基于MasterCAM的足球实体造型--《新技术新工艺》2012年04期
基于MasterCAM的足球实体造型
【摘要】：足球运动是目前全球体育界最具影响力的体育运动之一,被誉为当今世界第一运动。但在加工行业中,很少人能够利用Mastercam软件将其形状绘制出来。本文根据足球外形特点,进行了角度及尺寸分析,参数计算,充分利用MasterCAM软件的优势,快速完成了足球实体的造型。
【作者单位】：
【分类号】：TP391.72
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产品的几何模型和参数化特征建模及应用
作者/来源：肯富来水泵&&&发表时间： 09:01:51
一、产品的几何模型与面向对象的特征描述&几何模型是产品结构在计算机中的实现，目前佛山水泵厂比较常用的有B-Rep、CSG(DSG)、变量几何和特征表示等方法。B-Rep(BoundaryRepresentation)中形体由边界信息如面、边、点组成，但不利于几何推理。CSG(ConstructiveSolidGeometry)中利用柱体、管体、锥体等比较简单的形体通过一定的操作生成复杂的形体，语义关系明确，但具有表示的不唯一性。DSG(DestructiveSolidGeometry)是CSG的变种，和CSG不同之处在于从坯料出发进行类似于机加工活动的&削减&行为，但同样具有表示的不唯一性。近年来在产品模型技术领域又引入了特征建模技术，它能在几何模型基础上进一步抽取出高层信息，建立表达非几何信息（公差、精度、材料等）的产品模型，为C3P集成提供信息基础。本文采用了面向对象形式的特征描述方法，将特征以对象或类的形式表示。一个对象或类用相关属性和方法来定义，属性描述对象或类的性质，方法表示对象的动态行为特征、处理过程性知识。对象或类所包含的信息分为公有（public)和私有（private)两种，能被其它对象或类所获取的信息作为公有信息，其访问权限是公有的；被特殊对象或类所继承获取的信息则只能作为私有信息，具有私有的访问权限。下面以水泵主轴上的键槽特征定义为例说明面向对象形式特征的表示框架:&图1：框架在水泵关键零件的特征建模中，由于特征几何数据较多，为简化特征对象，将特征几何数据存放在特征库中，在特征对象中只存取特征标识号。在用到几何数据时，根据特征标识号在特征库中提取特征几何信息。&二、参数化特征建模及应用1、参数化建模技术的应用（1）参数化建模技术参数化建模是几何建模的一个发展方向，也可作为特征的一项特殊内容，将其归入特征造型范畴。它可大大提高肯富来水泵模型生成和修改的速度，在水泵产品的系列化、相似设计及专用CAD系统开发等方面具有较大应用价值目前参数化建模方法主要有变量几何法和基于结构生成历程的方法，后者是通过记录模型生成过程中的所有信息，且将记录的定量信息作为变量化参数，当赋予参数不同的值时，自动查询图形数据库，更新模型生成历程，得到不同大小或形状的几何模型。基于模型的生成历程进行参数化建模时，可被参数化的对象是历程树中所包含的基本模型数据和各种运算参数。参数化的尺寸及施加的各类约束保留在模型生成历程中，可参数化的基本模型数据是各种体素特征尺寸和平面图形的几何尺寸，中间模型或最终模型是运算生成的，所以历程树中这类模型内包含了各类运算参数，参数形式与布尔运算、扫描变换、倒圆和倒角以及各种定位操作等运算类型有关。&另外，3D参数化模型是由几何模型和约束信息两大部分组成的。根据几何尺寸约束和拓扑信息模型构造的先后次序，亦即它们之间的依存关系，参数化实体建模可划分为两类。一类是几何约束作用在具有固定拓扑结构形体的几何体素上，几何约束值不改变几何模型的拓扑结构，而是改变儿何模型的公称大小。这类参数化建模系统以B-rep为其内部表达的主模型。另一类是先说明参数化模型的几何构成要素及它们之间的约束关系，而模型的拓扑结构是由约束关系决定的。这类参数化建模系统以CSG表示法作为内部主模型，可以改变水泵实体模型的拓扑结构，并且便于以过程化的形式记录构造的整个过程。&图2：叶片工作面曲面特征图3：零件胚特征的生成（2）水泵叶轮基于特征的参数化实体建模的单吸式叶轮总体划分为三大特征：前盖板、叶片、后盖板（与轮毂连为一体）；双吸式叶轮则划分为盖板、叶片和轮毂三大特征。各个特征间通过布尔运算完成参数化实体建模。其中，叶片特征的造型是根据轴面投影及叶片绘型来确定的，而前盖板和后盖板则根据相应的不同结构类型，选用不同的方法或直接从特征库中提取相应的几何信息完成参数化造型。&2、三维造型软件的应用实践随着计算机技术的发展，己出现了多种可用于机械零件三维造型商用软件。就基于Windows95/98或NT平台的新一代二维CAD系统，就有UGII、Pro/Engineering、Solidworks、MDT等，它们具有较强的特征树编辑、修改功能和二维参数化功能。构成零件的基本结构单元，将其分成三种类型：草图特征、放置特征和定位特征，虽然大部分三维造型软件己具有基于特征的参数化实体造型以及相应的装配功能，但直接利用通用的三维造型软件仍然无法完成专用水泵产品的并行设计及其上下游设计的信息传递。
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基于SOLIDWORKS的齿轮参数化实体模型设计
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基于三维参数化特征造型的齿轮减速器智能CAD系统的研究
南京理工大学 硕士学位论文 基于三维参数化特征造型的齿轮减速器智能CAD系统的研究 姓名：戴陈 申请学位级别：硕士 专业：机械制造及其自动化 指导教师：范元勋
南泉理Ｔ夫学倾｝．学位论文堆于Ｉ维参数化特玎进，掣的凶轮减虚器智能Ｃａ，Ｄ系镜的｛卅，Ｃ摘要随着计算机辅助设计技术的发展，以参数化、智能化、三维化为毛要特征的现代 ＣＡＤ已成为机械设计和制造的重要手段。本论文在已有减速器设计的基本理论肇础 上，用智能ＣＡＤ的理念将专家系统与三维ＣＡＤ通用软件ＳｏｌｉｄＥｄｇｅ集成，利用ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０进行二次开发，结合数据库技术，建立圆柱齿轮减速器三维参数化ＣＡＤ专家系统。该系统符合现代技术的发展要求，系统的完成利于在教学中更好地指导学生进行课程设计，同时对提高圆柱齿轮减速器的生成效率、设计质量等具有一定的实｝｝ｊ价值。本文重点完成如下工作： ｌ、根据齿轮减速器设计流程，按专家系统理论建立齿轮减速器号家系统模掣， 同时将系统分为设计计算专家系统和结构设计专家系统两人模块，并分别作深入研究。 ２、利用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ６．０构建实时化、可视化、图形化的齿轮减速器争家系统。探讨不同知识的预处理、数据库操作等问题，并运用面向对象的知识表示方法建屯了浅轮减速器专家系统的知识库以及与之相适应的推理机，从『ｆｊ）提高了设ｉｆ的可靠竹和可 动性。 ３、用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ６．０对ＳｏｌｉｄＥｄｇｅＶ１７进行二次丌发，采用设计变棼弓程序设计相结合法实现三维模型的参数化设计。分析齿轮减速器总装配及各部件之Ｍ的结构尺寸的约束关系，在齿轮减速器装配模板设计中运用自顶向Ｆ以及［１底向Ｉ：的设计方法，分别建立零件模板和轴系装配模板和总装配模板。关键词：齿轮减速器：ＣＡＤ：三维参数化设计；专家系统南京理Ｔ人学坝卜学位论文革于二维参敌化特秆造掣的托轮减建擀智能ＣＡＤ系镜的”，￡ＡｂｓｔｒａｃｔＡｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ．ｔｈｅ ＣＡＤｂｅｃｏｍｅｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｔｏｏｌ ｉｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｉｔｓ ｍａｉｎｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｐａｒａｍｅｔｅｒ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｅｎｄｓ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ｕｐ ｔｈｅｒｅｄｕｃｅｒ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ 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的发展产生了极大的影响，同时也使传统产业面临新的挑战。制造业的信息化，即利用信息技术改造传统产业，对国民经济的发展具有深远的战略意义。作为制造业信息化的重要内容，ＣＡＤ技术的应用与开发己成为现代企业缩短产品丌发周期、提高设计质量、降低产品成本，乃至提高企业技术创新能力的有效途径。目ｆｉＩＪ＇ＣＡＤ技术在各行各业已得到了广泛的应用，并带来了显著的社会效益与经济效益。ＣＡＤ技术在工业生 产中的整体水平已成为国家科学技术发展的重要标志之一。随着科学技术的进步，ＣＡＤ技术伴随着计算机技术的发展而小断地向日ｉ发艟。