基于Siemens NX的材料管理系統

2022-02-22 00:38:18王運平曹立林畢忠華

中國新技術新產品 2022年22期

王運平曹立林畢忠華楊琪

（中國航發西安動力控制科技有限公司，陜西西安 710077）

0 前言

三維設計軟件Siemens NX已經在機械行業得到了廣泛應用，在設計產品時，材料直接決定了產品的品質[1]?；谌S模型的產品設計和標注是機械行業發展的一個趨勢，合理使用材料庫是保證產品質量的一個重要因素。因此，材料庫是機械設計和模型加工過程中必不可少的部分，而在實際的生產過程中，設計和加工的材料庫的信息源往往不一致，導致后期仿真等環節會出現差錯，這樣既浪費時間又增加了生產成本[2-3]。

建立基于NX的材料庫能夠有效解決產品實際設計和制造過程中遇到的問題，例如產品設計和制造過程中的材料值不統一、材料值丟失以及產品屬性與材料不匹配等問題，建立1套完整的符合國標的材料庫能夠降低產品設計過程中發生錯誤的概率，達到提高設計和生產效率、節約時間和成本的目的。

1 NX材料庫的組織形式

NX材料庫是以一系列XML文件的格式進行存儲的。XML是標準通用標記語言的子集，但是比標準通用標記語言簡單，能實現標準通用標記語言的大部分功能。因為XML較簡單，所以其易于在任何應用程序中讀寫數據，已經成為數據交換的唯一公共語言。NX系統自帶的材料數據庫文件為physicalmateriallibrary.xml，材料數據庫文件前半部分是材料的各屬性數據，后半部分是材料屬性的單位定義?？梢远x的材料類型包括各向同性材料、正交各向異性材料、各向異性材料、黏彈性材料、超彈性和墊片材料、蠕變材料、非線性材料、損傷材料、熱材料、流體材料、多孔材料、黏彈性材料、固化熱固性材料以及彈性塑料材料等。

2 NX材料庫的總體分析

在使用NX系統進行設計、仿真以及在實際的制造過程中，錯誤使用材料、設計階段和仿真階段材料不一致會出現制造出來的產品不符合用戶需求的問題，直接增加了產品的成本。其原因是在產品設計、仿真以及制造等環節缺少統一的材料使用標準，因此用戶亟需1個方便、快捷、準確且統一的材料庫，可以供他們在產品從設計到制造過程中的各個環節使用，從而盡可能地減少因材料問題而導致產品存在缺陷。

設計的系統是基于實際設計和生產階段用戶的真實需求，系統把機械行業標準材料信息放到后臺，并附加到三維模型上，為后期加工、分析和繪制工程圖做準備。把行業標準材料信息放在NX后臺，在設計產品時直接調用材料庫中已有的行業標準或企業內部定制的信息，并可以直接標注和附加在產品的三維模型的各個部件上，使設計時的材料分配更直觀、更清晰，在后期加工、分析和繪制圖紙的過程中，可以根據模型上已標注的材料屬性值進行加工和繪制。綜上所述，該系統可以滿足用戶的需求。

2.1 系統設計初步分析

設計系統從功能上分為后臺的數據庫模塊和前臺的用戶交互模塊。數據庫模塊主要存儲機械行業的標準材料庫信息。前臺的交互模塊主要包括標注模型、更新標注等功能。

這里選擇Microsoft Excel作為后臺存放行業標準的材料庫信息，原因如下：1）所有用戶都非常熟悉Microsoft Excel的使用方法，選擇它能大大縮短用戶的學習時間。2） Microsoft Excel能很方便地編輯、存儲信息。3） NX7.5本身與Microsoft Office軟件有很強的銜接性，通過NX7.5的開發接口能很方便地對Excel中的數據進行增加、刪除以及修改等操作，這樣能有效縮短開發軟件所需的時間。

按照一定的規范把行業標準材料信息放在NX后臺的Excel數據庫中，考慮用戶的方便性及易用性，這里選擇Microsoft Excel作為存放機械行業的標準材料庫信息，通過NX/Open API接口調用后臺數據庫中的信息，在設計產品時，直接調用材料庫中已有的行業標準或企業內部定制的信息，并可以直接以部件屬性的形式標注和附加在產品的三維模型的各個部件上，使設計時的材料分配更直觀、更清晰，避免在后期仿真加工等環節出現差錯。在后期的加工、分析和繪制圖紙的過程中，可以根據模型上已標注的材料屬性值進行加工和繪制[4]。系統用例圖如圖1所示，該材料庫系統主要有4個用例，分別是篩選與查看材料、增加材料、編輯與修改材料以及材料附加到模型用例。

