胡 迪，羅 輝，張 偉，申逸騁

（合肥工業(yè)大學(xué) 智能制造技術(shù)研究院，安徽 合肥 230000）

0 引言

參數(shù)化設(shè)計可提高設(shè)計效率，其基本原理是：采用三維模型與程序控制相結(jié)合的方式，根據(jù)零件或組件的設(shè)計要求，建立一組能控制三維模型形狀和拓?fù)潢P(guān)系的設(shè)計參數(shù)，參數(shù)化程序通過對零件或組件的設(shè)計參數(shù)編程來實(shí)現(xiàn)設(shè)計參數(shù)的檢索、修改以及三維模型的再生［1］。

Creo是目前最流行的三維CAD軟件之一，也是國內(nèi)外CAD／CAM軟件中用戶數(shù)最多的軟件之一，提供了 Creo／Toolkit、VB API、J-Link等多種二次開發(fā)接口［2－5］，方便用戶通過 C／C＋＋、Basic、Java等常用開發(fā)語言進(jìn)行系統(tǒng)的二次開發(fā)。針對Creo二次開發(fā)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計問題，國內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究。臧巖［6］使用Pro／Toolkit構(gòu)建了注塑模架的參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了模架設(shè)計的自動化。張文彬等［7］使用Creo／Toolkit實(shí)現(xiàn)了階梯軸零件的參數(shù)化變型設(shè)計。李潤泉等［8］則依托Creo／Toolkit實(shí)現(xiàn)澆口套零件的參數(shù)化變型設(shè)計。孫太良［9］基于Creo二次開發(fā)了外嚙合圓柱齒輪優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)。以上利用Creo／Toolkit二次開發(fā)工具進(jìn)行二次開發(fā)的參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)多聚焦于某些具體零件的參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)，當(dāng)需要擴(kuò)充參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)庫時，需要重新修改代碼，以至于開發(fā)的產(chǎn)品使用范圍受限，靈活度大打折扣。此外，Creo／Toolkit使用C語言進(jìn)行開發(fā)，其開發(fā)周期長，學(xué)習(xí)曲線相對陡峭，也限制了行業(yè)從業(yè)人員參與系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)。

Excel作為電子報表工具，內(nèi)置宏計算和VBA二次開發(fā)工具，在產(chǎn)品設(shè)計和工程計算中得到了廣泛的應(yīng)用，是企業(yè)常用的設(shè)計開發(fā)工具之一［10－13］。本文使用Creo提供的VB API開發(fā)接口，在Excel平臺下開發(fā)零件參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)一套易于擴(kuò)展和維護(hù)的零件參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)。

1 零件參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)分析

1.1 設(shè)計流程

參數(shù)化設(shè)計的零件在構(gòu)型上相同，設(shè)計過程主要是對各尺寸進(jìn)行修改，故零件參數(shù)化設(shè)計主要由“確定構(gòu)型”到“確定參數(shù)”兩個步驟組成。設(shè)計人員首先在參數(shù)化設(shè)計庫中選擇與設(shè)計目標(biāo)一致的零件三維模型，確定通用件構(gòu)型，獲取須修改的主要參數(shù)。在確定參數(shù)后，通過系統(tǒng)計算或直接輸入確定所有參數(shù)值。最后，通過參數(shù)化設(shè)計接口在Creo中對已有模型進(jìn)行修改，獲得最終的設(shè)計結(jié)果。零件參數(shù)化設(shè)計流程如圖1所示。

1.2 關(guān)鍵模塊

參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)主要包含兩個關(guān)鍵模塊：一是參數(shù)修改模塊，主要用于確定需要修改的參數(shù)及其數(shù)值；二是零件信息快速查找模塊，能夠幫助設(shè)計人員快速找到需要修改的零件。

1.2.1 參數(shù)模塊修改

與用戶直接使用CAD工具畫圖不同，參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)并不需要在三維模型中確定所有尺寸參數(shù)，利用零件尺寸與一些工程參數(shù)（壓強(qiáng)、力、材料牌號以及相關(guān)的某一配合或驅(qū)動尺寸等）的相關(guān)性可以確定部分關(guān)鍵尺寸參數(shù)，另外諸如倒角等一些尺寸無需修改。由于參數(shù)間存在一定的關(guān)聯(lián)性，參數(shù)的修改主要包括以下兩種類型：

（1）主動修改。必須人工輸入?yún)?shù)的值，所有直接參數(shù)及部分間接參數(shù)均需通過此類修改方式進(jìn)行修改。參數(shù)修改的方式有兩種，一種為設(shè)計人員根據(jù)實(shí)際情況輸入任意數(shù)值，另一種為已標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)，用戶只能在定義好的表格數(shù)據(jù)中選取合適的數(shù)值。

（2）聯(lián)動修改。部分參數(shù)之間存在一定的關(guān)系，某些參數(shù)值可以根據(jù)相關(guān)參數(shù)值通過一定的映射進(jìn)行修改，如在缸體的設(shè)計過程中，壁厚尺寸值可通過內(nèi)部液體的壓強(qiáng)值計算得出，無需人工填寫。由于Creo提供了關(guān)系這一工具，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的關(guān)聯(lián)功能，故只要在模型中設(shè)置好關(guān)系，確定需要主動修改的參數(shù)后聯(lián)動修改即可直接計算得到關(guān)聯(lián)的參數(shù)。

