引言

產品快速建模是企業實施快速響應策略的重要內容， 它是在產品的結構設計階段， 充分利用企業已有的設計資源， 基于企業 CAD 平臺和相關設計知識， 快速定制產品的設計方案。 快速建模的實現通常要求設計人員以企業的 CAD 系統為基礎并結合二次開發技術， 建立適用于系列化產品的快速建模系統。 本文以東莞某木工機械企業的 MFB60 系列封邊機為設計對象， 通過分析其結構特點， 提出了產品快速建模系統的開發方案，研究了系統實現的關鍵技術， 最終開發了基于 Solid-Works 的封邊機快速建模系統。

1 系統開發方案

1.1 設計對象的結構特點
MFB60 系列包含了 13 種 型號的封邊機實例 ， 這些不同型號的封邊機是由不同的功能模塊配置而成的組合式機構， 其結構的配置通常由客戶需求的加工功能所決定。 可將封邊機的結構劃分為三大模塊， 分別是基本、高級以及輔助模塊。 基本模塊包括送帶、 貼緊、 齊頭機構； 高級模塊包括預銑、 粗修、 精修、 刮邊、 拋光機構； 輔助模塊包括： 機架、 壓料梁、 輸送帶電機、 壓料梁罩蓋組件、 長導軌支撐塊、 左右立柱等。 基本模塊和高級模塊通過螺栓聯接于機架板的相應孔位。

由于各個功能模塊在 MFB60 系列不同型號產品之間具有通用性， 這些不同型號之間的區別僅僅在于功能機構的配置組合不同， 或者是它們在機架板上的安裝位置以及安裝孔的尺寸參數不同。 也就是說， 其余 12 種型號的產品實例可以看成是擁有全部功能的 MFB60CY的一部分。 因此， 可以通過這些功能機構不同的配置，以及它們在機架板的安裝孔位進行參數化設計， 快速生成具有不同功能機構組合的封邊機整機模型。

1.2 系統功能需求
系統的功能需求包含： ①可針對所需功能模塊在機架板上的孔位參數進行參數化設計， 其余非參數化零部件能基于約束規則自動與之匹配， 最后快速生成完整的封邊機整機模型； ②系統最終的集成模式以獨立執行程序的（*.exe）形式呈現， 用戶可以方便地調用相關功能。

1.3 開發工具與系統體系架構
根據功能需求， 系統采用 VS2010 作為集成開發環境， 通過 VB.NET 對 SolidWorks 進行二次開發。 系統的體系架構包含： 用戶層、 應用層與數據層。 其體系架構見圖 1 所示?！緢D1】


戶層包含兩部分：一是系統的功能界面， 即人機交互； 二是 Solid-Works 應 用環境 ，它負責顯示系統的運行結果。

（2） 應用層。應用層是將設計需求轉化為設計結果的過程， 包括參數化建模、 尺寸推理以及參數管理。 參數化建模是通過所編寫的程序調用 SolidWorks 的 API， 控制數據層中的參數化模板， 對模板的參數化尺寸進行賦值并更新模板文件， 快速生成所需的產品模型。 尺寸推理主要是在程序運行時， 根據人機交互推理出關聯尺寸， 這些關聯尺寸主要是機架組件、 機架底座以及輔助機構中受機架板尺寸所約束的尺寸。 參數管理決定了整個系統的初始數據或默認缺省的數據， 并管理數據的讀取操作。

（3）數據層。 數據層是負責管理本系統所需的所有數據， 包括模板庫和產品尺寸設計規則。 模板庫存放的是MFB60CY 的 整機模型 ， 重點是參數化模型 。 尺寸設計規則庫主要包含封邊機的設計知識。

2 系統實現的關鍵技術

2.1 開發流程
系統的具體開發流程如下： ①創建具有完整功能機構的模板模型即 MFB60CY 的三維模型； ②由于參數化設計的核心在于尺寸約束與尺寸驅動技術。 因此， 需要分析 MFB60CY 中哪些零件可以參數化， 對于非參數化的零部件需要明確它們的約束規則。 對于可參數化的零件， 需要建立特征參數表， 明確零件中的驅動尺寸和從動尺寸， 以及尺寸所受的約束； ③對模型文件的所有尺寸進行重命名， 方便后續編程時對尺寸的賦值與計算；④設計程序界面， 明確程序運行的流程； ⑤創建 XML文檔， 將所有重命名后的尺寸按產品結構樹的形式存儲在 XML 的各級節點中， 編寫讀取和寫入 XML 節點數據的函數； ⑥編寫實現 SolidWorks 參數化建模的函數以及保存 SolidWorks 文件至指定路徑的函數。 第七步： 系統調試完畢后， 交給企業用戶進行測試， 直到滿足預定功能并且不產生干涉。

