基于MBD的設計信息管理方法研究

發布時間：2023-07-13 09:53

圖清單 I

表清單 IV

1緒論 1

1.1課題背景及研究意義 1

1.2MBD技術概述 1

1.3MBD產品設計信息綜述 4

1.4研究內容 7

1.5章節安排…- 8

2MBD設計信息與依附特征的關聯關系表示模型 10

2.1MBD設計信息組成及數據集內容 10

2.2MBD設計信息與依附特征的關聯關系 12

2.3MBD設計信息與依附特征的關聯關系表示模型 20

2.4本章小結 21

3MBD設計信息的提取方法研究 22

3.1MBD設計信息提取的技術路線 22

3.2MBD設計信息的提取方法 23

3.3MBD設計信息與模型交互的實現 28

3.4本章小節 29

4MBD設計信息視圖管理方法研究 30

4.1MBD “多視圖、多類別"管理 30

4.2MBD的實體定向管理方法 34

4.3本章小結 40

5基于MBD的產品設計信息管理系統的開發 41

5.1系統的總體設計 41

5.2系統界面的設計 52

5.3實例驗證 55

5.4本章小結 60

6總結與展望 61

6.1論文總結 61

6.2工作展望 62

參考文獻

附錄

作者簡場

致謝

學位論文數據集

Contents

List?f Figures ??••••?????•?????????????????•???••??•?—???•—?•????????•????•— — —

List of Tables JV

1Introductkm—. 1

1.1The background and research significance 1

1.2MBD technology overview 1

1.3Overview of product design information 4

L4 Research content 7

1.5 Chapters arrangement 8

2The relational model of MBD design information and dependent features 10

2.1MBD design information composition and data set content 10

2.2Relationship between MBD design information and dependency characteristics 12

2.3The relational representation model of MBD design mfbrmation and dependency

characteristics 20

2.4Brief summary 21

3Research on the method of model design information extraction .......22

3.1MBD design the technical route of information extraction 22

3.2Extraction method of MBD design information 23

3.3The realization of interaction between MBD design information and model 28

3.4Brief summary... 29

4Research on view management method of MBD design information ?.3O

4.1MBD "multi view, multi category" management 30

4.2The entity oriented management method of MBD 34

43 Brief summary 40

5Development of product design information management system based on MBD... 41

5.1Overall design of the system 41

5.2Design of system interface 52

5.3Case verification 55

5.4Brief summary i 60

6Conclusions and prospects ............... ..... .......... 61

6.1Conclusions 61

6.2Prospects 62

References

Appendix

Author's Resume

Acknowledgements

Thesis Data Collection

圖清單

圖序號圖名稱頁碼

圖1.1 對比關系 3

Fig. 1.1 Contrast relationship 3

圖2.1 MBD數據集 11

Fig.2.1 MBD data set 11

圖2.2 注釋信息 12

Fig.2.2 Annotation information 12

圖2.3 三維模型信息特征的層次結構 13

Fig.2.3 The hierarchical structure of information feature of 3d model 13

圖2.4 CSG結構樹 13

Fig.2.4 CSG tree structure 13

圖2.5 三維模型信息幾何拓撲關系的層次結構 14

Fig.2.5 Three ? dimensional model information the hierarchy of geometric topological relations 14

圖2.6 邊界表示法 15

Fig.2.6 Boundary notation 15

圖2.7 MBD模型設計信息與所依附特征的關聯圖 16

Fig.2.7 MBD模型設計信息與所依附特征的關聯圖 16

圖2.8 MBD數據集的設計信息與依附特征的關聯關系表示模型 21

Fig.2.8 The relational representation model of design information and dependent features of MBD data set 21

圖3.1 技術路線 22

Fig.3.1 Technical route 22

圖3.2 遍歷流程圖 23

Fig.3.2 Traversal flow chart 23

圖3.3 尺寸公差信息提取流程圖 25

Fig.3.3 Dimensional tolerance information extraction flow chart 25

圖3.4 形位公差信息提取流程 26

Fig.3.4 Information extraction process of geometrical tolerance 26

圖3.5 依附特征信息的提取流程圖 28

Fig.3.5 Extraction flow chart of dependent feature information 28

圖4.1 信息表達干涉重疊現象 30

Fig.4.1 Information expression interference overlap 30

圖4.2 視圖管理器 31

Fig.4.2 View manager 31

圖4.3 注釋的分類 32

Fig.4.3 Classification of annotations 32

圖4.4 MBD設計信息的顯示管理 32

Fig.4.4 Display management of MBD design information 32

圖4.5 “多視圖、多類別”管理界面整體界面布局 33

Fig.4.5 "Multi view, multi category" management interface overall interface layout 33

