楊 旭， 周德儉，2

(1. 西安電子科技大學(xué), 陜西 西安 710071； 2. 桂林電子科技大學(xué)， 廣西 桂林 541004)

引 言

UG是一款帶有二次開(kāi)發(fā)功能的高端CAD/CAE/CAM軟件，具有建模、分析、仿真等多個(gè)強(qiáng)大功能，在航空航天、數(shù)控加工和汽車(chē)等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著設(shè)計(jì)和制造信息化、柔性化、智能化的發(fā)展，UG自帶的功能已無(wú)法完全滿(mǎn)足用戶(hù)個(gè)性化的要求，因此，根據(jù)需求對(duì)UG進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，拓展更多自定義的功能，有著較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義[1]。電纜布線及檢測(cè)已逐步由人工布線和檢測(cè)過(guò)渡到自動(dòng)化、智能化布線和檢測(cè)，針對(duì)特定的功能需求，前人已研究出了一些可靠的檢測(cè)系統(tǒng)，但在智能化、信息化等方向還有廣闊的研究前景。本文以UG10.0為開(kāi)發(fā)平臺(tái)的“電纜自動(dòng)布線及自動(dòng)檢測(cè)程序”設(shè)計(jì)為例，分析了在自動(dòng)布線和檢測(cè)領(lǐng)域進(jìn)行UG二次開(kāi)發(fā)的基本流程，重點(diǎn)探討了其菜單和對(duì)話框的設(shè)計(jì)過(guò)程。

1 UG二次開(kāi)發(fā)技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1 UG二次開(kāi)發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

UG二次開(kāi)發(fā)是通過(guò)UG 平臺(tái)上的UG OPEN 來(lái)完成的。UG OPEN為二次開(kāi)發(fā)提供了各種工具集、函數(shù)集和接口等，包括4個(gè)常用的工具：OPEN GRIP、OPENAPI、UI styler和MENUSCRIP。OPEN GRIP是UG內(nèi)部自帶的編程語(yǔ)言，易于理解，在參數(shù)化建模等特定方面具有較多的應(yīng)用，但其局限性是不如C語(yǔ)言等外部語(yǔ)言那樣具有全面的功能和靈活性，在老版本的UG二次開(kāi)發(fā)中應(yīng)用較多；OPEN API具有強(qiáng)大的對(duì)外接口功能，它為用戶(hù)提供了比OPEN GRIP更多的函數(shù)，用戶(hù)在使用時(shí)可通過(guò)C或C++等來(lái)實(shí)現(xiàn)這些函數(shù)的調(diào)用，并與VC++集成，通過(guò)VC++環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)文件的編譯和連接，因此，OPEN API比OPEN GRIP更加高效，功能也更強(qiáng)大；UI styler是UG提供的創(chuàng)建對(duì)話框的工具，用戶(hù)可根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)各種風(fēng)格的對(duì)話框并實(shí)現(xiàn)與圖形界面的交互，其代碼生成可以根據(jù)需要選擇VB、C++、Java、Python、VB.NET for SNAP等多種語(yǔ)言；MENUSCRIP是二次開(kāi)發(fā)UG菜單的工具，可以添加用戶(hù)自定義的菜單，并通過(guò)在菜單里調(diào)用對(duì)話框文件，與用戶(hù)自己創(chuàng)建的對(duì)話框集成[2-3]。

UG的二次開(kāi)發(fā)往往是通過(guò)綜合應(yīng)用以上4個(gè)常用開(kāi)發(fā)工具中的多個(gè)工具，并融入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可應(yīng)用于UG運(yùn)行環(huán)境的定制、能以UG為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)特定功能的專(zhuān)業(yè)軟件的開(kāi)發(fā)和提供與外部環(huán)境集成的接口等多個(gè)方面。

