基于多軟件交互控制的專用車參數(shù)化設(shè)計(jì)研究

伍麗娜，陳韜，張凱，王維

(1. 中汽研汽車檢驗(yàn)中心(武漢)有限公司，湖北 武漢 430056； 2. 中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300)

0 引言

專用汽車以二類底盤(pán)改裝為基礎(chǔ)，加裝專用的上裝裝置，用以實(shí)現(xiàn)專用作業(yè)功能，廣泛應(yīng)用在環(huán)保、運(yùn)輸、路面養(yǎng)護(hù)等國(guó)民建設(shè)領(lǐng)域。近年來(lái)，現(xiàn)代制造技術(shù)、信息技術(shù)迅速發(fā)展，專用汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境發(fā)生改變，逐漸由預(yù)測(cè)型生產(chǎn)向訂單式生產(chǎn)轉(zhuǎn)變[1]，產(chǎn)品需求個(gè)性化和多樣化更加明顯，以買方作為市場(chǎng)主導(dǎo)的專用汽車市場(chǎng)呈現(xiàn)出產(chǎn)品更新?lián)Q代快、用戶需求動(dòng)態(tài)多變等特點(diǎn)，對(duì)專用汽車產(chǎn)品研發(fā)能力提出了更高的要求。針對(duì)這一情況，選擇合適的設(shè)計(jì)和制造方式尤為重要。目前，國(guó)內(nèi)專用汽車行業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)仍停留在傳統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)階段，面對(duì)動(dòng)態(tài)多樣的個(gè)性化產(chǎn)品需求，重復(fù)性設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)參數(shù)混亂等缺陷無(wú)形中延長(zhǎng)了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、增加了生產(chǎn)制造成本。因此，專用汽車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方式需要向數(shù)字化方向發(fā)展，利用有限的設(shè)計(jì)資源，為市場(chǎng)提供多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，以滿足多變的市場(chǎng)需求。

專用車是大多數(shù)功能相同的系列化產(chǎn)品，其上裝結(jié)構(gòu)具有相同或相似的外形特征，只是根據(jù)底盤(pán)參數(shù)不同，其尺寸規(guī)格有所不同。因此，專用車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)符合參數(shù)化、系列化設(shè)計(jì)理念，參數(shù)化設(shè)計(jì)可以使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和管理變得相對(duì)輕松，在節(jié)約產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間和成本同時(shí)，大大縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。目前，面對(duì)大規(guī)模定制化產(chǎn)品需求，國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者多數(shù)采用編程軟件+數(shù)據(jù)庫(kù)+三維軟件的技術(shù)方案，采用程序驅(qū)動(dòng)法或者尺寸驅(qū)動(dòng)法進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計(jì)，如：秦鋒等[2]借助于VB(visual)軟件，進(jìn)行SW(SolidWorks)二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)膠輥礱谷機(jī)主要零件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)；歐長(zhǎng)勁等[3]基于SW相關(guān)API(application program inter face)研究智能以及參數(shù)化設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)出某扳手噴霧器各零部件的參數(shù)化建模和智能裝配的插件。此類文獻(xiàn)中所提出的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法不僅需要較強(qiáng)的邏輯編程能力，而且需要將建模邏輯完整記錄，工作量很大，并不適用于普通的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員。

本文基于對(duì)SW軟件API接口相關(guān)屬性及方法研究，借助多軟件交互控制方式，通過(guò)對(duì)專用車上裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬拆解分析，以全局變量代替尺寸參數(shù)，采用方程式建模方式，將模型中的約束信息變量化，提出一種適用于專用車上裝的參數(shù)化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方法。

1 參數(shù)化設(shè)計(jì)思路

通過(guò)對(duì)專用車上裝結(jié)構(gòu)的模擬拆解分析，發(fā)現(xiàn)功能相同的專用車上裝結(jié)構(gòu)具有一定的拓?fù)潢P(guān)系，僅因整車總質(zhì)量不同而有所差異，因此，專用車上裝結(jié)構(gòu)具備可模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。針對(duì)專用車上裝結(jié)構(gòu)的特殊性，本文提出適用于專用車上裝開(kāi)發(fā)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，在對(duì)產(chǎn)品上裝模塊化劃分、關(guān)鍵參數(shù)提取的基礎(chǔ)上，利用多軟件相互交互的方法，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段采用驅(qū)動(dòng)及修改方程式或全局變量的方式進(jìn)行專用車上裝參數(shù)化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。參數(shù)化設(shè)計(jì)思路具體如圖1所示，主要包括五大部分內(nèi)容：1)借助SW相關(guān)API接口屬性和方法，編寫(xiě)代碼將VS(visual studio)與SW建立連接；2)利用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象屬性，建立VS與Access數(shù)據(jù)連接；3)在SW中采用方程式與全局變量的建模方式，建立專用車上裝結(jié)構(gòu)模塊參數(shù)化模型模板文件；4)通過(guò)VS將全局變量與Access數(shù)據(jù)互聯(lián)；5)VS連接Access修改全局變量參數(shù)，通過(guò)SW相關(guān)API接口屬性及方法更新SW模型完成參數(shù)化設(shè)計(jì)。

