SolidWorks的產(chǎn)品設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)

2013-05-24  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-www.br5w05v.cn  來源:仿真在線

SolidWorks軟件是在總結(jié)和繼承了大型機(jī)械CAD軟件的基礎(chǔ)上,在SolidWorks環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)機(jī)械CAD軟件。它全面采用非全約束的特征建模技術(shù),作為一種可以參數(shù)化驅(qū)動(dòng)建模的三維CAD軟件,為設(shè)計(jì)師提供了極強(qiáng)的設(shè)計(jì)靈活性,其設(shè)計(jì)過程的全相關(guān)性,使得設(shè)計(jì)師可以在設(shè)計(jì)過程的任何階段修改設(shè)計(jì),同時(shí)牽動(dòng)粗關(guān)部分的改變。進(jìn)而在企業(yè)(特別是中小型企業(yè))的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中有比較廣泛的應(yīng)用。該軟件為用戶提供了功能強(qiáng)大的API接口,而且具有宏錄制功能,所以基于該軟件進(jìn)行二次開發(fā)非常方便。
   
在實(shí)際應(yīng)用中,利用三維軟件提供的API對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā),可構(gòu)建面向企業(yè)的三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)。
   
    1專家系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
   
專家系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能是根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算,確定產(chǎn)品的關(guān)鍵尺寸、型號(hào),據(jù)此調(diào)用基本模型庫中的模型,通過產(chǎn)品選型和相應(yīng)的尺寸驅(qū)動(dòng),生成產(chǎn)品三維模型;生成的模型,設(shè)計(jì)者不需修改或只需進(jìn)行少量修改就可達(dá)到用戶要求,從而提高了設(shè)計(jì)效率、提升了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間、提高了企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
   
根據(jù)專家系統(tǒng)的功能,其體系結(jié)構(gòu)可劃分為企業(yè)模型層、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫層、應(yīng)用層,系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

    
企業(yè)模型層是專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,它包含了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)零件、企業(yè)基本產(chǎn)品的模型和相關(guān)設(shè)計(jì)文檔等。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫層是專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,包含了系統(tǒng)運(yùn)作的數(shù)據(jù),主要是對(duì)企業(yè)模型層的基礎(chǔ)模型、文檔進(jìn)行管理的相關(guān)數(shù)據(jù)以及對(duì)系統(tǒng)本身進(jìn)行維護(hù)、安全管理的相關(guān)數(shù)據(jù)。應(yīng)用層(功能模塊層)是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)層,包括:①產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊,引導(dǎo)用戶完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程;②企業(yè)數(shù)據(jù)管理模塊,進(jìn)行企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)零部件的管理;⑧系統(tǒng)管理模塊,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的管理維護(hù),為用戶分配操作權(quán)限等。

2系統(tǒng)支探技術(shù)
   
    2.1產(chǎn)品參數(shù)化建模
   
    2.1.1參數(shù)化建模
   
SolidWorks為設(shè)計(jì)者提供了良好的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能。在專家設(shè)計(jì)系統(tǒng)中,對(duì)所有產(chǎn)品的建模應(yīng)該運(yùn)用參數(shù)化建模技術(shù),用盡可能少的參數(shù)去控制產(chǎn)品的尺寸。例如,一個(gè)長方體的三個(gè)尺寸,長a、寬b、高c,以a為主驅(qū)動(dòng)尺寸建立尺寸間的方程式:b=a/2;c=a/4。動(dòng)尺寸在方程式的右邊,這樣長方體的尺寸由長度a驅(qū)動(dòng),在修改長方體的尺寸時(shí),只需要修改尺寸a即可。在裝配體中也可以由主要的位置尺寸控制其它的裝配尺寸或零件尺寸,使得主要裝配尺寸變化時(shí),其它裝配尺寸及相關(guān)零件尺寸能作相應(yīng)調(diào)整,使裝配關(guān)系仍然成立。通過產(chǎn)品的參數(shù)化建模,可以用盡可能少的代碼來驅(qū)動(dòng)尺寸,方便專家系統(tǒng)的開發(fā)。
   
    2.1.2系列化建模
   
目前,絕大多數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)件以及企業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品都是系列化的。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行系列化的建模,可以降低建模的工作量,同時(shí)在專家系統(tǒng)中,系列化建模方便于通過程序?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的選型。
   
系列化建模的實(shí)質(zhì)就是一個(gè)模型、多個(gè)配置。先用SolidWorks創(chuàng)建一個(gè)實(shí)體零件或裝配體,再添加不同的配置。對(duì)于系列化零件,修改所添加的配置的尺寸,不需要重新建模,就能得到不同型號(hào)的系列化產(chǎn)品模型。對(duì)于系列化部件,修改添加配置中部件的子零件屬性(重新選擇子零件的配置),并通過不同配置的子零件組合得到不同型號(hào)的裝配體。在這些零件或部件中,實(shí)體模型只創(chuàng)建了一次,不同的型號(hào)以配置的形式出現(xiàn),需要調(diào)用某一型號(hào)的產(chǎn)品模型的時(shí)候,只需選擇模型相應(yīng)的配置即可。
   
    2. 2產(chǎn)品模型的存儲(chǔ)
   
