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1、西 南 交 通 大 学本科毕业设计（论文）CATIA二次开发下的汽车标准件库的建立The Second Development Of CATIA For The Establishment of Automobile Standard Parts Library年 级: 2005学 号: 20051452姓 名: 孔德光专 业: 车辆工程指导老师: 杜飞龙2009 年 6 月 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页院 系 机械学院 专 业 车辆工程 年 级 2005 姓 名 孔德光 题 目 CATIA的二次开发下的汽车标准件库的建立 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅
2、人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章)年 月 日 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第V页毕业设计（论文）任务书班 级 车辆四班 学生姓名 孔德光 学 号 20051452 发题日期：2009年 03 月 30 日 完成日期：2009年 06 月 10 日题 目 CATIA二次开发下的汽车标准件库的建立 1、 本论文的目的、意义 A. 专业综合设计： 通过对汽车减速器传动装置的设计使学生进一步巩固和掌握所学知识，提高综合运用所学知识解决实际问题的能力，提高绘图技能，增强贯彻国家标准的意识，加强实践能力，使学生初步掌握一般机械的设计方法，具备初步的设计能力。 B. 专题研究： CATIA软
3、件广泛应用于机械、汽车、造船、飞机等行业，具有很高的通用性，但因此存在针对性不强,设计效率不高的问题。 本论文对CATIA进行二次开发,对汽车标准件进行参数化设计。 对于汽车标准件这种系列化、通用化和标准化程度高的产品，本论文根据已知条件和基本参数，由CATIA在屏幕上自动地建立起三维模型，从而试图提高绘图效率，在汽车设计制造中具有一定的使用价值。 2、学生应完成的任务 A: 专业综合设计（机械式变速箱） B: 掌握CATIA二次开发的几种方式 C: 熟悉CATIA编程的基本流程和方法 D: 对CATIA进行二次开发建立汽车标准件库 3、论文各部分内容及时间分配：（共 14 周）第一部分 专业
4、综合设计（机械式变速箱）； ( 4周) 第二部分收集资料，阅读相关论文文献 ( 2周) 第三部分 熟悉软件，掌握CATIA编程的基本流程和方法 ( 2周)第四部分 对CATIA进行二次开发建立汽车标准件库 ( 3周)第五部分论文撰写及修改 ( 3周)评阅及答辩 ( 1周)备 注 指导教师： 杜飞龙 2009 年 03 月 30 日审 批 人： 丁渭平 2009 年 03 月 30 日摘 要CATIA是目前国内外汽车企业使用最为广泛的CAD/CAE/CAM计算机辅助软件之一。但是为满足各种不同标准、不同领域的设计要求，其软件功能有着很高的通用性，从而降低了在汽车设计中的专业性和使用效率。为此需要
5、利用CATIA为用户提供的二次开发接口和开放式的内部命令集合进行适合汽车设计标准和习惯的再开发。标准件是汽车设计过程中用途最广泛的基本单元，其绘制也是设计人员重复劳动最多的环节，据统计，标准零部件的选用及绘制约占全部设计时间的70%。在汽车市场竞争日益激烈的环境下，提高设计效率，减少重复劳动，以尽量短的时间、尽量低的成本向用户提供质量满意的产品已成为影响企业生存和发展的重要问题。固针对标准件和常用件建立适合自身需要的标准件库在产品设计过程中有着非常积极的作用。本文对二次开发下汽车标准件库的建立的理论基础、主要方法和CATIA开发实例作详细介绍。完成的主要工作有：1) 介绍了CATIA软件的基本
6、功能和利用VB、C+、JAVA等不同编程语言在CATIA二次开发中的的应用；利用CATIA二次开发建立专业化功能模块的基本理论和主要开发方式；2) 阐述了标准件库建立在汽车设计和制造过程中的重要作用；国内外标准件库发展现状；常用的标准件库建立方法；以及利用CATIA二次开发建立标准件库的两种重要方法和各自特点；3) 以CATIA二次开发创建完成的螺栓标准件库为例，详细介绍了利用CATIA进程内宏脚本语言方式和VB编程建立汽车标准件库的方法和具体步骤。关键字：二次开发 标准件库 进程内编程 宏脚本 VBAbstractCATIA is one of the use most widespread
7、 CAD/CAE/CAM computer-aided software in the present domestic and foreign. But in order to satisfies different kind of standard、different request of each domain, the function this software needs very high university. Thus reduced the specialization and the use efficiency in the design of automobile.
