搜索SolidWorks的產品設計專家系統
2013-05-24 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
SolidWorks軟件是在總結和繼承了大型機械CAD軟件的基礎上,在SolidWorks環境下實現的第一個機械CAD軟件。它全面采用非全約束的特征建模技術,作為一種可以參數化驅動建模的三維CAD軟件,為設計師提供了極強的設計靈活性,其設計過程的全相關性,使得設計師可以在設計過程的任何階段修改設計,同時牽動粗關部分的改變。進而在企業(特別是中小型企業)的產品設計中有比較廣泛的應用。該軟件為用戶提供了功能強大的API接口,而且具有宏錄制功能,所以基于該軟件進行二次開發非常方便。
在實際應用中,利用三維軟件提供的API對其進行二次開發,可構建面向企業的三維產品設計專家系統。
1專家系統體系結構
專家系統要實現的功能是根據設計計算,確定產品的關鍵尺寸、型號,據此調用基本模型庫中的模型,通過產品選型和相應的尺寸驅動,生成產品三維模型;生成的模型,設計者不需修改或只需進行少量修改就可達到用戶要求,從而提高了設計效率、提升了產品設計質量、縮短了產品上市時間、提高了企業的核心競爭力。
根據專家系統的功能,其體系結構可劃分為企業模型層、系統數據庫層、應用層,系統架構見圖1。
企業模型層是專家系統的基礎數據庫,它包含了行業標準零件、企業基本產品的模型和相關設計文檔等。系統數據庫層是專家系統實現系統功能的基礎數據庫,包含了系統運作的數據,主要是對企業模型層的基礎模型、文檔進行管理的相關數據以及對系統本身進行維護、安全管理的相關數據。應用層(功能模塊層)是系統功能實現層,包括:①產品設計模塊,引導用戶完成產品設計過程;②企業數據管理模塊,進行企業標準零部件的管理;⑧系統管理模塊,實現系統的管理維護,為用戶分配操作權限等。
2系統支探技術
2.1產品參數化建模
2.1.1參數化建模
SolidWorks為設計者提供了良好的參數化設計功能。在專家設計系統中,對所有產品的建模應該運用參數化建模技術,用盡可能少的參數去控制產品的尺寸。例如,一個長方體的三個尺寸,長a、寬b、高c,以a為主驅動尺寸建立尺寸間的方程式:b=a/2;c=a/4。動尺寸在方程式的右邊,這樣長方體的尺寸由長度a驅動,在修改長方體的尺寸時,只需要修改尺寸a即可。在裝配體中也可以由主要的位置尺寸控制其它的裝配尺寸或零件尺寸,使得主要裝配尺寸變化時,其它裝配尺寸及相關零件尺寸能作相應調整,使裝配關系仍然成立。通過產品的參數化建模,可以用盡可能少的代碼來驅動尺寸,方便專家系統的開發。
2.1.2系列化建模
目前,絕大多數的標準件以及企業的相關產品都是系列化的。對產品進行系列化的建模,可以降低建模的工作量,同時在專家系統中,系列化建模方便于通過程序實現產品的選型。
系列化建模的實質就是一個模型、多個配置。先用SolidWorks創建一個實體零件或裝配體,再添加不同的配置。對于系列化零件,修改所添加的配置的尺寸,不需要重新建模,就能得到不同型號的系列化產品模型。對于系列化部件,修改添加配置中部件的子零件屬性(重新選擇子零件的配置),并通過不同配置的子零件組合得到不同型號的裝配體。在這些零件或部件中,實體模型只創建了一次,不同的型號以配置的形式出現,需要調用某一型號的產品模型的時候,只需選擇模型相應的配置即可。
2. 2產品模型的存儲
產品模型及相關技術文檔的存儲有兩種方式:①直接存儲在本地磁盤文件夾,即直接存儲在專家系統安裝目錄下的文件夾中;②將相關文件轉化為二進制流文件存放于系統數據庫中。直接存放于本地文件夾時,存儲比較方便,存儲速度也比較快,對于企業文件數據量大(數據量大于100MB)的專家系統可采用這種存儲方式。文件存放在本地磁盤時,需在系統數據庫中構建文件索引表,存放這些文件在本地的存儲路徑,以方便文件的管理與調用。數據量不大時(數據量小于100MB) ,可采用第二種方法。采用第二種方法,文件的安全管理比較簡單,而且不需考慮文件的存放路徑,無需搜索本地磁盤,因此其調用與管理也很方便。
2.3系統的數據安全
為防止用戶不小心修改基礎模型庫的模型或非法用戶查看相關設計資料,當相關設計文件和基礎模型存放于本地時要進行加密處理。一般采用對稱加密算法。加密處理的文件只有相應用戶登錄系統后才能進行相關操作。當相關模型和技術文檔轉換為二進制文件存放于數據庫時,則只需通過數據庫的訪問權限來保證數據的安全。
系統安全則采用基于角色的權限管理方式來保證,即不同的角色分配不同的操作權限,而不同的用戶則分配不同的角色。這樣每一位用戶就只能在自己許可的操作權限內進行相關操作,保證了系統的安全。
2. 4專家系統開發架構
專家系統功能模塊的開發采用三層體系結構:表示層、業務邏輯層、基礎操作層。專家系統開發架構見圖2。
表示層是呈現整個系統的操作界面,是與用戶進行人機交互的界面,引導用戶運用此系統完成設計、管理功能。
業務邏輯層則是操作界面的后臺代碼,通過調用基礎操作層的相關函數實現操作界面展示的每一步操作流程,最終實現系統設計和管理的功能。
基礎操作層是系統開發的基本操作類封裝層,用幾個基本類封裝了相應的操作函數:①數據操作類,封裝了所有與數據操作有關的方法,包括數據的插人、修改以及刪除方法,以及相關控件與數據庫的綁定方法等等;②設計計算類,封裝了所有的產品設計計算方法,是紙質設計計算書的計算機實現;③系統開發類,封裝了利用SolidWorks API對其進行二次開發的方法,包括了SolidWorks注冊表操作方法以及在SolidWorks系統中添加工具條、按鈕等的操作方法,系統開發類還封裝了對文件進行加密、解密的算法,用于對模型文件的安全管理。
3應用實例
筆者所在的"湖北省數字制造重點實驗室"為溫州某企業開發了一套空分設備專家設計系統,該系統采用微軟.net開發平臺開發,是針對于該企業的工業制氮機、井下制氮機所設計的產品設計專家系統。此專家系統中,企業基本零部件模型文件數據量達到700MB,因而存放于本地計算機,文件采用DES算法加密,保證其數據安全;使用SQL Server 2000數據庫作為系統公用數據庫服務器。
專家系統是作為一個播件被載人SolidWorks的。啟動SolidWorks加載專家系統插件,用戶登錄后,可點擊進人產品設計模塊。圖3為井下制氮機的理論計算界面,圖4為生成新產品的界面。
進入企業數據管理模塊就可以進行行業標準件的管理,其包括了兩個操作標簽頁:行業標準零件庫、行業標準部件庫。行業標準零件管理界面見圖5。
4總結與展望
本文提出了基于SolidWorks二次開發的面向企業產品設計的專家系統開發解決方案,基本思想是通過專家系統將產品的設計計算集成到SoIidWorks軟件中,結合軟件的參數化建模技術,通過專家系統實現無紙化的產品設計過程。其設計是完全面向企業具體產品的,具有很好的針對性和適用性。對于該系統可以作進一步的開發,便之與PDM(產品數據管理)系統集成,以便更好地服務于企業的信息化。
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