產(chǎn)品模型及相關(guān)技術(shù)文檔的存儲(chǔ)有兩種方式:①直接存儲(chǔ)在本地磁盤文件夾,即直接存儲(chǔ)在專家系統(tǒng)安裝目錄下的文件夾中;②將相關(guān)文件轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制流文件存放于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。直接存放于本地文件夾時(shí),存儲(chǔ)比較方便,存儲(chǔ)速度也比較快,對(duì)于企業(yè)文件數(shù)據(jù)量大(數(shù)據(jù)量大于100MB)的專家系統(tǒng)可采用這種存儲(chǔ)方式。文件存放在本地磁盤時(shí),需在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中構(gòu)建文件索引表,存放這些文件在本地的存儲(chǔ)路徑,以方便文件的管理與調(diào)用。數(shù)據(jù)量不大時(shí)(數(shù)據(jù)量小于100MB) ,可采用第二種方法。采用第二種方法,文件的安全管理比較簡單,而且不需考慮文件的存放路徑,無需搜索本地磁盤,因此其調(diào)用與管理也很方便。
   
    2.3系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全
   
為防止用戶不小心修改基礎(chǔ)模型庫的模型或非法用戶查看相關(guān)設(shè)計(jì)資料,當(dāng)相關(guān)設(shè)計(jì)文件和基礎(chǔ)模型存放于本地時(shí)要進(jìn)行加密處理。一般采用對(duì)稱加密算法。加密處理的文件只有相應(yīng)用戶登錄系統(tǒng)后才能進(jìn)行相關(guān)操作。當(dāng)相關(guān)模型和技術(shù)文檔轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制文件存放于數(shù)據(jù)庫時(shí),則只需通過數(shù)據(jù)庫的訪問權(quán)限來保證數(shù)據(jù)的安全。
   
    系統(tǒng)安全則采用基于角色的權(quán)限管理方式來保證,即不同的角色分配不同的操作權(quán)限,而不同的用戶則分配不同的角色。這樣每一位用戶就只能在自己許可的操作權(quán)限內(nèi)進(jìn)行相關(guān)操作,保證了系統(tǒng)的安全。
   
    2. 4專家系統(tǒng)開發(fā)架構(gòu)
   
專家系統(tǒng)功能模塊的開發(fā)采用三層體系結(jié)構(gòu):表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、基礎(chǔ)操作層。專家系統(tǒng)開發(fā)架構(gòu)見圖2。

    
表示層是呈現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的操作界面,是與用戶進(jìn)行人機(jī)交互的界面,引導(dǎo)用戶運(yùn)用此系統(tǒng)完成設(shè)計(jì)、管理功能。

業(yè)務(wù)邏輯層則是操作界面的后臺(tái)代碼,通過調(diào)用基礎(chǔ)操作層的相關(guān)函數(shù)實(shí)現(xiàn)操作界面展示的每一步操作流程,最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和管理的功能。
   
基礎(chǔ)操作層是系統(tǒng)開發(fā)的基本操作類封裝層,用幾個(gè)基本類封裝了相應(yīng)的操作函數(shù):①數(shù)據(jù)操作類,封裝了所有與數(shù)據(jù)操作有關(guān)的方法,包括數(shù)據(jù)的插人、修改以及刪除方法,以及相關(guān)控件與數(shù)據(jù)庫的綁定方法等等;②設(shè)計(jì)計(jì)算類,封裝了所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)計(jì)算方法,是紙質(zhì)設(shè)計(jì)計(jì)算書的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn);③系統(tǒng)開發(fā)類,封裝了利用SolidWorks API對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā)的方法,包括了SolidWorks注冊(cè)表操作方法以及在SolidWorks系統(tǒng)中添加工具條、按鈕等的操作方法,系統(tǒng)開發(fā)類還封裝了對(duì)文件進(jìn)行加密、解密的算法,用于對(duì)模型文件的安全管理。
   
    3應(yīng)用實(shí)例
   
筆者所在的"湖北省數(shù)字制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室"為溫州某企業(yè)開發(fā)了一套空分設(shè)備專家設(shè)計(jì)系統(tǒng),該系統(tǒng)采用微軟.net開發(fā)平臺(tái)開發(fā),是針對(duì)于該企業(yè)的工業(yè)制氮機(jī)、井下制氮機(jī)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)。此專家系統(tǒng)中,企業(yè)基本零部件模型文件數(shù)據(jù)量達(dá)到700MB,因而存放于本地計(jì)算機(jī),文件采用DES算法加密,保證其數(shù)據(jù)安全;使用SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)公用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
   
專家系統(tǒng)是作為一個(gè)播件被載人SolidWorks的。啟動(dòng)SolidWorks加載專家系統(tǒng)插件,用戶登錄后,可點(diǎn)擊進(jìn)人產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊。圖3為井下制氮機(jī)的理論計(jì)算界面,圖4為生成新產(chǎn)品的界面。

    
    進(jìn)入企業(yè)數(shù)據(jù)管理模塊就可以進(jìn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件的管理,其包括了兩個(gè)操作標(biāo)簽頁:行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)零件庫、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)部件庫。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)零件管理界面見圖5。

    
    4總結(jié)與展望
   
本文提出了基于SolidWorks二次開發(fā)的面向企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)開發(fā)解決方案,基本思想是通過專家系統(tǒng)將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)計(jì)算集成到SoIidWorks軟件中,結(jié)合軟件的參數(shù)化建模技術(shù),通過專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無紙化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程。其設(shè)計(jì)是完全面向企業(yè)具體產(chǎn)品的,具有很好的針對(duì)性和適用性。對(duì)于該系統(tǒng)可以作進(jìn)一步的開發(fā),便之與PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)系統(tǒng)集成,以便更好地服務(wù)于企業(yè)的信息化。

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