王忠雷，程鋼，袁文生，王曉麗

（1.山東建筑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101；2.山東省高校機(jī)械工程創(chuàng)新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250101；3.齊魯工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，山東濟(jì)南250353）

SolidWorks二次開發(fā)在機(jī)械學(xué)科畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王忠雷1，2，程鋼1，2，袁文生1，2，王曉麗3

（1.山東建筑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101；2.山東省高校機(jī)械工程創(chuàng)新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250101；3.齊魯工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，山東濟(jì)南250353）

目前在本科教學(xué)中對(duì)三維CAD軟件的課堂教學(xué)和實(shí)踐訓(xùn)練，一般都集中在應(yīng)用軟件進(jìn)行造型、裝配和加工代碼生成。隨著CAD軟件技術(shù)應(yīng)用的深入，通用的CAD軟件難以滿足所有行業(yè)的要求，CAD軟件進(jìn)行二次開發(fā)，已經(jīng)成為CAD軟件深入應(yīng)用的有效途徑。文章分析機(jī)械學(xué)科畢業(yè)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及問(wèn)題，闡述了CAD二次開發(fā)的技術(shù)基礎(chǔ)，提出了二次開發(fā)技術(shù)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用途徑。并對(duì)CAD軟件二次開發(fā)技術(shù)在機(jī)械學(xué)科畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析，通過(guò)教學(xué)實(shí)踐證明了這一創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)的可行性和效果。

Solidworks，二次開發(fā)，畢業(yè)設(shè)計(jì)

0 引言

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，特別UG、Pro／E、SolidWorks等CAD軟件的飛速發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)已經(jīng)由二維設(shè)計(jì)向三維設(shè)計(jì)發(fā)展。三維設(shè)計(jì)提高了設(shè)計(jì)的可視性，同時(shí)也為后續(xù)的數(shù)控加工提供了可靠的幾何模型，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的效率。同時(shí)隨著現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)三維CAD軟件的要求越來(lái)越高，通用的三維CAD軟件很難滿足所有行業(yè)的要求?；谶@種情況，很多企業(yè)開始對(duì)三維CAD軟件進(jìn)行二次開發(fā)，以滿足本企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特殊要求，提高設(shè)計(jì)的效率［1-2］。因此，針對(duì)企業(yè)自身特點(diǎn)，對(duì)CAD軟件進(jìn)行二次開發(fā)，已經(jīng)成為各個(gè)企業(yè)提高自己設(shè)計(jì)效率和競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。

目前在本科教學(xué)中對(duì)三維CAD軟件的課堂教學(xué)和實(shí)踐訓(xùn)練，一般都集中在應(yīng)用軟件進(jìn)行造型、裝配和加工代碼生成。雖然三維CAD軟件課程在課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)中也獲得了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)通過(guò)學(xué)習(xí)學(xué)生提高了自己應(yīng)用三維CAD軟件的能力和實(shí)踐水平，但是目前的課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，對(duì)于CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)技術(shù)的講解和應(yīng)用不多，因此通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行三維CAD軟件的二次開發(fā)訓(xùn)練，可以提高學(xué)生應(yīng)用CAD軟件的能力，使畢業(yè)學(xué)生更加符合企業(yè)的需求。為此文章以SolidWorks二次開發(fā)這一新的選題為例，對(duì)機(jī)械學(xué)科畢業(yè)設(shè)計(jì)的改革進(jìn)行了嘗試和探索［3-4］。

1 機(jī)械學(xué)科畢業(yè)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及問(wèn)題