8、So it is necessary to do some second development with the interface, which the CATIA carries on for the users second development, and the open style internal command set to suits automobile design standard and the custom.The standard part is the use most widespread basic unit in the automobile desig
9、n process; its drawing also is most repeated labor link of designers design work. According to the statistics, the selects the standard part and drawing take the 70% time of completely designs. Under the intense environment of the auto market competition, enhances the rated capacity day by day, redu
10、ces the repetition work ,and provides quality satisfaction product to the user by as far as possible short time, and as far as possible low cost becomes to the important question of influence enterprise survival and the development. So its the extremely positive function in the product design proces
11、s, which establishing suits own needs standard part library arms standard part and commonly part.This article will make the detailed introduction of create the automobile standard part librarys establishment rationale, the main method and the CATIA development example by pre-development. The main wo
12、rk of this article completed is included:1) introduced the basic function of CATIA software basic function and the different programming language uses in the CATIA second development application, such as VB, C+, JAVA and so on; The elementary theory and main development way in using the second devel
13、opment of CATIA establishments specialization function module ;2) elaborated the vital role of the standard part librarys establishment in the automobile design and the manufacture process; The development situation of domestic and foreign standard part library in present; Commonly method of standar
14、d part library establishment; As well as elaborated the two important methods the second development establishments standard part library and respective characteristic;3) for example of the bolt standard part library which completes by the the second development of CATIA foundations, in detail intro