从发展历程来看，ＣＡＤ技术已经历了四个发展阶段： （１）５０年代后期，ＣＡＤ技术起步，其主要功能是二维绘图： （２）６０年代未期至７０年代中期，是机械ＣＡＤ技术的成熟阶段，其｛一要功能仍 为二维绘图，但已丌始对三维几何造型进行研究； （３）７０年代术期到９０年代初期，以３２位工作站为基础的机械ＣＡＤ系统发肢很快，其主要功能己发展到二维绘图、三维造型设计及基本分析计算： （４）９０年代后期，适用于微机的机械ＣＡＤ系统应运而７－并成为发展的｝流， 系统可以集成全部的绘图、编辑、三维造型、分析计算及后处理等功能。目莉ＣＡＤ 技术』下向着参数化、智能化、三维化，集成化、｝Ｉ）９络化和标准化方向发展，即面向设计自动化的方向发展。从技术层面束看，ＣＡＤ技术已发展到第四代Ｈ口观代ＣＡＤ技术（ＭｏｄｅｍＣｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）。现代ＣＡＤ（Ｍｏｄｅｍ ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）已发展成为一ｆ】绢：合中｝应ｊ｝ｊ新技术， 它涉及到以下基础技术：（１）图形处理技术。如二维交互图形技术、三维几何造型技术及其它图形输入输出技术；（２）工程分析技术。如有限元分析、优化设计方法、物理特性计算（如面积、体积、惯性矩等）、模拟仿真以及各行各业中的工程分析等； （３）数据管理与数据交互技术。如数掘库管理、不同ＣＡＤ系统川的数瓤灸换 和接口等： （４）文档处理技术。如文档制作、编辑及文字处理等： （５）软件设计技术。如窗口界面、软件工程规范及其Ｔ－具系统的使用苫。南京理Ｔ人学坝１１学位论文罐于＝维参致化特矿选堂的禹轮减逋：｜｛｝智能ＣＡＤ糸铣的¨‘宄智能ＣＡＤ（ＢⅡ：ＩＣＡＤ）是一种新型的高层次计算机辅助设计方法与技术。它将 人工智能的理论和技术与ＣＡＤ相结合，形成智能化、集成化ＣＡＤ系统，使计算机具有支持人类专家的设计思维、推理决策及模拟人的思维方法与智能行为的能力，从 而把设计自动化推向更高层次。ＩＣＡＤ的发展经历了两个阶段：ＩＣＡＤ的初级阶段一一设计型专家系统；ＩＣＡＤ的高级阶段――面向动态联盟的集成化智能设计系统。这种智能性具体表现为：①智能地支持设计人员，且人机接口也是智能的。系统必须 懂得设计人员的意图，能够检测失误，回答问题，提出建议方案等；②具自推卿能力，使不熟练的设计人员也能做出好的设计柬。三维参数化的智能ＣＡＤ系统足现代 ＣＡＤ技术的关键之所在，具有参数化、智能化、三维化等特性。 但是，ＣＡＤ不是完全的设计自动化。ＣＡＤ将人的主导性与创造性放在首要地位，同时充分发挥计算机的长处，并使二者有机的结合起来，因此人机信息交流及交］工工作方式是ＣＡＤ系统最显著的特点。１．２选题背景及课题研究意义近十年柬，人们将制造技术与飞速发展着的信息技术、自动化技术、现代管理技术与系统技术有机结合，逐渐形成了新一代的先进制造技术。今天它已纤成为段＾广‘ 品Ｔ（ｆｉｍｅｔｏｍａｒｋｅｔ），Ｑ（ｑｕａｌｉｔｙ），Ｃ（ｃｏｓｔ），Ｓ（ｓｅｒｖｉｃｅ），Ｅ（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｍ），提岛企业敏捷性、健壮性的关键手段。先进制造技术正推动着制造业进入信息化、ｆｊ动化、 智能化、敏捷化的历史新时期。要提高制造业水平，必须要有先进的设计技术。先进设计技术离不．ｖＦＣＡＤ技术。特别是现代ＣＡＤ技术（Ｍｏｄｃｍ ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）。先进设计技术的发腱必榴推动先进制造技术的发展。 目前，在我国普遍采用二维ＣＡＤ系统。二维ＣＡＤ系统，只有许多优点，如：绘 图规范美观，绘图效率高，图纸修改管理方便等。二维ＣＡＤ系统在“甩掉图板”的初级阶段功不可抹。但二维ＣＡＤ系统与传统的手工绘图一样，存在很多局限性。一方Ｉ囱， 对减少产品设计错误、设计更改和返工现象并无重大影响，对企业最需委的设｝Ｉ质鞋提高并没有多大的作用；另一方面，二维ＣＡＤ难以表达复杂形状的零件苊其足带复杂 曲面的零件，同时难于分析机构的几何关系和运动关系，难以进行装配试验与Ｆ涉榆验，难于进行应力应变分析、有限元分析，难以帮助人们选择设计方案等。 因此从ＣＡＤ的发展束看，用三维建模来表达物体会在上述几个方向发挥史明疆 作用，采用三维ＣＡＤ软件进行设计是必然趋势。当今的三维ＣＡＤ系统，ｎＪ。方便地 设计出所见即所得的三维实体产品模型。有了三维实体模型，町以进行装配和十涉 检查：可以对重要零部件进行有限元分析与优化设计（ＣＡＥ）：可以进行工艺规ｆｎ，Ｌ成南京理Ｔ入学帧Ｉ学位论文皋十二维参数化特衍遗，９的齿轮减速器智能ＣＡＤ手绩价ｌ?ｊＩ’［（ＣＡＰＰ）；可以进行数控］３ｆｆＶ（ＣＡＭ），可以进行快速成型，在做模具之阿就【】ｒ以拿剑实物零件进行装配及测试：可以启动三维、二维关联功能，由三维Ａ续自动７Ｅ成＿二维工程图纸：可以进行产品数掘共享与集成等等。以上功能是＝维绘图无法比拟的。随着计算机硬件性能的不断提高，入门级ＮＴ工作站／ｊ‘１万元左右，加上ｉ维软件造 型功能的不断完善，ＣＡＤ己完成从二维绘图转向三维设计，产生了质的飞跃，臼莳 已进入三维ＣＡＤ的实用阶段。用三维ＣＡＤ／ＣＡＭ系统进行产品丌：发，从根本上改变 了过去手工绘图，凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式。设计构思的表达由二维图纸演变成能在计算机上模拟显示零件三维实体模型的虚拟产品（虚拟样机），这足 一种新的设计和生产技术管理体制，是提高企业竞争能力主要｝段之一。兰维ＣＡＤ软件提供了很强的二次开发工具，用户可在通用ＣＡＤ的基础上，用参数化或变譬化 的方法，根据产品的特点自主丌发自己的专用ＣＡＤ系统等。斟此，三维ＣＡＤ已绐成为计算机辅助设计研究和发展的方向。只有三维ＣＡＤ／ｊ’足真正意义上的ＣＡＤ。目 ｊ；ｉ『，许多高校和科研机构在很多领域应用三维ＣＡＤ进行了大量－二次丌发Ｊ竹＝，以满足了不同层次、不同行业部门的需求。 本课题来源于南通农业职业技术学院的校内教改课题。离职院校特别强调学生 的综合技能的培养。《机械设计基础》课程作为机械类号业的Ｅ干课手订，对学生的 综合能力的培养起着很大的作用。其课程设计（减速器设汁）町以培养学，￡对机械工程产品的分析，设计和应用等多项能力。南通农院既育三年犬争牛又有ｎ年高职生，考虑到该校生源构成及学生的就业岗位的实际需要，《机械设计基础》课耜设 计题目多采用一级斜齿圆柱齿轮减速器为研究对象。原先课程没汁形式为：教帅指 导，学生通过大量的手工逐一单元计算后，再在制图扳上以手工绘图的方式完成： 维平面设计。这种方式不可避兔地造成设计内容繁杂重复，工作量犬，刁；利于学乍技术应用能力的锻炼和创新能力的提高。南通农院此项校内课题的立项思想为，采用先进的没计方法，将现代三维设ｉｆ、 分析与制造的理论及实践全面引入《机械设计基础》课程设汁的教学过程。通过建立齿轮减速器三维模型，并充分利用其参数化的功能，在对其进行装配ｆ涉枪验等 必要的分析后，形成二维工程图，这样可以减少重复计算量，减轻绘图的劳动强度， 且符合人的思维习惯，有利于学生创新形象思维的培养。丌发基于三维参数化特征造型的齿轮减速器智能ＣＡＤ系统，正是出于这样的目的。 本课题研究如何用智能ＣＡＤ的理念将专家系统与ＣＡＤ系统相结合，并延用数 掘库技术，柬构建齿轮减速器三维参数化ＣＡＤ专家系统。通过本课题的研究，期望达到以下效果： （１）为齿轮减速器的设计提供一种全新的｝段和方法，改变原自的ｒ－１－设ｉｆ、南京理Ｔ人学硕ｌ学位论史挂ｆ三绛参数地特衍过型舶齿轮畦缱麟背壁！垒！！至丝竺！一！！！二维设计为三维设计，并在设计中体现引导作用，使设计更为直观、形象、生动， 让学生掌握更先进的设计技术，并能比较系统的运用ＣＡＤ进行产品设计的ｉ）Ｊｌ练，使学生在毕业后能很快的适应社会，更好地满足社会的需要：（２）通过实时人机互动式的三维参数化实体造型设计，使教学手段和教学疗法上～个新台阶，并达到更好的教学及实习效果。在互动式教学和实爿中史彳ｊ效地培 养学生独立分析、思考、解决问题的能力，使学生更好地理解、’掌握零部件的结构 及装配关系；（３）为齿轮减速器生产厂家提高竞争力提供新的设计思路和方法； （４）使学生初步掌握软件丌发的方法，为以后进～步丌展上作打卜．基础。１．３课题研究的方法１．３．Ｉ三维ＣＡＤ软件的选用 目前三维ＣＡＤ支撑软件很多，这些ＣＡＤ吏撑软件以三维造犁为基础，典仃先进的参数化和特征造型的功能，国内常见的三维实体造型软件有：北航海尔ＣＡＸＡ的电子图板和ＣＡＸＡ，ＭＥ制造工程师、北京高华的商华ＣＡＤ、浙江犬天的 ＧＳ．ＣＡＤ９８、广州红地的舍银花系统等。国外常见三维实体造型软件育：ＵｎｉｇｒａｐｈｉｃｓＳｏｌｕｔｉＯＩｌＳ公司的ＵＧＩＩ、ＳＤＲＣ公司的Ｉ－ＤＥＡＳＭａｓｔｅｒＳｅｒｉｅｓ、ＰＴＣ公司的Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｎｅｒ、以色列Ｃｉｍａｔｒｏｎ公司的ＣｉｍａｔｒｏｎＣＡＤ／ＣＡＭ系统、美国ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ公＿』的ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ、ＵＧＳ公司的ＳｏｌｉｄＥｄｇｅ、Ａｕｔｏｄｅｓｋ公司的ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＤｅｓｋｔｏｐ（简称ＭＤＴ）、 美国ＳＤＲＣ公司的Ｉ－ＤＥＡＳ Ｍａｓｔｅｒ Ｓｅｒｉｅｓ等。