胡曉兵，田 昆，霍云亮，鄧 希

(四川大學(xué) 制造科學(xué)與工程學(xué)院，成都 610065)

0 引言

工程實(shí)際中，多焊接件大型裝配體存在一些共性：規(guī)格上屬于大型或超大型件；承載量巨大且安全性能要求嚴(yán)格；零部件眾多且裝配關(guān)系繁雜等。以升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)作為多焊接件大型裝配體的研究對(duì)象，通過(guò)搭建數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)依據(jù)客戶或合同信息的錄入自動(dòng)進(jìn)行各零部件的選型與裝配體的驅(qū)動(dòng)。從升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)出發(fā)，采用自上而下的模塊劃分設(shè)計(jì)方法將繁多的零部件進(jìn)行分門別類有序管理，基于Inventor[1]三維軟件的二次開發(fā)技術(shù)以Visual Studio集成開發(fā)環(huán)境[2]為平臺(tái)，對(duì)主提升機(jī)構(gòu)各模塊進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)；同時(shí)依據(jù)模塊的劃分建立主提升機(jī)構(gòu)各零部件的模型模板庫(kù)，應(yīng)用SQL Sever數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)[3]對(duì)模板庫(kù)零部件信息及各參數(shù)關(guān)聯(lián)信息進(jìn)行有序高效管理；基于Inventor API技術(shù)、ADO.NET技術(shù)及COM開發(fā)組件等技術(shù)實(shí)現(xiàn)開發(fā)環(huán)境、三維軟件及數(shù)據(jù)庫(kù)的互聯(lián)互通，打造出高效易操作的數(shù)字化軟件系統(tǒng)。以此可顯著提高多焊接件大型裝配體的生產(chǎn)設(shè)計(jì)效率，大幅減小生產(chǎn)制造周期，合理選擇鋼材用量，降低生產(chǎn)制造成本，多方面提高制造企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

1 數(shù)字化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

1.1 基于Inventor的參數(shù)化建模

參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是在可變參數(shù)變動(dòng)的情況下，平臺(tái)可自動(dòng)維護(hù)不變參數(shù)，即體現(xiàn)出工程人員設(shè)計(jì)意圖?；贗nventor進(jìn)行參數(shù)化建模有三種功能特點(diǎn)：基于特征、全尺寸約束、尺寸驅(qū)動(dòng)。

基于特征，通過(guò)將顯著的幾何形狀定義為特征，全部尺寸作為可調(diào)參數(shù)，從而生成實(shí)體。此方法主要用于復(fù)雜件的建模，比如航空用渦輪渦扇的建模，它能夠傳達(dá)產(chǎn)品完整的形狀及工程信息，同時(shí)，復(fù)雜度高也是其弊端；全尺寸約束同時(shí)考慮到尺寸、形狀兩因素，由尺寸約束控制幾何形狀，全尺寸約束要求不能欠約束、漏約束，通過(guò)尺寸及形位的約束方式將幾何形狀鎖定起來(lái)，有利于解決自由建模的無(wú)約束問(wèn)題；尺寸驅(qū)動(dòng)，通過(guò)改變某些尺寸參數(shù)，引起所有相關(guān)參數(shù)的變化，從而驅(qū)動(dòng)幾何形狀的更新變化，由于缺少模型間的幾何約束關(guān)系，故此方法僅可改變模型尺寸的大小，不能變更元素間的約束關(guān)系。

針對(duì)主提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程特點(diǎn)，本文基于Inventor二次開發(fā)技術(shù)[4]，采用自上而下設(shè)計(jì)分類中的布局法，先定義總體布局草圖并確定圖塊之間的裝配關(guān)系，然后把結(jié)構(gòu)形狀及主要參數(shù)傳達(dá)與零件，最后匯總成裝配體。由于總體布局圖已設(shè)定模型間的坐標(biāo)系幾何約束，故在參數(shù)化建模過(guò)程中，可采用尺寸驅(qū)動(dòng)法建模，通過(guò)在模板庫(kù)中搜尋到同型零部件，程序通過(guò)inventor API函數(shù)[5]將同名參數(shù)的值賦值到用戶參數(shù)進(jìn)而修改模型尺寸，從而生成新的零部件[6]。