圖1 系統設計

2.2 系統時序圖

系統時序如圖2所示，用戶通過材料庫界面產生一系列事件和消息，例如顯示界面、修改材料等消息，這些消息和事件會傳遞到NX中材料庫系統的處理程序，并由處理程序調用后臺數據庫進行處理，最后把處理結果傳遞到前臺的顯示界面。

圖2 時序圖

2.3 界面設計

界面是軟件與用戶交互的最直接的一層，界面會影響用戶對軟件的第一印象。設計良好的界面能夠引導用戶自己完成相應的操作，設計合理的界面能給用戶帶來輕松愉悅的感受，相反則會讓用戶產生反感的情緒，最終可能會放棄使用該軟件，在NX中設計了包括材料庫的菜單條，其形式與NX的菜單是一樣的，最大限度地保證了用戶的使用習慣，方便用戶快速使用。

界面主要是通過調用后臺的MaterialLib.rc文件來顯示界面。RC文件是資源文件，它是用來記錄用戶在程序中用到的各種資源，例如對話框、圖標、光標以及位圖等，RC文件經過編譯會形成RES文件，RES文件會被鏈接進最后的EXE文件中。

2.4 實現界面部分設計

當用戶單擊界面上的按鈕、下拉菜單等圖標時，通常會產生一個事件，程序會對不同的事件進行不同的處理，例如用戶單擊界面的下拉菜單時，材料庫系統就會調用OnSelchangeCombo1()函數中的代碼，該函數在組合框的編輯內容發生改變時自動進行響應。而在第一次響應時，組合框沒有選定內容，也就是m_cb.GetCurSel()的值為-1，這樣m_cb.GetLBText肯定會出現異常。去后臺讀取材料庫中的數據，并返回最新的材料數據，然后顯示在主界面中的表中。combo BOX是下拉框選擇控件，用戶單擊界面中的材料目錄就會出現下拉并顯示材料庫的主體目錄（例如，用戶選擇了下拉菜單中的“有色金屬”選項，程序就會去后臺調用數據庫中已存儲的材料庫信息，并通過界面上的表格顯示，供用戶參考和使用）。void CXxxDlg：：OnEditchangeCombo1()函數是響應組合框的編輯內容發生改變時響應的，而在第一次響應時，組合框沒有選定內容，也就是m_cb.GetCurSel()的值為-1，這樣m_cb.GetLBText肯定就會出現異常。

3 后臺數據庫設計

3.1 材料庫的分類

分類的標準主要是根據材料的屬性和名稱，一級分類是有色金屬材料（非金屬材料和黑色金屬材料），二級分類是材料的名稱，三級分類是牌號，一級、二級分類見表1，以下分類基本包括機械行業的所有分類。

表1 材料分類

3.2 材料的收集和輸入

每個牌號對應1種材料，每種材料都有自己的屬性，包括名稱、標準號、規格號、適用范圍、鋼絲規格、示例說明和標注示例，示例見表2。

表2 材料屬性

3.3 實現調用后臺數據

該系統的后臺數據庫是存儲在Microsoft Excel中的，但是當用戶從界面上單擊需要獲得某一種材料的屬性時，程序就會調用ReadFile函數中的代碼，以讀取后臺的Excel文件。用戶選擇界面上的某一個材料，程序根據用戶選擇，通過調用NX/Open API接口去后臺數據庫中得到相關材料值，并顯示在主界面上的相應表格中。

BOOL CRegistSheet：：ReadFile是指從文件指針指向的位置開始將數據讀到一個文件中，且支持同步和異步操作，如果文件打開方式沒有指明FILE_FLAG_OVERLAPPED，那么當程序調用成功時，它將實際讀出文件的字節數保存到lpNumberOfBytesRead指明的地址空間中。CExcelFile是進行Excel文件（讀/寫）操作。寫操作是寫入Excel文件只能是 *.csv的后綴文件（與txt一樣，以二進制文本形式存儲，它是以逗號分隔符作為單元格內容的劃分， .xls存儲比較復雜， .csv文件可以通過.xls或者.xlsx文件另存為，選擇.csv文件格式），它們可以通過Notepad++等記事本軟件當做txt文件打開。讀取操作是讀取Excel文件的操作，使用了文件隨機定位函數fseek（）進行數據讀取。prev_cells.cells.Copy可以對Excel進行單行復制、多行復制、單列復制以及多列復制的操作。使用Rows.Add添加新行，使用Rows.Remove刪除指定行列的數據。

4 業務邏輯設計

4.1 業務邏輯總體結構分析

用戶進入NX后，如果需要查看相關材料的屬性值，就單擊材料庫菜單，在彈出的材料庫對話框中，用戶可以實現查看材料庫中的材料信息、把材料值直接標注在模型上以及把材料等屬性值寫入部件屬性等功能，材料庫系統通過使用NX/Open API 調用存儲在后臺的材料庫信息，并顯示在前臺界面或者三維模型上的屬性中。其系統邏輯結構如圖3所示。