其中Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉ加ｅｒ、Ｉ?ＤＥＡＳ ＭａｓｔｅｒＳｅｒｉｅｓ、ＵＧＩＩ等大型的集成的ＣＡＤ系统，产品比较成熟，技术较为先进，但价格比较昂炙：而ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ、Ｓｏｌｉｄ Ｅｄｇｅ、ＭＤＴ、Ｃｉｍａｔｒｏｎ等软件，功能不是很强，但却足年｜｜“讪ｈ 道的三维实体造型软件，具有较强的参数化特征造型功能。 选择适合自己的软件，一般应考虑以下几个因素：（１）系统功能与能力配置 目前，市场上支持ＣＡＤ／ＣＡＭ系统的系统软件和支撑软件很多，且大多采用了模块化结构和即插即用的连接与安装方式。不同的功能通过不同的软件模块实现， 通过组装不同模块的软件构成不同规模和功能的系统。因此，要根掘系统的功能爱 求确定系统所需要的软件模块和规模。 （２）软件性能价格比 与硬件系统一样，目前ＣＡＤ／ＣＡＭ软件的生产厂家和供货商很多，１－１５￥功能的 软件，不同厂家生产或不同供货渠道，则在性能价格方．面有较大的差异。闪此，选 定软件产品时，也要进行系统调研与比较，选择满足要求、运｛『稳定可囊、容销ｒ｝４南京理Ｔ人学坝Ｉ‘学位论文毕十＝辨参热化特秆遗掣的戈轮减速嚣智能ＣＡＤ乐镜的?卅豇好、人机界面友好、具有良好性能价格比的产品。同时，要江意欲购软件的版本号，推出Ｒ期以及与以前版本相比功能改进等方面信息。 （３）与硬件匹配性 不同的软件往往要求不同的硬件环境支持。如果软、硬件部需配置，则要宽选 软件，再选硬件，软件决定着ＣＡＤ／ＣＡＭ系统的功能。如果已有硬件，只配软件， 则要考虑硬件能力，配备相应档次的软件。大多数软件分工作站版和微机版，彳）的 是跨平台的，如ＡｕｔｏＣＡＤ， ＩＤＥＡＳ，ＰＲＯ，Ｅ，ＵＧ等分别有工作站版和微机版。（４）二次开发能力与环境为高质、高效地充分发挥ＣＡＤ／ＣＡＭ软件作用。通常部需要进行二次丌发，因此要了解所选软件是否具备二次丌发的可能性，了解软件的丌放性程度，所提供的二次月：发工具，进行二次开发所需要的环境和编程语言’。有的支撑软件捉供争用的 二次开发语言，有的采用通用的汇编语言进行二次开发，Ｉ；ｉ『着的号业性强，学爿和培训量大，但使用效率较高，而后者则相反。 （５）丌放性所选软件应与ＣＡＤ／ＣＡＭ系统中的设备、其它软件和通用数掘庠具有良好的接口、数据格式转换和集成能力，具各驱动绘图机及打印机等设备的接几，典备Ｈ缴能力，便于系统的应用和扩展。除此之外，与硬件系统设计一样，也耍考虑供应商 的发展变换趋势、信誉、经营状况和售后服务能力，是否具肓维护服务机构、手段、 维护服务响应效率，能否提供有效的技术支持、培训、故障手龟修和技术文档资料， 产品的市场占有率和已有用户的反映情况等。（６）可靠性 所选软件应在遇到一些极限处理情况和某些误操作时，能进行相应处理，数据丢失的机会小，恢复数据容易。（７）易操作性设计师对软件的熟悉程度，对软件的了解深度，对软件的应用熟练程瘦的商低等，也是选择三维ＣＡＤ软件的重要因素。由于ＵＧＳ公司的的Ｓｏｌｉｄ Ｅｄｇｅ是基于参数和特征实体造型的新一。代耖Ｌ城设ｉ｝ ＣＡＤ系统，它是为设计人员专门开发的、易于理解和操作的实体造型系统，是一款 真正的Ｗｉｎｄｏｗｓ软件。该软件三维功能也非常强大，与硬件的兼容性很好，且价格适中，因此，本课题选用Ｓｏｌｉｄ Ｅｄｇｅ软件作为丌发平台。１．３．２ ＳｏｌｉｄＥｄｇｅ开发工具的选择ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ利用其事件驱动的编程机制和新颖易用的玎ｒ视化没｝ｆ工具，菇使用Ｗｉｎｄｏｗｓ内部应用程序接口函数，采用动态链接库（ＤＬＬ）、动态数掘交换（ＤＤＥ）、南京理Ｔ入学坳Ｉ学位论盅＝壮十二维参赣化特盯造’蚪的比砣减建嚣智能！垒里垦丝竺型旦对象的链接与嵌入（ＯＬＥ）以及开放式数掘库访问（ＯＤＢＣ）等技术，町以离效、快 速地创建出Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下，功能强大并且具有丰富图形界面的应用软件系统。闪此，本课题选用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ６．０作为Ｓｏｌｉｄ Ｅｄｇｅ丌发工具。１．３．３本课题研究方法 在本课题中将以齿轮减速器为研究对象运用专家系统理论构建整个系统，利｝｝】二次丌发工具Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ６．０将三维ＣＡＤ软件Ｓｏｌｉｄ Ｅｄｇｅ与数据库集成，最终实 现基于三维参数化特征造型的齿轮减速器智能ＣＡＤ系统的设计。 １．３．４本文研究的主要内容目前国内对齿轮减速器ＣＡＤ方面的研究已取得了一定的进展，但多数足缺ｒ＿ 维ＣＡＤ（主要是ＡｕｔｏＣＡＤ）万发的一些系统。对齿轮减速器三维ＣＡＤ方向的研究主要还停留在对齿轮设计及轴系部件的研究层面。而将齿轮减速器整体结构设计作为研究重点的基于三维参数化ＣＡＤ的齿轮减速器专家系统的研究，目前还几乎足空白。本课题将对该领域作重点研究。 本文研究的主要内容有：（１）根据专家系统理论建立齿轮减速器三维ＣＡＤ专家系统。根据专家系统的 组建原则，对齿轮减速器设计进行功能分解，确立系统的整体结构，构建减速器矗三 维ＣＡＤ专家系统结构模型，研究系统的知识库和推理机的建芷方法，以及人机交互界面和解释机制的设计方法； （２）研究齿轮减速器系统设计中相关技术。如；数掘图表等相天知ｉｊ｛的处理疗 法，数掘库操作技术及图形处理技术等； （３）研究在ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０环境下ＳｏｌｉｄＥｄｇｅ的二次丌发方法。分析争家系统与通用的三维ＣＡＤ平台（Ｓｏｌｉｄ Ｅｄｇｅ）的集成的方法及零件三维参数化没汁方法； （４）齿轮减速器三维参数化ｃＡＤ专家系统的实现方法。在研究系统鲐构的馨础上，重点分析面向对象的齿轮减速器没汁计算系统和面向对象的ｒ玎视化、实时化的结构设计系统的实现方法，齿轮减速器三维参数化设计方法以及凶轮减速器罨件（各主要件，标准件等）模型库、部装模型库、总装配模型库的构建方法。６南京删Ｔ人学颇卜学位论空早ｆ二捧参数化特矿造型的齿轮减建器背能ＣＡＤ乐缝的Ｍ，ｆ２专家系统理论及齿轮减速器三维ＣＡＤ专家系统模型的建立 ２．１专家系统理论简介２．１．１专家系统的定义、特征及类型（１）专家系统的定义 所谓专家系统，就是利用存储在计算机内的某一特定领域人类号家的知识，束解决过去需要人类专家爿能解决的现实问题的计算机系统。从结构组成的角度看，专家系统是一个由存放专门领域知识的知识库，和一个能选择和运用知识的推理机制组成 的计算机系统。存放知识和运用知识进行问题求解，是专家系统的两个最摹本功能。（２）专家系统的特征 一般来说，一个高性能的专家系统应具备如下特征；①具有号家水平的々门知 识；②符号处理；③一般问题的求解能力；④复杂度与难度；⑤具有解释功能： ⑥具有获取知识的能力；⑦知识库与推理机相互独立。 各种类型的专家系统都有其各自的特点，但号家系统应具备以Ｆ三个显著特征： ①启发性：不仅能使用逻辑知识，也能使用启发性知ｉ＿｝｛，它运用规范的专门知 识和直觉的评判知识进行判断、推理和联想，实现问题求解； ⑦透明性：使用户在对专家系统结构不了解的情况下，也町以与系统进行午｛ｊ匾交往，并了解知识的内容和推理思路。系统还能回答用户的一牲有关系统自身行为的 问题；③灵活性：专家系统的知识库与推理机相互独立，因此知识库叫‘以不断吸收新知识，并且可以调整有关控制信息和结构，确保推理机与知识库的协调，州时便丁－系统的修改和扩充。 （３）专家系统的类型专家系统可按多种方法进行分类。 按照知识表示技术，专家系统可分为：基于逻辑的专家系统，基于二土见则的々家系统，基于语义网络的专家系统，基于框架的专家系统等。 按照推理控制策略，专家系统可分为：正向推理等家系统，反向推理分家系统，元控制专家系统等。按照所处理的问题类型，专家系统可分为十种类型：①解释翟；②诊断犁：③ 调试型：④维修型；⑤教育型；⑥预测型：⑦规划型；⑧设计型：⑨幽删掣； ⑩控制型。（４）专家系统的结构及组成１４ｌ南京理Ｔ大学碗卜学位论文皋十二雅参敏｜ｔ特缸造掣的出轮减逢器智甓ＣＡＤ系钪的埘Ｉ’￡专家系统的结构是指专家系统整个组成部分的构造方法和组织形式。选择什么结构最为合适，要根据系统的应用环境和所执行任务的特点束确定。专家系统的结构Ｗ所需完成的任务不同而不同，并且系统的结构直接关系到争家系统的适用惟手ｕ放辛。 专家系统一般由知识库，推理机、全局数掘库，解释器．人机接Ｌ１等几部分组成，其 中知识库和推理机是专家系统中的最基本的模块。知识表示的方法不¨，知以库的结 构也不同。推理机用于对知谀库中的知识进行操作，推理机程序与知识表示的方法及知识库结构是紧密相关的，不同的知识表示有不同的推理机。 专家系统结构框图如图２．１所示：图２．Ｉ专家系统结卡句椎幽２．１．２专家系统知识表示方法【４ｌ【５１【６ｌ（１）知识衷示的定义 知识表示，就是知识的符号化和形式化的过程。知识表示方法研究备种数＝执ｌ：结构的设计，通过这种数据结构，把问题领域的各种知识结合到计算机系统的程序设讨的 过程。一般束说，对于同一种知议可以采用不同的表示疗法，反过柬，一种知口｛表示模式可以表达多种不同的知识。 