潘泓誼 劉淑梅 毛欣然

（上海工程技術(shù)大學(xué) 材料工程學(xué)院，上海 201620）

標(biāo)準(zhǔn)件庫在產(chǎn)品成體系的企業(yè)中有著非常廣泛應(yīng)用。然而，UG部件族標(biāo)準(zhǔn)件庫和UG/Open API開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)件庫都存在兼容性問題，且后者的開發(fā)成本高，入門困難，給標(biāo)準(zhǔn)件庫的開發(fā)造成了一定困難。

課題組以UG系統(tǒng)為基礎(chǔ)，重點(diǎn)闡述UG高通用性標(biāo)準(zhǔn)庫制作程序二次開發(fā)的關(guān)鍵思路，實(shí)現(xiàn)了面向模型的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)體及特征編譯方式，并設(shè)計(jì)了基于UG/Open GRIP的標(biāo)準(zhǔn)庫代碼生成系統(tǒng)流程，為標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立提供了一個(gè)高效和實(shí)用的方案。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)邏輯

零件建模一般需要先閱讀并抽象圖中的幾何元素，后通過實(shí)體特征建立外形、內(nèi)腔和孔洞，將外形實(shí)體減去內(nèi)腔和孔洞，并對(duì)最終實(shí)體進(jìn)行細(xì)節(jié)的修飾，從而得到完整的零件建模。簡而言之，零件建模就是通過人工識(shí)別圖紙中的各個(gè)零件特征，在外形實(shí)體的基礎(chǔ)上逐個(gè)添加特征，最后得到需要的零件。用戶將圖紙中幾何特征通過幾何體擬合后歸類為外形族，將實(shí)體內(nèi)腔和孔洞擬合后歸為內(nèi)腔族。系統(tǒng)自動(dòng)將外形族減去內(nèi)腔族便可以得到要求的體。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件庫和標(biāo)準(zhǔn)件的總分關(guān)系，可以將系統(tǒng)編譯功能以代碼屬性分為單個(gè)零件的GRIP代碼和在單個(gè)零件數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上生成的標(biāo)準(zhǔn)件庫GRIP代碼兩大類[1]。每個(gè)類別的編譯功能下，以用戶在軟件中主要操作類別設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的功能、對(duì)應(yīng)功能族實(shí)體的定義和賦值、封裝實(shí)體信息并編譯為對(duì)應(yīng)代碼。

1.2 程序設(shè)計(jì)

結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)件庫的操作界面和零件建模流程，可以得出圖1中的GRIP標(biāo)準(zhǔn)件庫系統(tǒng)的程序框架。用戶只需給對(duì)應(yīng)功能族實(shí)體定義和賦值并給出代碼生成請(qǐng)求，即可生成GRIP語言的標(biāo)準(zhǔn)件庫。

圖1 系統(tǒng)框架圖

系統(tǒng)在Microsoft Visual Studio 2010（以下簡稱VS2010）環(huán)境下開發(fā)，為4層體系，包括用戶層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層及驅(qū)動(dòng)層。用戶層是軟件的交互界面，用戶通過可視化界面調(diào)用系統(tǒng)的各功能選項(xiàng)完成交互動(dòng)作。應(yīng)用層主要由標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化建模和GRIP代碼生成器兩個(gè)功能模塊組成。標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化建模模塊下的各模塊負(fù)責(zé)圖形界面對(duì)應(yīng)族實(shí)體的生成和屬性賦值[2]。GRIP代碼生成模塊對(duì)用戶對(duì)應(yīng)生成的對(duì)應(yīng)實(shí)體和賦值進(jìn)行GRIP語言的編譯和合成。數(shù)據(jù)層為系統(tǒng)緩存，由用戶賦值數(shù)據(jù)和代碼緩存組成。系統(tǒng)通過讀取各項(xiàng)數(shù)據(jù)得到所需的參數(shù)，最終生成圖形界面對(duì)應(yīng)族實(shí)體及GRIP代碼緩存[3]。各功能模塊通過對(duì)數(shù)據(jù)緩存進(jìn)行讀寫完成數(shù)據(jù)交互。驅(qū)動(dòng)層是在VS2010及UG/Open GRIP環(huán)境下對(duì)程序進(jìn)行編譯，完成相關(guān)的功能。通過UG/OpenAPI函數(shù)及GRIP語言函數(shù)，從后臺(tái)調(diào)用UG系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，完成對(duì)參數(shù)化建模和標(biāo)準(zhǔn)件庫的快速建立。

2 標(biāo)準(zhǔn)件庫參數(shù)化建立

2.1 設(shè)計(jì)流程

系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)計(jì)結(jié)果生成標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)件庫代碼，流程如圖2所示。單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件代碼由參數(shù)化建模模塊生成。模塊涵蓋了大部分?jǐn)M合實(shí)體及相同的內(nèi)腔和孔洞擬合實(shí)體。模塊程序?qū)τ脩粼O(shè)定的外形族和內(nèi)腔族擬合實(shí)體進(jìn)行創(chuàng)建和涂色，并對(duì)創(chuàng)建實(shí)體的形狀、尺寸、位置數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，保存至單個(gè)零件實(shí)體代碼緩存中。通過單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件GRIP代碼生成模塊對(duì)功能族數(shù)據(jù)運(yùn)算，從而得到單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件GRIP代碼和符合系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)件代碼緩存。標(biāo)準(zhǔn)件庫代碼框架生成模塊讀取標(biāo)準(zhǔn)件代碼緩存集合及標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)件庫名稱，生成能被UG/Open GRIP編譯器編譯成程序的GRIP代碼。

