目前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題是將參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)與CAD軟件二次開發(fā)技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求對(duì)通用CAD系統(tǒng)進(jìn)行專用化的研究與開發(fā)，開發(fā)自主的CAD系統(tǒng)。它能夠極大地提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品競爭力。有關(guān)這方面技術(shù)的研究，國內(nèi)外已經(jīng)廣泛地展開。韓國Y. J. Chang等人運(yùn)用AutoLISP及Visual Basic開發(fā)語言，基于AUTOCAD平臺(tái)開發(fā)出了用于內(nèi)齒輪油泵集成快速設(shè)計(jì)的二維設(shè)計(jì)平臺(tái)[1]；楊海飛等人利用Visual Basic語言開發(fā)了一個(gè)基于SolidWorks的螺紋連接標(biāo)準(zhǔn)件庫，用于實(shí)現(xiàn)螺紋連接件的快速自動(dòng)設(shè)計(jì)[2]；李宇彤采用VBA、Visual Basic開發(fā)語言，開發(fā)出了一套基于AutoCAD軟件的專用液壓缸智能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)液壓缸主要尺寸參數(shù)的初始估算、零部件結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)結(jié)果的工程分析校核等工作[3]；鄧春曉采用Visual Basic開發(fā)語言，研制開發(fā)了基于AutoCAD軟件的DT Π型帶式輸送機(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)選型設(shè)計(jì)過程的程序化與零部件的參數(shù)化繪圖[4]；安向東基于AUTOCAD 平臺(tái)研制了用于紡織機(jī)械設(shè)計(jì)的液壓傳動(dòng)CAD 系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)液壓元件的流體靜力學(xué)計(jì)算、流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算、液壓元件計(jì)算、液壓元件查詢、液壓系統(tǒng)圖繪制等功能[5]。從研究的現(xiàn)狀來看，大多集中在模具、汽車等標(biāo)準(zhǔn)比較完善、機(jī)電一體化水平較高的行業(yè)，取得了一系列的良好收益，而在紡織機(jī)械行業(yè)的研究與應(yīng)用很少，很自然就在一定程度上制約著整個(gè)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)已較好地實(shí)現(xiàn)了特定零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)，但針對(duì)部件級(jí)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的研究還很少；系統(tǒng)的開發(fā)主要是針對(duì)二維的，三維系統(tǒng)的開發(fā)還很少；直接面向紡織機(jī)械行業(yè)的研究與應(yīng)用更少，面向織機(jī)行業(yè)的專用CAD系統(tǒng)的研發(fā)未見報(bào)道。安向東基于AUTOCAD 平臺(tái)研制了用于紡織機(jī)械設(shè)計(jì)的液壓傳動(dòng)CAD 系統(tǒng)，屬于傳統(tǒng)二維CAD系統(tǒng)。隨著設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)工具的極大進(jìn)步，2D設(shè)計(jì)系統(tǒng)由于效率低下、功能單一及兼容性差等諸多問題，終將被有著眾多優(yōu)點(diǎn)的3D系統(tǒng)所取代；同時(shí)，目前所開發(fā)的絕大多數(shù)專用CAD，功能單一，僅僅停留在設(shè)計(jì)建模這一塊，沒有形成一種包含已有設(shè)計(jì)資源、可實(shí)現(xiàn)快速變型設(shè)計(jì)、分析仿真等更多功能的集成專用CAD系統(tǒng)，以更好地提升織機(jī)設(shè)計(jì)制造水平[6]。 2 現(xiàn)狀分析與解決思路為解決上述問題造成的織機(jī)設(shè)計(jì)中所面臨的不利局面，提升織機(jī)設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量，本文提出建立一種針對(duì)零、部件級(jí)，面向三維的織機(jī)零部件專用CAD系統(tǒng)的思路與實(shí)現(xiàn)方法。本系統(tǒng)通過集成與再利用已有織機(jī)設(shè)計(jì)資源、自動(dòng)調(diào)用SolidWorks這一高效的三維設(shè)計(jì)軟件并在此平臺(tái)上進(jìn)行局部修改回代、進(jìn)行基于原型推理輔助設(shè)計(jì)及對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行分析仿真等工作，可以有效提高織機(jī)設(shè)計(jì)的效率與質(zhì)量。 3 研究內(nèi)容 3.1 主要研究內(nèi)容對(duì)各種典型無梭織機(jī)(有梭織機(jī))進(jìn)行系統(tǒng)化研究與分析，分門別類對(duì)織機(jī)零部件進(jìn)行歸納整理，提取出各類別關(guān)鍵零部件通用特征，對(duì)其進(jìn)行模塊化處理，建立織機(jī)專用三維零部件模型數(shù)據(jù)庫；以參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件SolidWorks為開發(fā)平臺(tái)，運(yùn)用編程語言Visual Basic進(jìn)行二次開發(fā)，開發(fā)出集成的織機(jī)零部件庫，并通過編程實(shí)現(xiàn)與SolidWorks開發(fā)平臺(tái)的鏈接與交互，實(shí)現(xiàn)調(diào)用SolidWorks進(jìn)行快速設(shè)計(jì)的目的；在此基礎(chǔ)上優(yōu)化人機(jī)交互界面及添加常用零件向?qū)У裙δ?