畢業(yè)設(shè)計(jì)是高校人才培養(yǎng)不可替代的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，是學(xué)生理論、實(shí)踐、創(chuàng)新能力與科研水平相結(jié)合的綜合訓(xùn)練。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步深化和檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)的掌握程度，同時(shí)提高知識(shí)綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力［5-7］。當(dāng)前機(jī)械學(xué)科的畢業(yè)設(shè)計(jì)受到一些客觀條件的限制依舊存在一些問(wèn)題［8-9］:（1）從學(xué)生的角度畢業(yè)設(shè)計(jì)是畢業(yè)之前的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，面臨就業(yè)、升學(xué)、出國(guó)等各方面壓力，學(xué)生難以集中精力完成高質(zhì)量的畢業(yè)設(shè)計(jì)；（2）從老師的角度 由于連年擴(kuò)招，畢業(yè)生數(shù)量激增，導(dǎo)致每位畢業(yè)設(shè)計(jì)老師指導(dǎo)的畢業(yè)生數(shù)量大幅增加，畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師難以全身心地指導(dǎo)每一位學(xué)生。

除去上述的客觀原因外，由于畢業(yè)設(shè)計(jì)題目陳舊、內(nèi)容空洞、缺乏實(shí)踐性，學(xué)生認(rèn)為畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于將來(lái)工作沒有直接的幫助和支持，畢業(yè)設(shè)計(jì)投入的時(shí)間和精力不足是導(dǎo)致畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量下降最主要的原因。因此合理選題、優(yōu)化畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，使本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)與其從事的工作直接相關(guān)，是調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性、提高畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量最有效的措施。從前面的分析可以看出，畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量有著重要的影響。

2 SolidWorks二次開發(fā)的技術(shù)基礎(chǔ)

所謂二次開發(fā)是為了使CAD軟件更符合用戶設(shè)計(jì)過(guò)程中的特殊要求，在現(xiàn)有通用CAD支撐軟件的基礎(chǔ)上，利用二次開發(fā)語(yǔ)言和工具進(jìn)行二次開發(fā)，提高和完善CAD軟件功能。通過(guò)二次開發(fā)可以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期，充分實(shí)現(xiàn)CAD軟件的功能和價(jià)值。CAD軟件經(jīng)二次開發(fā)之后，具有良好的人機(jī)交互界面，并吸收和融入許多專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，使得設(shè)計(jì)人員能夠更加方便和快捷的利用CAD軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率的提高。

現(xiàn)在大多數(shù)的三維CAD軟件都提供二次開發(fā)接口，在眾多的三維軟件中，SolidWorks簡(jiǎn)單易用、功能強(qiáng)大，而且二次開發(fā)接口和開發(fā)方式豐富，開發(fā)難度低，因此在本課題中采用SolidWorks作為二次開發(fā)研究和應(yīng)用的對(duì)象。SolidWorks提供了功能全面而且簡(jiǎn)單易用的二次開發(fā)接口—基于API的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)接口，這個(gè)接口可以通過(guò)OLE Automation技術(shù)進(jìn)行訪問(wèn)，其中包含了大量的功能函數(shù)，程序員通過(guò)這些功能函數(shù)可以直接訪問(wèn)SolidWorks，實(shí)現(xiàn)SolidWorks軟件所有的功能和操作。對(duì)于支持OLE技術(shù)的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，如VB、VC++、Delphi、Java等都可以用于進(jìn)行SolidWorks軟件的二次開發(fā)。

目前常用的SolidWorks二次開發(fā)方法，概括起來(lái)主要API程序設(shè)計(jì)法［10-11］和模型尺寸驅(qū)動(dòng)法兩種［12-15］:

（1）API程序設(shè)計(jì)法是將設(shè)計(jì)過(guò)程的每一個(gè)步驟都采用API函數(shù)組成的程序完成，利用設(shè)計(jì)的API程序順序地執(zhí)行設(shè)計(jì)過(guò)程，完成整個(gè)設(shè)計(jì)。API程序設(shè)計(jì)法需要開發(fā)者利用SolidWorks API函數(shù)自行編寫代碼，這就要求開發(fā)者能夠熟練的掌握和靈活的應(yīng)用SolidWorks的API函數(shù)，提高了對(duì)開發(fā)者要求，從而也增加了開發(fā)的難度。因此這種二次開發(fā)方法，并不十分適合程序設(shè)計(jì)水平不高的機(jī)械專業(yè)學(xué)生。另外，使用API程序設(shè)計(jì)法進(jìn)行二次開發(fā)，不但編寫的代碼非常多，而且程序每次運(yùn)行都需要一步一步順序的建立整個(gè)模型的每一部分，模型建立的時(shí)間比較長(zhǎng)，效率比較低。

