基于组件的快速变型设计系统的开发

（青岛大学 机电工程学院，青岛 266071）

0 引言

在市场经济快速发展的大环境下，企业要想抢占一席之地，必须对市场做出快速的响应，想要快速高效的设计三维产品更离不开CAD/CAM的支持[1]，特别是三维设计软件Creo的普及应用，但是越来越多的企业不再满足于简单的使用CAD软件，从而提出二次开发的需求，使软件更具实效性，达到提高企业产品设计效率，缩短设计周期的目的[2]。Creo/TOOLKIT是Creo软件自带的二次开发工具，能够很好的完成对Creo软件功能的进一步拓展，满足广大用户对软件高层次的需求。

组件是零件按照一定的规则装配组合而成，设计方法有自顶向下设计和自底向上设计两种[3]。本文以凸轮连杆机构组件为例，分别采用自顶向下和自底向上的设计方法建模，然后用本文开发的系统对用这两种设计方法设计的实例组件模型进行快速变型设计，验证本系统对组件产品的通用性和变型设计的快速性。

1 组件建模方法介绍

1.1 自顶向下设计方法

自顶向下（Top-Down）设计方法提供了一种从概念设计到具体零部件设计的设计理念，它以组件的总体布局作为设计的出发点，然后逐步细化，从整体结构设计再到底层零件的设计，实现了一种由上而下的设计过程[4]。在Creo软件中是以骨架模型的方式来实现该设计方法，该设计方法有以下优势[5]：1）符合产品的设计思路和设计步骤；2）零部件具有整体性和关联性，便于修改和调整设计意图；3）设计信息的管理可以集中化，便于实现并行设计。

1.2 自底向上设计方法

自底向上（Bottom-Up）设计方法提供了一种从零件到组件的装配思想，它通过零件的分别建模，再到零件的组合装配，来实现整体组件的装配过程[6]。用自底向上设计的组件，零部件之间没有数据联系，只存在装配关系，修改某一零件的参数，不会引起其余零部件结构的变化，所以一般适用于无关联组件的装配。由于该设计方法简单易学，对不复杂的组件实用性强，同样受到广大用户的青睐。

2 Creo二次开发与具体流程

2.1 开发环境和开发工具

本文选用的开发平台是三维设计软件Creo，以Creo自身带有的Creo/TOOLKIT为二次开发工具，在Visual Studio 2010集成开发环境下，利用MFC技术，完成对Creo软件功能的二次开发，实现用户对软件本身更高层次需求的目的。系统架构如图1所示。

Visual Studio 2010集成开发环境支持C、C++以及C++/CLI等编程语言，集编辑、编译、连接、调试等功能于一体，并为用户提供了多种实用工具，方便的实现了对应用程序的编写、跟踪和管理，从而降低了开发难度和开发工作量[7]。

图1 组件快速变型设计系统构架图

2.2 开发流程

Creo/TOOLKIT应用程序的开发大致包含确定运行模式、配置开发环境和项目属性、编写源文件、编译链接生成DLL文件、编写注册信息、注册运行等环节。其中一些环节可以灵活调整，根据自己的需要自行安排顺序，例如编写菜单资源、编写注册信息可以放在开发过程中的任意环节。

3 组件快速变型设计系统中的关键技术

3.1 菜单设计技术

在Creo软件平台下，想要实现组件模型快速变型设计系统的开发，菜单的设计是尤其重要的一步，菜单是实现Creo平台与所开发系统交互的重要途径。因此，必须在Creo主菜单中添加菜单项和菜单按钮动作函数。在本系统中，采用记事本编写菜单资源文件Message.txt;使用Creo/TOOLKIT的函数编写源程序，给菜单按钮设计功能函数。信息文件中的部分内容和菜单最终达到的效果如图2所示。

3.2 组件模型尺寸、关键参数和关系式的检索与提取设置

对组件模型的所有尺寸、关键参数和关系式进行检索、提取以及对它们的设置（修改、添加和删除）等相关操作是整个开发系统中的核心部分。比如要实现组件模型尺寸变更的前提首先要完成对组件模型特征信息的提取，Creo/TOOLKIT利用关键函数ProSolidFeatVisit( )来实现上述功能，该函数的原型如下：

