王忠雷，程鋼，袁文生，王曉麗

（1.山東建筑大學機電工程學院，山東濟南250101；2.山東省高校機械工程創(chuàng)新技術重點實驗室，山東濟南250101；3.齊魯工業(yè)大學機械與汽車工程學院，山東濟南250353）

SolidWorks二次開發(fā)在機械學科畢業(yè)設計中的應用

王忠雷1，2，程鋼1，2，袁文生1，2，王曉麗3

（1.山東建筑大學機電工程學院，山東濟南250101；2.山東省高校機械工程創(chuàng)新技術重點實驗室，山東濟南250101；3.齊魯工業(yè)大學機械與汽車工程學院，山東濟南250353）

目前在本科教學中對三維CAD軟件的課堂教學和實踐訓練，一般都集中在應用軟件進行造型、裝配和加工代碼生成。隨著CAD軟件技術應用的深入，通用的CAD軟件難以滿足所有行業(yè)的要求，CAD軟件進行二次開發(fā)，已經(jīng)成為CAD軟件深入應用的有效途徑。文章分析機械學科畢業(yè)設計的現(xiàn)狀及問題，闡述了CAD二次開發(fā)的技術基礎，提出了二次開發(fā)技術在畢業(yè)設計中的應用途徑。并對CAD軟件二次開發(fā)技術在機械學科畢業(yè)設計中的應用實例進行分析，通過教學實踐證明了這一創(chuàng)新實踐教學的可行性和效果。

Solidworks，二次開發(fā)，畢業(yè)設計

0 引言

近年來，隨著計算機技術的應用發(fā)展，特別UG、Pro／E、SolidWorks等CAD軟件的飛速發(fā)展，機械設計已經(jīng)由二維設計向三維設計發(fā)展。三維設計提高了設計的可視性，同時也為后續(xù)的數(shù)控加工提供了可靠的幾何模型，提高了產(chǎn)品設計和制造的效率。同時隨著現(xiàn)代設計技術的發(fā)展，對三維CAD軟件的要求越來越高，通用的三維CAD軟件很難滿足所有行業(yè)的要求?；谶@種情況，很多企業(yè)開始對三維CAD軟件進行二次開發(fā)，以滿足本企業(yè)產(chǎn)品設計的特殊要求，提高設計的效率［1-2］。因此，針對企業(yè)自身特點，對CAD軟件進行二次開發(fā)，已經(jīng)成為各個企業(yè)提高自己設計效率和競爭力的重要手段。

目前在本科教學中對三維CAD軟件的課堂教學和實踐訓練，一般都集中在應用軟件進行造型、裝配和加工代碼生成。雖然三維CAD軟件課程在課程設計和畢業(yè)設計等教學環(huán)節(jié)中也獲得了廣泛的應用，同時通過學習學生提高了自己應用三維CAD軟件的能力和實踐水平，但是目前的課堂教學和實踐教學，對于CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)技術的講解和應用不多，因此通過畢業(yè)設計等實踐教學環(huán)節(jié)，對學生進行三維CAD軟件的二次開發(fā)訓練，可以提高學生應用CAD軟件的能力，使畢業(yè)學生更加符合企業(yè)的需求。為此文章以SolidWorks二次開發(fā)這一新的選題為例，對機械學科畢業(yè)設計的改革進行了嘗試和探索［3-4］。

1 機械學科畢業(yè)設計的現(xiàn)狀及問題

畢業(yè)設計是高校人才培養(yǎng)不可替代的實踐教學活動，是學生理論、實踐、創(chuàng)新能力與科研水平相結合的綜合訓練。通過畢業(yè)設計，可以進一步深化和檢驗學生對所學專業(yè)理論知識的掌握程度，同時提高知識綜合應用能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生獨立分析和解決實際問題的能力［5-7］。當前機械學科的畢業(yè)設計受到一些客觀條件的限制依舊存在一些問題［8-9］:（1）從學生的角度畢業(yè)設計是畢業(yè)之前的最后一個教學環(huán)節(jié)，面臨就業(yè)、升學、出國等各方面壓力，學生難以集中精力完成高質(zhì)量的畢業(yè)設計；（2）從老師的角度 由于連年擴招，畢業(yè)生數(shù)量激增，導致每位畢業(yè)設計老師指導的畢業(yè)生數(shù)量大幅增加，畢業(yè)設計指導教師難以全身心地指導每一位學生。

