搜索SolidWorks的产品设计专家系统
2013-05-24 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线
SolidWorks软件是在总结和继承了大型机械CAD软件的基础上,在SolidWorks环境下实现的第一个机械CAD软件。它全面采用非全约束的特征建模技术,作为一种可以参数化驱动建模的三维CAD软件,为设计师提供了极强的设计灵活性,其设计过程的全相关性,使得设计师可以在设计过程的任何阶段修改设计,同时牵动粗关部分的改变。进而在企业(特别是中小型企业)的产品设计中有比较广泛的应用。该软件为用户提供了功能强大的API接口,而且具有宏录制功能,所以基于该软件进行二次开发非常方便。
在实际应用中,利用三维软件提供的API对其进行二次开发,可构建面向企业的三维产品设计专家系统。
1专家系统体系结构
专家系统要实现的功能是根据设计计算,确定产品的关键尺寸、型号,据此调用基本模型库中的模型,通过产品选型和相应的尺寸驱动,生成产品三维模型;生成的模型,设计者不需修改或只需进行少量修改就可达到用户要求,从而提高了设计效率、提升了产品设计质量、缩短了产品上市时间、提高了企业的核心竞争力。
根据专家系统的功能,其体系结构可划分为企业模型层、系统数据库层、应用层,系统架构见图1。
企业模型层是专家系统的基础数据库,它包含了行业标准零件、企业基本产品的模型和相关设计文档等。系统数据库层是专家系统实现系统功能的基础数据库,包含了系统运作的数据,主要是对企业模型层的基础模型、文档进行管理的相关数据以及对系统本身进行维护、安全管理的相关数据。应用层(功能模块层)是系统功能实现层,包括:①产品设计模块,引导用户完成产品设计过程;②企业数据管理模块,进行企业标准零部件的管理;⑧系统管理模块,实现系统的管理维护,为用户分配操作权限等。
2系统支探技术
2.1产品参数化建模
2.1.1参数化建模
SolidWorks为设计者提供了良好的参数化设计功能。在专家设计系统中,对所有产品的建模应该运用参数化建模技术,用尽可能少的参数去控制产品的尺寸。例如,一个长方体的三个尺寸,长a、宽b、高c,以a为主驱动尺寸建立尺寸间的方程式:b=a/2;c=a/4。动尺寸在方程式的右边,这样长方体的尺寸由长度a驱动,在修改长方体的尺寸时,只需要修改尺寸a即可。在装配体中也可以由主要的位置尺寸控制其它的装配尺寸或零件尺寸,使得主要装配尺寸变化时,其它装配尺寸及相关零件尺寸能作相应调整,使装配关系仍然成立。通过产品的参数化建模,可以用尽可能少的代码来驱动尺寸,方便专家系统的开发。
2.1.2系列化建模
目前,绝大多数的标准件以及企业的相关产品都是系列化的。对产品进行系列化的建模,可以降低建模的工作量,同时在专家系统中,系列化建模方便于通过程序实现产品的选型。
系列化建模的实质就是一个模型、多个配置。先用SolidWorks创建一个实体零件或装配体,再添加不同的配置。对于系列化零件,修改所添加的配置的尺寸,不需要重新建模,就能得到不同型号的系列化产品模型。对于系列化部件,修改添加配置中部件的子零件属性(重新选择子零件的配置),并通过不同配置的子零件组合得到不同型号的装配体。在这些零件或部件中,实体模型只创建了一次,不同的型号以配置的形式出现,需要调用某一型号的产品模型的时候,只需选择模型相应的配置即可。
2. 2产品模型的存储
产品模型及相关技术文档的存储有两种方式:①直接存储在本地磁盘文件夹,即直接存储在专家系统安装目录下的文件夹中;②将相关文件转化为二进制流文件存放于系统数据库中。直接存放于本地文件夹时,存储比较方便,存储速度也比较快,对于企业文件数据量大(数据量大于100MB)的专家系统可采用这种存储方式。文件存放在本地磁盘时,需在系统数据库中构建文件索引表,存放这些文件在本地的存储路径,以方便文件的管理与调用。数据量不大时(数据量小于100MB) ,可采用第二种方法。采用第二种方法,文件的安全管理比较简单,而且不需考虑文件的存放路径,无需搜索本地磁盘,因此其调用与管理也很方便。
2.3系统的数据安全
为防止用户不小心修改基础模型库的模型或非法用户查看相关设计资料,当相关设计文件和基础模型存放于本地时要进行加密处理。一般采用对称加密算法。加密处理的文件只有相应用户登录系统后才能进行相关操作。当相关模型和技术文档转换为二进制文件存放于数据库时,则只需通过数据库的访问权限来保证数据的安全。
系统安全则采用基于角色的权限管理方式来保证,即不同的角色分配不同的操作权限,而不同的用户则分配不同的角色。这样每一位用户就只能在自己许可的操作权限内进行相关操作,保证了系统的安全。
2. 4专家系统开发架构
专家系统功能模块的开发采用三层体系结构:表示层、业务逻辑层、基础操作层。专家系统开发架构见图2。
表示层是呈现整个系统的操作界面,是与用户进行人机交互的界面,引导用户运用此系统完成设计、管理功能。
业务逻辑层则是操作界面的后台代码,通过调用基础操作层的相关函数实现操作界面展示的每一步操作流程,最终实现系统设计和管理的功能。
基础操作层是系统开发的基本操作类封装层,用几个基本类封装了相应的操作函数:①数据操作类,封装了所有与数据操作有关的方法,包括数据的插人、修改以及删除方法,以及相关控件与数据库的绑定方法等等;②设计计算类,封装了所有的产品设计计算方法,是纸质设计计算书的计算机实现;③系统开发类,封装了利用SolidWorks API对其进行二次开发的方法,包括了SolidWorks注册表操作方法以及在SolidWorks系统中添加工具条、按钮等的操作方法,系统开发类还封装了对文件进行加密、解密的算法,用于对模型文件的安全管理。
3应用实例
笔者所在的"湖北省数字制造重点实验室"为温州某企业开发了一套空分设备专家设计系统,该系统采用微软.net开发平台开发,是针对于该企业的工业制氮机、井下制氮机所设计的产品设计专家系统。此专家系统中,企业基本零部件模型文件数据量达到700MB,因而存放于本地计算机,文件采用DES算法加密,保证其数据安全;使用SQL Server 2000数据库作为系统公用数据库服务器。
专家系统是作为一个播件被载人SolidWorks的。启动SolidWorks加载专家系统插件,用户登录后,可点击进人产品设计模块。图3为井下制氮机的理论计算界面,图4为生成新产品的界面。
进入企业数据管理模块就可以进行行业标准件的管理,其包括了两个操作标签页:行业标准零件库、行业标准部件库。行业标准零件管理界面见图5。
4总结与展望
本文提出了基于SolidWorks二次开发的面向企业产品设计的专家系统开发解决方案,基本思想是通过专家系统将产品的设计计算集成到SoIidWorks软件中,结合软件的参数化建模技术,通过专家系统实现无纸化的产品设计过程。其设计是完全面向企业具体产品的,具有很好的针对性和适用性。对于该系统可以作进一步的开发,便之与PDM(产品数据管理)系统集成,以便更好地服务于企业的信息化。
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