（2）模型尺寸驅(qū)動(dòng)法在應(yīng)用SolisWorks進(jìn)行零件的模型建立時(shí)，零件草圖和模型特征都是尺寸相關(guān)聯(lián)的，隨著尺寸的變化而變化。模型建立完成后，可以通過(guò)尺寸驅(qū)動(dòng)的方式完成對(duì)模型的修改。利用該方法，在SolidWorks二次開發(fā)時(shí)，不需要完整的建立模型的零件草圖和模型特征，而是應(yīng)用尺寸驅(qū)動(dòng)的方法，通過(guò)改變已有模型的尺寸，來(lái)實(shí)現(xiàn)需要設(shè)計(jì)模型的建模過(guò)程，這種二次開發(fā)的方法稱為模型尺寸驅(qū)動(dòng)法。使用模型尺寸驅(qū)動(dòng)法，并不是按照造型的過(guò)程一步一步重新建模，而是在原有的模板模型的基礎(chǔ)上改變尺寸參數(shù)并通過(guò)尺寸驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行模型重建。采用該方法進(jìn)行SolidWorks二次開發(fā)有很多好處，首先二次開發(fā)編寫的代碼大大減少，同時(shí)也不需要開發(fā)者掌握所有的SolidWorks API函數(shù)，把開發(fā)者從學(xué)習(xí)和應(yīng)用SolidWorks API函數(shù)的繁重勞動(dòng)中解放出來(lái)，使得SolidWorks二次開發(fā)變得簡(jiǎn)單起來(lái)，最重要的是模型尺寸驅(qū)動(dòng)法的應(yīng)用，可以使程序設(shè)計(jì)水平不高的機(jī)械專業(yè)的學(xué)生比較輕松的進(jìn)行SolidWorks二次開發(fā)。其次應(yīng)用模型尺寸驅(qū)動(dòng)法設(shè)計(jì)的程序在運(yùn)行時(shí)不需要實(shí)現(xiàn)整個(gè)建模過(guò)程，只是通過(guò)尺寸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)模型的重構(gòu)，提高了程序的運(yùn)行效率。

3 SolidWorks二次開發(fā)技術(shù)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)用途徑

對(duì)于機(jī)械專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，由于其程序設(shè)計(jì)和開發(fā)的能力和水平有限，而且本科畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間短、任務(wù)重，要想實(shí)現(xiàn)SolidWorks二次開發(fā)技術(shù)在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，必須對(duì)于畢業(yè)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，才能保證這一實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行。

3.1 合理的選題

合理選擇題目是保證SolidWorks二次開發(fā)技術(shù)在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中成功應(yīng)用的關(guān)鍵和基礎(chǔ)問(wèn)題。針對(duì)機(jī)械學(xué)科的學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)能力強(qiáng)、應(yīng)用SolidWorks進(jìn)行三維造型的能力強(qiáng)，而軟件設(shè)計(jì)和代碼編寫能力不強(qiáng)的情況，在進(jìn)行題目選擇時(shí)，應(yīng)注意揚(yáng)長(zhǎng)避短，所選擇的題目程序結(jié)構(gòu)比較明確、代碼編寫的難度低、代碼編寫量少，而將畢業(yè)設(shè)計(jì)作品的水平體現(xiàn)在其設(shè)計(jì)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和三維造型復(fù)雜度上。合理的選擇題目才能使學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)自己的不足，高水平完成教學(xué)任務(wù)，并使學(xué)生得到應(yīng)有的鍛煉和提高。

3.2 合理選擇開發(fā)工具和技術(shù)