1.2 基于COM的開發(fā)組件

Inventor二次開發(fā)的過(guò)程是一個(gè)外部應(yīng)用程序訪問(wèn)控制Inventor的內(nèi)部應(yīng)用程序。這兩個(gè)應(yīng)用程序間的互通對(duì)話是通過(guò)基于COM技術(shù)開發(fā)出的一系列組件實(shí)現(xiàn)的[7]。COM(Component Object Model)即組件對(duì)象模型，是微軟推出的旨在更好服務(wù)于客服/服務(wù)器的軟件開發(fā)技術(shù)[8-9]?；贑OM的框架，可開發(fā)出多種具有明確功能的組件，針對(duì)Inventor二次開發(fā)的特點(diǎn)，可應(yīng)用Add-In(插件)、Standalone EXE和Apprentice Server(學(xué)徒服務(wù)器)3種組件方式，各組件與Inventor的關(guān)系如圖1所示。

圖1 基于COM組件的Inventor開發(fā)框圖

Add-In既可作為服務(wù)器，也可當(dāng)做客戶端，具有兩種運(yùn)作形式，一種作為進(jìn)程內(nèi)組件，以dll形式存儲(chǔ)，在inventor運(yùn)行時(shí)與之處于同一個(gè)進(jìn)程，故有高的運(yùn)行效率，然而，由于同處一個(gè)進(jìn)程，這種插件的穩(wěn)定性會(huì)影響到inventor平臺(tái)的運(yùn)作。第二種是以EXE形式存在的進(jìn)程外組件，運(yùn)行在獨(dú)立于inventor的處理空間中。Standalone EXE(獨(dú)立的EXE)為可獨(dú)立運(yùn)行的進(jìn)程外組件，當(dāng)執(zhí)行該程序時(shí)，inventor自動(dòng)啟動(dòng)并創(chuàng)建相應(yīng)文檔，但該程序的運(yùn)行效率低于作為程序內(nèi)組件的dll。Apprentice Server(學(xué)徒服務(wù)器)，屬于ActiveX服務(wù)器的一種，外部應(yīng)用程序通過(guò)它可訪問(wèn)inventor的數(shù)據(jù)，其優(yōu)勢(shì)在于可獲取inventor的完整文檔信息。由于運(yùn)行時(shí)處于用戶自己的程序內(nèi)，且沒有自己的操作窗口界面，故運(yùn)行的效率較高。

1.3 Inventor API

Inventor API(應(yīng)用程序編程接口)是二次開發(fā)程序與軟件內(nèi)部程序鏈接的通道，通過(guò)它可將新的開發(fā)功能無(wú)縫集成到現(xiàn)有功能上，任何支持對(duì)象嵌入與鏈接的編程工具，如Visual C#.NET、Visual C++、VBA、Dephi等，均可使用該通道對(duì)Inventor進(jìn)行二次開發(fā)，開發(fā)方式即上節(jié)所述基于COM技術(shù)開發(fā)的三個(gè)組件，Inventor API向用戶提供了Inventor的所有對(duì)象及其內(nèi)在屬性和方法，用戶通過(guò)對(duì)這些對(duì)象的屬性及方法的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)定制功能。

因此，調(diào)用Inventor API就是指調(diào)用Inventor對(duì)象的屬性、方法及相關(guān)功能，Inventor API對(duì)象間存在一種自上而下的包含關(guān)系，如圖2所示，當(dāng)對(duì)下層對(duì)象進(jìn)行調(diào)用時(shí)，必須先從其上一層對(duì)象的調(diào)用開始，由圖知應(yīng)用程序(Application)處于最頂層，故調(diào)用其他對(duì)象必須由此開始，不可跨越層級(jí)進(jìn)行，因?yàn)樯弦粚蛹?jí)包含了下一層級(jí)的屬性和方法，下一層級(jí)并不是對(duì)上一層級(jí)的繼承，跨越層級(jí)調(diào)用會(huì)導(dǎo)致程序出錯(cuò)。