參數(shù)值的修改流程如圖2所示。用戶根據(jù)實(shí)際情況，首先輸入主動修改的參數(shù)值；之后系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定好的關(guān)系計算得到聯(lián)動修改參數(shù)的值；最后通過參數(shù)化設(shè)計接口在三維軟件系統(tǒng)下修改已有模型的相關(guān)尺寸，完成參數(shù)的修改過程。

圖1 零件參數(shù)化設(shè)計流程

圖2 參數(shù)值的修改流程

1.2.2 零件信息快速查找模塊

參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)需考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和維護(hù)性，應(yīng)只需一次編碼后僅需維護(hù)零件庫和相關(guān)參數(shù)設(shè)計信息即可。零件信息快速查找模塊的關(guān)鍵技術(shù)包括以下兩個方面：

（1）零件通用信息模板的建立。確保所有零件的信息能夠以標(biāo)準(zhǔn)化的方式保存，由模板記錄零件的路徑以及相關(guān)參數(shù)的名稱、類型等信息，如圖3所示。

圖3 零件通用信息模板

（2）零件庫的建立。Excel文件本身與數(shù)據(jù)庫有點(diǎn)類似，一個Excel文件即一個工作簿，包含了多張工作表，每個工作表均能記錄獨(dú)立的信息，并且各工作表之間的信息可以互相關(guān)聯(lián)。故為便于維護(hù)，系統(tǒng)不使用專業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，將所有的信息均存放在一個單獨(dú)的文件中，每個零件的信息以標(biāo)準(zhǔn)化模板的形式保存在對應(yīng)的工作表內(nèi)，在工作表內(nèi)進(jìn)行參數(shù)的修改；在Excel工作簿內(nèi)設(shè)置一個工作表專門進(jìn)行零件選擇和零件的生成等操作。零件庫的構(gòu)架如圖4所示。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 開發(fā)環(huán)境設(shè)定

系統(tǒng)使用 Creo 2.0M060和 Excel 2016進(jìn)行開發(fā)，需要一定的配置后方能進(jìn)行代碼編寫。

2.1.1 VB API環(huán)境配置

系統(tǒng)使用VB API對Creo進(jìn)行二次開發(fā)，需要首先配置VB API的開發(fā)環(huán)境，主要包括以下3個步驟：

（1）設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境變量。添加PRO＿COMM＿M(jìn)SG＿EXE到環(huán)境變量，變量值填寫pro＿comm＿msg.exe所在的路徑加文件全名。pro＿comm＿msg.exe位于CREO安裝目錄中Common Files＼datecode＼machine type＼obj目錄下。

（2）注冊COM服務(wù)器。以管理員權(quán)限運(yùn)行CREO安裝目錄下Parametric／bin中的vb＿api＿register.bat文件即可。如需反注冊，以管理員權(quán)限運(yùn)行vb＿api＿unregister.bat即可。

（3）配置選項。該步可選，主要解決二次開發(fā)過程中使用函數(shù)進(jìn)行重生操作出現(xiàn)的IpfcXToolkitBadContext錯誤，在CREO配置編輯器中將選項regen＿failure＿h(yuǎn)andling的值設(shè)為resolve＿mode。

圖4 零件庫的構(gòu)架

2.1.2 添加VB API項目引用

代碼在Excel內(nèi)嵌VBA環(huán)境下編寫，首先要添加VB API項目引用。打開Excel內(nèi)嵌的宏編輯器，點(diǎn)擊工具－引用菜單，在彈出的對話框中選中“Creo VB API Type Library for Creo Parametric”即可，如圖5所示。

圖5 添加Creo VB API引用

2.2 關(guān)鍵代碼實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主要包含模型的快速檢索、Creo會話操作、Creo模型操作、參數(shù)修改等四部分關(guān)鍵內(nèi)容。

（1）模型的快速檢索。如前文所述，模型庫中每個模型對應(yīng)一個Excel工作表，工作表名為模型的模板名稱，系統(tǒng)通過讀取所有的工作表名形成模型庫清單供用戶選取，其關(guān)鍵代碼如下：

Private Sub Worksheet＿Activate（）

Dim s As String

Dim i As Integer

s＝""

For i＝2To Sheets.Count

s＝s ＆Sheets（i）.Name ＆ "，"

Next

s＝Left（s，Len（s）－1）

Range（"A6"）.Select

With Selection.Validation

.Delete

.Add Type：＝xlValidateList，F(xiàn)ormula1：＝s

End With

End Sub

（2）Creo會話操作。VB API只能使用異步模式進(jìn)行開發(fā)，系統(tǒng)首先需要創(chuàng)建一個會話再進(jìn)行Creo的相關(guān)操作。由于VBA環(huán)境使用老式的vb6的語法，因此代碼與VB API的語法稍有不同，如對對象的賦值需要使用Set語句進(jìn)行賦值等。新建會話關(guān)鍵代碼如下：