15、duced the method and the concrete step which uses the CATIA in-process script language programming way and VB Programming way establishment automobile standard part library.key words：second development standard part library in-Process programming macro script VB 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第VII页目 录第一章 绪论11.1 引
16、言11.2 CAD的二次开发21.2.1 CAD二次开发的意义21.2.2 国内外研究现状31.3 国内外标准件库现状41.4课题的选题依据和主要的研究任务51.4.1选题依据51.4.2研究任务5第二章 CATIA二次开发72.1 软件介绍72.1.1 CATIA介绍72.1.2Visual Basic介绍9Visual Basic的简介92.2 CATIA二次开发112.2.1 CATIA二次开发的几种方式122.2.2 Automation API二次开发142.2.3 CAA二次开发17第三章 标准件库的建立213.1 CAD系统的造型原理213.2 CATIA二次开发方法建立标准建库
17、233.2.1 CATIA的脚本语言介绍243.2.2 CATIA二次开发进程外VB语言介绍303.3 汽车标准件库343.3.1 数据库的设计343.3.2 汽车标准件库的构成37第四章 二次开发下的标准件库建立实例384.1 宏的录制384.2 编辑录制的宏444.3 调用录制的宏514.4 通过VB编程建立标准件库564.4.1功能模块的编写564.4.2用户界面的创建644.4.3 运行代码并生成工程664.5 本章小节66总 结67致 谢68参考文献69附录170 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第70页第一章 绪论1.1 引言改革开放以来，我国汽车尤其是轿车工业有了突飞猛进的发展
18、，汽车工业已成为我国国民经济的支柱产业之一。2006年我国汽车产量已超过300万两，从而超过日本成为继美国和德国之后的第三大汽车生产大国。但我国整个机械制造业的生产方式还比较落后，加入WTO以后，与国际间的竞争更加激烈。所以，改造我们的制造业，特别是将计算机熔入制造业，这已成为大势所趋。国内CAD/CAE/CAM技术不断引入与发展，计算机在机械制造业的应用日益普及和深化。目前，在我国汽车行业中应用CAD进行计算机辅助设计已经较为普遍，所使用的CAD软件种类也比较多，较大的提高了汽车设计及生产的效率。一个企业的发展速度也越来越依赖于这种设计方法的运用程度。法国达索系统公司的CATIA是一款集CA
19、D/CAE/CAM一体化的软件，在世界CAD/CAE/CAM领域中处于领先地位，特别是在汽车设计领域更是占有主导优势，在国内的汽车企业中也被广泛应用1。但随着信息技术的发展，世界市场的全球化、经济的区域化、经营的跨国化已日趋明显。主要表现在产品生命周期缩短、用户需求多样化、大市场和大竞争、缩短交货期等已成为主要的竞争因素。在市场竞争日益激烈的环境下，能否以尽量短的时间、尽量低的成本向用户提供质量满意的产品已成为影响企业生存和发展的重要问题。传统基于二维的产品设计与制造要耗费大量时间。不仅周期长，而且工作量大。不能满足现代制造系统灵活、快速的要求，同时用户普遍感到没有标准件库，也没有提供建立标准
20、件库的方法，给设计工作带来很多的不便，严重影响到设计效率。为此在汽车设计过程中建立行业或公司的专业性“零件库”成为缩短产品设计开发周期、提高产品质量、降低产品成本的重要手段。标准件是汽车设计过程中用途最广泛的基本单元，其绘制也是设计人员重复劳动最多的环节。企业产品设计中对大量标准件的频繁使用，对三维CAD软件提出了标准件库的建库需求。目前国内包括汽车行业在内的很多机械制造业都在进行基于CATIA的零件库和标准件库建立，所使用的方法主要有：利用CATIA 的Formula功能、DesignTable功能和Catalog功能建立三维标准件库和利用CATIA提供的二次开发接口，使用VB开发环境来创建