1.2 技術(shù)應(yīng)用范圍及現(xiàn)狀

目前，隨著機(jī)械工業(yè)數(shù)字化、信息化的飛速發(fā)展，UG二次開(kāi)發(fā)在機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)等多個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)階段在構(gòu)建零件庫(kù)系統(tǒng)和系統(tǒng)數(shù)字化檢測(cè)2方面應(yīng)用較多，特別是伴隨著基于模型定義(Model Based Definition，MBD)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中數(shù)字化已日益成熟，在很多環(huán)節(jié)，直接在3D軟件中基于3D模型和系統(tǒng)的標(biāo)注以及可視化技術(shù)正逐漸替代傳統(tǒng)的2D圖紙，在航空航天領(lǐng)域尤其突出[4-6]。因此，一方面，UG二次開(kāi)發(fā)的應(yīng)用并不僅限于傳統(tǒng)的零件參數(shù)化設(shè)計(jì)，還包括零件庫(kù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，例如：文獻(xiàn)[7]面向機(jī)電行業(yè)，基于.NET二次開(kāi)發(fā)出了網(wǎng)絡(luò)零件庫(kù)系統(tǒng)，綜合應(yīng)用了通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)零件庫(kù)系統(tǒng)的查詢(xún)、在線編輯和自動(dòng)刷新等功能；另一方面，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)，在3D軟件里直接進(jìn)行模型和系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化檢測(cè)，也正在逐步代替原先的人工檢測(cè)，這就要求軟件能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)對(duì)象的信息自動(dòng)提取和自動(dòng)檢測(cè)功能，例如：文獻(xiàn)[8]基于.NET二次開(kāi)發(fā)出了檢測(cè)信息自動(dòng)提取功能，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)所需的所有幾何信息和非幾何信息的準(zhǔn)確和無(wú)遺漏提取，并能規(guī)范地輸出這些信息，為后續(xù)的自動(dòng)檢測(cè)環(huán)節(jié)提供了數(shù)據(jù)支撐；文獻(xiàn)[9]面向航空行業(yè)，基于VC++二次開(kāi)發(fā)出了MBD自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)將OPEN API與MFC庫(kù)相結(jié)合的方式，使UG OPEN API的強(qiáng)大圖形操作功能和MFC豐富的函數(shù)庫(kù)相結(jié)合，最終開(kāi)發(fā)出了高效、可靠的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。

2 電纜自動(dòng)布線及自動(dòng)檢測(cè)程序設(shè)計(jì)

2.1 需求分析

由于用到的電纜根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可分為A、B、C三類(lèi)，每一類(lèi)包括若干型號(hào)，同一類(lèi)各種不同型號(hào)的電纜結(jié)構(gòu)相似，只是具體參數(shù)不同，因此該“電纜自動(dòng)布線及自動(dòng)檢測(cè)程序”有如下幾個(gè)模塊：

1)進(jìn)行電纜模型參數(shù)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出各種自動(dòng)布線所需的電纜模型，為下一步提供模型基礎(chǔ)。故開(kāi)發(fā)“電纜模型參數(shù)化設(shè)計(jì)”子程序，包括“A類(lèi)電纜參數(shù)化設(shè)計(jì)”、“B類(lèi)電纜參數(shù)化設(shè)計(jì)”和“C類(lèi)電纜參數(shù)化設(shè)計(jì)”。

2)使用前一步建立的模型，選用合適的電纜以及對(duì)應(yīng)的欲連接的部件，進(jìn)行自動(dòng)布線。故開(kāi)發(fā)“電纜自動(dòng)布線”子程序，包括“A類(lèi)電纜自動(dòng)布線”、“B類(lèi)電纜自動(dòng)布線”和“C類(lèi)電纜自動(dòng)布線”。

3)對(duì)上面自動(dòng)布線的結(jié)果進(jìn)行檢查，以確保力學(xué)性能和電學(xué)性能等性能要求。也就是檢查前面布置完成的電纜空間布置是否合理，包括是否存在空間干涉、最小彎曲半徑過(guò)小等問(wèn)題，如果有，會(huì)提醒用戶(hù)，在圖形區(qū)高亮顯示檢測(cè)出的問(wèn)題，并附上說(shuō)明。故開(kāi)發(fā)“布線結(jié)果自動(dòng)檢測(cè)”子程序，包括“全面檢測(cè)”、“僅檢測(cè)長(zhǎng)度特征”和“僅檢測(cè)彎曲半徑特征”等?！叭鏅z測(cè)”集成了所有的檢測(cè)規(guī)則，使用這個(gè)功能可一次性進(jìn)行所有規(guī)則的檢測(cè)，集成度高；“僅檢測(cè)長(zhǎng)度特征”和“僅檢測(cè)彎曲半徑特征”的針對(duì)性強(qiáng)，一次只針對(duì)某一類(lèi)特征進(jìn)行檢查，可重點(diǎn)針對(duì)某些規(guī)則進(jìn)行檢測(cè)。

