机械三维标准件库的研究与发展

5thInternational Conference on e-Engineering & Digital Enterprise Technology

会议时间： 2006年01月01日 会议地点：贵阳 主办单位：中国机械工程学会

机械三维标准件库的研究与发展 Wu Yang-Dong1, Xie Qing-Sheng1, Qi Guo-Ning2, and Lu Yu-Jun2 1贵州大学机械工程学院中国贵阳550003，

2浙江大学现代制造工程研究所中国杭州310027，

摘要 机械标准零件库是一个重要的机械标准零件资源共享的平台，它是建立在ISO零件库的基础上，并且根据ISO零件库使得机械标准件库信息与设计方法等级得以合理表达与交换，其实施的技术，包括变型设计，产品特性图表的布局与参数化CAD系统，介绍了构建机械参数化3D标准件库关键技术和方法。工程师可以通过这个系统建立机械标准零件，提高自动设计效率。

关键词：标准零件库，产品特性图表，CAD，零件建模 1简介 在机械产品设计过程中，将大量使用标准件。当设计师构建标准件的模型时，他们需要花费很多时间来查找设计手册以便于确定标准尺寸和材料等。现在，复杂和精密的机械产品设计随着技术的发展而发展，它为机械设计提出了更先进的要求。为了提高设计效率、节省资源和缩短设计周期，便提出了标准件库。根据设计的需要，目前，二维标准件库是以应用广泛的AutoCAD软件为基础的。而我们设计三维标准件库是基于Solid Edge。 Solid Edge是由Windows 创建的一个三维设计系统。它是Unigraphics Solutions Corp的产品，并且它的特点是高效和易于运用。Solid Edge中拥有强大的功能部件的设计，装配设计，钣金和工程制图等，并且能够实现各种机械设计的任务。它有一个很友好的用户界面，而且Sma Ribbon技术也被应用与其中，因此用户可以根据提示一步一步的完成设计任务。Solid Edge是一个完美的CAD系统，而且包含了设计师广泛应用的重建技术，我们是通过重建Solid Edge来创建三维标准件库，因而零件将被自动设计。

2标准件库的工作原理 为了转换，整合和共享标准件库的信息，国际标准化组织采用相同的标准定义了国际标准ISO 13584.GB/TL7645。标准的主要目的是为了提供一个可以传输零件库数据的中立机制还可以解除与使用零件库数据系统的应用系统的关系。这个标准不仅适合转换零件而且也成为数据库的基础上实施和共享零件库数据。 自从定义了标准件库，大量学生开始研究标准件库的内容和应用，包括许多方面和零件库的设计和应用方法的问题，并颠覆了设计理论与应用方法的许多方面。很多在计算机集成制造领域里有建树的学者已经考虑到了通过应用零件标准件库技术来共享产品信息的可能性。Yangdong认为标准使零件库信息得以表现，其与必要的机制，定义一起带动了标准件库数据的交换使用与更新。但它并没有实现规范和统一。所以他在扩展文字中介绍了一种现成的建立机械零件库的方法，并且根据标准【13】处理了一项工程的结构和细节问题，同时他也给出了标准构架的综述和ISO13584和SETP之间的关系，为在国内市场引进这一标准提供了向导，从而有了关于建立基于标准【6】的零件件库系统的详细讨论。Cao Yunfu和Li Feng在提供了在PLLB中构件族表的正式方法与标准格式，显示了ISO中定义的物理文件的信息的通过物理文件在ISO中定义的代表部分系列的信息，并且以例【5】的法兰系列为例。Wu Yizhong和WuBin提出了一个基于XML以参数化标准件库提高系统适应各种异构的CAD系统，他们分析了当前的标准零件库系统，并指出存在的问题，提出基于XML标准零件库系统的系统结构，讨论了XML在一般CAD参数建模中的特征描述，提出了建立基于3D标准件库的方法，通过专用的API接口模块开发了不同的CAD平台，在一些CAD系统包括PROE,UGet al [14]等下实现了参数化标准零件库模型系统。Yu Junhe和 Qi Guoning认为步骤描述了产品的生命周期模型信息，它是产品数据变化的基础，但又缺乏先进的语义表达，因而零件库标准研究了合理的传递和交流技术，根据设计计算零件库信息方法，并共享了企业之间的产品资源，PLIB通过常用模型，功能模型，功能预览模型，表示形式类别表达产品模型信息，所提描述多领域，多层次的产品信息的前景的能力，提出了几何视图模型进而提供了建立产品信息的方法。Wan Jiutuan和Huang Xiang [15]认为在CAD系统中建立标准件库是 一个提高产品效率的重要途径，他们将CAD系统的发展作为重点，通过参数化技术和特征建模技术，分析式数据库方式甲骨文以及二次开发工具UG/OPEN API建成标准件库，可应用在CAD系统的设计中并取得令人满意的效果。Lu Yong和Liao Wenhe致力于数据描述在网络上建库的规范与技术，重点包括基于网络和特征的一部分明确几何模型的信息代表和零件库共享技术，基于Web的零件特征的可视化的网络数据驱动的参数化设计给出了应用样板，实现了企业和企业之间的零件库的信息的共享。 这些研究大部分仍处于在理论研究阶段，但它让然有助于我们了解应用零件库技术与电脑制造业技术相关技术的状况。 零件库标准的内容包括：总结和基本原理，概念描述，表达的逻辑模型，备用库的逻辑模型，供应商的标识，实施资源，描述法，浏览交互协议（101），观众交换协议（102）。该架构标准包括三个层次，即应用层，逻辑层和物理层，如表1所示。