21、标准件库应用程序。本论文正是利用CATIA的二次开发技术建立适应于企业需求的三维汽车标准件库。从而为三维CAD设计环境建立了良好的基础。1.2 CAD的二次开发1.2.1 CAD二次开发的意义 CAD技术推动了几乎一切领域的设计和制造革命，其开发和应用水平已成为衡量一个国家现代化水平的重要标志。我国一贯重视CAD技术的引进、推广和应用工作，但同时也非常重视CAD软件的自主开发。目前，国内实际使用的CAD系统可分为两大类：一类是国内主权版的CAD系统，另一类是国外商品化的CAD系统。由于国外CAD系统发展早、技术先进、产品成熟、售后服务周到，仍占据着主要的市场份额。 国际和国内的知名的CAD/C
22、AM软件如Pro/Engineer、UG、I-DEAS、CATIA、SolidWorks、以及华正CAXA系统等，都是商品化的通用平台。这些通用软件需要考虑各行业、各地区用户的需要，而并非针对某一领域甚至某种产品的专用软件，因此用它来完成某一具体产品的设计时往往不是很方便。因为不同企业有不同的产品，其设计方法、产品结构也不尽相同，即使是面向某一类对象的专用商品化CAD软件，也难以满足形形色色的具体需要，所以不可能从软件公司买到适合所有产品设计需要的软件。因此，欲利用CAD技术取得积极效果，必须以通用CAD软件为基础，结合自身实际情况，进行不同程度的用户化、本地化开发，以建立应用绘图系统和数据库
23、，形成具有自身特色的CAD系统，这也是CAD软件均提供二次开发手段的原因。根据抽样调杳，国内已引进的CAD系统利用率高、效益好的单位大约只有20%。而据统计，工程设计中绘图工作只占整个设计工作量的18%，设计者的大部分精力还要花在资料检索及设计思考上6。如果能在引进的原始CAD系统基础上，根据本企业或行业的常规性产品或工程设计的实际需要，将设计手册、制造手册中的各种数据、典型的结构、计算方法与公式及产品标准、技术要求、外构件、原材料的样本、手册，本企业或行业产品的典型结构、经验数据、工装情况等方而的资料、数据、图形等与现有CAD系统有机地融合起来，使设计人员从繁重的重复劳动中解放出来，做到数据
24、共享；甚至更一步，将本企业或行业多年来的设计经验总结出来，形成有特色的设计规范、设计方法、典型结构、标准、通用零部件、功能模块，并相应地在CAD系统内建立起数据库、图形库、方法库、知识库及其应用程序，从而真正发挥CAD系统的效用和优越性。1.2.2 国内外研究现状目前，国内CAD技术的应用已逐步进入高级阶段，许多用户都针对本行业的特点对CAD进行二次开发，CAD二次开发技术几乎在各个行业中都有一应用实例，并已有一些商品化软件问世。但各行业CAD二次开发技术的发展水平存在较大差距，机械、电子、建筑、航空航天等最早应用二次开发技术，其二次开发程度也最高。开发出的CAD系统能够集计算、参数化绘图、数
25、据管理为一体，并直接与计算机辅助制造（CAM）和计算机辅助工艺设计（CAPP）有机结合。目前国内已开发成功一批符合工程需要的应用软件，逐渐形成了一批具有一较高素质的研究开发队伍。另外各高校和相关研究机构也在CAD二次开发方面作了很多成功的工作，如：在北京航空航天大学教授成传贤、李天的指导下，其硕士研究生进行了UG系统二次开发的研究，以实现飞机复杂型面在UG中的提取；华南理工大学赖朝安博士、北京航空航天大学张景赛博士都曾进行过Pro/E二次开发关键技术研究，运用Pro/E提供的二次开发工具Pro/TOOLKIT实现由程序动态地、自动地进行特征建模的功能，所建模型能由程序自动加入较为丰富的非几何特
26、征，并存入模型统一的数据库、特征库中，该用户定义特征的方法适用于所有的模型的程序自动建模，对其它所有的产品模型有很大的借鉴意义，其研究并开发的Pro/E与MFC的接口，突破了Pro/TOOLKIT的局限，克服了在Pro/E上进行二次开发的技术难题；辽宁工学院的李卫民、刘淑芬以及淮安市广播电视大学的张莉分别探讨了“基于SolidWorks平台的二次开发技术”等6。其他行业的CAD二次开发技术则相对落后，有的仅仅是一小部分工程技术人员的个人行为，还没有形成专门从事CAD二次开发的研究队伍。虽然也出现了一些CAD应用软件，但大多数仅仅针对某一类型的产品或产品的一部份而开发的小型应用系统，解决的问题也