4)針對(duì)電纜參數(shù)化設(shè)計(jì)中用到的模型庫(kù)、自動(dòng)布線設(shè)計(jì)中用到的知識(shí)庫(kù)以及布線結(jié)果自動(dòng)檢測(cè)用到的知識(shí)庫(kù)，開(kāi)發(fā)“布線數(shù)據(jù)庫(kù)”子程序，包括“模型庫(kù)”、“知識(shí)庫(kù)”和“規(guī)則庫(kù)”3部分，可進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)和編輯。

5)開(kāi)發(fā)“幫助”子程序，以幫助用戶(hù)查看此“電纜自動(dòng)布線及自動(dòng)檢測(cè)程序”的使用方法和注意事項(xiàng)。

2.2 二次開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

2.2.1 菜單開(kāi)發(fā)

開(kāi)發(fā)出一個(gè)三級(jí)菜單，第一級(jí)為電纜自動(dòng)布線及自動(dòng)檢測(cè)程序；第二級(jí)包含電纜模型參數(shù)化設(shè)計(jì)、電纜自動(dòng)布線、布線結(jié)果自動(dòng)檢測(cè)、布線數(shù)據(jù)庫(kù)和幫助；第三級(jí)包括所有二級(jí)菜單對(duì)應(yīng)的子菜單。菜單開(kāi)發(fā)步驟如下：

第一步，設(shè)置系統(tǒng)變量。首先創(chuàng)建二次開(kāi)發(fā)文件夾，在G盤(pán)里新建一個(gè)文件夾，命名為UG_yxkf，并在此文件夾目錄下新建startup、application文件夾。Startup用于存放菜單程序，application用來(lái)存放對(duì)話框程序。然后，打開(kāi)“我的電腦”，依次進(jìn)入“系統(tǒng)屬性”、“高級(jí)系統(tǒng)設(shè)置”、“環(huán)境變量”、新建用戶(hù)變量，其變量名為UGII_USER_DIR，變量值為G:UG_yxkf。二次開(kāi)發(fā)文件夾不一定要在G盤(pán)，別的盤(pán)也可以，但新建環(huán)境變量時(shí)變量值一定要與二次開(kāi)發(fā)文件夾的路徑一致[10]。

第二步，使用UG/OPEN MENUSCRIPT進(jìn)行菜單設(shè)計(jì)。在前面創(chuàng)建的startup文件夾里面新建一個(gè).men文件，即形成一個(gè)菜單腳本文件，命名為yangxu_ecka.men，其代碼可分為6個(gè)部分，各部分具體代碼為：

VERSION 120

EDIT UG_GATEWAY_MAIN_MENUBAR

BEFORE UG_HELP

CASCADE_BUTTON yxkf_1

LABEL 電纜自動(dòng)布線及自動(dòng)檢測(cè)程序

END_OF_BEFORE

此部分相當(dāng)于“申明部分”，指明版本號(hào)為VERSION 120，并指明此次開(kāi)發(fā)的程序在剛啟動(dòng)的時(shí)候就可以在菜單里找到，以及開(kāi)發(fā)的程序在菜單里面的位置(即在“幫助”程序的前面)，并定義一級(jí)菜單“電纜自動(dòng)布線及自動(dòng)檢測(cè)程序”，其中CASCADE_BUTTON 用來(lái)指明這個(gè)菜單是有下拉菜單的那種類(lèi)型，yxkf_1是標(biāo)識(shí)符， END_OF_BEFORE結(jié)束一級(jí)菜單的制作。

MENU yxkf_1

CASCADE_BUTTON yxkf_1_1

LABEL 電纜模型參數(shù)化設(shè)計(jì)

CASCADE_BUTTON yxkf_1_2

LABEL 電纜自動(dòng)布線

CASCADE_BUTTON yxkf_1_3

LABEL 布線結(jié)果自動(dòng)檢測(cè)

CASCADE_BUTTON yxkf_1_4

LABEL 布線數(shù)據(jù)庫(kù)

BUTTON yxkf_1_5

LABEL 幫助

ACTIONS yxkf_0

END_OF_MENU

此部分用來(lái)定義5個(gè)二級(jí)菜單，即“電纜模型參數(shù)化設(shè)計(jì)”、“電纜自動(dòng)布線”、“布線結(jié)果自動(dòng)檢測(cè)”、“布線數(shù)據(jù)庫(kù)”和“幫助”，以END_OF_MENU結(jié)束所有二級(jí)菜單的制作。