，集成基于原型推理的輔助設(shè)計(jì)方法；添加后續(xù)的分析仿真模塊，形成一個(gè)集向?qū)浇换ピO(shè)計(jì)界面，三維織機(jī)零部件3D圖庫、基于原型推理輔助設(shè)計(jì)模塊與分析仿真模塊于一體的織機(jī)零部件專用集成CAD系統(tǒng)[7-11]。 3.2 關(guān)鍵技術(shù)本系統(tǒng)主要是為實(shí)現(xiàn)織機(jī)零部件信息的集成與高效設(shè)計(jì)而開發(fā)的。系統(tǒng)主要由3D圖庫、基于原型推理輔助設(shè)計(jì)模塊、分析仿真模塊這三大功能模塊組成。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)集中在對(duì)上述三大模塊的研究與開發(fā)上，在此基礎(chǔ)上通過三者之間及與主系統(tǒng)面板的有機(jī)聯(lián)系與鏈接實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能。　　(1)對(duì)各種典型織機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)化研究與分析，分門別類對(duì)織機(jī)零部件進(jìn)行歸納整理，提取各類別關(guān)鍵零部件通用特征?！　?2)織機(jī)零部件3D圖庫的建立與完善?！　?3)基于原型推理的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及高效的推理機(jī)制等先進(jìn)理論與方法的研究，基于原型推理輔助設(shè)計(jì)模塊的設(shè)計(jì)與開發(fā)，及其與3D圖庫的集成研究?！　?4)后續(xù)的分析仿真模塊的開發(fā)及與系統(tǒng)的集成化研究。 4 課題應(yīng)用價(jià)值及意義《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》中明確表示：“用高新技術(shù)改造和提升制造業(yè)。大力推進(jìn)制造業(yè)信息化，積極發(fā)展基礎(chǔ)原材料，大幅度提高產(chǎn)品檔次、技術(shù)含量和附加值，全面提升制造業(yè)整體技術(shù)水平。”，同時(shí)在制造業(yè)優(yōu)先主題中明確提出對(duì)于“基礎(chǔ)件和通用部件”及“數(shù)字化和智能化設(shè)計(jì)制造”的重點(diǎn)支持[12]。近期發(fā)布的《紡織工業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》中也明確提出當(dāng)前我國紡織產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興的主要任務(wù)之一是提高自主創(chuàng)新能力，其中針對(duì)提高紡織裝備自主化水平提到以提高專用基礎(chǔ)件、配套件可靠性為切入點(diǎn)，加大紡織機(jī)械專用基礎(chǔ)件、配套件的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化力度[13]。本課題的研究內(nèi)容符合上述國家重點(diǎn)支持方向，具有很大的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)國家的這些方針措施在很大程度上也會(huì)有力的促進(jìn)本課題的深入研究與實(shí)現(xiàn)。　　具體而言，本課題旨在研究與開發(fā)出一個(gè)帶有向?qū)浇换ピO(shè)計(jì)界面、集三維參數(shù)化設(shè)計(jì)中二次開發(fā)技術(shù)開發(fā)出的零部件3D圖庫、基于原型推理輔助設(shè)計(jì)模塊與分析仿真模塊于一體的織機(jī)零部件專用系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過集成的人機(jī)交互界面，不需要對(duì)織機(jī)零部件的所有信息進(jìn)行關(guān)注，只對(duì)需要改動(dòng)的原型的幾個(gè)主控參數(shù)進(jìn)行預(yù)期的修改，通過系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)作，系統(tǒng)便會(huì)調(diào)用SolidWorks這一高效的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行自動(dòng)建模，以三維模式展現(xiàn)修改后的模型；通過基于原型推理輔助設(shè)計(jì)方法進(jìn)行快速設(shè)計(jì)；通過人機(jī)交互界面，對(duì)模型進(jìn)行分析與仿真等工作以更好地驗(yàn)證與輔助設(shè)計(jì)。應(yīng)用于織機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，可促進(jìn)我國織機(jī)制造行業(yè)的發(fā)展?？棛C(jī)零部件專用CAD系統(tǒng)的開發(fā)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有織機(jī)零部件資源的有效整合和利用，提高織機(jī)設(shè)計(jì)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品上市周期，進(jìn)而提升產(chǎn)品的市場競爭力。