27、比较有一限。国外成功的CAD技术开发企业为了加快CAD技术开发步伐，都选择了高起点的CAD技术开发战略，即利用已有的技术成果，在此基础上二次开发自己的CAD技术，而不是将人力物力浪费在低水平的重复开发上，这样既可以提高效率，又能保证自己的产品具有一较高的技术含量和水平。1.3 国内外标准件库现状对机械产品的零部件分析表明，标准零部件的数量约占到60%左右，30%左右的零部件是通过变型设计得到的通用件，而根据客户特殊需求开发的零部件只有10%左右。标准零部件不仅数量多，且在设计过程中需要频繁查阅各种设计手册。据统计，标准零部件的选用及绘制约占全部设计时间的70%15。所以，在产品设计中，标准零部
28、件的设计是一项费时费力且带有很大重复性的工作，这显然与日趋激烈的市场竞争环境不相适应。因此，很有必要开发各种通用和专用的标准件库来取代这一繁琐、复杂的劳动。正是由于标准件库的创建具有巨大商机和经济效益，因此针对不同的CAD平台开发出适合用户和企业要求的标准件库，十分有必要。目前，己经有许多企业和科研机构正在做这方面的工作。下面是关于国内外的标准件库的开发现状。国产CAD软件金银花MDA2000V2集成的标准件库主要分为标准件、非标准件、通用件、自定义件四大类，其中标准件又分为国家标准件和国家军用标准件8。在国家标准件中收录了大量的标准件，分为螺栓、螺钉、螺母垫片、铆钉、轴承、档圈等几类。自定义
29、零件库可以将用户自己设计的一些常用零件收编成库，如厂标零件、系列件等，以补充标准件的不足，便于重复使用。CSPLIB机械CAD标准件库是一个运行于AutoCAD之上的机械标准件库，是一套全新的CAD产品目录零件管理信息系统，其数据描述符合GB10091事物特性表和GB/T15049. 1CAD标准件图形文件编制总则。CAD标准件图形文件编制总则规定以ASCII形式作为描述零件特性的文件格式。CSPLIB完全遵循上述标准而设计，可显示标准件几何视图变形，进行快速检索，并将图形插入到CAD系统8。白玉兰CAD系统(BYLcadS. 1，含二、三维标准件库及建库工具)。二、三维标准件库及建库工具是一
30、个基于ISO-13584国际标准、可与多种CAD系统共享、集成的标准零部件的通用建库工具和库管理系统8。由陕西金叶西工大软件股份有限公司开发的二维/三维标准件库及其建库工具是一套功能强大的、基于网络版的二、三维标准件CAD软件8。它覆盖了国标、航标等标准，基于网络运行保证了二维数据统一性，完整性，具有方便的扩充功能，它具有以下特点:高度的灵活性、方便性；全中文，基于世界上先进的CAD产品MDT。具有扩充功能:提供了自定义标准件功能；可以添加国标和航标中没有的标准件。Autodesk公司的MDT带有总共120万个各种标准工具库，是世界上目前为止最全的机械工具标准集。因为有的用户已经长期使用UG,
31、 CATIA等高端软件，除了自行二次开发适合的机械工具库外，也可以通过STEP技术作为接口，将MDT6. 0的工具集从它的环境中生成*. STP格式文件，从而被UG, CATIA等软件接受，生成完整的线框模型，因而可以作为投影视图的几何图形而被使用8。UG、 Pro/E、Ideas、CATIA是国外著名的高端CAD软件系统，功能十分强大，也都带有自己的标准件库系统，但都没有很好地实现标准件库的动态扩充，尚存在这样或那样的问题，有关CAD软件标准件库系统详见表1111。针对不同行业要求而建立的不同种类的标准件库，确实给企业带来了高效率，缩短了设计、生产和制造的周期；但是，绝大多数的标准件库不可能
32、覆盖用户和企业所需要的所有标准件，因此在特定的情况下，用户和企业不仅能够自己来实现标准件的动态添加和调用，而且能够保证离线编辑，才能体现出标准件库的灵活性和可扩充性。MDTUGCATIAPRO_E能否动态添加零件否能能能动态扩充工具SpreadsheetCataLogFamilyTable能否离线编辑否否否能否动态添加组合件否否否表 11 CAD软件标准件库1.4课题的选题依据和主要的研究任务1.4.1选题依据由上文可知计算机辅助设计和制造在制造业，特别是汽车制造业的重要作用，而在使用CAD软件绘图设计的过程中如何减少重复劳动又是提高设计和制造效率的重要问题。利用CAD自带的二次开发接口建立适
33、合行业或者企业自身使用要求的标准件库对提高设计生产效率缩短产品的设计制造周期，从而提高其市场竞争力有着非常重要的现实意义。另外，据统计，国内过半数的汽车企业使用CATIA作为产品设计过程中的主要辅助软件，因此选择基于CATIA二次开发下的汽车标准件库的建立作为本文的研究选题。1.4.2研究任务对于CATIA的二次开发和利用CATIA建立标准件库在国内已经有过很多的研究。但是研究二次开发的大多数侧重于对CATIA所提供的大量内部命令集合的使用和不同二次开发接口的应用，而对标准件库的建立方面的研究又多是利用CATIA的函数模块进行的零件参数化设计。本文就是将两者融合，利用二次开发的技术建立零件库。