圖2 Inventor API對(duì)象關(guān)系圖

1.4 SQL Sever數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)技術(shù)

升船機(jī)主提升系統(tǒng)含有大量的零部件，將零部件數(shù)據(jù)獨(dú)立出CAD系統(tǒng)可大大提高設(shè)計(jì)效率，有利于不同的應(yīng)用程序借助同一數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交流。本文采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)SQL Sever進(jìn)行數(shù)據(jù)管理[10]。在升船機(jī)主提升系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)過(guò)程中需要達(dá)到C#程序、Inventor與SQL Sever數(shù)據(jù)庫(kù)的互聯(lián)，采用Visual Studio開發(fā)平臺(tái)中集成的ADO(ActiveX Data Objects).NET[11]作為連接通道，以便對(duì)SQL Sever數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)。ADO.NET這一面向?qū)ο蟮木幊探涌?，它使?shù)據(jù)的訪問(wèn)具有多平臺(tái)相互操作性及可伸縮性，其具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 ADO.NET結(jié)構(gòu)

ADO.NET使用多個(gè)對(duì)象對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)，如圖3所示，連接對(duì)象的作用是連接數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)源，也是第一個(gè)與數(shù)據(jù)庫(kù)交互的對(duì)象；命令對(duì)象用于操作數(shù)據(jù)庫(kù)，可創(chuàng)建SQL命令；數(shù)據(jù)閱讀器為ADO.NET中的“快捷鍵”對(duì)象，可從數(shù)據(jù)庫(kù)中快速讀取只讀數(shù)據(jù)且每次僅讀取一行記錄，減少了系統(tǒng)開銷，有利于增強(qiáng)應(yīng)用程序性能；數(shù)據(jù)集對(duì)象為ADO.NET的核心部分，ADO.NET從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)集中并以XML的格式存在，XML文檔可導(dǎo)入、導(dǎo)出數(shù)據(jù)集，使跨越平臺(tái)交流成為可能，具有獨(dú)立于各數(shù)據(jù)源、可以離線形式操作數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的突出特點(diǎn)；數(shù)據(jù)適配器主要起到連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與DataSet的作用。

2 主提升機(jī)構(gòu)數(shù)字化設(shè)計(jì)總體規(guī)劃

2.1 系統(tǒng)開發(fā)概述

升船機(jī)主提升系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)是一個(gè)耦合工程人員設(shè)計(jì)思想、CAD技術(shù)、語(yǔ)言編程及數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)為一體的互聯(lián)互通系統(tǒng)，系統(tǒng)最終可達(dá)到根據(jù)輸入的一些主要參數(shù)高效快速地生成整套升船機(jī)主提升系統(tǒng)三維模型及詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息。

系統(tǒng)基于工程人員的設(shè)計(jì)思想，使用人機(jī)交互模式，使用戶根據(jù)逐層次的提示，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行全部設(shè)計(jì)工作。使整個(gè)操作流程盡可能達(dá)到：具有簡(jiǎn)潔、邏輯清晰的操作界面；菜單、按鈕工具欄的命名言簡(jiǎn)意賅；對(duì)螺母、墊圈、軸承、聯(lián)軸器等標(biāo)準(zhǔn)件無(wú)需建立參數(shù)，可在標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)選擇標(biāo)號(hào)調(diào)用；建立卷筒、制動(dòng)盤、鋼絲繩、電機(jī)等機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)，便于驅(qū)動(dòng)程序的快速調(diào)用；建立具有清晰層次的模板庫(kù)，緊密配合數(shù)據(jù)庫(kù)各零部件屬性信息；出具詳細(xì)說(shuō)明書便于系統(tǒng)后期維護(hù)及開發(fā)。

2.2 升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)模塊劃分

升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)是零部件眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝配體，在數(shù)字化設(shè)計(jì)過(guò)程中每一步驟都緊密聯(lián)系編程語(yǔ)言的復(fù)雜程度，關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)的邏輯性、層次性及難易程度。對(duì)升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)進(jìn)行模塊劃分[12]，使其不僅切合設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)滿足系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中的邏輯性、層次性的需求，是保證升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)數(shù)字化設(shè)計(jì)順利進(jìn)行的重要前提。

