秦闖，劉戰(zhàn)強(qiáng)，葉洪濤，龐繼有

(1. 山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山東濟(jì)南250061;2. 山東大學(xué)高效潔凈機(jī)械制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250061;3. 沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng)110043)

0 前言

CAD/CAE/CAM 技術(shù)利用計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力、巨大存儲(chǔ)能力和邏輯判斷能力，與人的創(chuàng)造能力相結(jié)合，在國(guó)內(nèi)外航空、航天、汽車、機(jī)床制造等工業(yè)部門都得到了廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)自動(dòng)化，縮短了從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的周期，提高了產(chǎn)品的制造質(zhì)量［1－2］。

CAD/CAE/CAM 技術(shù)已成為新一代生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的核心技術(shù)，正朝著集成化的方向發(fā)展。集成是指把CAD、CAE、CAM 等各種功能不同的軟件有機(jī)地結(jié)合起來，用統(tǒng)一的執(zhí)行控制程序來組織各種信息的提取、交換、共享和處理，保證系統(tǒng)內(nèi)部信息流的暢通并協(xié)調(diào)各個(gè)系統(tǒng)有效地運(yùn)行［3］。在工程應(yīng)用中，集成化體現(xiàn)在軟件系統(tǒng)上，有物理集成與信息集成兩個(gè)方面。物理集成軟件系統(tǒng)能夠在單一軟件界面應(yīng)用多軟件功能，可以從一個(gè)軟件環(huán)境迅速切換到另一個(gè)軟件環(huán)境，而不用復(fù)雜的軟件外操作，在需要多軟件共同協(xié)作的工作中，可以提高工作效率。信息集成的軟件系統(tǒng)可利用專用數(shù)據(jù)接口，在不同軟件之間通暢地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，避免再次輸入這些信息時(shí)帶來錯(cuò)誤及重復(fù)工作［4］。

本文作者基于UG 軟件平臺(tái)，應(yīng)用UG 二次開發(fā)技術(shù)，在UG 軟件界面增加CAE 軟件的啟動(dòng)菜單，實(shí)現(xiàn)單一軟件界面多軟件的啟動(dòng)，提出軟件物理集成方法。配置CAM 仿真軟件VERICUT 與UG 的接口NXV，給出其具體應(yīng)用實(shí)例，實(shí)現(xiàn)信息集成兩個(gè)軟件之間的數(shù)據(jù)傳遞。

1 UG 二次開發(fā)工具

UG 是先進(jìn)的CAD/CAM/CAE 高端軟件平臺(tái)之一，為用戶提供了強(qiáng)大的二次開發(fā)工具，用戶能夠根據(jù)自身需求，對(duì)UG 進(jìn)行二次開發(fā)，拓展軟件功能。UG/Open 是UG 二次開發(fā)工具的總稱，主要由二次開發(fā)語(yǔ)言模塊UG/Open GRIP、UG/Open API 及二次開發(fā)輔助工具UG/Open MenuScript、UG/Open UIStyler等組成［5］。

UG/Open GRIP 和UG/Open API 是兩種不同的二次開發(fā)語(yǔ)言模塊，都具有與外部高級(jí)開發(fā)語(yǔ)言的接口。GRIP 是UG 的內(nèi)嵌語(yǔ)言，主要實(shí)現(xiàn)圖形繪制、裝配、工程圖的生成和一定的文件管理功能，可以完成與UG 的各種交互操作［6］。UG/Open API 程序使用的是功能豐富的C 語(yǔ)言，使得UG/Open API 在使用上具有更大的靈活性［7］。利用UG/Open API 可以建立與原UG 軟件應(yīng)用程序的鏈接，使新開發(fā)的功能和原有功能無(wú)縫集成［8］，在實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。其中一個(gè)應(yīng)用是開發(fā)UG 軟件與其他軟件的接口，使具有不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同軟件之間能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)交換［9］。文中應(yīng)用的UG 與VERICUT 軟件之間的接口NXV 就是基于UG/Open API 開發(fā)的。