除去上述的客觀原因外，由于畢業(yè)設計題目陳舊、內(nèi)容空洞、缺乏實踐性，學生認為畢業(yè)設計對于將來工作沒有直接的幫助和支持，畢業(yè)設計投入的時間和精力不足是導致畢業(yè)設計質(zhì)量下降最主要的原因。因此合理選題、優(yōu)化畢業(yè)設計內(nèi)容，使本科生畢業(yè)設計與其從事的工作直接相關，是調(diào)動學生積極性、提高畢業(yè)設計質(zhì)量最有效的措施。從前面的分析可以看出，畢業(yè)設計的選題對畢業(yè)設計的質(zhì)量有著重要的影響。

2 SolidWorks二次開發(fā)的技術基礎

所謂二次開發(fā)是為了使CAD軟件更符合用戶設計過程中的特殊要求，在現(xiàn)有通用CAD支撐軟件的基礎上，利用二次開發(fā)語言和工具進行二次開發(fā)，提高和完善CAD軟件功能。通過二次開發(fā)可以提高產(chǎn)品設計的質(zhì)量，縮短產(chǎn)品設計的周期，充分實現(xiàn)CAD軟件的功能和價值。CAD軟件經(jīng)二次開發(fā)之后，具有良好的人機交互界面，并吸收和融入許多專業(yè)知識和設計經(jīng)驗，使得設計人員能夠更加方便和快捷的利用CAD軟件進行產(chǎn)品設計，從而實現(xiàn)設計質(zhì)量和效率的提高。

現(xiàn)在大多數(shù)的三維CAD軟件都提供二次開發(fā)接口，在眾多的三維軟件中，SolidWorks簡單易用、功能強大，而且二次開發(fā)接口和開發(fā)方式豐富，開發(fā)難度低，因此在本課題中采用SolidWorks作為二次開發(fā)研究和應用的對象。SolidWorks提供了功能全面而且簡單易用的二次開發(fā)接口—基于API的應用程序設計接口，這個接口可以通過OLE Automation技術進行訪問，其中包含了大量的功能函數(shù)，程序員通過這些功能函數(shù)可以直接訪問SolidWorks，實現(xiàn)SolidWorks軟件所有的功能和操作。對于支持OLE技術的高級程序設計語言，如VB、VC++、Delphi、Java等都可以用于進行SolidWorks軟件的二次開發(fā)。

目前常用的SolidWorks二次開發(fā)方法，概括起來主要API程序設計法［10-11］和模型尺寸驅動法兩種［12-15］:

（1）API程序設計法是將設計過程的每一個步驟都采用API函數(shù)組成的程序完成，利用設計的API程序順序地執(zhí)行設計過程，完成整個設計。API程序設計法需要開發(fā)者利用SolidWorks API函數(shù)自行編寫代碼，這就要求開發(fā)者能夠熟練的掌握和靈活的應用SolidWorks的API函數(shù)，提高了對開發(fā)者要求，從而也增加了開發(fā)的難度。因此這種二次開發(fā)方法，并不十分適合程序設計水平不高的機械專業(yè)學生。另外，使用API程序設計法進行二次開發(fā)，不但編寫的代碼非常多，而且程序每次運行都需要一步一步順序的建立整個模型的每一部分，模型建立的時間比較長，效率比較低。

