張興旺 高 浩 張志立

（1.上海置信電氣有限公司，上海 200335；2.南瑞集團有限公司/國網(wǎng)電力科學研究院有限公司，江蘇 南京 211103）

0 引言

SolidWorks軟件是一種現(xiàn)代機械產(chǎn)品設(shè)計軟件，輸出的三維模型和二維工程圖可以直接交付給生產(chǎn)人員，具有性能優(yōu)異、功能強大、可靠性高等優(yōu)點，被廣泛應用在電力設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計中。同時該軟件操作簡單，支持VB、C#等語言的二次開發(fā)，通過二次開發(fā)可以實現(xiàn)標準化零部件的參數(shù)化設(shè)計，支撐三維模型和二維工程圖的快速輸出，達到縮短設(shè)計周期、提高設(shè)計質(zhì)量和效率的目的。

當前，關(guān)于SolidWorks的二次開發(fā)軟件對于設(shè)計人員還主要存在兩個方面的不足：一方面是軟件針對某系列結(jié)構(gòu)一致性產(chǎn)品進行開發(fā)，缺乏靈活性，當設(shè)計人員需對新結(jié)構(gòu)產(chǎn)品進行參數(shù)化設(shè)計時，就需要重新進行軟件的開發(fā)；另一方面是當前的二次開發(fā)軟件重點關(guān)注三維模型的輸出，而缺乏對二維工程圖的支持，雖然可以快速獲得三維模型，但技術(shù)人員還要花費大量的時間對二維工程圖進行調(diào)整，影響了出圖效率和質(zhì)量。

本文基于C#語言對SolidWorks軟件進行了二次開發(fā)，同時結(jié)合Excel的強大數(shù)據(jù)處理能力，實現(xiàn)了變壓器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計。軟件采用模塊化設(shè)計理念，并設(shè)有產(chǎn)品庫，具有靈活的可擴展性，設(shè)計人員可自由部署已標準化產(chǎn)品至產(chǎn)品庫中，以實現(xiàn)對不同種類、不同系列產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計配置，無須重新開發(fā)新的軟件。同時，軟件可實現(xiàn)二維工程圖中標注尺寸、技術(shù)要求、明細欄內(nèi)容的自動調(diào)整，大大提高了設(shè)計人員的出圖效率和圖紙質(zhì)量。

1 SolidWorks二次開發(fā)技術(shù)

SolidWorks二次開發(fā)[1]主要是基于C#（或VB等）語言和官方提供的API（Application Programming Interface）接口，開發(fā)出在Windows系統(tǒng)使用的EXE界面程序，該程序在運行時調(diào)用SolidWorks進行自動建模，無須再對SolidWorks進行人工操作，同時Excel也擁有對C#開發(fā)完善的接口支持[2]，因此本文采用C#設(shè)計EXE界面程序語言的開發(fā)方式。

SolidWorks常用二次開發(fā)建模方法有兩種[3]：一種是傳統(tǒng)的編程法，程序的運行實際上是整個模型重建的過程，這種方法使用的代碼量很大，編程人員需要將每一步建模過程程序化，開發(fā)工作量巨大；另一種方法是尺寸驅(qū)動法，先建立標準的模型文件，將其中的尺寸提取出來作為變量參數(shù)，當更改設(shè)計參數(shù)后，通過程序修改對應的變量參數(shù)實現(xiàn)模型的變更，這種方法相對簡潔，需編寫的代碼大大減少，同時提升了軟件的可靠性。因此，本文采用實用性更強的尺寸驅(qū)動法進行SolidWorks的二次開發(fā)。

2 可擴展參數(shù)化設(shè)計軟件實現(xiàn)流程

2.1 軟件開發(fā)界面

軟件主要包括添加新產(chǎn)品種類和參數(shù)化設(shè)置兩項功能，圖1為軟件初始界面，左側(cè)為所添加產(chǎn)品類別，右側(cè)為所選擇產(chǎn)品名稱和產(chǎn)品預覽圖片。

圖1 軟件界面

用戶可以通過添加新產(chǎn)品功能自行增添新產(chǎn)品的模型，并通過參數(shù)界面對產(chǎn)品庫中已經(jīng)添加好的變壓器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行參數(shù)化設(shè)計。

2.2 軟件可擴展性實現(xiàn)流程

軟件的可擴展性是指用戶可以根據(jù)需要自由添加變壓器新產(chǎn)品，而無須更改軟件源碼，新產(chǎn)品的添加流程如圖2所示，主要包括基準模型信息的自動提取和三維結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計規(guī)則的導入。