在建造具体专家系统时，选择知识表示方法的原则为：有效地表示问题领域的每 门知识，便于知识的获取和有利于运用知识进行推理。（２）知识表示的特性 从综合的角度柬看，～个好的知识表示应具有下向特性：①ａ聃‘允性：②明确 性；⑨清晰性：④可理解性；⑤方便性。（３）知识表示的方法 目前使用的知识表示方法有很多种，主要宵：逻辑表示法，产生式表示法，语义 网络表示法，框架表示法，面向对象表示法。Ｈ产尘式表示法产生式表示（或规则表示）是目ｄｉ等家系统中使用最广泛的知识表示法，采用这８南京理丁人学颂ｆ?学位论文幕ｆ二辨参数化特玎迓掣的凶轮减建器智能ＣＡＤ系镜的Ｉ卅，￡种表示法的专家系统称为基于规则的专家系统。产尘式表示法一般用ｒ所谓的产生，℃系统。产生式系统最早由ＥＰｏｓｔ于１９４３年提出的，并由ＡＮｅｗｅｌｌ和ＥＡＳｉｍｏｎ ｙ－１９７２ 年引入到人工智能研究领域。现在产生式系统已经在人工智能中得到广泛应用。 产生式系统具有以下特点：①自然性：②一致性；③模块性：④完备性；⑤ 效率不高；⑥解释能力的局限性。 ∞逻辑表示法 逻辑表示法是指各种基于逻辑的知识表示法。逻辑系统是研究从已知为真的事实 出发根据一个公理系统和若干条推理规则推导新的事实的学科，它是源于古代哲学和 数学的研究。逻辑表示法是人工智能中使用较多的知识表示方法。其中一阶谓训表示 法应用最为广泛。这种方法主要用于自动定理证明，问题解答、机器人等领域。 逻辑表示法具有以下特点：①自然性；②明确性；③模块性；④准确性：⑤组合爆炸。ｏ语义网络表示法 在语义网络中用单一的机制来表达事实性的知识和事实ｌ’Ｈｊ的联系这两项内容。从 图论的观点来看，一个语义网络就是一个带标识的有向Ｉ冬ｊ，有向同的结点表示各种尊物、概念、属性及知识实体等。语义网络表示法具有以下特点：①自然性；②完全性；③联想性；④｛Ｆ有效 性；⑤复杂性；⑥推理效率低。 圆框架表示法框架表示法是１９７５年由荚国麻省理工学院Ｍ Ｍｉｎｓｋｙ提出的。实践表明，■人们遇到一个新情况时，人们头脑中有大批表达以前经验和知识的结构，即梧架。为了分析面临的情况或问题，总是从自己的记忆中选择一个合适的框架，然后根据实阳０６ 况对它的细节加以修改、补充、推断，从而形成对问题的认识。为这种通用知ｉｊ｛表示 设计计算机表示的机制称为框架。框架表示法具有以下特点：①自然性；②模块性；③统一性；④｛｝｝青晰性： ⑤一致性不能保证。框架系统中没有统一的数掘结构和良好的语义学錾础，闪此，给知识的一致性和蔽确性检查带束困难。∞面向对象的知识表示法［４１１５１１４２］ ①面向对象的表示法概述由上述分析可知，传统的产生式规则表示知识准确灵活。但是表示对象较为简单， 无法有效地描述复杂对象；传统的语义网络是知识的图解表示。主要描述’葬物『ＩＩｊ的静 态联系：传统的框架实际上是一种复杂的数掘集合，可有效地描述复杂事物，彳｝ｉ足肿 过程性知识的表示能力不足。因此传统的知识表示存在着一些缺点。主要表现在：知９南京理Ｔ人学砚ｌ学位论立摹十二维参敏化特矸造型的凶轮减建嚣哿咝！苎旦墨竺塑竺型识表示形式比较摹一，有的知识表示方法不便于推理：知识库中的规则删关系小明疆，有的甚至很复杂：知识中整体对象难以把握，导致知识的管理和维护复杂化。斟此，希望有一种知识表示方法，既能表示事物的结构以及事物之『日Ｊ联系的静态知识，又能 表示如何对事物进行处理的动态知识，还能表示各种客观规律和对事物操作的处理规 则。为此，我们引入面向对象的知识表示方法。 面向对象方法是基于客观世界的对象模型化的软件丌发方法。在面向对象的，ｆｉｌ序 设计中，所谓对象，就是一个属性（数据）集及其操作（行为）的封装体。作为计锋 机模拟真实世界的抽象，一个对象就是一个实际问题论域、一个物理的实体或一个逻 辑的实体。对象在计算机程序中，可视为一个“基本程序模块”，因为它包含了数掘结构和所提供的相关操作功能。 目酊，面向对象技术的研究已经深入到计算机软硬件的多个领域，例如，向向对 象数掘库，面向对象程序设计方法学、面向对象语言，面向对象操作系统，面向对象硬件支持等。近几年来，人们在智能系统的研究中应用面向对象的思想对专家系统的 设计，知识的表示及知识库建立与管理进行探索。 ②面向对象的知识表示基本概念及特征消息：对象之问进行通讯的一种构造。当一个消息发送给某个对缘时，包含嘤求接收对象去执行某些活动的信息。接收到消息的对象经过解释，然后Ｊ；以响应。这种通讯机制叫做消息传递。对象：在面向对象的知识系统中，一个对象具有的知识组成了该对象的静念属性， 一个对象所具有的知识处理方法和各种操作掐述了该对象的智能行为。按面向对象方 法学的观点，一个对象的形式定义可以用如下四元组表示：（对象＞：：＝（ＩＤ，ＤＳ，ＭＳ，Ｍ１）。也就是说，一个完整的对象由该对象的标识符ＩＤ（Ｉ Ｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）。对象的 数据结构ＤＳ（Ｄａｔａ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ），对象的方法集合ＭＳ（Ｍｅｔｈｏｄ Ｓｅｔ）和对象的消息接 口ＭＩ（Ｍｅｓｓａｇｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）组成。其中对象的标识符用以标识一个特别的对象。对象的数掘结构用于描述对象当前内部状念或具有的静态碍性。对象的力．法集合反映了对象自身的智能行为，用束说明对象具有的内部处理方法或操作。其操作分为两种，一种用于对数掘进行操作，并改变对象的当的状态；另一种用于产尘输出结果。对象的 消息接口，是对象接收外部信息和驱动内部有关操作的唯一对外接口。 类：一个类定义了一组大体上相似的对象。一个类所包含的方法和数掘描述一－组对象的共同行为和属性。类足在对象之上的抽象，有了类以后，对象则是炎的具体化， 是类的实例。类可以有子类和父类，形成层次结构。把一组对象的共¨特性加以抽象 并存贮在一个类中的能力，是面向对象技术最重要的一点。是否建屯了一个丰富的炎库，是衡量一个面向对象程序设计语言成熟与香的重要标怎。Ｏ商京剧丁大学硕卜学位论文壮十二辨参数化特玎造型的凶轮减速；｛｝｝智能ＣＡＤ乐缈型，￡继承性：是父类和子类之间共享数据和方法的机制。这是类之『日Ｊ的一种关系，在定义和实现一个类的时候，可以在一个已经存在的类的基础之上束进行，把这个已经 存在的类所定义的内容作为自己的内容，并加入若干新的内容。继承性分为单重绻承 和多重继承两类。继承关系具有可传递性。多态性：在收到消息时。对象要予以响应。不同的对象收到问一消息町产乍完伞 不同的结果，这一现象叫做多念。在使用多态的时候，用户可以发送一个通用的消息， 而实现的细节则由接收对象自行决定，因此同一消息就可以调用不同的方法。多念的 实现受到继承性的支持，利用类的继承的层次关系，把具有通用功能的消息存放在高 层次，而不同的实现这一功能的行为放在较低层次，在这螳低层次上生成的对象能够给通用消息以不同的响应。 面向对象的表示的基本特征还有：（１）封装性；（２）模块性；（３）易维护性。 在面向对象的程序设计中，程序设计就是定义对象并建芷对象问的通信天系。在 面向对象的专家系统的构建中，面向对象的知识表示最终是通过面向对象的羊口序设计 语言来表示出来的。２．１．３专家系统的知识库从贮存知识的角度束看，以描述型方法束贮存和管理知泌的机构叫做知口｛庠。知 识库是事实、规则和概念的集合。事实在库中是短期信息。这种信息存与用户交，Ｉ．ｆ１用中会迅速改变。规则是从专家们的经验中抽出柬的知识，表现为。蝗经验规则和原则，是长期信息。概念包括信念和常识，其中信念随着时『日Ｊ而改变是非长期信息，而 常识不随时间而变化是长期信息。 从使用知识的角度来看，知识库出知识和知识处理机构组成。 知识库根掘人工智能应用划分包括：演绎知识库，框架知识库，酗向对象知识Ｊ年＿等。知识库也可按知识具体类型柬分，如：规则型知识库，程序型知ｉ＝｝｛库，数抛库型 知识库等，一个系统知识库可出不同类型的知识库组成，各知珏｛库表示方法４＂ｌｒｌ】并呵创建相应的子知识库。 ２．１．４专家系统的推理机推理机用于对知识库中的知识进行操作，不同的知识表示仃小同的推胛机。推理 机推理方向一般分为乖向推理、反向推理、混合推理三种。一向推理义称数掘驱动推 理，它是以己知事实作为出发点的～种推理方式。反向推理又称目杯驱动描理，它足 以某个假设作为出发点进行的一种推理方法。而混合推理则足把两昔结合起束，发挥 各自的优势，耿长补短。不少号家系统的推理过程可按“多级模块推理机”的形式柬构建。其方法为：缸： 专家系统中将设计过程分为多级模块，其中Ｉ级模块出若干ＩＩ级模块组成，而ｌｌ级授南京理Ｔ人学坝ｌ学位论文堆十二缛参毂化特秆造’掣的浅枪碱建器智能ＣＡＤ最境们Ｉ，ＪＩ’（块由若干ＩＩＩ级模块或一系列控件对象组成等等。各级模块之侧既各自独芷又桐且关 联。最终组成“Ｉ级模块一ＩＩ级模块－ＩＩＩ级模块一控件组”结构的多级模块推卿机。 系统的知识的推理表现三种不同的形式，印控件级推理，模块级推理、系统级推理。 在多级模块推理机中，既有各级模块间及控件对象『日ｊ外部推理，也有拧件对象问的内部推理。各级推理所得到的数据结果存放在全局数据库中，全局数掘库中的数撕以及 操作各个对象时所产生的信息构成了推理中所需要的消息。系统级的推理、模块级推理属面向对象的外部推理，其推理机与知识库１．日Ｊ为松耦 合的方式。外部推理是通过对象与对象之闸特性继承和消息传递柬获取知谚｝。采用数 据驱动方式，发挥消息传递递推功能，以求取其他对象共同协助求解问题的Ｈ的。