與傳統(tǒng)的自下而上設(shè)計(jì)方法相比，該專用CAD系統(tǒng)可以極大的避免重復(fù)繪圖的不利之處，提高設(shè)計(jì)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，可廣泛應(yīng)用于織機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)上，能夠改變傳統(tǒng)織機(jī)設(shè)計(jì)的低效率，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。本課題的研究可以為國內(nèi)織機(jī)的研制提供一個(gè)高效的研發(fā)平臺(tái)，對(duì)其他行業(yè)專用CAD系統(tǒng)的研究與開發(fā)也具有很好的借鑒與參考意義。 5 系統(tǒng)分析 5.1 系統(tǒng)需求分析織機(jī)分為有梭織機(jī)、無梭織機(jī)。有梭織機(jī)、無梭織機(jī)及其內(nèi)部各類別之間最大的區(qū)別在于引緯裝置及工作原理的不同，其他裝置與機(jī)構(gòu)之間具有很大的通用性，可以形成模塊化。而傳統(tǒng)織機(jī)產(chǎn)品的研發(fā)過程中，設(shè)計(jì)人員往往陷入重復(fù)繪圖的不利狀況之中，耗費(fèi)了寶貴的研發(fā)時(shí)間，限制了創(chuàng)新思維的充分發(fā)揮，是制約織機(jī)設(shè)計(jì)效率提高的一個(gè)不利因素。因此對(duì)織機(jī)設(shè)計(jì)制造行業(yè)而言，通過有效整合和利用現(xiàn)有織機(jī)零部件資源，建立一種包含設(shè)計(jì)建模、優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析仿真等更多功能的集成的織機(jī)零部件專用系統(tǒng)是十分必要的。 5.2 系統(tǒng)可行性分析 (1) 經(jīng)濟(jì)可行性分析 該系統(tǒng)的主要目的是減輕工程師的工作量，提高設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量。使用本系統(tǒng)，設(shè)計(jì)師可方便快捷地進(jìn)行產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)，以及與之相關(guān)的仿真分析及數(shù)據(jù)管理問題，減少重復(fù)性工作，提高設(shè)計(jì)效率與設(shè)計(jì)質(zhì)量。 (2) 技術(shù)可行性分析 本系統(tǒng)采用Microsoft公司的Visual Basic 6.0作為主要的開發(fā)工具，以SolidWorks軟件作為開發(fā)平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫選用當(dāng)前非常流行的Microsoft公司的Access 2003數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，該系統(tǒng)在安全性、準(zhǔn)確性和運(yùn)行效率上都占有一定優(yōu)勢。6 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6.1 系統(tǒng)目標(biāo)面對(duì)織機(jī)設(shè)計(jì)過程的復(fù)雜化及專用系統(tǒng)發(fā)展過程中的各種情況，經(jīng)過對(duì)織機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)與分析仿真實(shí)際要求的分析，確定系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到以下目標(biāo)：　　(1) 強(qiáng)大的參數(shù)化設(shè)計(jì)與快速變形設(shè)計(jì)功能。充分利用SolidWorks的參數(shù)化技術(shù)，不但能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品中零部件的參數(shù)化設(shè)計(jì)，而且能實(shí)現(xiàn)整機(jī)的參數(shù)化設(shè)計(jì)；應(yīng)該擁有完備的參數(shù)化零部件庫和設(shè)備庫，并且具有完善的數(shù)據(jù)管理功能；產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)過程能全部在系統(tǒng)環(huán)境中完成，且設(shè)計(jì)所需信息都可以在設(shè)計(jì)環(huán)境中獲??；充分利用基于原型推理快速變型設(shè)計(jì)功能，提高設(shè)計(jì)效率與準(zhǔn)確度?！　?2) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性。本系統(tǒng)通過集成后續(xù)分析仿真模塊，對(duì)零部件關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的分析與仿真，提高零部件的質(zhì)量與可靠性。　　(3) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的柔性。系統(tǒng)既支持己有模型庫的調(diào)用，又能在調(diào)用的設(shè)計(jì)成果上快捷地做出局部的交互式修改來滿足設(shè)計(jì)要求；同時(shí)具備用戶自擴(kuò)充零部件庫的功能?！　?4) 友好的人機(jī)交互界面。系統(tǒng)以獨(dú)立可執(zhí)行文件的方式與SolidWorks平臺(tái)集成，保持操作界面的實(shí)用性與易操作性，并提供必要的操作提示信息和幫助信息。 　　(5) 其他輔助功能的完善性。為保證系統(tǒng)功能的完善，還應(yīng)具備其他的一些功能。如保證自動(dòng)生成的工程圖的實(shí)用性；考慮與其他設(shè)計(jì)管理軟件如PDM (產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng))的數(shù)據(jù)對(duì)接。 