（2）模型尺寸驅動法在應用SolisWorks進行零件的模型建立時，零件草圖和模型特征都是尺寸相關聯(lián)的，隨著尺寸的變化而變化。模型建立完成后，可以通過尺寸驅動的方式完成對模型的修改。利用該方法，在SolidWorks二次開發(fā)時，不需要完整的建立模型的零件草圖和模型特征，而是應用尺寸驅動的方法，通過改變已有模型的尺寸，來實現(xiàn)需要設計模型的建模過程，這種二次開發(fā)的方法稱為模型尺寸驅動法。使用模型尺寸驅動法，并不是按照造型的過程一步一步重新建模，而是在原有的模板模型的基礎上改變尺寸參數(shù)并通過尺寸驅動技術進行模型重建。采用該方法進行SolidWorks二次開發(fā)有很多好處，首先二次開發(fā)編寫的代碼大大減少，同時也不需要開發(fā)者掌握所有的SolidWorks API函數(shù)，把開發(fā)者從學習和應用SolidWorks API函數(shù)的繁重勞動中解放出來，使得SolidWorks二次開發(fā)變得簡單起來，最重要的是模型尺寸驅動法的應用，可以使程序設計水平不高的機械專業(yè)的學生比較輕松的進行SolidWorks二次開發(fā)。其次應用模型尺寸驅動法設計的程序在運行時不需要實現(xiàn)整個建模過程，只是通過尺寸驅動實現(xiàn)模型的重構，提高了程序的運行效率。

3 SolidWorks二次開發(fā)技術在畢業(yè)設計中應用途徑

對于機械專業(yè)的學生來說，由于其程序設計和開發(fā)的能力和水平有限，而且本科畢業(yè)設計時間短、任務重，要想實現(xiàn)SolidWorks二次開發(fā)技術在本科畢業(yè)設計中的應用，必須對于畢業(yè)設計的各個環(huán)節(jié)進行合理的設計，才能保證這一實踐教學環(huán)節(jié)的順利進行。

3.1 合理的選題

合理選擇題目是保證SolidWorks二次開發(fā)技術在本科畢業(yè)設計中成功應用的關鍵和基礎問題。針對機械學科的學生機械設計能力強、應用SolidWorks進行三維造型的能力強，而軟件設計和代碼編寫能力不強的情況，在進行題目選擇時，應注意揚長避短，所選擇的題目程序結構比較明確、代碼編寫的難度低、代碼編寫量少，而將畢業(yè)設計作品的水平體現(xiàn)在其設計系統(tǒng)的機械結構復雜度和三維造型復雜度上。合理的選擇題目才能使學生在畢業(yè)設計中，發(fā)揮自己的優(yōu)勢，彌補自己的不足，高水平完成教學任務，并使學生得到應有的鍛煉和提高。

3.2 合理選擇開發(fā)工具和技術

由于機械學科學生軟件設計和代碼編寫能力不強的特點，在選擇開發(fā)工具和開發(fā)技術時，應結合學生的特點進行選擇。在開發(fā)工具的選擇上，應選擇簡單易學、學生有基礎的編程語言。由于支持OLE的高級語言都可以進行SolidWorks的二次開發(fā)，可以選擇的范圍較大，一般選擇工科學生常用的VB、Delphi等開發(fā)工具，如果學生對其他語言比較熟悉也可以選用。由于SolidWorks的宏錄制采用的是VBA語言，與VB語言比較接近，因此優(yōu)先選擇VB作為SolidWorks二次開發(fā)的工具。

在開發(fā)技術上，由于API程序設計法難度較大，一般選擇模型尺寸驅動法。該方法的難點在于設計零件或裝配體的三維造型，而程序設計較為簡單，正好可以發(fā)揮機械學科學生的特長。而且該方法代碼量小、系統(tǒng)可靠性高、運行效率高，是優(yōu)先選用的開發(fā)技術。

3.3 全面的技術指導

SolidWorks的二次開發(fā)對于機械學科的學生來說是比較陌生和困難的事情。因此，在整個畢業(yè)設計期間要進行全面細致的指導。畢業(yè)設計初期，對學生的開發(fā)技術進行詳細的指導，使學生盡快的完成一個簡單、完整的二次開發(fā)實例，提高學生的信心和興趣，提高畢業(yè)設計的效率；自畢業(yè)設計中期，系統(tǒng)結構設計是整個設計的難點和重點，也是機械學科學生了解不夠深入的問題，需要老師進行細致的指導，建立較好的程序基礎，保證整個設計的順利進行；設計一旦進入代碼設計階段，學生一般能夠獨立進行，這時老師需要關注學生設計代碼的可靠性和容錯性。只要老師和學生密切配合，基于SolidWorks二次開發(fā)的畢業(yè)設計就能夠順利進行，并取得很好地設計成果和教學效果。

