王運平 曹立林 畢忠華 楊 琪

（中國航發(fā)西安動力控制科技有限公司，陜西 西安 710077）

0 前言

三維設(shè)計軟件Siemens NX已經(jīng)在機械行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，在設(shè)計產(chǎn)品時，材料直接決定了產(chǎn)品的品質(zhì)[1]。基于三維模型的產(chǎn)品設(shè)計和標(biāo)注是機械行業(yè)發(fā)展的一個趨勢，合理使用材料庫是保證產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要因素。因此，材料庫是機械設(shè)計和模型加工過程中必不可少的部分，而在實際的生產(chǎn)過程中，設(shè)計和加工的材料庫的信息源往往不一致，導(dǎo)致后期仿真等環(huán)節(jié)會出現(xiàn)差錯，這樣既浪費時間又增加了生產(chǎn)成本[2-3]。

建立基于NX的材料庫能夠有效解決產(chǎn)品實際設(shè)計和制造過程中遇到的問題，例如產(chǎn)品設(shè)計和制造過程中的材料值不統(tǒng)一、材料值丟失以及產(chǎn)品屬性與材料不匹配等問題，建立1套完整的符合國標(biāo)的材料庫能夠降低產(chǎn)品設(shè)計過程中發(fā)生錯誤的概率，達(dá)到提高設(shè)計和生產(chǎn)效率、節(jié)約時間和成本的目的。

1 NX材料庫的組織形式

NX材料庫是以一系列XML文件的格式進行存儲的。XML是標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言的子集，但是比標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言簡單，能實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言的大部分功能。因為XML較簡單，所以其易于在任何應(yīng)用程序中讀寫數(shù)據(jù)，已經(jīng)成為數(shù)據(jù)交換的唯一公共語言。NX系統(tǒng)自帶的材料數(shù)據(jù)庫文件為physicalmateriallibrary.xml，材料數(shù)據(jù)庫文件前半部分是材料的各屬性數(shù)據(jù)，后半部分是材料屬性的單位定義。可以定義的材料類型包括各向同性材料、正交各向異性材料、各向異性材料、黏彈性材料、超彈性和墊片材料、蠕變材料、非線性材料、損傷材料、熱材料、流體材料、多孔材料、黏彈性材料、固化熱固性材料以及彈性塑料材料等。

2 NX材料庫的總體分析

在使用NX系統(tǒng)進行設(shè)計、仿真以及在實際的制造過程中，錯誤使用材料、設(shè)計階段和仿真階段材料不一致會出現(xiàn)制造出來的產(chǎn)品不符合用戶需求的問題，直接增加了產(chǎn)品的成本。其原因是在產(chǎn)品設(shè)計、仿真以及制造等環(huán)節(jié)缺少統(tǒng)一的材料使用標(biāo)準(zhǔn)，因此用戶亟需1個方便、快捷、準(zhǔn)確且統(tǒng)一的材料庫，可以供他們在產(chǎn)品從設(shè)計到制造過程中的各個環(huán)節(jié)使用，從而盡可能地減少因材料問題而導(dǎo)致產(chǎn)品存在缺陷。

設(shè)計的系統(tǒng)是基于實際設(shè)計和生產(chǎn)階段用戶的真實需求，系統(tǒng)把機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)材料信息放到后臺，并附加到三維模型上，為后期加工、分析和繪制工程圖做準(zhǔn)備。把行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)材料信息放在NX后臺，在設(shè)計產(chǎn)品時直接調(diào)用材料庫中已有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)內(nèi)部定制的信息，并可以直接標(biāo)注和附加在產(chǎn)品的三維模型的各個部件上，使設(shè)計時的材料分配更直觀、更清晰，在后期加工、分析和繪制圖紙的過程中，可以根據(jù)模型上已標(biāo)注的材料屬性值進行加工和繪制。綜上所述，該系統(tǒng)可以滿足用戶的需求。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計初步分析

設(shè)計系統(tǒng)從功能上分為后臺的數(shù)據(jù)庫模塊和前臺的用戶交互模塊。數(shù)據(jù)庫模塊主要存儲機械行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)材料庫信息。前臺的交互模塊主要包括標(biāo)注模型、更新標(biāo)注等功能。

這里選擇Microsoft Excel作為后臺存放行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的材料庫信息，原因如下：1） 所有用戶都非常熟悉Microsoft Excel的使用方法，選擇它能大大縮短用戶的學(xué)習(xí)時間。2） Microsoft Excel能很方便地編輯、存儲信息。3） NX7.5本身與Microsoft Office軟件有很強的銜接性，通過NX7.5的開發(fā)接口能很方便地對Excel中的數(shù)據(jù)進行增加、刪除以及修改等操作，這樣能有效縮短開發(fā)軟件所需的時間。