（图表1） 应用层—概念模型—概念模型字典的方法 逻辑层—逻辑模型—一般资源逻辑资源 物理层—物理学中的应用—SETP文件外部文档

在应用层，定义了框架和零件库在更新和互换机制；在逻辑层，对零件库信息模型资源组件进行了阐述；在物理层，指出了实现零件库信息模型的模式，包括中性的文件格式和内存操作格式等。 零件库标准定义的参考模型零件库系统【1】，如图2,，由字典库中的内容和库组成管理系统，它描述了一个部分的零件库类层次，成为一个模型树。 （图表2） 零件模型的描述丝束层，一个是一部分的属性，包括名称，标识数据类型。另一个是组件类，包括类鉴定，类属性和类文件等，字典介绍一部分类和它的属性和库，每个类定义的情况下，信息模型字典和库中的内容表示逻辑层零件库信息模型描述表达语言。图书管理系统是一个软件系统所提供的功能，用户查询，选择在用户库中的一部分，并整合供应商库到用户库【3,4】。 聚乙烯外接口零件库包括表达传输接口和访问接口，表达传输接口成立一个设置使用CAD中的应用程序编程接口系统，访问接口提供了基础的日常在用户库中查询的一部分。 在零件库中，每个部分视为对象属性是其特点的部分也有类似的特征构成的类。子类的一部分继承整个属性表的父类中的一部分，它也有其特殊属性。父类的部分可能具有一个或将形成多级，所以零件库层次将会形成。图3说明了一个标准的部分类层制造业。

耦合部分类 ↓

铆钉部分类螺纹部分针类样条类螺杆柄类螺栓类坚果类螺丝类垫圈类 ↓↓↓↓↓↓↓↓↓

路基螺栓六角螺栓T型槽螺栓U型螺栓 （图表3） 3标准件库系统的实施

3．1实现系统的基本原理 为了建立标准件库，设计者应根据可比性与可复用性原则分析相关零件，并确定这一类型构件的特征，几何结构与可能出现的变型设计和相关参数，从而在零件的主模型将被确定.我们评估属性和参数，使模型重生。将会得到一个新的构件，构件主要模型是其在CAD系统的几何图形中参数变化的表示，临时构件可能取决于主构件模型，这个主构件模型就是由这个CAD系统构建的。 在这里，我们采用基于Windows的Solid Edge，它是一个强大的三维参数设计系统，其 变量表技术，可以设置参数表模型和编辑参数之间的关系通过它的造型能力，表示变量，设置模型合理参数，并确保参数间的限制关系，我们可以实现基于模型和建立基准的面值的自动变型设计，由基于ActiveX自动化应用程序接口，开发人员可以开发用户模型并通其读写参数模型与更新模型参数值。所以将能实现自动化设计 由于限制的关系，新构件的维值可能与旧的不同，但只是拓扑，框架是类似旧，不改变其职能根据功能结构与参数分类的标准件库将被评估，一个基于参数与属性的数据库也将被建立 因此一个标准件库会随着用户模型，设计效率和管理水平的提高而提高。

这里系统开发的主要步骤包括：首先，根据前面提到的规则分析各种零件，在CAD系统中建立主模型，根据功能与结构整理零件，组成标准件库。其次建立主零件模型参数表，创建一定基于基础工程限制条件的关系。第三，建立数据库中的数据 储存的参数值和其他属性值。第四，建立互动式的标准件库管理模块，通过接口程序实现用户模型与数据库之间的数据通信。所以新的参数值将被存储，模型参数将被更新 3.2系统架构和关键配套技术 系统逻辑构架由用户层，临时逻辑层和数据库层组成，在用户层的用户界面中数据可以被浏览搜索读与写中期逻辑层可能集成CAD系统与数据库系统，并且基于ActiveX自动化和数据库接口的CAD界面有ADO和的ODBC等。 数据库层包括数据库与标准件库，数据库保存了各部分段落特征的的表格布局，描述了他们之间的特征参数与关系建立变型表和文章表格布局的特点之间的映射关系的，文章特证的表格布局可能通过接口程序和更新部分的模型带动变型表从而，实现设计自动化。 该系统依靠SolidEdg型号不同而异。模块允许设计师通过方程和函数成立变型之间的关系，所有变型都有名称并通过名称调用，变体和尺寸都显示 在变型表，设计师可能发现新变体和、公式存在的变型，建立关系，当独立变量值变化，已成立，关系会自动更新。变种表通过对象的层次_相互联系，当在应用程序里访问一个变型，我们需要从根部到底部访问直到该对象被发现。

（图表4） 1. 应用 2. ↓ 3. 文档 4. ↓ 5. 文档 6. ↓ 7. 变量 8. ↓ 9. 变量 图4说明了这种变异表对象层