拧件绒推理属内部推理。其推理机与知识库州为紧祸合的方式。内部推理是纠对菜～知 识对象的推理，知识对象将知识与处理这些知识的方法封装起束并组成软件模块，其实质为某一控件对象所对应解决某一个独立的领域子问题的一段程序。多级模块推理机如图２．２所示。２．１．５专家系统推理机与知识库的耦合方式［４６１目前专家系统中知识库与推理机的耦合方式有“紧祸合”和“松羯合”两种。紧耦合将推理机与知识库融为一体。其主要特点为：推理效串商，但通用性较差。其主要原因为：规则管理与知识库集成。使知识到修改扩充较圜难，尤法将设计完成的具有独立完整的知识库和推理机专家系统应用于其他专家系统设计中。而松耦合知识库与推理机相互独立，用松耦合实现的专家系统町借签其他冬家系统现成的知识库或推理机，因此系统的通用性强，但求解效率较低。 ２．１．６专家系统的全局数据库１４１【５１１６１１加ｌ全局数据库又称黑板，用于存储求解问题的初始数掘和推理过程【｝】得到的中１日Ｊ数 掘。全局数掘库的变量及所有对象在操作时所产生的信息就构成了推理中对象ｏｏ对象问的消息。全局数掘库由变量参数和数掘文件及数掘库文件两部分组成。 （１）变量参数：变量参数在设计中会随着设计进程不断改变参数值。按照Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ的要求，变量分为三级：（１）全局变量（作用于这个系统并呵破任何模块所孛用）：（２）局部变量（作用于一个模块并可被陔模块中的任何过程所享用）：（３）过程变量（作 用于一个过程仅在该过程内应用）。设计变量在设计过程中在各自作用的范【ｌｊ内起作’ 用，随着设计的进程而不断地变化。 （２）数据文件和数掘库文件：数据文件和数掘库文件用于保存设计最后终结果，其值不会改变。利用数据文件和数掘库文件可查询系统设计使Ｆ｝ｊ数据。塑塞竺！叁兰竺！：兰堡丝苎．兰±二丝兰苎些堑竺堕羔堕堕竺苎堡堂兰兰！型Ｌ坌业；高揠南 圆 回也型ｌ幽２．２多级模块推理机示意例２．２齿轮减速器ＣＡＤ系统模型２．２．１齿轮减速器设计过程简介例【２ｓｌ减速器是一种在原动机与工作机之『甘Ｊ用柬传递运动和动力的独立传动装冒。减速 器有齿轮减速器、蜗柯减速器、行星减速器等很多类型。圈ｆｉ‘凶轮减速器为最常用的 减速器。 齿轮减速器的主要设计内容如下。其设计流程如图２．３。 （１）确定齿轮减速器设计参数．包括：确定齿轮传动的工作要求及工况条件（或进行设计参数输入）：确定幽轮南袁理Ｔ人学碗ｌ学位论文皋十二维参数化特秆造’掣的凶轮减建器智能ＣＡＤ糸镜的州ｌ，‘传动所需传递的动力学参数（如： 功率、传动比、转速，传动效率及使用寿命等）；（２）齿轮传动设计计算 包括：确定齿轮类型及齿轮传动精度等级：选定齿轮 材料及其热处理方法（确定齿面硬度、极限应力等）：选定小齿轮的齿数并仞选齿轮螺旋角；报掘齿轮强度条件（齿 面接触疲劳强度及齿根弯曲疲劳强度）进行齿轮主要参数 的设计并确定卤轮各主要参数（如：模数ｍ、螺旋角Ｂ及ｌ确定殴计参数ｊｆ齿轮没计计算ＩＩ轴系耋ｉ｜｛构设计ｆｔ旋向等）；确定齿轮各几何尺寸（如：中心距，分度圆直径、 齿顶圆直径、齿根圆直径、齿宽等）：计算齿轮上的作用力（圆周力、径向力、轴向力）； （３）轴系的结构设计 包括：选定轴的材料并确定许用应力；估算轴的最小 直径；选择与轴配合的键、轴承、联轴器等；设计轴的结 构（确定各段直径、长度及结构细节）；校核轴、键的强度、Ｉｌ箱体结构ｉ殳汁Ｊｆ绘制装配零们蚓ｌｔｌ轴承的寿命等；轴系其它零件的结构设计；（４）齿轮减速器箱体结构设计 包括；螺纹联接件计算与选择；箱体结构设计及减速 器附件设计等； （５）绘制装配图及零件图 （６）完成设计说明书２．２．２ｌ完成改计说口ｆｊｆ‘Ｉ剧２．３幽轮减速器蹬计漪抖齿轮减速器三维参数化ＣＡＤ专家系统的结构模型（１）齿轮减速器ＣＡＤ系统设计的意义从上面对齿轮减速器的设计流程的分析可以看出，凶轮减速器的设计过程几乎．包括设计机械发计的各个方面，如结构设计，动力学设计，标准件选型设计，润滑与密 封设计、几何参数设计、强度设计等。设计齿轮减速器时，若凭绎验设汁，则没汁结 果偏于保守：若用传统的设计方法，则设计计算繁琐，效率低，且容易出锚。Ｉ而利用 减速器ＣＡＤ系统进行设计，既可提商设计质量，又可缩短设计周期。 不同型号特定产品的减速器，拓扑结构相对固定，仅仅几何形状尺寸大小不蚓， 或者局部结构稍有变化，所以可以构建减速器专用ＣＡＤ设计系统（将减速器中的零件参数化，并且设计出装配模板）。以后设计同类型的减速器时，可以利用该专用ＣＡＤ系统进行参数化设计，生成零件图和装配图，避免重复劳动，大大捉岛ｌ歧讨教字。 （２）齿轮减速器三维参数化ＣＡＤ专家系统模型 本课题以一级齿轮减速器作为研究对象，设计齿轮减速器三维参数化的ＣＡＤ号４南京理Ｔ人学蛳卜学位论文菜十一傩参教化特铒造’掣∞出论减建嚣智能ＣＡＤ采铣的‘唑＇；家系统。本系统属没计型专家系统，根据专家系统的组建原则及有关理论，结合踟轮 减速器的结构和设计流程，可将齿轮减速器系统的设计过程分解为若干个任务小川的 设计模块，各模块既相互独立又相互联系。本文提出齿轮减速器三维参数化ＣＡＤ专 家系统的结构模型，如图２．４所示。２．２．３面向对象的齿轮减速器系统的知识库的建立１４’／３９１１拍】知识库是一个知识存储器，用于存储学科专家的经验知识、书本知识和常诰Ｉ忭知 识。在面向对象的知识库中，知识类型包括事实、规则和过程二种。盎建立向向对象 的齿轮减速器系统知识库时，系统总知识库由多个不同类型的于知议片组合而成。针对齿轮减速器设计中不同的知识类型应考虑采用不同的方．法建立相应的予知ｉｊ５库，并 统筹考虑知识库与推理机之１．日ｊ的关系，各个子知识库最终构成凶轮减速器系统的总知识库。 本系统主要有程序型、规则型、数掘库型等三种类型的知ｉ＝｝｛阵。 （１）程序型在设计中有关设计公式方面的知识，可采用控件加运算手ｕ序块或ｆ手ｑ序的形式表 达。（此处的控件一般为Ｃｏｍｍａｎｄ控件）。 例如：在本系统中对齿轮进行设计时，齿根弯曲疲劳强度计算张序（蝎部）。’计算ｍｎｌＰｒｉｖａｔｅ Ｓｕｂ ＤｉｍＣｏｍｍａｎｄ５＿Ｃｌｉｃｋ（）ａａ，ｂｂ，ｃｃ，ＤＤＡｓＤｏｕｂｌｅ‘ａａ，ｂｂ，ＣＣ，ｄｄ为中Ｉ．日Ｊ值ａａ＝Ｙｆａｌ’Ｙｓａｌ，ｏｆｌｂｂ；Ｙｆ砬’Ｙｓａ２／ｏｆ２Ｉｆａａ＞ｂｂ Ｔｈｅｎａａ＝ａａＥｌｓｅ ａｆｔ．＝ｂｂ ＥｎｄＩｆＩｆｌ３ｔｌ＝０Ｔｈｅｎｎｍｌｆ＝（２’Ｋｆｌ＋Ｔ１‘１０００‘Ｙｐｌ＋（Ｃｏｓ（１３ｔ１））“２＋ａ，ａ／（伽ｌ’ｚｔｌ“２））“（１／３）Ｅｌｓｅｎｍｌｆ＝（２＋Ｋｆｌ＋ＴＩ＋１０００＋Ｙ［３１＋（Ｃｏｓ（［３ｔ１））“２＋ａａ／（Ｏｄｌ＋ｚｔｌ“２‘ｍ１２））“ （１／３）５幽２．４齿轮减速器二维参数化ＣＡＤ专家乐统横掣１６南意理Ｔ大学俩卜学位论文单ｆ二绛参敏化特计造型的出轮减建器智能ＣＡＤ彖镜ＩｎＩ州，（ＥｎｄＩｆ’Ｒ．ｘｔ２９．Ｔｅｘｔ＝Ｓｔｒ（ｍａｌｌ）ＥｎｄＳｕｂ（２）规则型对设计规则、参数选择原则等规则性知识在系统中采用的表示方法为：（对琢） ＋（规则组）。规则型知识库通常用于表示具有因果关系的知识，其表达式为：Ｐ―Ｑ或者ＩＦ ＰＴＨＥＮＱ其中，Ｐ是产生式的前提，亦可称为前件、条件、前提条件，用Ｆ指出孩产生式 是否可用的条件；Ｑ是产生式的结论或操作，亦可称为后件，用于指出当前提Ｐ所指 示的条件被满足时，应该得出的结论或应该执行的操作。整个产生式的含义是：如果 前提Ｐ满足，则可推出结论Ｑ或执行Ｑ所规定的操作。 产生式型知识表示法利用“ＩＦ ＴＨＥＮ”的规则形式表示人类求解问题的行为特征， 其表现形式单一、直观，符合入的认知过程，计算机程序容易实现，是使用最多的知识表示法。例如：在齿轮设计中，工作情况系数、齿Ｉ．日Ｊ载衙分配系数Ｋｈａ／Ｋ缸等采ｊ｝ｊ这种 方法。具体内容参见３．１．１数掘表格的程序处理中具体齿俐载荷分配系数Ｋｆａ模块发计算程序相关内容。 （３）数掘库型 该类型知识库主要用于设计资料中二维表格的处理，如常用齿轮、轴等零件的材料及其机械特性表。本系统通过Ａｃｅｓｓ２０００柬建立相应的数据库。ＭｉｃｒｏｓｏＲ Ａｃｃｅｓｓ为丌发者提供了一个功能强大、易于丌发的数掘库工作环境。 其与Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ有着很好的相容性，便于建立高效、灵活的数据接Ｌｌ，利用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＡｃｃｅｓｓ建立的数据库在Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ中能方便地被连接和调用。在本系统中，用数掘 库的形式表示设计手册中已规范的设计参数及设计数据，供系统运行时调用。奉系统 建立设计参数及标准件两个数据库。其中设计参数数据库包括：轴材料表、凶轮材料表、齿轮材料配对弹性系数表等；丽标准件数据库包括；轴承表、键表、螺纹联接件 表、销表等。本系统的知识库由于采用上述三类建库方法，具有维护简单、可扩展作强等特点。本系统知识库可以方便地移植到其它相关的系统中，使减速器三维参数化ＣＡＤ号家 系统的内容不断得到丰富和完善。２．２．４面向对象的齿轮减速器系统的推理机的建立根据２．１．４多级模块推理机的有关理论，本系统中齿轮减速器设计计算系统采用 正向推理，其推理形式可分为多级推理，即：系统级的推理、模块级（１级、ＩＩ级等） 推理、控件级推理等。