圖2 GRIP標(biāo)準(zhǔn)庫建立流程

2.2 系統(tǒng)框架

2.2.1 參數(shù)化建模方法

通過UG/Open API從外部驅(qū)動(dòng)UG完成建模和創(chuàng)建GRIP代碼。以圓柱體特征為主的標(biāo)準(zhǔn)件創(chuàng)建和GRIP代碼輸出為例，說明參數(shù)化建模下如何生成顯示實(shí)體和代碼[4]。UF_MODL_create_cylinder函數(shù)能夠在顯示窗口創(chuàng)建圓柱體，其中高度、直徑以及中軸線矢量具體數(shù)據(jù)通過功能的輸入窗口獲得。生成實(shí)體原點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)由UF_UI_point_construct點(diǎn)構(gòu)造器獲得。通過UF_OBJ_set_color涂色命令，將生成實(shí)體按照外形族或內(nèi)腔族分類設(shè)置為綠色或紅色。用戶輸入所有需要的數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建已涂色實(shí)體。

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)件代碼格式

在用戶創(chuàng)建特定功能族實(shí)體的同時(shí)，需要選擇創(chuàng)建實(shí)體的類型。例如，用戶選擇創(chuàng)建外形族圓柱體時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將生成圓柱體的GRIP代碼寫入緩存。將外形族命名為cyc(n)，n為實(shí)體個(gè)數(shù)，而后使用solcyl命令創(chuàng)建圓柱體，并按照代碼格式填入原點(diǎn)、高度、半徑以及矢量方向數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)由對(duì)話框和點(diǎn)構(gòu)造器獲得。內(nèi)腔族格式相同，變量名不同。對(duì)應(yīng)族實(shí)體代碼緩存隨用戶創(chuàng)建對(duì)應(yīng)實(shí)體疊加，而后所有外形族實(shí)體通過unite命令進(jìn)行合并，再將合并后的外形族實(shí)體賦予cyc_unite(n)實(shí)體變量方便調(diào)用。將完整外形族實(shí)體通過subtra命令與緩存內(nèi)內(nèi)腔族實(shí)體進(jìn)行求差，最后得到的標(biāo)準(zhǔn)件實(shí)體賦值給part(n)實(shí)體變量。需要說明的是，過程中的GRIP代碼保存在系統(tǒng)緩存中。

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)件庫代碼生成

系統(tǒng)設(shè)計(jì)將GRIP標(biāo)準(zhǔn)庫要素和程序整體架構(gòu)設(shè)計(jì)相相合，構(gòu)建具有一定格式的GRIP程序框架，將輸入信息和零件緩存按照格式填入框架中，生成相應(yīng)的GRIP標(biāo)準(zhǔn)件庫程序。程序框架將GRIP標(biāo)準(zhǔn)件庫程序分成3部分：一是以實(shí)體變量聲明、主程序結(jié)束命令為主滿足GRIP程序運(yùn)行要求的框架命令；二是以彈出多個(gè)選項(xiàng)單選框命令為主的標(biāo)準(zhǔn)件庫菜單命令；三是被菜單命令調(diào)用生成實(shí)體的工作命令。代碼來源于系統(tǒng)中的生成單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件的代碼緩存[5]。

GRIP標(biāo)準(zhǔn)件庫基本運(yùn)行方式：程序開頭聲明實(shí)體變量；單選框程序段中定義與零件對(duì)應(yīng)選項(xiàng)以及相應(yīng)跳轉(zhuǎn)程序段，選擇任意選項(xiàng)跳轉(zhuǎn)指定位置；零件與程序段對(duì)應(yīng)，程序段先從分別定義外形族和內(nèi)腔族的實(shí)體類型、尺寸以及位置；聲明完外形族和內(nèi)腔族實(shí)體后，將所有外形族實(shí)體合并為一個(gè)實(shí)體并聲明合并體；將合并體與內(nèi)腔族實(shí)體依次求差，得到最后成品并聲明；程序段最后加上跳轉(zhuǎn)到結(jié)尾語句，以結(jié)束整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件庫程序。

3 結(jié)語

本文在標(biāo)準(zhǔn)件庫設(shè)計(jì)理論研究和UG二次開發(fā)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種能夠快速生成基于GRIP語言的標(biāo)準(zhǔn)件庫代碼編譯系統(tǒng)。根據(jù)具有普適性的參數(shù)建模邏輯和UG系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合UG/Open API函數(shù)在VS2010開發(fā)環(huán)境下，使UG能夠快速生成高通用性標(biāo)準(zhǔn)件庫。系統(tǒng)彌補(bǔ)了標(biāo)準(zhǔn)件庫開發(fā)版本通用性較差及成本較高的缺點(diǎn)，為今后相關(guān)建模軟件的高通用性標(biāo)準(zhǔn)件庫的設(shè)計(jì)制作提供了參考。