輔助工具UG/Open MenuScript 和UG/Open UIStyler 為UG 開發(fā)用戶菜單、界面提供了有效支持。UG/Open UIStyler 是建立UG 風(fēng)格對(duì)話框的工具，應(yīng)用此模塊制作用戶對(duì)話框界面，能方便地與UG 數(shù)據(jù)模型進(jìn)行交互操作［10］。UG/Open MenuScript 是UG/Open 中制作下拉菜單及工具條的模塊，它可用于編輯UG 系統(tǒng)的菜單，也可創(chuàng)建用戶自行開發(fā)的應(yīng)用程序菜單。菜單采用腳本語(yǔ)言編制，生成腳本文件。腳本文件是文本文件且腳本語(yǔ)言語(yǔ)法簡(jiǎn)單，用戶可方便地進(jìn)行編制。菜單制作分為三步，分別是:定義開發(fā)文件目錄、系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置及菜單腳本文件編輯［11］。菜單腳本文件可通過“ACTIONS”語(yǔ)句指定菜單項(xiàng)對(duì)應(yīng)的響應(yīng)行為，如GRIP 程序、UG/Open API 程序或用戶工具自定義文件等［9］。應(yīng)用實(shí)例在“ACTIONS”后直接指定CAE 軟件啟動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)軟件啟動(dòng)。

2 UG 軟件界面增加CAE 軟件啟動(dòng)菜單

在實(shí)際應(yīng)用中，需要利用UG 軟件建模，采用專用CAE 軟件進(jìn)行分析，發(fā)揮各個(gè)軟件的長(zhǎng)處并協(xié)同應(yīng)用。使用UG 二次開發(fā)菜單制作技術(shù)，在UG 軟件界面增加CAE 軟件的啟動(dòng)命令，實(shí)現(xiàn)軟件環(huán)境的迅速切換。文中選取AdvantEdge 等CAE 軟件，在計(jì)算機(jī)中安裝完成后，應(yīng)用UG/Open MenuScript 技術(shù)建立軟件啟動(dòng)菜單過程如下:

(1)在自定義目錄下創(chuàng)建startup 和application 兩個(gè)文件夾，分別存放具體的二次開發(fā)內(nèi)容，實(shí)例的目錄為D:USER。

(2)定義用戶環(huán)境變量“UGII_USER_DIR”，如圖1 所示。

圖1 用戶環(huán)境變量

(3)在UG 安裝程序目錄“$ UGII_BASE_DIR UGII menus”下找到custom_dirs. dat 文件，用記事本編輯此文件，在最后一行增加第一步設(shè)置的文件目錄(如圖2)。

圖2 用戶開發(fā)目錄

以上兩步指明用戶的二次開發(fā)文件目錄，完成了菜單制作的系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置。也可以采取修改文件ugii_env. dat 的方式［11］進(jìn)行設(shè)置，該文件包含UG 系統(tǒng)的全部環(huán)境變量及路徑定義，在目錄$ UGII_BASE_DIR UGII 下可以找到。在該文件中找到語(yǔ)句:#UGII_VENDOR_DIR = ${UGALLIANCE-DIR}vendor 及#UGII_SITE_DIR = ${UGALLIANCE-DIR}site，將語(yǔ)句前的符號(hào)“#”刪掉，激活語(yǔ)句，UG/Open 就可以從這些目錄下得到二次開發(fā)的功能擴(kuò)展。

(4)在startup 目錄下建立菜單腳本文件:menu. men。在記事本中應(yīng)用菜單腳本語(yǔ)言編輯該文件，部分程序內(nèi)容為:

程序中包括了菜單位置、名稱、類型及響應(yīng)命令等信息的定義。其中，“ACTIONS”后菜單響應(yīng)命令是CAE 軟件啟動(dòng)程序在計(jì)算機(jī)中的文件路徑。

(5)在application 文件夾里增加圖片文件，拓展名為“. bmp”，作為菜單圖標(biāo)。

完成以上步驟，即實(shí)現(xiàn)了UG 界面CAE 軟件啟動(dòng)菜單的建立，啟動(dòng)UG，界面會(huì)出現(xiàn)CAE 軟件啟動(dòng)菜單(圖3)。在實(shí)際應(yīng)用中，UG 模型建立完成后需要應(yīng)用其他CAE 軟件進(jìn)行分析時(shí)，單擊菜單中的啟動(dòng)命令，即可啟動(dòng)相應(yīng)CAE 軟件，實(shí)現(xiàn)結(jié)果如圖4所示。

圖3 UG 界面啟動(dòng)CAE 軟件菜單

圖4 DEFORM-3D 軟件啟動(dòng)