圖4.6 三維軸測視圖 34

Fig.4.6 Three-dimensional axonometric view 34

圖4.7 視圖調整模塊 36

Fig.4.7 View adjustment module 36

圖5.1 系統的總體框架 42

Fig.5.1 Overall framework of the system 42

圖5.2 Pro/E二次開發工具 44

Fig.5.2 Development mode 44

圖5.3 動態鏈接庫運行模式 45

Fig.5.3 Dynamic link libraiy operation mode 45

圖5.4 資源信息文本 46

Fig.5.4 Resource information text 46

圖5.5 注冊文件 46

Fig.5.5 Registration document 46

圖5.6 輔助應用程序 47

Fig.5.6 Auxiliary application 47

圖5.7 應用程序開發步驟 48

Fig.5.7 Application development steps 48

圖5.8 配置與平臺設置 49

Fig.5.8 Configuration and platform settings 49

圖5.9 包含目錄設置 49

Fig.5.9 Include directory settings 49

圖 5.10 庫目錄設置 49

Fig.5.10 Library Directory settings 49

圖 5.11 附加依賴項庫設置 49

Fig.5.11 Additional dependency library settings 49

圖 5.12 數據庫接口原理圖 50

Fig.5.12 The principle diagram of the database interface 50

圖 5.13 訪問數據庫的流程 51

Fig.5.13 Process of accessing database 51

圖 5.14 運行流程 52

Fig.5.14 Operation process 52

圖 5.15 系統主界面 53

Fig.5.15 System main interface 53

圖 5.16 MBD設計信息管理系統界面 53

Fig.5.16 MBD design information managen^nt system interface 53

圖 5.17 MBD設計信息視圖管理系統界面 54

Fig.5.17 MBD design informatioii view management systan interface 54

圖 5.18 MBD模型 55

Fig.5.18 MBD model 55

圖 5.19 信息獲取界面 55

Fig.5.19 Information acquisition interface 55

圖 5.20 模型加亮顯示 56

Fig.5.20 Model highlight 56

圖 5.21 “多視圖、多類別”視圖管理界面 59

Fig.5.21 Multi view multi category view management inter&ce 59

圖 5.22 模型旋轉、變換矩陣管理界面 59

Fig.5.22 Model rotation and transfonnation matrix management interface 59

圖 5.23 三維軸測視圖、平移縮放管理界面 60

Fig.5.23 Three-dimensional axonometric views, translation, scaling management interfece 60

表清單

表序號表名稱頁碼

表1.1 產品定義發展過程 2

Table 1.1 Product definition development process 2

表2.1 MBD具體信息組成 10

Table 2.1 The specific information composition of MBD 10

表2.2 MBD模型信息與所依附特征的關聯關系 17

Table 2.2 Rdationship between MBD model information and dependent characteristics 17

表3.1 尺寸公差信息提取關鍵函數 24

Table 3.1 Key function size tolerance infonnation extraction 24

表3.2 形位公差信息提取關鍵函數 27

Table 3.2 Key function extraction of geometrical tolerance information 27

表33 依附特征信息的提取關鍵函數 27

Thble3.3 function of extracting dependent feature information 27

表4.1 窗口和視圖控制函數 37

Table 4.1 Window and view control functions 37

表4.2 UI對話框界面元素 39

Table 4.2 UI dialog interface elements 39

表5.1 系統的運行及開發環境 41

Table 5.1 System operation and development environment 41

表5.2 Pro/E二次開發工具 43

Table 5.2 Pro / E secondary development tool 43

表5.3 同步模式和異步模式的優缺點 44

Table 5.3 Advantages and disadvantages of synchronous mode and asynchronous mode 44

表5.4 部分菜單添加函數 45

Table 5.4 Partial menu add function 45

表5.5 尺寸公差及形位公差提取的信息 57

Table 5.5 bifonnation extraction of dimensional tolerance and geometrical tolerance 57