對(duì)復(fù)雜裝配體進(jìn)行模塊化劃分，應(yīng)綜合考慮其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能作用對(duì)其進(jìn)行分級(jí)劃分。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上，多個(gè)單一零件組成組件，多個(gè)組件組成一套裝配體；功能作用上，整體功能由多個(gè)子功能有機(jī)耦合而成，子功能又是多個(gè)單一功能的綜合。從而基于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能作用的共性邏輯對(duì)裝配體進(jìn)行樹狀結(jié)構(gòu)的模塊劃分。

基于上述思想，將升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)劃分為8大模塊：卷筒組、鋼絲繩模塊、減速器模塊、電機(jī)組、滑輪組、制動(dòng)器模塊、聯(lián)軸器模塊及標(biāo)準(zhǔn)件。模塊劃分具體信息如圖4所示。

圖4 升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)模塊劃分

2.3 系統(tǒng)功能邏輯總規(guī)劃

升船機(jī)主提升系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)在功能邏輯層面上采用客戶端/服務(wù)器(C/S)[13]的開發(fā)模式，即分布式的計(jì)算機(jī)處理模式，如圖5所示，以數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器程序?yàn)楹诵牡姆?wù)器啟動(dòng)后，就處于一種響應(yīng)狀態(tài)，隨時(shí)根據(jù)客戶程序的請(qǐng)求做出回應(yīng)。這種功能邏輯結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)：一是可使任務(wù)的執(zhí)行有序分?jǐn)偟娇蛻舳思胺?wù)器之上，客戶端提交請(qǐng)求，服務(wù)器做出響應(yīng)返回結(jié)果；二是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器可獨(dú)立存在、集中管理，客戶端根據(jù)需求使用SQL語(yǔ)句訪問(wèn)數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)庫(kù)可獨(dú)立于客戶端程序，具有靈活的可移植性。

圖5 客戶端/服務(wù)器開發(fā)模式

基于C/S開發(fā)模式，升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)的數(shù)字化設(shè)計(jì)主要由客戶層和數(shù)據(jù)層構(gòu)成?？蛻魧又饕瓿赡Ｐ万?qū)動(dòng)、信息管理及參數(shù)計(jì)算。其中模型驅(qū)動(dòng)部分主要完成升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)的三維模型驅(qū)動(dòng)生成，其主要參數(shù)依據(jù)合同信息輸入；信息管理及參數(shù)計(jì)算部分主要完成升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)各模塊主要參數(shù)的輸入及相關(guān)聯(lián)參數(shù)的計(jì)算、總體布局模板庫(kù)及零部件模板庫(kù)的管理。數(shù)據(jù)層主要用于對(duì)各模塊相應(yīng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)。系統(tǒng)的功能邏輯如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)功能邏輯圖

用戶界面模塊：此模塊可提供人機(jī)交互的界面，便于數(shù)據(jù)庫(kù)管理、各模塊主要參數(shù)設(shè)計(jì)及其他需要用戶給出的數(shù)據(jù)。用戶界面設(shè)計(jì)采用了Inventor自帶的Inventor IStyler和Visual Studio界面耦合的編程技術(shù)，利用MFC類與Inventor API相關(guān)技術(shù)，達(dá)到了數(shù)據(jù)庫(kù)、客戶端之間的融合。

參數(shù)計(jì)算模塊：此模塊是數(shù)字化設(shè)計(jì)核心內(nèi)容之一，根據(jù)用戶界面?zhèn)鬟f的用戶參數(shù)(合同參數(shù))，基于各零部件的參數(shù)關(guān)聯(lián)及相關(guān)準(zhǔn)則進(jìn)行驅(qū)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算，為驅(qū)動(dòng)模型的生成提供數(shù)據(jù)支持。