圖2 新產(chǎn)品添加流程圖

2.2.1 基準模型信息的自動提取

首先設(shè)計人員需繪制新產(chǎn)品全部的基準模型，包括三維模型和二維工程圖，然后將基準模型導入軟件，通過軟件自動生成該產(chǎn)品的Excel配置表。點擊軟件界面的“添加新產(chǎn)品”即可彈出添加新產(chǎn)品界面，如圖3所示。選擇總裝基準模型和配置表位置后，軟件會自動調(diào)用SolidWorks打開總裝基準模型，提取基準模型信息并寫入到配置表中。提取基準模型信息依賴SolidWorks提供的API接口實現(xiàn)，首先需要遍歷模型中所有的零件與裝配尺寸，并獲取零件的屬性信息，然后再遍歷每個零件的尺寸信息，如果是子裝配體，還需遍歷子裝配體下級的零件與裝配尺寸。遍歷零件主要采用API接口中ModelDoc2類的FirstFeature、GetNextFeature方法，并結(jié)合C#語言中的遞歸函數(shù)，以此實現(xiàn)對模型零件按層級和裝配順序進行遍歷；遍歷尺寸采用接口中GetFirstDisplay-Dimension和GetNextDisplayDimension方法，將零件的所有尺寸信息都提取出來。

圖3 新產(chǎn)品添加界面

在遍歷零件和裝配尺寸的過程中，軟件獲取的零件信息和尺寸信息將自動寫入到產(chǎn)品配置表中，如圖4所示，“D2@草圖1”即為相應尺寸標注在SolidWorks中的名稱，除常規(guī)尺寸以外，其他裝配參數(shù)也可以通過軟件自動獲取，如陣列數(shù)量、陣列距離、旋轉(zhuǎn)角度等。

圖4 新產(chǎn)品添加界面

通過三維基準模型信息的自動提取，即可獲得如圖5所示的產(chǎn)品Excel配置表。

圖5 三維基準模型信息

每個零組件在表格中占有4列，頂部零件信息包括文件名、文件層級、配置名稱、壓縮狀態(tài)、隱藏狀態(tài)等，下方是所有的模型尺寸信息，包括尺寸名稱、原尺寸值和尺寸類型。

2.2.2 三維結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)則的導入

基于軟件自動生成的產(chǎn)品配置表的基礎(chǔ)上，設(shè)計人員還需將結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)則導入到表格中。首先添加主參數(shù)信息，主參數(shù)是基礎(chǔ)模型所有結(jié)構(gòu)尺寸的驅(qū)動參數(shù)，在表格的最左側(cè)進行添加，每個零組件的配置、壓縮、隱藏和新尺寸值通過函數(shù)關(guān)系與主參數(shù)或其他零組件的尺寸進行關(guān)聯(lián)，如圖6所示。

圖6 添加主參數(shù)

鐵芯零件含有多個配置信息，如圖7所示，需通過Excel函數(shù)設(shè)置多重判斷條件，以實現(xiàn)配置的自動選擇，如需對壓縮狀態(tài)和隱藏狀態(tài)進行更改，則通過“Y”和“N”的判斷選擇來實現(xiàn)，尺寸參數(shù)則通過關(guān)聯(lián)公式實現(xiàn)新參數(shù)值的計算。在軟件進行參數(shù)化設(shè)計時，會讀取所設(shè)置的配置、壓縮、隱藏信息對零件進行更改，并將新尺寸信息寫入零件，從而達到零組件參數(shù)化變更的效果。

圖7 零件規(guī)則輸入

2.2.3 工程圖信息的自動提取

軟件的產(chǎn)品配置表有兩個工作表，第一個工作表名稱為三維模型信息表，用來存放前文提到的三維尺寸信息，第二個工作表名稱為工程圖信息表，用來存放工程圖的信息。程序運行時，根據(jù)總裝基準模型所在的文件夾地址，篩選所有的工程圖（文件擴展名為SLDDRW），調(diào)用SolidWorks依次打開二維工程圖，首先獲取當前工程圖名稱，接著遍歷該工程圖下所有視圖，獲取視圖的比例，然后獲取視圖下所有尺寸標注和注釋的名稱及坐標，讀取完成后自動填入表格中。如圖8所示，表格前幾列分別為文件名、圖紙名、視圖名、尺寸標注名和注釋名，尺寸標注名和注釋名的后面兩列用于填寫標注和注釋的橫縱坐標（x，y）。