其推理过程具体由系统级模块、模块（１级、Ｉｌ级）及模块所属南京坶ｒＬ＠ｃ碗ｆ学位论空＝皋ｆ一维参敌化特盯遗掣的蔫轮减ｌ￡器＇ｄ＇ｒＹｔＣＡＤ乐缝竹４当筵控件构成。具体介绍如下： （１）系统级推理 系统的菜单设置根掘齿轮减速器设计流程及齿轮减速器专家系统模犁进行设计。齿轮减速器系统的的系统菜单包括以下菜单项：任务管理、设计计算、结构设计＆校 核计算、三维参数化绘图。每个菜单项分别对应着一个模块，每个模块分刺对应石一个或几个Ｉ级模块，并分别在各个菜单项的下拉式子菜单项中表示。在减速器设计过程中。按从左向右、自上而下的顺序进行推理。例如：在三维参数化绘图下拉菜单中 包括：轴系三维参数化绘图、箱体三维参数化绘图，箱体附件三维参数化绘图、标准件三维参数化绘图和总装图等，在设计中则按下拉菜单内容自上而下的顺序进行。参 见图２．５。 （２）模块级推理 在模块缴推理中，Ｉ级模块调用ＩＩ级模块，以此类推。以设计计算模块为例：在参数设计计算模块中参数设计计算包含三个菜单：参数设计计算、齿轮传动和轴径纫 估计算。三个菜单分别代表三个ＩＩ级模块。参照设计计算梗掣的相关内容，其摧理过 程为：基本参数计算一齿轮传动（轴径初估计算），其中齿轮传动和轴径仞估计算町以不分先后顺序。参见图２．６。在某个模块推理上，按照模块上控件组或控件的设霄顺序依次进行，宋控制对应操作，从而控制推理的整个过程。例如在图２．７齿轮设计计算中，按“已知参数一参数选择一材料选择一强度计算一计算参数汇总”的控件组顺序依次进｝『。在每。个控 件组内部也按相应顺序依次进行。设置时先将第一个Ｆｒａｍｅ控件组（或控件）的Ｅｎａｂｌｅ属性设为Ｔｒｕｅ，其他设为Ｆａｌｓｅ，在第一个Ｆｒａｍｅ控件组（或控件）所对戍的内容完 成后，将第二个Ｆｒａｍｅ控件组（或控件）的属性属性设为Ｔｒｕｅ，茛他设为Ｆａｌｓｅ，以此类推从而确保按设计推理顺序进行。 （３）控件级推理控件推理按照控件操作对应的源程序进行推理。示例如下。’计算分度圆直径Ｐｒｉｖａｔｅ Ｓｕｂ Ｃｏｍｍａｎｄｌ ８Ｃｌｉｅｋ（）ｇｄｌ＝Ｚ１＋ｎｍｌ／Ｃｏｓ（ｉ１１） ｇｄ２＝Ｚ２‘ｍｎｌ，Ｃｏｓ（１３１）Ｔｅｘｔ５１．Ｔｅｘｔ＝Ｓｔｒ（ｇｄｌ、Ｔｅｘｔ５２．Ｔｅｘｔ＝Ｓｔｒ（ｇｄ２） ｆｒｍｃａｌ．Ｔｅｘｔｌ５（１２）＝Ｓｔｒ（ｇｄｌ）ｆｒｍｃａｌ，Ｔｅｘｔｌ ５（１３）＝Ｓｔｒ（ｇｄ２）南京理Ｔ人学琐ｌ学位论空转十二维参被化特衍造型的浅轮减连器智能ＣＡＤ糸｝觅的¨，￡Ｅｎｄ Ｓｕｂ。计算区域系数ＺｈＰｆｉｖｍｅ ＳｕｂａＣｏｍｍａｎｄ２＿Ｃｌｉｃｋ（）ｎ＝２０’３．１４１５９２７／１８０Ｂ ｔｌ＝Ｖａｌ（Ｃｏｍｂ０１（０）．Ｔｅｘｔ）＋３．１４１５９２７／１８０Ⅱｔｌ＝Ａｍ（Ｔａｎ（ａｎ）／Ｃｏｓ（１３ｔ１）、１３ ｂｔｌ＝Ａｔｎ（Ｓｉｎ（１３ｔ１）＋Ｃｏｓ（ａｎ）／Ｓｑｒ（１－（Ｓｉｎ（瞰１）＋Ｃｏｓ（ｏｎ）“２）））Ｚｈｌ＝Ｓｑ“２。Ｃｏｓ（１３ｂｔｌ）／（Ｓｉｎ（ａｆｔ）＋Ｃｏｓ（ａｔｌ））） Ｔｅｘｔｌ（０）．Ｔｅｘｔ＝Ｓｔｒ（Ｚｈｌ）Ｅｎｄ Ｓｕｂ图２．５系统级推理２．２．５面向对象的齿轮减速器系统人机交互界面及解释机制的设计（１）系统人机交互界面的设计用户界面是用户与图形系统进行信息交换的一种接口。用户通过界面向程序设计系统传递信息，如调用命令、调用数掘等。系统则通过界面汀报’刍前执行恼况、请示 下一步工作或回答用户提问等。一个友好的人机交互界面，ｎｒ以大大提高设汁人员的工作效率，而且也使得工程设计人员易于掌握该系统的操作。 由于Ｓｏｌｉｄ Ｅｄｇｅ软件能够很好地支持面向对象的可视化编程语言Ｖｉｓｕａｌ 所以本文选择ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ Ｂａｓｉｃ，６．０作为齿轮减速器ＣＡＤ系统界面的丌发环境，斤允分发挥Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ可视化、图形化的优势，实现友好的人机交互的凶轮减速器ｉ维参数９南京理Ｔ人学坝ｌ学位论文挂于二瓣参数化特丌造型的晦轮减建器智能ＣＡＤ乐镜的｛小，（幽２．６系统设计计算土模块幽２．７齿轮传动设计计算Ｉ级模块南京理丁人学坝｛。学位论文幕十二绋参教化特盯适掣的齿轮减建器智能ＣＡＤ系统的ｏＪｆ，Ｅ化ＣＡＤ专家系统的界面。界面由系统级模块、其它各级模块及其模块ｊ二的拧件、数 据环境设计器等所组成。系统的主界面见图２．５，各个模块界面见论文中其他插图。各类界面内容介绍见相关模块的分析说明。初始界面见图２．８。粒嚣三维参教化设计系境■＃ＩＯ０幽２．８减速器二维参数化设计悉统初始界面（２）齿轮减速器专家系统解释机制的设计ｆ４１专家系统的解释，就是根据知识库和数掘库中对推理过程的记录对系统设计名或 用户提出的问题给出解释或说明。解释机制是希望专家系统能够用人们易于理解的方式来解释自身的推理过程，从而使系统具备“ｗｈｙ（为什么）”和“Ｈｏｗ（怎样）”的解释功能。专家系统的解释器就是专家系统中为完成解释而设霄的程序模块。专家系统解释机制需解决两个基本问题：①解释机制涉及程序的透明性，计用 户理解程序正在做什么和为什么这样做；②向用户提供一个认知窗ｆＪ。々家系统的解释方法取决于求解的问题类型、本身的知识结构和知识表示疔＿式，与其他的号家系 统相比，基于面向对象的专家系统的解释机制有其独特的优势。 建立齿轮减速器三维参数化ＣＡＤ专家系统的解释机制，有助ｆ引导学生分析系统 结构，合理选择参数，Ｊ下确掌握齿轮减速器的设计过程和方法。本系统采用了面向对 象的知识表示方式ＶＢ来建立知谚｛库以及推理机，因此系统的解释机制运ｊＨ了以卜』几 种方式：①透明的结构和引导性的流程。在推理过程中采用主模块调用从模块的模式，所有在推理中所调用的内容都是透明的，并且由于将整个设计推理过程尽景做到每一 个控件对应一个设计过程，用户根掘推理计算的结果去选择参数，参数的选择也是透 明的。透明的结构和引导性的流程设计有助于学生更明了地掌握设计内容和过稃：②对话框。在有些设计计算控件程序中采用预置文本的方式，采用“ＭｓｇＢｏｘ”产生一个对话框，对所计算出柬的结果在推理判断后提出修改建议（图２．９）；南京理Ｔ夫学帧卜学位论文幕干二维参数化特征造，掣的凶轮减避器智能ＣＡＤ乐镜的?Ⅲ＇（③提示框。控件的ＴｅｘｔＴｉｐ属性，将一些简单的描述件解释写入其中，当鼠杯触及该控件时，弹出一个提示框（图２．１０）；④“帮助”文件。在系统中设置帮助文件柬指导设计过程。系统中采用了上述的解释机制，使系统具备“Ｗｈｙ”和“Ｈｏｗ”的解释功能。较好地在设计中实现了引导功能，使推理过程透明清晰，使系统更具人性化。幽２．９对话框式解秆机制图２．１０提示梃式角早秆机制南京理Ｔ人学坝ｌ?学位论文幕ｆ二维参数他特征造掣的比轮减建嚣智能ＣＡＤ系镜的Ｊ?ｊｆ，Ｅ３系统开发中的相关技术 ３．１齿轮减速器设计中设计资料的处理方法邮１１１９１在齿轮减速器设计过程中，需要从有关的国家标准、规范或手册中查找相天的设 计数据。在人工查取时，很多设计变量和数据常以数表、图表的形式表达。例如：接触强度计算用的齿向载荷分白系数Ｋ．ｏ表、弯曲强度计算用的齿向载倚分稀系数Ｋ，Ｂ 图、弯曲疲劳寿命系数ＫＦＮ图、接触疲劳寿命系数ＫＨＮ图、标准圆打齿轮传动的端面重合度￡ａ图、螺旋角影响系数ＹＢ图、区域系数ＺＨ、动载倚系数Ｋｖ图、弯曲疲劳 强度极限ｏ ＦＥ图、齿轮的接触疲劳强度极限Ｏ川。。图等等图表。另外在齿轮减速器设计中还涉及材料参数、杯准件参数、尺寸公差等大量数表。 以上齿轮减速器的设计中所用的图表主要有以下几种类型：①有函数天系的线 图；②不具有函数关系的数表；③各种标准中的数表；④原先有函数关系佃为了 人工查取的方便转换成的数表；⑤由离散数据组成数表等。这止÷图表不能直接存放在计算机内。在本课题对齿轮减速器系统的研究中，这些设计资料必须以程序町调用或计算机可进行检索查询的形式提供，所以必须对这些设计资料进行适当的加ｒ处理。 通常对设计资料处理的方法有以下两种： （１）设计资料程序化处理 设计资料转化为程序，采用编程的方法对数掘进行存取，主要用『．数衷的数抛瞳较少、结构较简单的情况。具体的处理方式有两种：①采用数组存储在程序中，ｊ玎 查表、插值的方法检索所需数据；②将数表、图线拟合成公式，编入手廿序计算出所需的数据。以上两种存取数据方式占用内存，且修改数掘需改动稚序。 （２）利用数掘库管理设计资料将数表中的数据或线图经离散化后的数据按规定的格式存放在数据库中，幽数掘库系统进行管理，独立于应用程序之外，不占用内存。修改数掘时，直接在数据『年中 进行，不需改动程序。 下面介绍本系统中对齿轮减速器设计中数表、图表的处理方法。３．１．１数据表格的程序处理在齿轮减速器设计过程中使用的数表形式很多，根据变量多少，有一维变牮表， 二维变量表及多维变量袁。根据数表来源的不同，其程序处理方式町分为三种情况： （１）还原成原函数法 数表本束就有精确的理论计算公式或经验公式，仅仅是为了便ｊ＝ｉｆ剪，／ｊ把这止÷南京理丁大学侦卜学位论文堆十二绻参数化特甜迓掣的出轮减建器，骨能ＣＡＤ彖镜仃卫旦，￡公式以数表的形式给出。如齿轮的区域系数ＺＨ的查耿。对Ｆ这类数表，町以直接采用理论计算公式或经验公式编制检取有关数掘的程序。 （２）模块化程序计算法对于简单的离散型数表（ＥＥ如工作情况系数ＫＡ），或者对于一业÷复杂的需要大量程序计算的参数（比如齿轮传动的齿形系数Ｙｆａ、应力修正系数Ｙｓａ．凶向载茼分南系 数ＫＨ口、ＫＦＢ；齿『日Ｊ载荷分配系数ＫＨ。、ＫＦ“寿命系数ＫＨＮ，ＫＦＮ等），口ｒ以充分运用面 向对象的技术，采用设冒单独的参数计算模块（即第２章所述的ＩＩＩ级模块等），编制计 算程序的方式进行处理，在模块程序运行中调用相应的参数计算模块。