模型驅(qū)動(dòng)模塊：該模塊亦是數(shù)字化設(shè)計(jì)核心內(nèi)容之一，客戶應(yīng)用程序在Inventor API和ADO.NET等技術(shù)支撐下，從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取相應(yīng)參數(shù)并返回給Inventor IStyler界面，同時(shí)參數(shù)又傳遞到模型驅(qū)動(dòng)程序，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)模型生成。

2.4 系統(tǒng)運(yùn)行框架

升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)數(shù)字化設(shè)計(jì)的功能邏輯結(jié)構(gòu)的確定，明確了數(shù)字化開發(fā)設(shè)計(jì)的邏輯思想，指明了開發(fā)方向。下一步基于此思想進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行框架的搭建，使各開發(fā)層次間有明確的運(yùn)行步驟，保證數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)有序高效地運(yùn)行。

首先，根據(jù)客戶(合同書)提供的主要參數(shù)信息確定總體布局形式，同時(shí)檢索以往項(xiàng)目中是否有同型實(shí)例可用，若有，則可直接借用，否則進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)；其次，根據(jù)總體布局及主要參數(shù)信息確定各劃分模塊的數(shù)據(jù)信息，并依據(jù)參數(shù)關(guān)聯(lián)方程計(jì)算出零部件其他尺寸參數(shù)；再次，基于各參數(shù)的信息選取零部件模板，并將此作為所求新模型的驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)；最后，基于具體的參數(shù)信息，客戶端通過(guò)程序驅(qū)動(dòng)各模板生成所需的零部件，并按照總體布局形式完成替換裝配。系統(tǒng)的運(yùn)行框架如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)運(yùn)行框架圖

3 數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系布局

數(shù)字化系統(tǒng)的開發(fā)目標(biāo)是根據(jù)用戶(合同書)主要參數(shù)，通過(guò)人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)模型實(shí)體的自動(dòng)生成，得到所需的產(chǎn)品。依據(jù)上節(jié)數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能邏輯框架與運(yùn)行框架原理，開發(fā)數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)。軟件體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖8所示。

圖8 軟件結(jié)構(gòu)體系

系統(tǒng)軟件界面按鈕部分：負(fù)責(zé)在Visual Studio 2015集成開發(fā)環(huán)境中加載進(jìn)合同信息、結(jié)構(gòu)形式、總體布局方案及各模塊零部件參數(shù)化界面的按鈕，該功能通過(guò)Add-In插件的方式，以菜單欄和工具條的形式加載。

數(shù)據(jù)庫(kù)部分：依據(jù)模塊劃分的層次錄入各模塊零部件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，為第三方軟件提供數(shù)據(jù)的讀取、存儲(chǔ)、刪除等交流功能，是模型參數(shù)化驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

靶向模板部分：某模塊零部件型號(hào)選定后，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)里此零部件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，在模板庫(kù)里找到相應(yīng)的同型號(hào)模板并打開。

模型驅(qū)動(dòng)部分：通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取各模塊零部件參數(shù)并基于關(guān)聯(lián)參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將其賦予靶向模板，利用Inventor的實(shí)體造型部分，驅(qū)動(dòng)模板生成新的模型并命名及存儲(chǔ)。

以Visual Studio 2015集成開發(fā)環(huán)境作為軟件開發(fā)平臺(tái)，采用C#語(yǔ)言進(jìn)行應(yīng)用程序的編寫，通過(guò)Inventor API技術(shù)與Inventor內(nèi)部程序進(jìn)行交流，通過(guò)ADO.NET技術(shù)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)信息，最終實(shí)現(xiàn)升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)。