表5.6 關聯幾何特征提取的信息 58

Table 5.6 Information of associated geometric feature extraction 58

1緒論

1Introduction

1.1課題背景及研究意義（The background and research significance）

隨著對生產效率要求不斷提高，現今制造業的競爭日趨激烈。雖然現階段正在使用諸如 PDM（Product Data Management 產品數據管理）、CAPP（ Computer Aided Process Planning 計算機輔助工藝過程設計）等信息化集成系統用作生產的指導，但是它們主要反映在信息管理中，在實際應用中使用率并不高。隨著先進數字化制造技術的快速發展，傳統的二維圖紙表達模型信息的方式滿足不了一些先進制造技術領域中的要求。其二維圖紙也存在很多的不足：（1）二維圖紙由三維模型生成，生產者再由二維圖紙構建三維模型，期間的轉換不僅耗費時間而且容易導致理解錯誤，造成不必要的損失。（2）二維圖紙容易導致解釋性錯誤，設計師和工程師之間通過二維圖紙傳達信息，容易造成數據不準確。（3）二維圖紙表達繁瑣，對于在不同軟件、不同的單位之間識別起來比較困難。近年來，數字設計和制造技術已成為現代設計和制造技術的基礎，為工廠帶來了龐大的價值和效益，因此，很多制造類企業使用三維信息來闡述產品的生產信息，從而擺脫二維工程圖的弊端［卜譏

MBD （Model-based definition,基于模型的定義）技術作為一種新的對產品的定義方式，以MBD模型作為唯一的信息載體，將設計信息、加工的信息整合到此模型上，從而提高產品設計效率。采用MBD的設計方法，不僅可以使加工零件的時間減小，而且還可以使成本變低且還滿足質量要求。隨著制造業實力的不斷增強，企業不斷追求效率高、信息識別能力強的加工方式，而MBD技術正好符合用戶的需求，更為關鍵的是，它代表了當前產品制造過程中至關重要的核心技術，并使三維模型成為用于產品開發的唯一數據信息源。由于MBD模型含有產品的所有尺寸、公差和技術要求等信息，所以操作人員無需再依賴二維圖紙就能完成對零件的加工，這也很好的體現出MBD技術的優勢。它能利用圖形和文字的表達方式詳細的描述更加完備的產品定義信息，解決了傳統二維工程圖在信息定義方面的一些問題，因此，MBD技術將是未來的發展趨向，無紙化情形將廣為人們所接受。

1.2MBD 技術概述（MBD technology overview）

1.2.1 MED技術內涵

基于模型的定義是一種新的產品定義方式，它將計算機輔助設計和制造業相結合并成為了一個新的發展階段⑷。MBD使傳統數字產品的定義的方法發生了質的改變，不再使用二維工程圖來表達加工信息。同時，MBD使三維實體模型成為加工制造過程中唯一的數

據源，結束了利用二維工程圖加工的方法［"］。

MBD模型作為產品加工過程中唯一的數據源，對產品的開發、設計、制造具有重要意義。在零件MBD信息表達模式下，三維CAD環境中提供了全部的產品信息，并能夠高效、方便地獲取產品信息。MBD技術更加突出的特點是將注釋信息與模型之間進行關聯，因此保證了信息的準確性。由于MBD模型中會有大量的信息，如果沒有具體的工具或專業人員，他們會花費大量的時間尋找所需信息的設計、制造信息，這就會使加工人員的加工效率變低，從而導致零件的制造時間變長，因此如何對MBD模型進行信息提取并進行合理管理，一直是我們探索的話題。

綜上所述，本課題擬研究MBD模型信息的提取和視圖管理的方法，建立MBD信息提取流程，對MBD的尺寸信息、公差信息、基準信息以及所關聯的特征進行信息獲取，根據信息的功效不同進行分類，通過數據庫形式進行保存。同時通過對視圖進行合理的管理來實現對MBD信息的管理，從而為模型加工制造提供數據支持。