2.2 系統的具體開發
（1）確定特征參數。 確定特征參數是用來明確可參數化零件的驅動尺寸、 從動尺寸以及尺寸所受的約束。 其前提是先明確需要參數化的零部件。

由于 MFB60 系列中， 基本模塊和高級模塊屬于通用件， 除電氣部分外， MFB60 系列的零部件可分類為外購件、 外協件、 以及自制件， 系統只需對自制件進行是否需要參數化的分析。 分析 MFB60CY 的結構， 自制件中需要參數化的零件為機架板、 機架組件以及機架底座。

以機架板為例， 說明機架板特征參數的建立。 機架板的所有尺寸可分類為： ①各功能機構在機架板的安裝孔的位置和大小尺寸； ②機架板的總長、 總寬以及厚度。 機架板所受的尺寸約束包括： ①機架板的總長、 總寬、 厚度的尺寸范圍； ②各機構在機架板的安裝孔的大小應一致； ③機架板的尺寸決定了機架組件、 機架底座以及輔助機構的尺寸， 對機架板參數化后， 需要及時更新與之關聯的尺寸.

（2）建立約束規則。 約束規則是指封邊機的尺寸推理 、尺寸之間的關聯關系以及模塊和零部件之間的裝配關系。 以機架底座為例， 可在 SolidWorks 菜單欄下 “工具|方程式” 中設定約束規則， 如圖 2 所示。 其余機構的約束規則均照此法完成。

（3）功能函數與應用界面開發。 需要開發的功能函數包括： 參數化建模以及 XML 節點數據的讀取與寫入?！緢D2.略】

參數化建模函數由程序調用相關的 SolidWorks API 函數來修改模板的尺寸， 并重建和更新模型。 建模的代碼步驟為打開模型文件、 更新尺寸、 重建模型、 保存文件。

部分代碼如表 1 所示。 應用界面采用 MDI 多文檔界面方式， 主窗體為 MFB60 系列參數化主界面、 其菜單欄為用戶所選擇的功能機構， 系統的參數化流程按照菜單欄的順序進行參數輸入， 單擊每一個菜單欄選項， 可對該機構在機架板的安裝孔位進行參數化設計并及時單擊“保存” 按鈕， 將設計后的參數更新至 XML 相應的節點?！颈?】

（4）建立 XML 數據文檔。 本系統運用的數據管理工具為 XML。 首 先， 在 VS2010 中 創建 XML 文 件 ， 然后將 MFB60CY 所有的尺寸以 “參數名=參數值” 的形式記錄， 作為整個系統的尺寸參數存取模板。 圖 3 為系統中刮邊機構在 XML 文檔中的表示， 其中 d1 表示刮邊機構孔系的基準孔在機架板的直徑， d2 表示 2 號孔直徑，fx12， fy12 分別表示刮邊機構 2 號孔相對于基準孔 （1號孔）的 x 和 y 方向的增量。 通過這種方式，就建立了刮邊機構孔系的大小和位置參數的數字模型， 其余機構據此法類推即可。

3 系統運行實例

系統執行流程如圖 4 所示， 圖 5 為程序界面和運行結果。 系統運行時， 首先選擇所需的功能機構， 并確定好每一個機構在機架的安裝孔系的大小和位置參數， 某機構是否存在于最終的模型中根據該機構是否需要而調整， 即某機構若需要， 則在模板模型中保留該機構， 反之則將該機構所包含的特征、 草圖全部刪除。 在該機構被刪除后， 后續的機構必須向前移動被刪除機構所占用的橫向長度。 由于系統使用的模板文件是包含所有機構的 MFB60CY， 因此系統程序代碼自動按 “預銑—溶膠—送帶—貼緊—齊頭—粗修—精修—刮邊—拋光” 的順序去判斷某機構是否需要而自動更新該機構的狀態?！緢D4.圖5略】

因此， 系統的參數化建模流程為： 基于所需的功能機構， 先完成機架板的參數化； 然后完成與機架板相關聯的機架組件和機架底座的參數化； 最后根據所選中機構配置組合去更新參數化模板（MFB60CY）， 進而完成整機的參數化建模。

假設客戶的需求是送帶、 貼緊輪、 齊頭以及精修機構。 系統運行流程為： ①打開 SolidWorks， 進入系統初始界面； ②根據客戶要求選擇需要的功能機構； ③進入詳細參數化界面對選中的機構進行參數化設計， 依次輸入所需機構在機架板的孔位參數及占用長度； ④進入機架及總裝界面： 依次對機架部分通用件和非標件進行參數化設計； ⑤設置模型存放路徑并單擊建模按鈕即可生成所需模型。

4 結論

（1）經實例測試與企業的試運行，木材封邊機快速建模系統能切實有效地實現封邊機整機的參數化建模， 能快速生成不同功能機構配置組合的 MFB60 系列封邊機，所建的模型并未出現干涉現象。

（2）本系統所基于的知識和規則僅僅是某一系列的產品， 可通過建立產品知識庫， 結合企業更豐富的設計知識和資源， 進而實現產品的智能設計。

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