4 SolidWorks二次開發(fā)技術在畢業(yè)設計中的應用分析

為了驗證前面研究和探討的“SolidWorks二次開發(fā)在機械學科畢業(yè)設計中的應用”的可行性，在畢業(yè)設計中，進行了嘗試和實驗。選用的畢業(yè)設計題目為“基于SolidWorks二次開發(fā)的鈑金件參數(shù)化設計與展開系統(tǒng)開發(fā)”，采用的開發(fā)語言為Delphi，采用的二次開發(fā)技術為模型尺寸驅動法。

學生開發(fā)完成了基于SolidWorks二次開發(fā)的三維鈑金件參數(shù)化設計及展開放樣軟件，實現(xiàn)了鈑金零件的參數(shù)化設計及自動展開放樣。主要包括鈑金件模型庫模塊、數(shù)據(jù)輸入模塊、零件生成及展開模塊。模型庫中包括十余大類一百余種工業(yè)管道過渡件等鈑金件的三維模型和展開放樣模型。該軟件通過數(shù)據(jù)輸入模塊，把模型庫中鈑金件模型的變量尺寸設置為具體的數(shù)值尺寸，通過尺寸驅動，生成所需要的鈑金件的三維模型（如圖1所示）和二維展開放樣模型（如圖2所示）。

畢業(yè)設計完成了所有的預定任務，完全符合畢業(yè)設計的要求，學生不僅訓練了鈑金件的設計和展開計算，而且系統(tǒng)的進行了Solidworks二次開發(fā)系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)，使學生扎實的掌握了程序設計、軟件開發(fā)和Solidworks二次技術，提高了學生應用CAD軟件的水平，更加適合企業(yè)的人才需求。

圖1 四節(jié)等徑直角雙向圓柱三通管模型圖

圖2 四節(jié)等徑直角雙向圓柱三通管二維展開放樣圖

5 結語

對SolidWorks二次開發(fā)在機械學科畢業(yè)設計中的實踐教學方法進行了研究和應用，實踐表明:在合理選題、合理選擇開發(fā)工具和開發(fā)技術、學生老師密切配合的條件下，機械學科畢業(yè)設計中應用SolidWorks二次開發(fā)技術進行系統(tǒng)開發(fā)完全可行，而且效果良好。在研究過程獲得如下總結:

（1）SolidWorks二次開發(fā)技術較其他三維CAD軟件二次開發(fā)技術簡便易學，更適合在機械學科的本科畢業(yè)設計中應用；

（2）尺寸驅動法，程序設計量小、不需要復雜的API函數(shù)，更適合非計算機專業(yè)的學生進行SolidWorks二次開發(fā)系統(tǒng)設計；

（3）在合理選題、合理選擇開發(fā)工具和開發(fā)技術、學生老師密切配合的條件下，機械學科畢業(yè)設計中應用SolidWorks二次開發(fā)技術進行系統(tǒng)開發(fā)完全可行，而且效果良好。

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（學科責編：王光銀）

Application of secondary development of SolidW orks in mechanical engineering graduation project

Wang Zhonglei1，2，Cheng Gang1，2，Yuan Wensheng1，2，et al.

（1.School of Mechanical and Electronic Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China；2.Key Laboratory of Mechanical Engineering＆Innovation Technology in Universities of Shandong，Jinan 250101，China）

The undergraduate teaching about the three-dimensional CAD software was focused on learning and training modeling，assembly and generation of processing code.With the deepening of CAD application，CAD software is difficult to meet the requirementsof all industries.A secondary development of the CAD software according to enterprise's characteristics and requirement，has become the effective way for the application of CAD software.In this paper，the current situation and problems ofmechanical subject of graduation design was analyzed，a secondary development of the CAD software was described and the way of application secondary development technology of CAD in graduation design was proposed.The application examples of the secondary development technology of CAD software were analyzed in mechanical engineering graduate design and the teaching practice？proves the feasibility and effect of the innovative practice teaching.

SolidWorks；secondary development；graduation project

G642

A

1673-7644（2014）06-0601-04

2014-06-06

山東建筑大學博士基金項目（XNBX1245）

王忠雷（1977-），男，講師，博士，主要從事金屬塑性成形CAD／CAE等方面的研究，E-mail:wade_thunder＠163.com