完成组件模型特征的提取，就可以确定尺寸信息，通过修改相关参数来实现组件模型的快速变型设计。本系统针对组件模型开发了三种变型设计方法，包括尺寸操作，参数操作和关系式操作。具体操作设计原理如图3所示。

图2 菜单信息文件及菜单效果

图3 组件模型的尺寸操作、参数操作和关系式操作过程

4 工程应用实例

4.1 对自底向上设计的组件的操作

由于自底向上的设计方法适用于比较简单的组件，一般不涉及尺寸的参数化设计，因此只用本系统主交互界面中的尺寸操作就可快速完成此类组件的变型设计。首先采用自底向上的设计方法对实例凸轮连杆机构组件进行设计。图4是对自底向上设计的凸轮连杆机构组件进行快速变型设计的部分展示。其中在尺寸操作栏“编辑”按钮的作用是方便用户对组件模型中的关键尺寸进行标记，修改完成后按“修改”按钮就可将修改后的信息传到组件模型中，以后重新打开组件模型时，标记过的关键尺寸信息不会消失，下次可以直接对这些关键尺寸的数值进行修改；显示尺寸时可选择数值显示和名称显示两种，使修改组件时更加方便直观。当对组件模型的尺寸操作完成后，按“再生模型”按钮就可完成模型的重新生成。

4.2 对自顶向下设计的组件的操作

在Creo平台下采用自顶向下设计的组件是通过骨架模型实现的，并且通常涉及到组件的参数化设计，因此，快速变型设计系统中的尺寸操作已经不能满足用户的需求，此时需要用户打开本系统主交互界面中的“参数操作”按钮，弹出参数操作对话框，此对话框功能是对组件模型中的参数进行提取，然后对提取的参数进行相关操作。本实例的凸轮连杆机构组件另一种建模方法就是采用自顶向下的设计方法，运动骨架模型如图5所示，运动骨架运行无误后，将凸轮连杆机构的构件附加到骨架模型上，完成组件的建模。图6是参数操作对话框对建模后的凸轮连杆机构组件操作的部分功能展示。

图5 凸轮连杆机构运动骨架

图6 连杆参数信息修改与模型变更前后对比

对于参数操作对话框中的其他功能，比如新参数的添加和已有参数的删除等功能不再一一介绍，同理，系统主交互界面中的“关系式操作”功能，顾名思义，就是把组件模型中的关系式提取出来，然后对提取出来的关系式进行相关操作，比如关系式的修改，新关系式的添加等，这里也不再介绍。总之，所有的操作按钮目的只有一个，就是方便用户对组件模型进行快速的变型设计，缩短开发人员对新产品的开发周期，快速实现产品的系列化。

5 结束语

文章利用Creo软件自带的Creo/TOOLKIT二次开发工具，结合Visual Studio 2010集成开发环境，完成了组

【】【】件快速变型设计系统的开发。该系统能够实现组件产品的快速变型设计实现产品的系列化。通过工程应用实例，验证了该系统对组件产品的通用性，满足了企业用户对软件更高层次的需求，进一步拓展了Creo软件功能，提高了对组件产品的变型设计效率。本文对研究基于Creo平台有关组件产品方面的二次开发有一定的借鉴意义。

[1]徐新胜,李丹,严天宏,等.面向柔性客户需求的产品变型设计方法[J].计算机辅助设计与图形学学报,2012,24(3):394-399.

[2]邹炳辉.应用PTC Creo自顶向下方法进行变压器的设计[J].机电工程技术,2015,(8):149-152.

[3]李健.产品设计的BOTTOM-UP和TOP-DOWN设计方法研究[J].机械工程师,2013,(12):47-48.

[4]刘钊,付亮,何玉玲.Pro/E自顶向下方法在复杂机械设计中的应用[J].机械设计与研究,2011,05:18-20,24.

[5]李祥松.基于Pro/E的掘进机整机Top-down设计[J].煤矿机械,2015,36(4):261-262.

[6]李超,沈精虎,佟河亭.基于组件模型的常用机构库研究与开发[J].机械科学与技术,2011,07:1124-1127.

[7]吴卫东,廖文和.基于装配级关联的产品装配模型整体参数化设计方法研究及应用[J].现代制造工程,2013,08:72-75,138.