1.2.2MBD技術的發展

隨著制造業的不斷發展，對加工產品信息定義方式也發生了改變，從最開始的手工二維圖，到計算機輔助繪圖，再到MBD技術，其過程可分為如表1.1幾個階段〔7岡。

表1.1產品定義的發展過程

Table 1.1 Development process of product definition

名稱使用形式特點

手工繪制二維圖形的效率較低、理解難度大、可重用性差，有時需要重新繪制整個圖形。圖紙的質量完全取決于技術入員的綜合能力。

雖然三維模型解決了二維模式下識別難度的問題，但其缺乏統一性，其識圖能力還需要專業的技術人員，其數據來源也不單一。圖紙的質量很大程度上取決于技術人員的綜合能力。

它是基于模型特征的標準化定義。計算機可以很容易地識別三維數字模型。其模型為單個數據源驅動，具有很強的重用性。對技術人員來說，對圖紙質量相對要求較低。

二維圖

計算機輔助繪圖

基于模型的定義

用二維工程圖表達產品的信息。

二維工程圖+3D模型方式、用三維模型描述產品信息，再用二維工程圖闡釋零件的設計信息。

三維模型就可以闡釋零件結構的信息。

同時，由于CAX、PLM （產品生命周期管理Product Lifecycle Management）技術也越來越成熟，很多企業已經意識到數字工廠的概念。其網絡化的信息生產車間，使三維模型直接發送到一線進行處理。因此，傳統的二維圖紙正逐漸被MBD技術取代已成為必然趨勢。

1.2.3MBD技術的優勢

通過分析MBD技術在國內外的應用情況來看，MBD技術帶來的經濟效益是傳統模式

無法比擬的。其優勢主要如下幾個方面［9-囚。兩者的對比關系如圖1.1所示。

(1)MBD只有一個數據源，是產品的唯一信息載體，集合了加工的全部信息，也能夠擺脫數據存在二次定義的現象，從而增加數據的準確性，減少紙質化的數據和計算機系統之間因存在識別錯誤而造成重復工作的現象，從而使加工效率和質量得到提升。而對于二維工程圖的設計方法，由于產品需求端的不斷更改以及不同軟件生成二維圖的原理不一致，容易造成數據不全，嚴重時甚至會導致數據錯誤。

(2)MBD的繪制時間短、易理解，提高加工人員的理解效率。MBD是一種數字化定義技術，技術人員無需工程圖，而是直觀的從3D模型中尋找設計信息。采用這種MBD 技術，使加工所需要的各個環節的技術人員更加直觀的理解設計者的意圖，減少因理解錯誤導致加工零件無效的現象發生。在過去，設計師在設計產品時，首先在大腦中構思一個三維的設計思路，而后使用3D軟件繪制模型，將其轉化為二維的工程圖，并轉發給工藝部門。技術人員拿到設計圖紙后，在腦中將其轉化為三維設計模型，并將其轉化為二維工藝流程，并傳遞給工裝設計部。工裝設計人員在獲得工藝流程后，在頭腦中形成三維設計模型，了解設計意圖，開始工裝設計，并最終移交加工部門；生產站點上的加工人員根據前面的設計圖紙，在大腦中形成一個三維模型，最后完成加工過程，整個過程非常繁瑣，而且效率低下，任何鏈接的出錯會導致產品達不到要求。

實體

三維模型+二維圖紙 MBD三維模型

定義數據復雜定義數據單一

工程錯誤較多提高工程質量

零件設計時間長零件設計時間短

存儲產品困難電子化存儲協調性好

裝配協調性差裝配協調性強

圖1.1對比關系

Fig. 1.1 Contrast relationship

1.2.4當前MBD技術應存在的問題

MBD技術在我國制造行業仍在探索中，其許多技術的問題仍需要解決，其主要存在以下問題

（1） MBD標準和管理規范需要進一步的完善和統一

盡管全球標準ISO 16792. USA標準ASMEY14.41、中國標準GB/T26099?26101, GB/T24734和其他有關MBD標準在國內外已經發布出來，同時一些企業為了根據自己產品的特點也制定了相關的標準。但是，由于這些標準形式各異，具有明顯的行業特點，沒有具體的數據規范，其MBD技術體系不易形成。

（2） MBD建模的技術落后

目前，大多數的三維軟件都由國外所開發的，其軟件功能上僅存在3D注釋這一項功能，而這對于MBD來說，遠遠沒有達到要求。另外，軟件本身沒有配套的軟件工具，設計效率低，無法全部表達MBD信息。

（3） MBD數據集的“數字化”程度不高

目前，在MBD技術的應用上，大部分公司僅僅將二維工程圖上的信息“搬移”到三維模型中，未能體現三維模型的優勢，也未能將非幾何信息進行“數字化”處理。后續的加工環節還得需要技術人員通過自身的理解去獲取所需要的設計加工信息，未能將MBD 技術充分利用。