例如：齿轮设计中齿『日Ｊ载荷分配系数Ｋｆ。模块（见图３．１）及计算程序如Ｆ：图３．Ｉ齿间载荷分配系数Ｋｎ模块Ｐｒｉｖａｔｅ Ｓｕｂ Ｃｏｍｍａｎｄ２ ＩｆＯｐｔｉｏｎｌ．Ｖａｌｕｅ２Ｃｌｉｃｋ（）Ｔｒｕｅ ＴｈｅｎＩｆＯｐｔｉｏｎ３．Ｖａｌｕｅ＝Ｔｒｕｅ ＴｈｅｎＩｆＯｐｔｉｏｎ７．Ｖａｌｕｅ＝Ｔｒｕｅ Ｋｈａｌ宝ｌＴｈｅｎＫ纯１＝１ＥｌｓｅＩｆＯｐｔｉｏｎ８．Ｖａｌｕｅ＝Ｔｒｕｅ Ｔｈｅｎ ＫｈⅡ１＝ｌ南隶理Ｔ人学坝Ｉ学位论文壮十二傩参数化特矿造’掣的止轮减连嚣钾能ＣＡＤ系镜的川『，（Ｋ缸ｌ＝ｌＥｌｓｅｌｆ Ｏｐｔｉｏｎ９．Ｖａｌｕｅ＝Ｔｒｕｅ Ｔｈｅｎ Ｋｈａｌ＝ｌＫ缸１＝ｌＥｌｓｅｌｆ Ｏｐｔｉｏｎｌ０．Ｖａｌｕｅ＝Ｔｒｕｅ Ｋｈｕｌ＝１ＴｈｅｎＫｍｌ＝ＩＥｎｄＩｆＥｌｓｅｌｆＯｐｔｉｏｎ４．Ｖａｌｕｅ＝Ｔｒｅｅ Ｔｈｅｎ ＩｆＯｐｔｉｏｎ７．Ｖａｌｕｅ＝Ｔｒｕｅ ＴｈｅｎＫｈ旺１＝１Ｋ缸ｌ＝１ＥｌｓｅｌｆＯｐｔｉｏｎ８．Ｖａｌｕｅ＝Ｔｒｕｅ Ｔｈｅｎ Ｋｈａｌ＝１．１Ｋ融ｌ＝１．１Ｅｌｓｅｌｆ Ｏｐｔｉｏｎ９．Ｖａｌｕｅ＝Ｔｒｕｅ Ｔｈｅｎ ｌ（ｈａｌ＝１Ｋ血ｌ＝１ＥｌｓｅｌｆＯｐｔｉｏｎｌ０．Ｖａｌｕｅ＝Ｔｒｕｅ Ｔｈｅｎ Ｋｈｃｔｌ＝１Ｋ缸ｌ＝ｌＥｎｄＩｆ ＥｌｓｅｌｆＯｐｔｉｏｎ５．Ｖａｌｕｅ＝ＴｒｕｅＴｈｅｎ（３）控件属性化法 有些数表中的数据，彼此之｜’日Ｊ不存在函数关系或是由实验获得的。例如豳轮书Ｊ、准 模数系列。可将此类数表设胃在控件的属性中，例如Ｃｏｍｂｏ控件的下拉式菜单中，在程序运行时选择参数值。此类数表也可采用数组形式，结合插值进行查取，也可以求 其经验公式，然后编入程序。３．１．２线图的程序处理 （１）还原成原函数法 在设计资料中，有些线图所衷永的参数之『日Ｊ具有一定的函数关系，且其函数表达 式简单易计算。如凶轮螺旋角影响系数Ｙｅ，其参数线图部町用函数关系束表示。螺旋角影响系数Ｙ。可表示成线形关系。将线圈还原成原函数，是最直接、最简币的厅南京理Ｔ欠学倾Ｉ学位论文壮十?缔参数化竹盯】矗，掣的禹轮碱建嚣智能ＣＡＤ系统的删’￡法。在设计计算时直接在程序中运用所得的函数公式便呵进行计算。 举例：齿轮传动计算中端面重合度系数ｅ。、区域系数ｚ。线圈还原成原函数叮表示为式（３．１）及式（３．２）：％＝ｋＩ（ｔａｎ盯ｏｌ―ｔａｎａ＂’）＋ｚ２（ｔａｎａ。２一ｔａｌｌ口’）］／２ｚｒｚ。＝乒蕊百雨ｉ丽（２）数据拟合法（３．１）（３．２）有些参数的线图或实验数据没有函数关系，虽然可以将其离散化，再用数组形式存入内存供使用时查找，但这比用公式直接计算的程序要复杂，而且占用内存也多，所以，对这些线图，可以采用数掘拟合法柬求它的经验公式，再将公式编入｝Ｉ一：１１１．－。对 于一些较复杂的曲线，可以用分段拟合的方法柬处理。 数据拟合的常用方法有：最＇ｂ－－乘法多项式拟合法和指数曲线拟合法。①最小二乘法多项式拟合法：设ｆ（ｘ）为原函数，由（ｘ）为近似函数，（Ｘ．，ｆ（ｘ。））（ｉ＝０，ｌ，?．．＇ｎ）为数 掘点，要求选择的巾（ｘ）使（３．３）为最小。当由（Ｘ）选择为多项式时，称为多项式拟合。②指数曲线拟合法： 如果所观察的数据点画在对数坐标纸上，呈线性分卸趋势时，则町用指数曲线束进行拟合。 Ｙ２僦。（３．４）其中，最小二乘法是最常用的一种曲线拟合方法。 举例： 对圆柱齿轮传动的动载系数Ｋｖ，可先将其线图离散化，然后用二次多项式Ｋ。＝ｏｏ＋ｏ ｌＶ＋ｏ ２Ｖ２拟合求出经验公式，最后将此经验公式编入程序。也可将齿轮传动动载系数Ｋｖ用指数拟合为： ７级精度等级：Ｋ。＝１＋Ｏ．０７６５８７＋石ｏ””８级精受等级：Ｋ。＝ｌ＋０．０９６２５８’ｘ…”１（３）离散为数表法 从线图上读取离散节点数据，然后用数表的程序化方法时其进行处理。 ３．１．３线图数表的数据库处理南京理Ｔ人学帧Ｉ学位论文县十二维参数化特衍遗，掣的内轮减速器智能ＣＡＤ系镜的州Ｉ，Ｃ在齿轮减速器的设计计算及结构设计中，涉及大量有关材料参数，螺纹联接件、 轴承、键、销等标准件参数及各类尺寸公差的图表。应先按数掘库的结构建立数挺库， 将数表中的数据存入数据库中。查找数据时，以参数化查询的方式列出查找条什，即 可获得满足查询条件的记录集，获得数据。本系统共建立两个数掘库，一个是有天标准件及有关数表处理的数据库，～个是用于保存设计参数和最终结果的数据库。３．１．４线图数表程序处理后参数的调用 （１）对采用线图数表程序化束进行数掘预处理，其参数直接在计算模块的手【｝Ｊ序中进行调用。如：齿轮传动的端面重合度系数ｅ ｄ、区域系数ＺＨ等计算过程不复杂 的一些参数就采用这种方式。 例如：计算ｅ Ｑ程序 ’计算ｅｄＰｒｉｖａｔｅ ＳｕｂｏＣｏｍｍａｎｄ７－ｃｌｉｃｋ（）ａｌ２Ａｔｎ（Ｓｑｒ（１一（ｚｔｌ‘Ｃｏｓ（ａｎ）／（ｚｔｌ＋２））“２）／（ｚｔｌ’Ｃｏｓ（ａｎ），（ｚｔｌ＋２）））Ｑａ２２Ａｔｎ（Ｓｑｒ（１．（ｚｔ２＋Ｃｏｓ（ａｎ）／（ｚａ＋２））“２）／（Ｚｔ２＋Ｃｏｓ（ａｎ）／（ｚｔ２＋２）））￡ａ１２＝（ｚｔｌ’（Ｔａｎ（ｕａＩ）一Ｔａｎ（ａｎ））＋ｚｔ２’（Ｔａｎ（ｕａ２）一Ｔａｎ（ａｎ）））／（２＋３．１４１５９２６）Ｔｅｘｔ２７．Ｔｅｘｔ＝Ｓｔｒ（￡旺１２１Ｅｎｄ ｓｕｂ（２）对于线图数表的模块化处理和线图数表的数掘库处理这两种数掘的预处理方式在设计过程中，主要通过其上级模块调用下级模块的方式束实现参数的调用。在 采用这两种处理方式时，都是设置独立的模块，其中线图数表的模块化处珲的卜．级十萸块所对应的是一段复杂的计算程序，而线图数表的数掘库处理中的模块链接足所对应 的数据库。３．２数据库操作技术【１０】…ＪＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０提供了相当强的数掘库访问能力。它将Ｗｉｎｄｏｗｓ的各种先进粕性与强大的数据库管理功能有机地结合在一起。基于Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ的数掘库应用稗序从 逻辑上可以分为三个部分：用户接１３、数据库引擎和数据库存储。这种体系结构使相同的应用程序接１３可以存储不同类型的数掘源。为了访问结构化的数掘库，ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ提供一定的数掘库体系结构。在此体系结构中，Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ可以使用两种数掳：访问技术：Ｊｅｔ数据库引擎和ＯＤＢＣＤｉｒｅｃｔ技术。Ｊｅｔ数掘库引擎和ＯＤＢＣＤｉｒｅｃｔ技术 是数掘访问的核心部分，位于应用程序和数据库存储之｜．ＨＪ。这种结构使所访问的数据库有较大的独立性，使用相同的数掘访问对象可以访问不同类璎的数掘库：数扼侔引擎能够把数据控件和数掘访问对象所提出的数掘库操作转变成对数抛库的物理操作，南京理Ｔ夫学帧ｌ?学位论史皋十二童Ｉ｝参数化特缸造型的洮轮减速器膂能ＣＡＤ乐士｛芒的川究也能支持不同类型的数掘库。（１）系统数据库类型的选用在数据库应用程序中可以访问的三种类型的数据库： ①Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ数据库，也称为内部数据库，它具有和Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ａｃｃｅｓｓ相Ｍ的 数掘格式，由ＪＥＴ数掘库引擎直接创建操作，可提供最大的灵活性和访问速度。 ②外部数据库，又称ＩＳＡＭ（ＩｎｄｅｘｅｄｄＢａｓｅ ＩＩＩ，ｄＢａｓｅ ＩＶ，Ｐａｒａｄｏｘ Ｌｏｔｕｓ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ＡｃｃｅｓｓＭｅｔｈｏｄ）数掘库，包括Ｖ３．０和４．０等，还包括文本文件和Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｅｘｃｅｌ或１．２．３电子表格文件。③ＯＤＢＣ数掘库，指基于ＯＤＢＣ标准的客户／服务器模式的数据库，如ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ。可使用ＯＤＢＣＤｉｒｅｃｔ直接将命令传递给服务器从而创建客户ＩｒＲ务器应用 程序。 本系统数据库采用内部数据库，即使用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ａｃｃｅｓｓ数掘格式创建数掘库剪 对其进行操作。Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ａｃｃｅｓｓ为系统丌发提供了功能强大、易于丌发的数掘库１＝作环境，在本系统中，主要涉及在设计过程中通过程序对已有数掘库数掘进行读驮。（２）系统数掘访问接口的选用 在Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ中，用到了许多的数据库编程技术。通常用到的数扼访『口】接口有 三种：ＡｃｔｉｖｅＸ数据对象（ＡＤＯ），远程数据对象（ＲＤＯ）和数掘访问对象（ＤＡＯ）。①数据访问对象ＤＡＯ（ＤａｔａＡｃｃｅｓｓ Ｏｂｊｅｃｔｓ）是第一个面向对象的接¨，通过 编程访问数掘库的对象结构，是全面控制数据库的完整编程接口。ＤＡＯ模犁提供了管理数掘库系统所需的全部操作及其属性和方法，它能够对数据库进行全方位拧制。 