圖8 二維圖紙信息

2.2.4 二維工程圖規(guī)則導入

現(xiàn)階段常規(guī)參數(shù)化設(shè)計中一般只包含三維結(jié)構(gòu)規(guī)則，而缺乏對二維工程圖的參數(shù)化支撐，本文通過Excel表格配置實現(xiàn)了對工程圖的參數(shù)化設(shè)計。本文工程圖的參數(shù)化主要包括兩個功能，一個是視圖比例的自動調(diào)整，另一個是尺寸標注位置的自動調(diào)整?；趫D8生成的配置表，視圖比例的數(shù)據(jù)通過Excel函數(shù)與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

參數(shù)化設(shè)計中，由于三維結(jié)構(gòu)比例的變化，工程圖中原有的尺寸標注位置發(fā)生變化，導致圖紙中尺寸標注混亂，需人工進行逐個調(diào)整。本文通過添加輔助注釋，結(jié)合Excel函數(shù)實現(xiàn)了對尺寸標注的參數(shù)化定位。如圖9所示，要將標注“231”的位置調(diào)整到圖中的位置，首先添加一個指向圖中頂點的注釋z1，該注釋永遠指向頂點的位置，通過API接口的GetAttachPos()方法獲取注釋的坐標，即所指向的頂點的坐標，結(jié)合頂點的坐標和三維結(jié)構(gòu)尺寸，就可實現(xiàn)標注的定位。若注釋z1的坐標為（x，y），箱壁短邊長度為L，則標注的坐標為。注釋建立好后可設(shè)置為隱藏狀態(tài)，以滿足工程圖的繪制規(guī)范。

圖9 二維圖紙信息

通過建立輔助注釋，將標注的坐標與注釋的坐標關(guān)聯(lián)起來，并用Excel函數(shù)寫入表格中。如圖10所示，在程序運行時，先讀取各個注釋的坐標并寫入表格中，則可得到與之關(guān)聯(lián)的標注坐標，隨后程序再讀取標注的名稱，將對應的坐標值通過SetPosition2()方法寫入到工程圖中，通過坐標的參數(shù)化設(shè)計，實現(xiàn)尺寸標注位置的自動調(diào)整。

圖10 標注坐標參數(shù)化流程

2.2.5 軟件動態(tài)加載

完成三維基準模型與二維工程圖的規(guī)則導入后，需將新產(chǎn)品配置到軟件中。軟件的配置通過軟件配置表實現(xiàn)，如圖11所示，軟件配置表包含所有已添加產(chǎn)品的信息。第一列為產(chǎn)品類別，對應軟件左側(cè)的標簽，第二、三列為產(chǎn)品名稱和預覽圖片地址，對應軟件內(nèi)的產(chǎn)品預覽圖，第四列為產(chǎn)品總裝基準模型的地址，最后一列是該產(chǎn)品的產(chǎn)品配置表地址。

圖11 標注坐標參數(shù)化流程

軟件運行時首先讀取軟件配置表中所有產(chǎn)品信息，動態(tài)生成軟件界面。每個產(chǎn)品包含一個單選框控件，在選擇所需設(shè)計對應產(chǎn)品后，即可進入其參數(shù)化設(shè)置界面，在參數(shù)化設(shè)置界面選擇好輸出文件保存地址，并在主參數(shù)列按照參數(shù)名稱輸入所需參數(shù)數(shù)值，然后點擊“開始參數(shù)化”按鈕，即可自動生成所需設(shè)計產(chǎn)品的三維模型和二維工程圖。

3 結(jié)束語

本文對基于SolidWorks和Excel的參數(shù)化設(shè)計進行了探討，并通過二次開發(fā)實現(xiàn)了對SolidWorks軟件功能的擴展應用。本文基于C#語言對SolidWorks進行二次開發(fā)，借助Excel強大的數(shù)據(jù)處理功能，同時通過對SolidWorks API接口的靈活應用，實現(xiàn)了對變壓器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)三維模型和二維工程圖的參數(shù)化設(shè)計，并采用可重用性、可維護性開發(fā)理念，提高了軟件支撐產(chǎn)品種類的可擴展性，最終實現(xiàn)了針對不同種類、不同系列變壓器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)三維模型和二維工程圖的快速輸出，可大大提高變壓器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計效率和正確率。本軟件已應用到實際設(shè)計和生產(chǎn)中，非常方便和可靠。

參數(shù)化設(shè)計以其高效、準確的優(yōu)勢已被各領(lǐng)域所采用，本文以變壓器產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計為樣例，提出了支撐三維模型屬性自動采集、產(chǎn)品系列可拓展支撐、工程圖個性化定制的參數(shù)化設(shè)計軟件開發(fā)實例，為變壓器領(lǐng)域和其他領(lǐng)域的參數(shù)化設(shè)計工作提供了參考。