MENU yxkf_1_1

BUTTON yxkf_1_1_1

LABEL A類(lèi)電纜參數(shù)化設(shè)計(jì)

ACTIONS yxkf_1_1_1

BUTTON yxkf_1_1_2

LABEL B類(lèi)電纜參數(shù)化設(shè)計(jì)

ACTIONS yxkf_1_1_2

BUTTON yxkf_1_1_3

LABEL C類(lèi)電纜參數(shù)化設(shè)計(jì)

ACTIONS yxkf_1_1_3

END_OF_MENU

此部分用來(lái)定義“電纜模型參數(shù)化設(shè)計(jì)”二級(jí)菜單的三級(jí)菜單，即“A類(lèi)電纜參數(shù)化設(shè)計(jì)”、“B類(lèi)電纜參數(shù)化設(shè)計(jì)”和“C類(lèi)電纜參數(shù)化設(shè)計(jì)”，BUTTON表示此菜單下不再有下一級(jí)菜單，ACTIONS用來(lái)指向?qū)?yīng)的對(duì)話框文件，以END_OF_MENU結(jié)束這些三級(jí)菜單的制作。

MENU yxkf_1_2

BUTTON yxkf_1_2_1

LABEL A類(lèi)電纜自動(dòng)布線

ACTIONS yxkf_1_2_1

BUTTON yxkf_1_2_2

LABEL B類(lèi)電纜自動(dòng)布線

ACTIONS yxkf_1_2_2

BUTTON yxkf_1_2_3

LABEL C類(lèi)電纜自動(dòng)布線

ACTIONS yxkf_1_2_3

END_OF_MENU

此部分用來(lái)定義“電纜自動(dòng)布線”二級(jí)菜單的三級(jí)菜單，即“A類(lèi)電纜自動(dòng)布線”、“B類(lèi)電纜自動(dòng)布線”和“C類(lèi)電纜自動(dòng)布線”，以END_OF_MENU結(jié)束這些三級(jí)菜單的制作。

MENU yxkf_1_3

BUTTON yxkf_1_3_1

LABEL 全面檢測(cè)

ACTIONS yxkf_1_3_1

LABEL 僅檢測(cè)長(zhǎng)度特征

ACTIONS yxkf_1_3_2

BUTTON yxkf_1_3_3

LABEL 僅檢測(cè)彎曲半徑特征

ACTIONS yxkf_1_3_3

END_OF_MENU

此部分用來(lái)定義“布線結(jié)果自動(dòng)檢測(cè)”二級(jí)菜單的三級(jí)菜單，即“全面檢測(cè)”、“僅檢測(cè)長(zhǎng)度特征”和“僅檢測(cè)彎曲半徑特征”，以END_OF_MENU結(jié)束這些三級(jí)菜單的制作。

MENU yxkf_1_4

BUTTON yxkf_1_4_1

LABEL 模型庫(kù)

ACTIONS yxkf_1_4_1

BUTTON yxkf_1_4_2

LABEL 知識(shí)庫(kù)

ACTIONS yxkf_1_4_2

BUTTON yxkf_1_4_3

LABEL 規(guī)則庫(kù)

ACTIONS yxkf_1_4_3

END_OF_MENU

此部分用來(lái)定義“布線數(shù)據(jù)庫(kù)”二級(jí)菜單的三級(jí)菜單，即“模型庫(kù)”、“知識(shí)庫(kù)”和“規(guī)則庫(kù)”，以END_OF_MENU結(jié)束這些三級(jí)菜單的制作。另外，“幫助”二級(jí)菜單下沒(méi)有三級(jí)菜單，不需要再另外編制代碼。

再次打開(kāi)UG 10.0，進(jìn)入菜單，則可在“幫助”菜單上面出現(xiàn)“電纜自動(dòng)布線及自動(dòng)檢測(cè)程序”菜單，如圖1所示。至此，菜單的開(kāi)發(fā)完成，后續(xù)還可以根據(jù)需要，為一些功能設(shè)置快捷鍵，例如“全面檢測(cè)”功能，則可以實(shí)現(xiàn)一鍵檢測(cè)，無(wú)需逐級(jí)打開(kāi)菜單進(jìn)行選擇。