由于機(jī)械學(xué)科學(xué)生軟件設(shè)計(jì)和代碼編寫能力不強(qiáng)的特點(diǎn)，在選擇開發(fā)工具和開發(fā)技術(shù)時(shí)，應(yīng)結(jié)合學(xué)生的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。在開發(fā)工具的選擇上，應(yīng)選擇簡(jiǎn)單易學(xué)、學(xué)生有基礎(chǔ)的編程語(yǔ)言。由于支持OLE的高級(jí)語(yǔ)言都可以進(jìn)行SolidWorks的二次開發(fā)，可以選擇的范圍較大，一般選擇工科學(xué)生常用的VB、Delphi等開發(fā)工具，如果學(xué)生對(duì)其他語(yǔ)言比較熟悉也可以選用。由于SolidWorks的宏錄制采用的是VBA語(yǔ)言，與VB語(yǔ)言比較接近，因此優(yōu)先選擇VB作為SolidWorks二次開發(fā)的工具。

在開發(fā)技術(shù)上，由于API程序設(shè)計(jì)法難度較大，一般選擇模型尺寸驅(qū)動(dòng)法。該方法的難點(diǎn)在于設(shè)計(jì)零件或裝配體的三維造型，而程序設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，正好可以發(fā)揮機(jī)械學(xué)科學(xué)生的特長(zhǎng)。而且該方法代碼量小、系統(tǒng)可靠性高、運(yùn)行效率高，是優(yōu)先選用的開發(fā)技術(shù)。

3.3 全面的技術(shù)指導(dǎo)

SolidWorks的二次開發(fā)對(duì)于機(jī)械學(xué)科的學(xué)生來(lái)說(shuō)是比較陌生和困難的事情。因此，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間要進(jìn)行全面細(xì)致的指導(dǎo)。畢業(yè)設(shè)計(jì)初期，對(duì)學(xué)生的開發(fā)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的指導(dǎo)，使學(xué)生盡快的完成一個(gè)簡(jiǎn)單、完整的二次開發(fā)實(shí)例，提高學(xué)生的信心和興趣，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的效率；自畢業(yè)設(shè)計(jì)中期，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，也是機(jī)械學(xué)科學(xué)生了解不夠深入的問(wèn)題，需要老師進(jìn)行細(xì)致的指導(dǎo)，建立較好的程序基礎(chǔ)，保證整個(gè)設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行；設(shè)計(jì)一旦進(jìn)入代碼設(shè)計(jì)階段，學(xué)生一般能夠獨(dú)立進(jìn)行，這時(shí)老師需要關(guān)注學(xué)生設(shè)計(jì)代碼的可靠性和容錯(cuò)性。只要老師和學(xué)生密切配合，基于SolidWorks二次開發(fā)的畢業(yè)設(shè)計(jì)就能夠順利進(jìn)行，并取得很好地設(shè)計(jì)成果和教學(xué)效果。

4 SolidWorks二次開發(fā)技術(shù)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

為了驗(yàn)證前面研究和探討的“SolidWorks二次開發(fā)在機(jī)械學(xué)科畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用”的可行性，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，進(jìn)行了嘗試和實(shí)驗(yàn)。選用的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為“基于SolidWorks二次開發(fā)的鈑金件參數(shù)化設(shè)計(jì)與展開系統(tǒng)開發(fā)”，采用的開發(fā)語(yǔ)言為Delphi，采用的二次開發(fā)技術(shù)為模型尺寸驅(qū)動(dòng)法。

學(xué)生開發(fā)完成了基于SolidWorks二次開發(fā)的三維鈑金件參數(shù)化設(shè)計(jì)及展開放樣軟件，實(shí)現(xiàn)了鈑金零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)及自動(dòng)展開放樣。主要包括鈑金件模型庫(kù)模塊、數(shù)據(jù)輸入模塊、零件生成及展開模塊。模型庫(kù)中包括十余大類一百余種工業(yè)管道過(guò)渡件等鈑金件的三維模型和展開放樣模型。該軟件通過(guò)數(shù)據(jù)輸入模塊，把模型庫(kù)中鈑金件模型的變量尺寸設(shè)置為具體的數(shù)值尺寸，通過(guò)尺寸驅(qū)動(dòng)，生成所需要的鈑金件的三維模型（如圖1所示）和二維展開放樣模型（如圖2所示）。

畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了所有的預(yù)定任務(wù)，完全符合畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，學(xué)生不僅訓(xùn)練了鈑金件的設(shè)計(jì)和展開計(jì)算，而且系統(tǒng)的進(jìn)行了Solidworks二次開發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生扎實(shí)的掌握了程序設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)和Solidworks二次技術(shù)，提高了學(xué)生應(yīng)用CAD軟件的水平，更加適合企業(yè)的人才需求。

圖1 四節(jié)等徑直角雙向圓柱三通管模型圖

圖2 四節(jié)等徑直角雙向圓柱三通管二維展開放樣圖

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)SolidWorks二次開發(fā)在機(jī)械學(xué)科畢業(yè)設(shè)計(jì)中的實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行了研究和應(yīng)用，實(shí)踐表明:在合理選題、合理選擇開發(fā)工具和開發(fā)技術(shù)、學(xué)生老師密切配合的條件下，機(jī)械學(xué)科畢業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)用SolidWorks二次開發(fā)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)完全可行，而且效果良好。在研究過(guò)程獲得如下總結(jié):

（1）SolidWorks二次開發(fā)技術(shù)較其他三維CAD軟件二次開發(fā)技術(shù)簡(jiǎn)便易學(xué)，更適合在機(jī)械學(xué)科的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)用；

（2）尺寸驅(qū)動(dòng)法，程序設(shè)計(jì)量小、不需要復(fù)雜的API函數(shù)，更適合非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行SolidWorks二次開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

（3）在合理選題、合理選擇開發(fā)工具和開發(fā)技術(shù)、學(xué)生老師密切配合的條件下，機(jī)械學(xué)科畢業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)用SolidWorks二次開發(fā)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)完全可行，而且效果良好。

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［12］季忠，劉韌，王曉麗，等.基于SolidWorks的數(shù)控回轉(zhuǎn)立體庫(kù)的參數(shù)化設(shè)計(jì)［J］.包裝工程.2009（10）:93-96.

［13］孫濤.基于SolidWorks的注塑模架專家系統(tǒng)［D］.大連，大連工業(yè)大學(xué).2008.

［14］張信群.基于SolidWorks的落料拉深復(fù)合模CAD設(shè)計(jì)［D］.合肥，合肥工業(yè)大學(xué).2009.

［15］程芬，王宏建，滕爽.基于VB.NET的SolidWorks型鋼庫(kù)的二次開發(fā)［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2013，26（1）:72-73.

（學(xué)科責(zé)編：王光銀）

Application of secondary development of SolidW orks in mechanical engineering graduation project

Wang Zhonglei1，2，Cheng Gang1，2，Yuan Wensheng1，2，et al.

（1.School of Mechanical and Electronic Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China；2.Key Laboratory of Mechanical Engineering＆Innovation Technology in Universities of Shandong，Jinan 250101，China）

The undergraduate teaching about the three-dimensional CAD software was focused on learning and training modeling，assembly and generation of processing code.With the deepening of CAD application，CAD software is difficult to meet the requirementsof all industries.A secondary development of the CAD software according to enterprise's characteristics and requirement，has become the effective way for the application of CAD software.In this paper，the current situation and problems ofmechanical subject of graduation design was analyzed，a secondary development of the CAD software was described and the way of application secondary development technology of CAD in graduation design was proposed.The application examples of the secondary development technology of CAD software were analyzed in mechanical engineering graduate design and the teaching practice？proves the feasibility and effect of the innovative practice teaching.

SolidWorks；secondary development；graduation project

G642

A

1673-7644（2014）06-0601-04

2014-06-06

山東建筑大學(xué)博士基金項(xiàng)目（XNBX1245）

王忠雷（1977-），男，講師，博士，主要從事金屬塑性成形CAD／CAE等方面的研究，E-mail:wade_thunder＠163.com