3.2 模板庫(kù)及數(shù)據(jù)庫(kù)的建立示例

模板庫(kù)是系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模型生成的基礎(chǔ)源頭，與升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)各模塊的零部件一一對(duì)應(yīng)，建立零部件所有類型的模板，使數(shù)據(jù)庫(kù)讀取的參數(shù)信息能對(duì)應(yīng)到相應(yīng)模板上，從而保證模型驅(qū)動(dòng)的順利進(jìn)行[14]。這一過(guò)程工作量龐大且程序復(fù)雜，對(duì)每個(gè)零部件的建模應(yīng)確定明確的關(guān)鍵幾何參數(shù)與非關(guān)鍵幾何參數(shù)，并建立二者間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使關(guān)鍵幾何參數(shù)的改變帶動(dòng)非關(guān)鍵幾何參數(shù)的相應(yīng)改變，這一過(guò)程完成后要通過(guò)實(shí)際改變關(guān)鍵幾何參數(shù)去驗(yàn)證，保證模板庫(kù)對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確性[15]。以卷筒為例說(shuō)明零件模板庫(kù)建立的注意事項(xiàng)：卷筒組因提升繩、平衡繩的數(shù)量不同劃分為三提升繩卷筒及四提升繩卷筒兩大類，盡管提升繩的數(shù)量可用同一參數(shù)進(jìn)行表示，但每類模型壓板孔的定位尺寸很難確定，導(dǎo)致參數(shù)化實(shí)施困難。故將三提升繩卷筒及四提升繩卷筒劃分為兩類模板，使其容易選型及正確參數(shù)化建模，為模型力學(xué)分析的無(wú)縫銜接帶來(lái)方便。

升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)數(shù)字化設(shè)計(jì)采用SQL Sever作為各模塊零部件的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，為前臺(tái)程序參數(shù)的傳遞及后臺(tái)模型尺寸的驅(qū)動(dòng)提供數(shù)據(jù)支持。SQL Sever數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)具有支持多客戶訪問(wèn)的編程接口，客戶不僅可對(duì)其中數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)，還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、刪除及插入等編輯操作，具有良好的圖形用戶界面，方便數(shù)據(jù)的可視化管理。升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)具有繁多的零部件數(shù)據(jù)信息，在Inventor二次開發(fā)過(guò)程中將數(shù)據(jù)信息獨(dú)立出來(lái)進(jìn)行分類分層次管理并借助SQL Sever數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效利用，便于數(shù)據(jù)的即時(shí)管理。

升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)含有卷筒組、鋼絲繩模塊、減速器模塊、電機(jī)組、滑輪組、制動(dòng)器模塊、聯(lián)軸器模塊及其他標(biāo)件八大模塊，不同模塊下的同一零件含有多種系列，在數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)每種系列均需建立一張數(shù)據(jù)表。以自動(dòng)盤模塊的各系列為例展示SQL Sever數(shù)據(jù)模型樹及數(shù)據(jù)表明細(xì)如圖9所示。

圖9 SQL Sever中制動(dòng)盤模塊系列型號(hào)

3.3 系統(tǒng)入口界面實(shí)現(xiàn)

打開Visual Studio 2015集成開發(fā)環(huán)境下編寫的應(yīng)用程序，如圖10所示，展示的是快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能下的應(yīng)用程序界面，同樣地在卷筒計(jì)算、SQL_search、參數(shù)化與裝配功能模塊下也對(duì)應(yīng)著完整的開發(fā)程序。點(diǎn)擊啟動(dòng)，則開始執(zhí)行設(shè)計(jì)程序，如圖所示，首先進(jìn)入登錄界面，設(shè)置此界面是保證信息安全性的基礎(chǔ)條件之一，只有在正確的用戶名及密碼輸入的情況下才可繼續(xù)執(zhí)行程序進(jìn)入設(shè)計(jì)界面。

圖10 系統(tǒng)入口界面

登錄成功后方可開始新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，按照開發(fā)人員習(xí)慣性設(shè)計(jì)流程，在設(shè)計(jì)前需確定下來(lái)新項(xiàng)目的名稱、產(chǎn)品編號(hào)、設(shè)計(jì)部門、參與人員、交付單位等明細(xì)，并設(shè)置項(xiàng)目存儲(chǔ)路徑以便于項(xiàng)目的進(jìn)一步管理，如圖11所示，為保證必要信息的填寫完整，設(shè)定了約束提醒，信息填寫完備方可進(jìn)入下一步流程。

圖11 新項(xiàng)目錄入界面

3.4 系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)界面實(shí)現(xiàn)