按照一定的規(guī)范把行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)材料信息放在NX后臺的Excel數(shù)據(jù)庫中，考慮用戶的方便性及易用性，這里選擇Microsoft Excel作為存放機械行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)材料庫信息，通過NX/Open API接口調(diào)用后臺數(shù)據(jù)庫中的信息，在設(shè)計產(chǎn)品時，直接調(diào)用材料庫中已有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)內(nèi)部定制的信息，并可以直接以部件屬性的形式標(biāo)注和附加在產(chǎn)品的三維模型的各個部件上，使設(shè)計時的材料分配更直觀、更清晰，避免在后期仿真加工等環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯。在后期的加工、分析和繪制圖紙的過程中，可以根據(jù)模型上已標(biāo)注的材料屬性值進行加工和繪制[4]。系統(tǒng)用例圖如圖1所示，該材料庫系統(tǒng)主要有4個用例，分別是篩選與查看材料、增加材料、編輯與修改材料以及材料附加到模型用例。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計

2.2 系統(tǒng)時序圖

系統(tǒng)時序如圖2所示，用戶通過材料庫界面產(chǎn)生一系列事件和消息，例如顯示界面、修改材料等消息，這些消息和事件會傳遞到NX中材料庫系統(tǒng)的處理程序，并由處理程序調(diào)用后臺數(shù)據(jù)庫進行處理，最后把處理結(jié)果傳遞到前臺的顯示界面。

圖2 時序圖

2.3 界面設(shè)計

界面是軟件與用戶交互的最直接的一層，界面會影響用戶對軟件的第一印象。設(shè)計良好的界面能夠引導(dǎo)用戶自己完成相應(yīng)的操作，設(shè)計合理的界面能給用戶帶來輕松愉悅的感受，相反則會讓用戶產(chǎn)生反感的情緒，最終可能會放棄使用該軟件，在NX中設(shè)計了包括材料庫的菜單條，其形式與NX的菜單是一樣的，最大限度地保證了用戶的使用習(xí)慣，方便用戶快速使用。

界面主要是通過調(diào)用后臺的MaterialLib.rc文件來顯示界面。RC文件是資源文件，它是用來記錄用戶在程序中用到的各種資源，例如對話框、圖標(biāo)、光標(biāo)以及位圖等，RC文件經(jīng)過編譯會形成RES文件，RES文件會被鏈接進最后的EXE文件中。

2.4 實現(xiàn)界面部分設(shè)計

當(dāng)用戶單擊界面上的按鈕、下拉菜單等圖標(biāo)時，通常會產(chǎn)生一個事件，程序會對不同的事件進行不同的處理，例如用戶單擊界面的下拉菜單時，材料庫系統(tǒng)就會調(diào)用OnSelchangeCombo1()函數(shù)中的代碼，該函數(shù)在組合框的編輯內(nèi)容發(fā)生改變時自動進行響應(yīng)。而在第一次響應(yīng)時，組合框沒有選定內(nèi)容，也就是m_cb.GetCurSel()的值為-1，這樣m_cb.GetLBText肯定會出現(xiàn)異常。去后臺讀取材料庫中的數(shù)據(jù)，并返回最新的材料數(shù)據(jù)，然后顯示在主界面中的表中。combo BOX是下拉框選擇控件，用戶單擊界面中的材料目錄就會出現(xiàn)下拉并顯示材料庫的主體目錄（例如，用戶選擇了下拉菜單中的“有色金屬”選項，程序就會去后臺調(diào)用數(shù)據(jù)庫中已存儲的材料庫信息，并通過界面上的表格顯示，供用戶參考和使用）。void CXxxDlg：：OnEditchangeCombo1()函數(shù)是響應(yīng)組合框的編輯內(nèi)容發(fā)生改變時響應(yīng)的，而在第一次響應(yīng)時，組合框沒有選定內(nèi)容，也就是m_cb.GetCurSel()的值為-1，這樣m_cb.GetLBText肯定就會出現(xiàn)異常。

3 后臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計

3.1 材料庫的分類

分類的標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)材料的屬性和名稱，一級分類是有色金屬材料（非金屬材料和黑色金屬材料），二級分類是材料的名稱，三級分類是牌號，一級、二級分類見表1，以下分類基本包括機械行業(yè)的所有分類。

表1 材料分類

3.2 材料的收集和輸入

每個牌號對應(yīng)1種材料，每種材料都有自己的屬性，包括名稱、標(biāo)準(zhǔn)號、規(guī)格號、適用范圍、鋼絲規(guī)格、示例說明和標(biāo)注示例，示例見表2。