Dim asyncConnection As IpfcAsyncConnection

Dim cAC As CCpfcAsyncConnection

Dim baseSession As IpfcBaseSession

Dim creoapp As String

creoapp＝Sheets（"計算界面"）.Range（"B3"）＋"－g：no＿graphics－i：rpc＿input"／／參數(shù)表示不顯示Creo界面

Set cAC＝New CCpfcAsyncConnection

Set asyncConnection＝cAC.Start（creoapp，""）

Set baseSession＝asyncConnection.Session

（3）Creo模型操作。系統(tǒng)首先將模板文件復(fù)制到用戶指定的目錄，之后在新建的會話中打開模型并進(jìn)行參數(shù)操作，其關(guān)鍵代碼如下：

Dim model As IpfcModel

Dim modelDesc As IpfcModelDescriptor

Dim retrieveModelOptions As IpfcRetrieveModelOptions

Dim cmodelDescriptor As New CCpfcModelDescriptor

Dim cretrieveModelOptions As New CCpfcRetrieveModelOptions

outputfile＝Sheets（"計算界面"）.Range（"B4"）

modelname＝Sheets（"計算界面"）.Range（"A6"）

modelfile＝Sheets（modelname）.Range（"B2"）

Call FileCopy（modelfile，outputfile）

Set modelDesc＝cmodelDescriptor.Create（EpfcModelType.EpfcMDL＿PART，""，""）

modelDesc.Path＝outputfile

Set retrieveModelOptions＝cretrieveModelOptions.Create

retrieveModelOptions.AskUserAboutReps＝False

Set model＝ baseSession.RetrieveModelWithOpts（modelDesc，retrieveModelOptions）

（4）參數(shù)修改。這是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的最核心部分，系統(tǒng)讀取工作表中相關(guān)參數(shù)信息對模型進(jìn)行修改，其關(guān)鍵代碼如下：

For i＝4To Sheets（modelname）.UsedRange.Rows.Count

Call Modifiy＿Param（model，Sheets（modelname）.Range（"A"＋Trim（Str（i））），Sheets（modelname）.Range（"B"＋Trim（Str（i））），Sheets（modelname）.Range（"C"＋Trim（Str（i））））

Next

Private Sub Modifiy＿Param（model As IpfcModel，ParamName As String，ParamType As String，ParamValue As String）

Dim iParameterOwner As IpfcParameterOwner

Dim iParamValue As IpfcParamValue

Dim cmodelItem As New CMpfcModelItem

Dim parameter As IpfcParameter

＇Create iParamValue類

If（ParamType＝"浮點(diǎn)型"）Then

Set iParamValue ＝ cmodelItem.CreateDoubleParamValue（CSng（ParamValue））

ElseIf（ParamType＝"整形"）Then

Set iParamValue＝cmodelItem.CreateIntParamValue（CLng（ParamValue））

ElseIf（ParamType＝"字符串"）Then

Set iParamValue＝cmodelItem.CreateStringParamValue（ParamValue）

ElseIf（ParamType＝"布爾型"）Then

Set iParamValue＝cmodelItem.CreateBoolParamValue（CBool（ParamValue））Else

Set iParamValue＝cmodelItem.CreateNoteParamValue（CLng（ParamValue））

End If

Set iParameterOwner＝model

Set parameter＝iParameterOwner.GetParam（ParamName）

Call parameter.SetScaledValue（iParamValue，Nothing）

End Sub

3 工程應(yīng)用實(shí)例

在上述研究的基礎(chǔ)上，綜合設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了液壓機(jī)板材參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，系統(tǒng)主要操作界面如圖6所示。

圖6 液壓機(jī)板材參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)主要操作界面

設(shè)計人員首先在圖6的下拉框中選擇需要生成的零件，同時修改文件保存路徑；打開如圖7所示的對應(yīng)工作表，修改參數(shù)值；確定參數(shù)之后，點(diǎn)擊圖7上的生成按鈕，系統(tǒng)會自動修改參數(shù)生成對應(yīng)的模型。如果用戶需要添加新零件時，可以新建一個工作表，按照圖7的內(nèi)容模板添加修改對應(yīng)的文件、參數(shù)等信息，即可完成零件庫的增加操作。

圖7 參數(shù)修改界面

4 結(jié)語

本文闡述了利用Excel二次開發(fā)Creo的設(shè)計流程和方法，并利用Creo提供的VB API接口開發(fā)了一套零件參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)。開發(fā)的系統(tǒng)編碼簡單，同時具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，無需修改源碼即可完成參數(shù)化設(shè)計零件庫的維護(hù)，有利于技術(shù)員的掌握、維護(hù)和擴(kuò)充。該系統(tǒng)能夠節(jié)省設(shè)計時間，提高設(shè)計效率。此外，本文的二次開發(fā)方式相較基于Creo／Toolkit的二次開發(fā)具有易于理解、編程和維護(hù)方便等特點(diǎn)，也為開發(fā)人員提供了新的二次開發(fā)思路。