主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)總布局界面的實(shí)現(xiàn)：上節(jié)中，項(xiàng)目明細(xì)界面預(yù)留出了界面跳轉(zhuǎn)按鈕“合同信息”，點(diǎn)擊后則進(jìn)入合同信息錄入界面，即主參數(shù)(合同參數(shù))的輸入窗口。如圖12左圖所示，為方便工程人員有條理性地錄入?yún)?shù)，對(duì)參數(shù)類別進(jìn)行了界面分層，與相對(duì)位置信息有關(guān)的參數(shù)歸為一層次，與載荷信息有關(guān)的參數(shù)歸為另一層次，這一界面所有數(shù)據(jù)的錄入均為合同信息所提供。保存合同信息錄入的數(shù)據(jù)后，界面自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至結(jié)構(gòu)總布局界面，如圖12右圖所示，此處將卷筒模塊、減速器模塊、電機(jī)組、滑輪組、制動(dòng)器模塊等需求數(shù)量或基本形式進(jìn)行錄入，以確定結(jié)構(gòu)基本布局，為接下來(lái)各零部件信息的細(xì)化及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算提供依據(jù)。

圖12 主要參數(shù)錄入界面

各模塊零部件信息錄入及相關(guān)參數(shù)計(jì)算界面：依據(jù)升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)合同的基本信息及結(jié)構(gòu)布局的設(shè)定，進(jìn)行每一模塊的詳細(xì)信息錄入，即確定主要參數(shù)和關(guān)聯(lián)參數(shù)的計(jì)算，各模塊以快捷菜單形式集中排列于界面上端，下一模塊的信息錄入界面會(huì)在上一模塊錄入完成后自動(dòng)跳轉(zhuǎn)，直至驅(qū)動(dòng)界面。首先進(jìn)行鋼絲繩信息的錄入，可根據(jù)其直徑、材料、最大拉力等多種特性進(jìn)行選型；其次依次進(jìn)行電機(jī)、減速器、制動(dòng)器及聯(lián)軸器的信息錄入；再次依據(jù)相關(guān)信息進(jìn)行卷筒厚度的計(jì)算及選型，并確定滑輪組的動(dòng)定信息；最后進(jìn)入驅(qū)動(dòng)界面進(jìn)行模型驅(qū)動(dòng)前的相對(duì)位置信息調(diào)整。如圖13所示，展示出部分模塊信息錄入時(shí)的界面。

圖13 模塊信息錄入界面

待各模塊主要參數(shù)信息錄入及相關(guān)計(jì)算完成后，依據(jù)自上而下的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行模型的驅(qū)動(dòng)生成，如圖14所示，展示出總布局草圖與模型生成的界面。

圖14 模型驅(qū)動(dòng)生成界面

4 結(jié)論

針對(duì)多焊接件大型裝配體在生產(chǎn)制造過(guò)程中的共性特點(diǎn)，以升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，搭建起數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)，得出：

①自上而下的設(shè)計(jì)方法及模塊分組劃分使焊接零部件繁多的升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)易于歸類有序管理、層次分明；

②焊接零部件模板庫(kù)的建立工作量大、信息量多，采用SQL Sever數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)將各模塊零部件信息及關(guān)聯(lián)參數(shù)信息獨(dú)立出來(lái)統(tǒng)一管理，可正確高效地在驅(qū)動(dòng)端與響應(yīng)端之間調(diào)用；

③在Inventor API技術(shù)、COM開發(fā)組件技術(shù)及ADO.NET技術(shù)支撐下可高效靈活地在程序驅(qū)動(dòng)端、軟件響應(yīng)端及客戶數(shù)據(jù)端之間建立互聯(lián)互通路徑;

④升船機(jī)主提升機(jī)構(gòu)數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)可很好地進(jìn)行運(yùn)行，以顯示化界面為主要信息錄入或計(jì)算向?qū)В敝硫?qū)動(dòng)模型的生成，體現(xiàn)出系統(tǒng)選型計(jì)算及模型驅(qū)動(dòng)的高效性。