SQL數據庫連接對象,以離線式查詢方式創建三個對象：連接OleDbConnection、適配器OleDbDataAdapter、數據集DataSet，通過相關控件和ODBC代碼訪問Access數據庫。數據庫查詢過程如圖3所示。

圖3 Access數據庫查詢過程

3)參數化建模方法

參數化設計一般是指設計不變的圖形拓撲關系，而外部結構由一組參數進行約束，通過改變約束參數尺寸驅動產生不同結構形式，進而設計出標準化、系列化的產品。

目前，參數化建模通常有兩種常用方法：一種是程序驅動，是指完全依靠代碼來驅動三維建模軟件實現參數化建模；另一種是尺寸驅動，是指在保證模塊結構不變的前提下，將模塊模型的尺寸標注定為變量，通過賦予不同的尺寸值，獲得一系列結構相同但尺寸有所差異的系列化模塊。目前，普遍采用的尺寸驅動方法是指利用程序代碼連接尺寸數據庫，通過邏輯外置的方式，改變主參數驅動三維建模軟件實現參數化建模[6]。

專用車上裝部件產品配置相對較少并且模型特征復雜，各模塊特征參數之間存在明顯的關聯性。因此，本文提出一種新穎的尺寸驅動方式，采用自頂而下的方式建立專用車上裝結構模塊三維模型模板文件，根據產品特征參數與其各子模塊特征之間的映射關系，搭建各尺寸方程式并將關聯參數設置成全局變量，通過程序驅動及修改方程式全局變量的方式實現各模塊參數化模型。

2 參數化設計實例

本文以自卸車模塊作為設計開發實例進行分析，在VS中搭建人機交互界面，以Access作為數據存儲軟件，建立自卸車關鍵參數列表及部件結構清單。采用自頂而下的建模方式，利用方程式和全局變量建立三維實體模板文件，編寫代碼將VS與Access、SW建立連接，將VS程序讀取的Access數據庫中數值作為輸入值修改模板模型中的方程式或者全局變量的值，實現自卸車上裝系列化設計的目的。

1)建立關鍵參數數據庫

通過對自卸車上裝結構進行模擬拆解分析，以25t自卸車上裝結構作為研究對象，將自卸車上裝劃分成五大子功能模塊，分別為前板總成、側板總成、底板總成、后門總成、副車架總成。再對各子功能模塊進行細分拆解，提取各子功能模塊關鍵驅動參數，建立產品特征參數與子功能模塊關鍵驅動參數之間的映射關系，在Access中建立關鍵參數、尺寸參數列表以及自卸車部件結構清單。具體如表1-表3所示。

表1 自卸車子模塊部件清單

表2 自卸車啟動參數列表

表3 自卸車尺寸參數列表

2)建立參數化模板模型

基于方程式建模方式，在SW中建立自卸車模塊。在模型模板建立過程中，通過分析產品模塊與各子功能模塊之間的映射關系，設定關鍵設計參數作為全局變量參數，建立子功能模塊部件特征尺寸參數與自卸車上裝參數之間的方程式關系。在自卸車上裝模塊中，關鍵設計參數為車廂長度、車廂高度、車廂寬度、大梁寬度、底板厚度、副車架長度。其中，車廂高度參數作為全局變量參數限定自卸車車廂側板總成模塊、前板總成模塊、底板總成模塊中高度方向尺寸參數；車廂寬度參數作為全局變量限定自卸車車廂底板總成模塊、前板總成模塊、后門總成模塊寬度方向尺寸參數；車廂長度模塊作為全局變量限定底板總成模塊、側板總成模塊、副車架總成模塊長度方向尺寸參數；底板厚度作為全局變量限定底板模塊厚度方向的尺寸參數；大梁寬度作為全局變量限定副車架模塊縱梁之間距離的尺寸參數；副車架長度參數用于限定副車架模塊長度方向尺寸參數。在全局變量參數與子功能模塊特征尺寸之間搭建方程式，完成模型模板文件的創建。自卸車副車架模板模型及方程式如圖4、圖5所示。

圖4 自卸車副車架模型模板

圖5 副車架模塊方程式

3)程序運行結果

基于Access自卸車關鍵參數尺寸以及部件數據庫，在VS中利用VB.NET程序匯編語言，采用SQL數據庫連接對象讀取Access數據庫中自卸車關鍵尺寸參數，通過改變SW中自卸車上裝模板模型，實現自卸車副車架參數化設計。實例運行后可視化人機交互界面如圖6、圖7所示，設計者只需通過選取關鍵參數數值，就可以一鍵生成用戶所需要的上裝模型。

圖6 系統運行界面一

圖7 系統運行界面二

設計參數選擇關鍵代碼如下：

adpt22=NewOleDb.OleDbDataAdapter(zxfcj, cnn)

DataGridView4.Columns(DataGridView4.CurrentCell.ColumnIndex).HeaderText="尺寸參數"

dc=DataGridView4.Rows(1).Cells(2)

dc.DisplayStyle=DataGridViewComboBoxDisplayStyle.ComboBox

模型重構設計關鍵代碼如下：zz=DataGridView4.Rows(0).Cells(2).Value

PART=SWAPP.OpenDoc6("F:projectFCJ.SLDPRT",swDocumentTypes_e.swDocPART,swOpenDocOptions_e.swOpenDocOptions_LoadModel,"",Errors:=0, Warnings:=0)

A(i)=sweq.Equation(i).Substring(sweq.Equation(i).IndexOf("=")+1,sweq.Equation(i).Length - sweq.Equation(i).IndexOf("=")-1)

sweq.Add2(ii, """縱梁長""=" & zz, True)

3 結語

本文采用多軟件交互控制的方式，利用編程軟件驅動或修改模板模型方程式或全局變量的方式，搭建專用車上裝參數化設計系統，實際運行結果證明，所提出的參數化設計開發思路，操作簡單，且完全適用于專用車上裝結構系列化設計。整個系統的運行極大提高了設計人員的工作效率，在節約產品設計時間和成本同時，縮短了產品開發周期，提高了專用車企業市場響應速度，同時推動了專用車行業車型標準化發展進程。