34、所以本文的研究任务安排如下：1、 探讨利用CATIA进行二次开发的原理和主要方法，以及各种方法在建立标准件库方面的优势；2、 探讨利用二次开发方法建立汽车标准件库相与利用CATIA函数模块建立标准件库的不同和各自的优劣；3、 在上面的研究基础上，利用CATIA二次开发的两种方式建立一个螺栓标准件库。第二章 CATIA二次开发2.1 软件介绍2.1.1 CATIA介绍CATIA（Computer Aided Three & Two Dimensional Interaction Application System，计算机辅助三维/二维交互式应用系统）是法国达索飞机公司开发的高档CAD/CAM软
35、件。目前在中国由IBM公司代理销售。CATIA软件以其强大的曲面设计功能在飞机、汽车、轮船、机械制造、电子、电器、消费品行业被广泛应用它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，满足了工业领域各类大、中、小型企业的需要。世界前20名的汽车企业有18家采用CATIA作为其核心设计软件。世界上已有超过13 000个用户选择了CATIA，其中包括波音、克劳斯勒、宝马、奔驰、本田、丰田等著名企业。波音公司用CATIA完成整个波音777的零件设计和电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而业确定了CATIA在CAD/CAE/CAM行业的领先地位1。 CATIA软件运行在工作站的版本系列为4版本，由于其许多造
36、型工具能利用不同的方法实现类似的造型效果，使用户必须在严格掌握各种工具的细微差别的基础上才能正确的选择。所以对于工作站版本，往往需要专业的培训才能掌握。达索公司也通过推出一些更专业的软件包方便用户使用。如今达索公司又推出了CATIA V5版本，该版本能够运行于多种平台，特别是微机平台。这不仅使用户能够节省大量的硬件成本，而且其友好的用户界面，使用户更容易使用。从CATIA软件的发展，我们可以发现现在的CAD/CAM软件更多的向智能化、支持数字化制造企业和产品的整个生命周期的方向发展。CATIA V5系统特点参数变量化建模器，CATIA V5是3D参数变量化建模软件，它允许用户添加参数或尺寸以驱
37、动模型的创建和加工，以此来捕捉设计意图。通过捕捉和维护用于定义模型的元素，参数和尺寸之间的关系的设计意图，参数化可增零件的智能化水平。这有利于新设置更新模型，但仍然保持设计的初始意图不变。在CATIA V5的强大功能支持下，用户可以对几何体进行参数化，包括实体，曲面，线框和结构特征。整体设计或部分设计都进行参数化，这在快速设计开发中具有更大的灵活性。在产品的设计过程中，用户随时可以添加或者删除尺寸。为模型标注尺寸和施加约束时，用户的选择是开发健壮模型的关键。一旦对模型进行了参数化，用户就可以输入新的参数值并更新模型，以此来已有设计的几何形状。模型更新就会将几何体驱动到新的位置。另外，基于参数的
38、建模方式允许由实体建模实体，诸如孔，圆角，凸饰，型腔等，与指定的边或面关联。当这些边或面因为某次更新而移动时，这些部件会跟随移动，从而维持初始的关系。工作台产品，在CATIA V5环境中经常使用工作台（Workbench）这个术语。工作台就是应用模块中的工作环境，用户可以使用一些独特的功能来创建几何体并对几何体进行操作。多数的工作平台就是应用模块的特例。但是，某些工作台（如草图工作台）却结合在多个应用模块中。CATIA V5采用了多种支持组件技术的软件技术如：JAVA、COM/DCOM、CORBA等，内部模块全部用CNEXT（CATIA 内部使用的一种C+语言）实现，结构单一。提供了多种开发接
39、口，支持C+/JAVA、Automation API ，支持各种开发工具：CAA C+，JAVA ，VB，脚本语言。采用单继承，对象之间关系明确，体系结构严谨，维护容易。根据CAD软件的特点和实际需要，CATIA 的设计模式比较简单，主要有工厂模式、层模式等。在面向对象的编程中，工厂模式是一种经常被使用到的模式。根据工厂模式实现的类可以根据提供的数据生成一组类中某一个类的实例，通常这一组类有一个公共的抽象父类并且实现了相同的方法，但是这些方法针对不同的数据进行了不同的操作。 CATIA中的具体实现如下例所示： 如要做一条垂直于曲面的线，由对象继承关系如下 +-CATBaseUnknown +-CATBaseDispatch +-AnyObject