（4）復雜模型信息難以表達和提取

由于MBD包含的信息量遠多于傳統的二維圖紙，完整的MBD信息通常包括配置信息、屬性信息、加工信息、標注信息等，其中標注信息又包括尺寸和公差、基準、技術要求等信息。由于模型上的信息量大，其注釋信息很容易出現的干涉、重疊現象。

（5）視圖界面表達不清楚

大型零件的信息在MBD上是層層覆蓋的，在視圖界面中，很難瀏覽和提取所需要的信息。由于視圖界面有限其標注信息太小，無法在整個顯示中讀取，放大模型只能看到局部信息，不易理解三維模型的整體形狀和位置。

1.3MBD 產品設計信息綜述（Overview of product design information）

1.3.1 MBD產品設計信息模型概述

由于MBD涵蓋信息較多，設計信息又是加工制造中最關鍵的一部分，所以本文主要解決MBD產品的設計信息所面臨的問題。

MBD設計信息主要包括模型的尺寸信息、公差信息、基準信息、表面粗糙度信息以及屬性信息〔⑴。對于模型來說，這些信息是組成模型的基礎，也是加工制造的依據。對于 MBD技術存在的問題，MBD產品設計信息也同樣存在，尤其是MBD信息表達和提取以及視圖管理的問題。

因此，本課題擬研究MBD產品設計信息模型管理技術（信息識別和提取的方法以及視圖管理的方法）。按照一定的要求，對MBD模型所屬的尺寸、公差、基準信息以及依附特征信息進行獲取，根據信息的功效不同進行合理分類，并通過數據庫形式進行保存，為模型加工制造提供數據基礎。同時通過對視圖界面的開發為工作人員更加詳細的觀察模型提供便捷。

1.3.2 MBD產品設計信息管理國內外研究現狀

(1)國內研究現狀

劉榮來［岡研究了三維模型標注問題，提出了 “功能、尺寸、工程、制造”四類三維模型知識以及CAD信息在三維模型上的體現形式,為對如何管理模型信息提供了理論基礎。

田瑩瑩［19］研究了 pmi的標記方法，開發了對標注專用的對話框，從而實現了對尺寸公差、形位公差以及屬性信息的標記。

胡祥濤〔20］等設計了一種用于表達設計信息和制造信息的工藝信息框架，同時通過對三維模型進行了研究，定義其相應的表達公式。

彭政洲0］等人根據企業的需求在Pro/E軟件的基礎上進行了開發，實現了對模型信息分組顯示的功能。

趙楊［22〕根據三維模型旋轉后變得模糊的現象，提出了一種取代顯示平面的優化方法，并結合二次開發技術，對其優化方法進行了驗證。

周超等〔2習人提出了一種模型自動標注的方法，從而解決了三維模型標注過多的問題。

楊牛［24］建立了有向約束網絡，實現了尺寸的智能標注。以復合模型為例，描述了智能尺寸標注系統的六個模塊：基本體的特征識別、定形尺寸與定位尺寸的生成、特征信息提取、尺寸調整和尺寸標注。

楊毅［羽對三維計算機輔助工藝過程設計系統中基于特征的信息模型進行研究，探討了特征提取方法，討論了工藝決策信息等關鍵技術環節。

由于MBD技術屬于數字化技術，其對軟件方面有很強的依賴性，且該技術的信息的交換必須依靠計算機來完成。所以我們需要探索MBD數據組織模式，使其適應當前的數據管理系統ex%例如，梁艷MI等運用數字化幾何進行飛機數字化設計與制造，形成了全新的數字化裝配建模理論與方法。于勇［29］等人提出MBD本體建模方式，將MBD模型數據進行結構化、語義化表達和存儲，通過對模型檢索實現MBD信息二次利用；西北工業大學的辛宇鵬［3。】針對當前三維數字化設計制造過程中存在的數據傳遞不一致的問題，提出工序MBD驅動的三維數字化機加工藝設計模式,將工序MBD作為信息傳遞的唯一載體，避免了二維工程圖和三維模型的轉換過程，保證了數據傳遞的一致性。

沈陽航空航天大學韓志仁、王珂等提出了一種針對標準件設計信息的提取的方法，并結合CATIA的二次開發，構建了針對標準件的信息平臺，從而大大提高了數字化制造的工作效率⑶〕。