它使用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｊｅｔ数掘库引擎，通过ＯＤＢＣ直接连接到数据库。ＤＡＯ适用于荦系 统应用程序及小范围本地分御使用。②远程数掘对象ＲＤＯ（ＲｅｍｏｔｅＤａｔａＯｂｊｅｃｔｓ）是一个到ＯＤＢＣ的，向向列象的数据访问接口，它同ＤＡＯ ｓｔｙｌｅ组合在一起，提供接１３，其形式上展示出所有ＯＤＢＣ的底层功能和灵活性。尽管ＲＤＯ在访问Ｊｅｔ或ＩＳＡＭ数掘库方面受到限制，向且只 能通过现存的ＯＤＢＣ驰动程序来访问关系数掘库，但是ＲＤＯ已被证明足许多ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ，Ｏｒａｃｌｅ以及其他大型关系数据库丌发者经常选用的最佳接口。ＲＤＯ提供了用来访问存储过程和复杂结果的更多更复杂的对象属性以及方法。 ③数据控件ＡＤＯ（ＡｃｔｉｖｅＸＤａｔａＯｂｊｅｃｔｓ）是ＤＡＯ／ＲＤＯ的后继产物，ＡＤＯ足为Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ最新和最强大的数掘访问规范ＯＬＥ ＤＢ而设计的，是一个便于使用的应 用程序层接口，ＡＤＯ扩展了ＤＡＯ和ＲＤＯ所使用的对象模型，其包含了较少的对缘 和更多的属性方法以及事件。ＡＤＯ易于使用，速度快，内存支出少，磁盘遗迹少。 但是目前并不支持ＤＡＯ的所有功能，ＡＤＯ功能上与ＲＤＯ更相似，ＡＤＯ自‘炎似ＲＤＯ 的功能，以便和ＯＬＥ ＤＢ数据源交互。南京理Ｔ人学碗ｆ学位论文甚于三绰参数化特玎造掣的齿轮减建器智能ＣＡＤ乐缝的｛哪’￡鉴于以上比较，在本系统选用ＤＡＯ数据访问接口，ＤＡＯ（ＤａｔａＡｃｃｅｓｓＯｂｊｅｃｔｓ） 数掘访问对象模型可以通过编写程序代码束直接控制Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｊｅｔ数据片引擎。 ＤＡＯ模型是设计关系数据库系统结构的对象类的集合，它们提供了管理系统所需的全部操作的属性和方法。包括：创建数据库，定义表、字段和索引，建立表『盱ｊ的 关系。定位和查询数扼库等工具。Ｊｃｔ数掘库引擎将数据访问对象上的这螳操作转换为对数据库文件自身的物理操作，来处理所有与各种数掘库接几的机制。ＤＡＯ可用 束创建数掘库和建立访问现有数掘库的应用程序，这些数掘库包括ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＡｃｃｅｓｓ、ｄＢａｓｅ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＦｏｘＰｒｏ、Ｐａｒａｄｏｘ以及像Ｍｉｃｒｏｓｏｆｌ ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ那样的ＯＤＢＣ客户／服务器数据库。通过ＤＡＯ和Ｊｅｔ存取数据模型如图３．２所示。ｌ鳘Ｉ ３．２通过ＤＡＯ和Ｊｅｔ存取数据褴７ｐ ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ提供了数掘控件（Ｄａｔａ及ＡＤＯＤａｔａ）和数据环境（ＤａｔａＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）．数掘控件、数据环境与可绑定的标准控件（Ｔｅｘｔ、Ｃｏｍｂｏ）相结合操作数掘库记录，，｝｝ 且提供了一些专门用于数据访问的控件（如：ＤＢＬｉｓｔ、ＤＢＧｒｉｄ、ＤＢＣｏｍｂｏ、ＤａｔａＬｉｓｔ、 ＤａｔａＣｏｍｂｏ、ＤａｔａＧｔ＇ｉｄ等），从而实现了一种可视化设计数掘应用程序的方法，使数 掘库编程工作简单而快捷。（３）系统通过程序对已有数掘库数据进行读取步骤①设置数据环境 在系统环境中添加并设霄数掘环境（ＤａｔａＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）。具体设置方法为：通过 Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ对象与数掘库建立链接，通过Ｃｏｍｍａｎｄ对象与数据库中的表建立链接。 ②添加数掘库应用模块在系统环境中添加单独的数掘库应用模块，并在模块上设置ＤａｔａＧｒｉｄ拧件剃备该控件与数据库进行绑定。③添加标准控件在系统主程序中添加与数掘库操作相关标准控件（如Ｔｅｘｔ、Ｃｏｍｂｏ等），并设冒 相关属性：ＤａｔａＳｏｕｒｃｅ设为ＤａｔａＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＤａｔａＭｅｍｂｅｒ设为ＤａｔａＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ中南京理Ｔ人学颂ｌ?学位论史堆ｆ－维参数化特矿遗掣的凶抡．毹递器智能ＣＡＤ袅镜的ｆ∥，￡Ｃｏｍｍａｎｄ所对应数据库中的某一个表，ＤａｔａＦｉｅｌｄ设为Ｃｏｍｍａｎｄ所对应数据库中的 某一个表中的某一个字段名，ＤａｔａＦｏｒｍａｔ可设为通用或不设胃。 ④读取数据 设计时调用所要的数据库应用模块，在ＤａｔａＧｆｉｄ控件窗口查找显示的内容并辟ｊ 鼠杯选定所需的值。此时与之绑定的标准控件的值就为所选定的值。如图３．３所示为系统齿轮设计中读取齿轮材料数掘库。｜鳌Ｉ ３．３读取齿轮材料数据序３．３图形化技术【１２１１１３】为体现先进的设计思想和理念并积极为教学服务，本课题在对凶轮减速器系统研究中，充分运用图形化技术进行齿轮减速器结构设计，如：轴系结构设计、箱体结构设计等。图形化技术的运用使系统界面直观友好、使用方便，ｆ『ｌＪ时界面町动念、实时 地显现设计内容，使设计内容简单直接地展现在用户面前。学，４三可以很方便地选择设计参数（比如轴承的型号的选择等），可以根据动态显示的结构设计的内容及时分析 设计计算参数的合理性及结构设计的合理性，可及时检查是否存在ｆ涉现象等。运用图形化技术进行图形化、可视化的齿轮减速器结构设计，将有助于学生掌握齿轮减速器设计的过程和内容。由于齿轮减速器系统中所画的图形不太复杂，吲此本系统采用ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃｆｊ身提供的画图方法来表达齿轮减速器设计中的有笑图形。Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ不仪本身提供了南京理Ｔ人学坝Ｉ＋学位论文垠十二维参敏化特矿适掣的出艳减建描智能ＣＡＤ手镜们埘，（很多画图方法，而且还能调用ＷｉｎｄｏｗｓＡＰＩ函数进一步扩展图形处坶Ｊ力能。 用图形方式来表示设计内容的一般方法为：首先建立窗体（Ｆｏｒｍ），再舀窗体上＝ 添加Ｐｉｃｔｕｒｅ控件和其它控件，然后在程序运行时用硎图方法在Ｐｉｃｔｕｒｅ控件所示的［五域内画出所需图形。 画图的一般步骤是：（１）将ＡｕｔｏＲｅｄｒａｗ属性设置为Ｔｒｕｅ（自动蕈痢）：（２）然 后设冒比例、设置线型、设冒线宽、设置填充模式、设胃填充颜色：（３）调用唧图方 法画出所需的图形。 画图过程举例：上箱体结构设计画图程序如下（具体参见附录）。。凸台 Ｐｉｃｔｕｒｅｌ．Ｌｉｎｅ（ｓｃａ＋ｗｘ２，ｙＯ）一（ｓｅａ‘ｗｘ５，ｙ０－ｓｃａ＋ｗｈｌ），ＱＢＣｏｌｏｒ（１１）。Ｂ ’圆弧轮廓、切线 Ｐｉｃｔｕｒｅｌ．Ｃｉｒｃｌｅ（Ｓｅａ‘ｗｘ３，ｙＯ），ｓｃａ４ｗｒｌ，ｖｂＢｌｕｅ．３．１４１５９２６／２＋０．３．１４１５９２６Ｐｉｃｔｕｒｅｌ．Ｃｉｒｅｌｅ（ｓｅａ‘ｗｘ４，ｙＯ），ｓｅａ’ｗｒ２，ｖｂＢｌｕｅ，０，３．１４１５９２６／２＋０ ＰｉｃｔｕｒｅＩ．Ｌｉｎｅ（ｓｅａ＋ｗｒｘｌ，ｙ０?ｓｃａ＋ｗｒｙｌ）一（ｓｅａ＋ｗｒｘ２，ｙ０－ｓｅａ＋ｗｒｙ２）．ｖｂＲｅｄ ’齿轮啮合线 Ｐｉｃｔｕｒｅｌ．ＤｒａｗＳｔｙｌｅ＝３’点划线ＰｉｃｔｕｒｅＩ．Ｃｉｒｃｌｅ（ｓｃａ ４ｗｘ３，ｙＯ）。ｓｅａ＋ｇｄｌ／２，ｖｂＲｅｄ，０，３．１４１５９２６ＰｉｃｔｕｒｅＩ．Ｃｉｒｃｌｅ（ｓｅａ’ｗｘ４，ｙＯ），ｓｅａ＋ｇｄ２／２，ｖｂＲｅｄ，０，３．１４１５９２６完成后的上箱体结构图参见图５．１９，其它图例参见“５．３．２凶轮减速器结构设计 推理机的建立”相关图例。 在结构设计中采用了图形化、可视化技术，反映了先进的设汁理念，体现了自上二而下的设计思想，在进行图形化结构设计过程中确定了轴系零件以及箱体零件的结构 参数，简化了设计内容，简化了在三维参数化设计中的装配模板和零件横扳建蕾的疗法。图形化技术使整个系统的设计过程简单、明了、紧凑、直观，舀：敦学中浅显易懂， 学生操作使用方便。南京理Ｔ入学硕ｔ学位论文皋十二维参数化特玎造型的凶轮碱遵器哿能ＣＡＤ乐镜的ｆ?ＪＩ，ｆ４ＳｏｌｉｄＥｄｇｅ一－－次开发方法４．１三维参数化设计软件Ｓｏｌｉｄ Ｅｄｇｅ简介【１５】【１ ６｜１１ ７】美［］ＵｎｉｇｒａｐｈｉｃｓＳｏｌｕｔｉｏｎｓ公司（简称ＵＧＳ）是全球最大的机械三维ＣＡＤ软件公司之一，其产品ＳｏｌｉｄＥｄｇｅ是基＝］＝Ｗｉｎｄｏｗｓ平台的三维机械设计软件。该软件足真正的 Ｗｉｎｄｏｗｓ软件，易于理解、操作方便，能够在Ｗｉｎｄｏｗｓ下进行文字处理、电子报表、数据库操作等。ｉ幺软件县有零件设计、钣金设计、装配设计和图纸设计四个环境，并 且将装配设计、零件造型、钣金设计和工程图生成完整有机地结合在一起，为＿｝｛｛户提 供了一个从二维到三维的设计系统。ＳｏｌｉｄＥｄｇｅ专为机电设计人员丌发，提供强大的 参数化、基于特征的实体造型技术和曲面造型技术，用户利用拉伸、旋转拉伸}