3 UG 與VERICUT 接口配置與技術(shù)應(yīng)用

VERICUT 是由美國(guó)CGTech 公司開發(fā)的面向制造業(yè)的數(shù)控加工仿真軟件，具有CAD/CAM 接口，能與UG 等軟件進(jìn)行嵌套運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)軟件之間的集成應(yīng)用［12］。

3.1 NXV 環(huán)境變量配置方法

NXV 是基于UG/Open API 開發(fā)的第三方軟件接口，通過NXV 可以實(shí)現(xiàn)UG 與VERICUT 之間的數(shù)據(jù)傳遞，但在使用之前需要進(jìn)行軟件之間接口的配置，使UG 每次啟動(dòng)時(shí)NXV 自動(dòng)加載到UG 菜單中，文中使用UG7.5 版本與Vericut7.0 版本，兩個(gè)軟件安裝后，其配置方法如下:

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中定義接口環(huán)境變量。NXV 接口配置需要設(shè)定“CGTECH_PRODUCTS”、 “UGII_VENDOR_DIR”及“LSHOST”3 個(gè)系統(tǒng)環(huán)境變量，加上軟件安裝時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生的“CGTECH_INSTALL”，系統(tǒng)環(huán)境變量中應(yīng)有4 個(gè)NXV 配置變量，如表1 所示。

表1 NXV 環(huán)境變量

表1 中，“%CGTECH_INSTALL%”是VERICUT的安裝路徑， “server_name”是完整的計(jì)算機(jī)名稱。配置后啟動(dòng)UG 軟件，即可在Manufacturing 模塊出現(xiàn)NXV 接口圖標(biāo)，如圖5 所示。

圖5 UG 工具欄中NXV 圖標(biāo)

3.2 NXV 應(yīng)用實(shí)例

在UG 中進(jìn)行建模與數(shù)控編程，NXV 將所有的毛坯、夾具和設(shè)計(jì)模型等數(shù)據(jù)自動(dòng)傳入VERICUT 進(jìn)行程序的仿真檢驗(yàn)，簡(jiǎn)化了使用VERICUT 軟件時(shí)二次輸入數(shù)據(jù)信息的過程，使設(shè)置、仿真及NX 程序的優(yōu)化等操作更加簡(jiǎn)單有效［13］。接口應(yīng)用過程如下:

(1)在UG 中完成建模、編程等工作(如圖6)。

圖6 UG 中建模編程

(2)接口設(shè)置。在UG 編程完成后，單擊NXV圖標(biāo)進(jìn)行接口配置，包括主界面配置:輸出路徑、項(xiàng)目文件模板、程序組及幾何體參數(shù)等;NXV 選項(xiàng)配置:包括輸出模型、輸出模型格式、輸出模型公差、輸出模型的相對(duì)坐標(biāo)系等，如圖7、8 所示。

圖7 NXV 主界面

圖8 NXV 選項(xiàng)配置界面

(3)接口配置后可直接啟動(dòng)VERICUT，進(jìn)入VERICUT 界面，從VERICUT 項(xiàng)目樹中可以看到，UG中的零件模型、坐標(biāo)、刀具及加工程序等數(shù)據(jù)信息已自動(dòng)導(dǎo)入，如圖9 所示。此時(shí)，可以在VERICUT 中進(jìn)行和實(shí)際生產(chǎn)完全匹配的機(jī)床加工過程模擬［14］(圖10)，得到程序仿真報(bào)告(圖11)。

圖9 VERICUT 項(xiàng)目樹

圖10 VERICUT 程序仿真

圖11 VERICUT 仿真報(bào)告

4 結(jié)束語(yǔ)

基于UG 二次開發(fā)技術(shù)，在UG 軟件中集成CAE 軟件啟動(dòng)菜單，實(shí)現(xiàn)了UG 軟件界面CAE 軟件啟動(dòng)功能，配置了UG 與VERICUT 接口并給出了其應(yīng)用實(shí)例，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)軟件之間的數(shù)據(jù)傳遞。從CAD/CAE/CAM 集成應(yīng)用角度，提出了CAD/CAE/CAM 軟件的物理集成與信息集成方法。集成的軟件系統(tǒng)將不同用途的軟件有機(jī)結(jié)合起來，用統(tǒng)一的執(zhí)行控制程序來組織各種信息的傳遞，保證系統(tǒng)內(nèi)信息流暢通，并協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)有效運(yùn)行，有利于提高工程技術(shù)人員的工作效率和企業(yè)的生產(chǎn)效益。

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