圖1 二次開(kāi)發(fā)菜單界面

2.2.2 對(duì)話框開(kāi)發(fā)

打開(kāi)UG 10.0，新建一個(gè)模型，然后在應(yīng)用模塊中進(jìn)入“塊UI樣式編輯器”。新版本(UG6.0以后的版本)都用到了塊的概念，每個(gè)塊可相當(dāng)于具有一定獨(dú)立功能的小模塊，這更體現(xiàn)了模塊化的思想。以電纜參數(shù)化設(shè)計(jì)的對(duì)話框?yàn)槔?，在左?cè)“基本”塊集合器里選擇“對(duì)象顏色拾取器”，用以指定內(nèi)層顏色和外層顏色，在“數(shù)字”塊集合器里選擇“雙精度”，用以指定內(nèi)徑和外徑大小，在“選擇”塊集合器里選擇“指定點(diǎn)”，用以確定電纜的起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)，添加完所有塊后，通過(guò)“上移塊”和“下移塊”命令優(yōu)化布局，使每個(gè)塊對(duì)應(yīng)合適的位置。設(shè)計(jì)完成后的對(duì)話框界面如圖2所示。

圖2 二次開(kāi)發(fā)對(duì)話框界面

對(duì)話框創(chuàng)建完成后，保存在application文件夾中，將生成.dlx文件、.hpp文件和.cpp文件。

2.2.3 建立程序的框架

第一步，啟動(dòng)VC++，由于首次用C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行UG二次開(kāi)發(fā)時(shí)，缺少與UG的接口，要添加庫(kù)文件UgOpen_v19.awx和UgOpen_v19.hlp到VC++安裝目錄中的對(duì)應(yīng)文件夾中。

第二步，重新啟動(dòng)VC++，在projects下選擇用 于UG二次開(kāi)發(fā)的project選項(xiàng)Unigraphics NX AppWizard V1，將project name命名為UG_yxkf，存放在UG二次開(kāi)發(fā)文件夾中，則其對(duì)應(yīng)的Location 為G:UG_yxkfUG_yxkf。將前面創(chuàng)建對(duì)話框生成的.hpp文件和.cpp文件復(fù)制一份到 G:UG_yxkfUG_yxkf文件夾里。

第三步，進(jìn)入VC++左側(cè)Workspace的FileView界面，分別移除原先的Source Files目錄下的.cpp文件和Header Files目錄下的.h文件，用前面創(chuàng)建對(duì)話框生成的.cpp文件和.hpp文件進(jìn)行相應(yīng)覆蓋。

第四步，打開(kāi).cpp文件，編寫(xiě)回調(diào)函數(shù)程序代碼，完成后在VC中依次進(jìn)入“工具”、“選項(xiàng)”命令，將UG10.0安裝文件夾里的UGOPEN文件夾(UG自帶的API函數(shù)庫(kù)默認(rèn)存放在這個(gè)文件夾里)所在路徑指定為"“路徑”，從而實(shí)現(xiàn)API函數(shù)的調(diào)用。最后進(jìn)行編譯和連接，生成.dll文件，并將其復(fù)制到G:UG_yxkfstartup中即可。

完成以上操作后，重啟UG，此部分開(kāi)發(fā)完成。后續(xù)還需繼續(xù)編制相關(guān)代碼，建立數(shù)據(jù)庫(kù)和開(kāi)發(fā)用戶(hù)交互界面，并通過(guò)不斷調(diào)試，才能最終實(shí)現(xiàn)和逐步完善電纜自動(dòng)布線及自動(dòng)檢測(cè)功能。

3 結(jié)束語(yǔ)

UG二次開(kāi)發(fā)技術(shù)現(xiàn)已在參數(shù)化建模、零件庫(kù)開(kāi)發(fā)、自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)字化工廠建設(shè)等多個(gè)領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用。本文開(kāi)發(fā)的自動(dòng)布線及自動(dòng)檢測(cè)功能使用了新版的UG軟件，包含了從初始建模到最終檢測(cè)評(píng)估的全過(guò)程，功能更加完善。隨著信息和通信技術(shù)的發(fā)展，UG二次開(kāi)發(fā)技術(shù)正逐步和智能技術(shù)、通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等信息技術(shù)相結(jié)合，日后在智能識(shí)別和檢測(cè)、智能制造等方面將有較好的發(fā)展前景。