表2 材料屬性

3.3 實現(xiàn)調(diào)用后臺數(shù)據(jù)

該系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫是存儲在Microsoft Excel中的，但是當(dāng)用戶從界面上單擊需要獲得某一種材料的屬性時，程序就會調(diào)用ReadFile函數(shù)中的代碼，以讀取后臺的Excel文件。用戶選擇界面上的某一個材料，程序根據(jù)用戶選擇，通過調(diào)用NX/Open API接口去后臺數(shù)據(jù)庫中得到相關(guān)材料值，并顯示在主界面上的相應(yīng)表格中。

BOOL CRegistSheet：：ReadFile是指從文件指針指向的位置開始將數(shù)據(jù)讀到一個文件中，且支持同步和異步操作，如果文件打開方式?jīng)]有指明FILE_FLAG_OVERLAPPED，那么當(dāng)程序調(diào)用成功時，它將實際讀出文件的字節(jié)數(shù)保存到lpNumberOfBytesRead指明的地址空間中。CExcelFile是進行Excel文件（讀/寫）操作。寫操作是寫入Excel文件只能是 *.csv的后綴文件（與txt一樣，以二進制文本形式存儲，它是以逗號分隔符作為單元格內(nèi)容的劃分， .xls存儲比較復(fù)雜， .csv文件可以通過.xls或者.xlsx文件另存為，選擇.csv文件格式），它們可以通過Notepad++等記事本軟件當(dāng)做txt文件打開。讀取操作是讀取Excel文件的操作，使用了文件隨機定位函數(shù)fseek（）進行數(shù)據(jù)讀取。prev_cells.cells.Copy可以對Excel進行單行復(fù)制、多行復(fù)制、單列復(fù)制以及多列復(fù)制的操作。使用Rows.Add添加新行，使用Rows.Remove刪除指定行列的數(shù)據(jù)。

4 業(yè)務(wù)邏輯設(shè)計

4.1 業(yè)務(wù)邏輯總體結(jié)構(gòu)分析

用戶進入NX后，如果需要查看相關(guān)材料的屬性值，就單擊材料庫菜單，在彈出的材料庫對話框中，用戶可以實現(xiàn)查看材料庫中的材料信息、把材料值直接標(biāo)注在模型上以及把材料等屬性值寫入部件屬性等功能，材料庫系統(tǒng)通過使用NX/Open API 調(diào)用存儲在后臺的材料庫信息，并顯示在前臺界面或者三維模型上的屬性中。其系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 邏輯分析圖

4.2 功能與模塊的劃分

材料庫系統(tǒng)從功能上主要分為4個模塊，分別是“查看材料值”“三維模型標(biāo)注材料值”“輸入修改材料值”和“篩選材料值”。各個模塊的功能描述見表3。

表3 模塊功能描述

4.3 材料庫系統(tǒng)流程

用戶先啟動NX，然后新建或打開1個模型，單擊菜單欄上的材料庫按鈕，啟動材料庫系統(tǒng)，此時用戶就可以使用材料庫的功能，例如查看材料庫、編輯材料以及寫入部件屬性等功能。如圖4所示。

圖4 流程圖

5 測試結(jié)果

5.1 界面測試

界面測試要求如下：用戶進入NX，打開1個模型，選擇菜單欄上的“OpenTools”，然后單擊“材料庫”，就會正常彈出1個材料庫對話框。輸出結(jié)果如圖5所示。

圖5 材料庫界面測試

5.2 材料庫篩選查看測試

測試要求如下：用戶單擊材料庫界面上的“目錄”“材料名稱”或“牌號”下拉選項，選擇一個材料屬性，下面的表格會顯示相應(yīng)的材料庫數(shù)據(jù)。輸出結(jié)果如圖6所示。

圖6 材料庫篩選測試

5.3 材料庫標(biāo)注功能測試

測試要求如下：用戶選擇某一個材料屬性，把它附加到模型的屬性中，模型的屬性值會被附加上材料值。輸出結(jié)果如圖7所示。

圖7 標(biāo)注功能測試

6 結(jié)語

該系統(tǒng)來源于設(shè)計生產(chǎn)中的用戶需求，基于NX的材料庫解決了用戶在設(shè)計、仿真和制造過程中出現(xiàn)的材料前后不一致甚至出現(xiàn)錯誤的問題。該系統(tǒng)主要提供了提供材料庫的篩選查看、編輯修改和模型標(biāo)注功能。通過用戶的實際反饋來看，該系統(tǒng)能夠解決他們實際中遇到的關(guān)于材料庫的問題。