圖1 參數(shù)化設(shè)計(jì)流程

1)VS與SW連接

在利用編程軟件對(duì)SW進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，通常采用COM(組建對(duì)象模型)或者OLE(對(duì)象鏈接與嵌入)技術(shù)，本文采用基于OLE的自動(dòng)化開(kāi)發(fā)技術(shù)，開(kāi)發(fā)用戶程序作為一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序，通過(guò)API接口調(diào)用SW建模軟件，完成編程軟件對(duì)SW軟件的控制和操作[4]。

SW具有大量的API對(duì)象函數(shù)，為二次開(kāi)發(fā)提供支持OLE和COM編程的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，SW二次開(kāi)發(fā)過(guò)程，其本質(zhì)就是調(diào)用相關(guān)API對(duì)象的過(guò)程，通過(guò)對(duì)這些對(duì)象屬性的設(shè)置和方法的調(diào)用，借助相關(guān)的編程軟件實(shí)現(xiàn)與SW進(jìn)行交互控制，完成參數(shù)化設(shè)計(jì)[5]。SW二次開(kāi)發(fā)原理如圖2所示。

圖2 二次開(kāi)發(fā)原理

2)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取技術(shù)

參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程需要根據(jù)底盤(pán)以及整車參數(shù)的不同，合理地選取上裝結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)。程序需要處理大量的數(shù)據(jù)，涉及到數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、讀取、寫(xiě)入等過(guò)程，因此，選擇合適的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)方式尤為重要。目前，普遍采用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)軟件有Excel、Access等，本文采用Access軟件作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)軟件，在Visual Studio中利用VB.NET編程語(yǔ)言，采用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)連接對(duì)象,以離線式查詢方式創(chuàng)建三個(gè)對(duì)象：連接OleDbConnection、適配器OleDbDataAdapter、數(shù)據(jù)集DataSet，通過(guò)相關(guān)控件和ODBC代碼訪問(wèn)Access數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)查詢過(guò)程如圖3所示。

圖3 Access數(shù)據(jù)庫(kù)查詢過(guò)程

3)參數(shù)化建模方法

參數(shù)化設(shè)計(jì)一般是指設(shè)計(jì)不變的圖形拓?fù)潢P(guān)系，而外部結(jié)構(gòu)由一組參數(shù)進(jìn)行約束，通過(guò)改變約束參數(shù)尺寸驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生不同結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)而設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品。

目前，參數(shù)化建模通常有兩種常用方法：一種是程序驅(qū)動(dòng)，是指完全依靠代碼來(lái)驅(qū)動(dòng)三維建模軟件實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模；另一種是尺寸驅(qū)動(dòng)，是指在保證模塊結(jié)構(gòu)不變的前提下，將模塊模型的尺寸標(biāo)注定為變量，通過(guò)賦予不同的尺寸值，獲得一系列結(jié)構(gòu)相同但尺寸有所差異的系列化模塊。目前，普遍采用的尺寸驅(qū)動(dòng)方法是指利用程序代碼連接尺寸數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)邏輯外置的方式，改變主參數(shù)驅(qū)動(dòng)三維建模軟件實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模[6]。

專用車上裝部件產(chǎn)品配置相對(duì)較少并且模型特征復(fù)雜，各模塊特征參數(shù)之間存在明顯的關(guān)聯(lián)性。因此，本文提出一種新穎的尺寸驅(qū)動(dòng)方式，采用自頂而下的方式建立專用車上裝結(jié)構(gòu)模塊三維模型模板文件，根據(jù)產(chǎn)品特征參數(shù)與其各子模塊特征之間的映射關(guān)系，搭建各尺寸方程式并將關(guān)聯(lián)參數(shù)設(shè)置成全局變量，通過(guò)程序驅(qū)動(dòng)及修改方程式全局變量的方式實(shí)現(xiàn)各模塊參數(shù)化模型。

2 參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)例

本文以自卸車模塊作為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)實(shí)例進(jìn)行分析，在VS中搭建人機(jī)交互界面，以Access作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)軟件，建立自卸車關(guān)鍵參數(shù)列表及部件結(jié)構(gòu)清單。采用自頂而下的建模方式，利用方程式和全局變量建立三維實(shí)體模板文件，編寫(xiě)代碼將VS與Access、SW建立連接，將VS程序讀取的Access數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)值作為輸入值修改模板模型中的方程式或者全局變量的值，實(shí)現(xiàn)自卸車上裝系列化設(shè)計(jì)的目的。

1)建立關(guān)鍵參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)