6.2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)簡介系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)功能結(jié)構(gòu)圖如圖6-1所示。其中包括四個(gè)主要組成部分：通用CAD系統(tǒng)(SolidWorks系統(tǒng))，定制的用戶界面模塊，程序設(shè)計(jì)模塊(包括產(chǎn)品選型模塊、基于原型推理輔助設(shè)計(jì)模塊、分析仿真模塊等)和數(shù)據(jù)管理模塊。 圖6-1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)功能結(jié)構(gòu)圖 (1) 通用CAD系統(tǒng)：是產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的宿主，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)。 (2) 定制的用戶界面模塊：主要是提供給用戶進(jìn)行交互的設(shè)計(jì)操作。 (3) 設(shè)計(jì)計(jì)算及分析仿真程序模塊:主要由產(chǎn)品選型模塊、一般設(shè)計(jì)與計(jì)算模塊、基于原型推理輔助設(shè)計(jì)模塊、分析與仿真模塊及其他功能模塊組成，完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析和參數(shù)化設(shè)計(jì)工作。 (4) 數(shù)據(jù)管理模塊:由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫組成，負(fù)責(zé)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)專用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的管理。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是在參數(shù)化零部件庫的基礎(chǔ)上建立的，包括專用基礎(chǔ)件(包括通用件、專用件及標(biāo)準(zhǔn)件)數(shù)據(jù)庫、部件數(shù)據(jù)庫、產(chǎn)品設(shè)備(裝配件)數(shù)據(jù)庫和一些輔助信息庫，其中專用基礎(chǔ)件數(shù)據(jù)庫是實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)。 6.3 系統(tǒng)預(yù)覽織機(jī)零部件專用CAD系統(tǒng)由多個(gè)窗體組成，下面僅對(duì)一些典型窗體進(jìn)行介紹，其他窗體在后續(xù)章節(jié)中會(huì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。系統(tǒng)主窗體如圖6-2所示，是一個(gè)集成各子功能模塊的系統(tǒng)界面，通過調(diào)用各子窗體進(jìn)行交互操作得以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的所有功能。系統(tǒng)登錄窗體的運(yùn)行效果圖如圖6-3所示，主要用于防止非法用戶進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行非法操作，保障系統(tǒng)操作安全。用戶管理窗體的運(yùn)行效果如圖6-4所示，主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)于用戶信息的增、刪、改、查等操作。操作員權(quán)限管理窗體的運(yùn)行效果如圖6-5所示，主要功能是針對(duì)不同的使用者賦予相應(yīng)權(quán)限的操作。系統(tǒng)選項(xiàng)窗體的運(yùn)行效果如圖6-6所示，主要功能是集成一些常用的系統(tǒng)功能以利于系統(tǒng)的快速操作。織機(jī)3D圖庫窗體如圖6-7所示，主要功能在于對(duì)系統(tǒng)中存儲(chǔ)的織機(jī)基礎(chǔ)信息進(jìn)行操作、查詢、修改與完善等操作?；谠屯评磔o助設(shè)計(jì)模塊主窗體如圖6-8所示，主要功能在于實(shí)現(xiàn)織機(jī)零部件的快速變型設(shè)計(jì)。 圖6-2 系統(tǒng)主窗體 圖6-3 登陸窗體　　圖6-4 用戶管理窗體 圖6-5 操作員權(quán)限管理窗體　　　圖6-6 系統(tǒng)選項(xiàng)窗體 圖6-7 織機(jī)3D圖庫窗體 圖6-8 基于原型推理輔助設(shè)計(jì)模塊窗體 6.4 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖依據(jù)系統(tǒng)功能及用戶的實(shí)際需求，繪制了系統(tǒng)的工作流程，如圖6-9所示。 圖6-9 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖 7 小結(jié)闡述了織機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域CAD系統(tǒng)應(yīng)用概況，通過現(xiàn)狀分析指出了相應(yīng)解決思路，并對(duì)課題主要研究內(nèi)容及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹，指出了課題研究意義。對(duì)織機(jī)零部件專用CAD系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)分析、經(jīng)濟(jì)可行性分析與技術(shù)可行性分析，接下來介紹了系統(tǒng)的開發(fā)目標(biāo)并構(gòu)建了織機(jī)零部件專用CAD系統(tǒng)總體框架，對(duì)系統(tǒng)中一些典型的窗體進(jìn)行了概述。闡明了織機(jī)零部件專用CAD系統(tǒng)的工作流程。

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