通過(guò)對(duì)自卸車上裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬拆解分析，以25t自卸車上裝結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，將自卸車上裝劃分成五大子功能模塊，分別為前板總成、側(cè)板總成、底板總成、后門總成、副車架總成。再對(duì)各子功能模塊進(jìn)行細(xì)分拆解，提取各子功能模塊關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)參數(shù)，建立產(chǎn)品特征參數(shù)與子功能模塊關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)參數(shù)之間的映射關(guān)系，在Access中建立關(guān)鍵參數(shù)、尺寸參數(shù)列表以及自卸車部件結(jié)構(gòu)清單。具體如表1-表3所示。

表1 自卸車子模塊部件清單

表2 自卸車啟動(dòng)參數(shù)列表

表3 自卸車尺寸參數(shù)列表

2)建立參數(shù)化模板模型

基于方程式建模方式，在SW中建立自卸車模塊。在模型模板建立過(guò)程中，通過(guò)分析產(chǎn)品模塊與各子功能模塊之間的映射關(guān)系，設(shè)定關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)作為全局變量參數(shù)，建立子功能模塊部件特征尺寸參數(shù)與自卸車上裝參數(shù)之間的方程式關(guān)系。在自卸車上裝模塊中，關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)為車廂長(zhǎng)度、車廂高度、車廂寬度、大梁寬度、底板厚度、副車架長(zhǎng)度。其中，車廂高度參數(shù)作為全局變量參數(shù)限定自卸車車廂側(cè)板總成模塊、前板總成模塊、底板總成模塊中高度方向尺寸參數(shù)；車廂寬度參數(shù)作為全局變量限定自卸車車廂底板總成模塊、前板總成模塊、后門總成模塊寬度方向尺寸參數(shù)；車廂長(zhǎng)度模塊作為全局變量限定底板總成模塊、側(cè)板總成模塊、副車架總成模塊長(zhǎng)度方向尺寸參數(shù)；底板厚度作為全局變量限定底板模塊厚度方向的尺寸參數(shù)；大梁寬度作為全局變量限定副車架模塊縱梁之間距離的尺寸參數(shù)；副車架長(zhǎng)度參數(shù)用于限定副車架模塊長(zhǎng)度方向尺寸參數(shù)。在全局變量參數(shù)與子功能模塊特征尺寸之間搭建方程式，完成模型模板文件的創(chuàng)建。自卸車副車架模板模型及方程式如圖4、圖5所示。

圖4 自卸車副車架模型模板

圖5 副車架模塊方程式

3)程序運(yùn)行結(jié)果

基于Access自卸車關(guān)鍵參數(shù)尺寸以及部件數(shù)據(jù)庫(kù)，在VS中利用VB.NET程序匯編語(yǔ)言，采用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)連接對(duì)象讀取Access數(shù)據(jù)庫(kù)中自卸車關(guān)鍵尺寸參數(shù)，通過(guò)改變SW中自卸車上裝模板模型，實(shí)現(xiàn)自卸車副車架參數(shù)化設(shè)計(jì)。實(shí)例運(yùn)行后可視化人機(jī)交互界面如圖6、圖7所示，設(shè)計(jì)者只需通過(guò)選取關(guān)鍵參數(shù)數(shù)值，就可以一鍵生成用戶所需要的上裝模型。

圖6 系統(tǒng)運(yùn)行界面一

圖7 系統(tǒng)運(yùn)行界面二

設(shè)計(jì)參數(shù)選擇關(guān)鍵代碼如下：

adpt22=NewOleDb.OleDbDataAdapter(zxfcj, cnn)

DataGridView4.Columns(DataGridView4.CurrentCell.ColumnIndex).HeaderText="尺寸參數(shù)"

dc=DataGridView4.Rows(1).Cells(2)

dc.DisplayStyle=DataGridViewComboBoxDisplayStyle.ComboBox

模型重構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵代碼如下：zz=DataGridView4.Rows(0).Cells(2).Value

PART=SWAPP.OpenDoc6("F:projectFCJ.SLDPRT",swDocumentTypes_e.swDocPART,swOpenDocOptions_e.swOpenDocOptions_LoadModel,"",Errors:=0, Warnings:=0)

A(i)=sweq.Equation(i).Substring(sweq.Equation(i).IndexOf("=")+1,sweq.Equation(i).Length - sweq.Equation(i).IndexOf("=")-1)

sweq.Add2(ii, """縱梁長(zhǎng)""=" & zz, True)

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用多軟件交互控制的方式，利用編程軟件驅(qū)動(dòng)或修改模板模型方程式或全局變量的方式，搭建專用車上裝參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)際運(yùn)行結(jié)果證明，所提出的參數(shù)化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)思路，操作簡(jiǎn)單，且完全適用于專用車上裝結(jié)構(gòu)系列化設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行極大提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率，在節(jié)約產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間和成本同時(shí)，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高了專用車企業(yè)市場(chǎng)響應(yīng)速度，同時(shí)推動(dòng)了專用車行業(yè)車型標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展進(jìn)程。