楊濤［辺針對MBD定義內容不夠豐富的特點，在已有的基礎上，通過擴展MBD模型

信息內容與使用可擴展標記語言（XML）信息的形式，在CATIA軟件下開發了其信息集成與管理系統。

西安工業大學高妮萍［列針對三維模型設計信息標注問題提出了基于MBD的設計信息

數字化標注系統體系結構，根據體系結構開發出了針對MBD模型的各個功能模塊。

閆帥等［34］針對三維零件工藝審查中存在的問題，對mbd設計模型進行了工藝審查研

究，從而完成了對MBD設計模型工藝信息的提取、修改和存儲功能。

方憶湘等［珂分析了一些MBD模型檢測信息的組成和相關性，獲取了其檢測所需要的

信息，并將檢測信息作為CMM測量數據源并存儲在相應的數據表中。

李文博等［36］人利用catiA二次開發方法，開發了一套工藝審查系統，實現了對特定模型信息提取和信息之間的對比。

樊恒等［37］學者采用［ges等中性文件使用特征識別與公差匹配技術來提取數據。

天津大學趙金才〔珂等利用特征識別技術，通過二次開發完成了對產品幾何特征信息的提取。

清華大學王健美a】等人利用中性文件匹配技術結合模型中幾何元素的標識ID唯一的特點，開發出了特征提取系統。系統可以使用Q-DAS數據格式將數據進行保存，從而實現質量特征檢測信息的自動提取。

合肥工業大學吳娟【創等人在中性格式下的零件模型基礎上，建立了其檢測規劃系統。

將三維模型加載到專用的三維顯示與編輯環境中，并結合所開發的信息獲取模塊進行對其信息的獲取。

合肥大學趙韓等⑷］人將產品質量特征信息分為直接獲取和元素離散點擬合，提出了一

種特征識別與提取的方法，并通過二次開發進行了理論驗證。

南京理工大學的吳耀〔創建立了一個裝配信息模型，并在此模型的基礎上，對裝配體的基本信息、配合信息等信息進行了提取和存儲。

西安工業大學的吳浩等⑷1人構建了基于3D-CAPP的特征識別與提取方法和框架。將模型的特征作為信息提取的單元，建立基于特征的完整零件信息模型。從特征的定義、分類、關系和面向對象描述等方面對特征技術進行了研究。

李青義、胡玉蘭在對三維模型的特征提取與識別方法研究的基礎上，提出了兩種針對

飛機飯金件的加工方法：采用CATIA進行二次開發與規則引擎兩者融合的特征識別方法；采用點云數據處理方法進行提取和識別〔的。

目前，一些學者在CATIA軟件環境下建立了汽車、航天等領域應用的MBD模型，并通過二次開發技術對MBD模型進行了信息提取和存儲。例如陳卓寧［呦等學者利用CATIA 二次開發技術，對MBD數據信息進行提取，從而為加工制造的過程提供了數據支持。

劉世民等函］為提供工序建模時所需的特征MBD設計信息，提出了面向工序建模的設

計信息提取算法。以MBD模型為唯一依據，獲取模型中的設計信息，搜尋設計信息的依附元素所在特征，依據其關聯的特征將其分類為獨立標注、關聯標注與形狀尺寸，最后以特征為單位輸出相關的設計信息。試驗表明，該方法能有效獲取工序建模所需的特征MBD 設計信息。

(2)國外研究現狀

Gu和Chan主要針以STEP中性文件為研究對象，采用線性層次和約束提煉等技術，實現對模型的尺寸、形位公差等信息的提取〔切。

Zhao等［伺對在機檢測(On-Machineinspection, OMI)系統做了大量的研究，針對尺寸提取方案分為頂層方案和底層方案，其中一系列的模型信息通過頂層方案來集中表達，從而使模型信息的提取更加便捷。

Lin和Chen根據產品的設計圖紙提取了 DXF文件中的模型信息，并與軟件接口進行連接，以便實現對產品制造信息的提取⑷-叫

JDTTannock和HLee以模型的中性文件為基礎，在以模型的數據規范為前提，通過二次開發實現了尺寸、公差、基準、粗糙度、屬性信息等相關特性信息的提取⑸］。

LAinsworth等網對曲面的優化進行了詳細的研究，并結合零件的形狀特征，開發了特征識別與檢測系統。

SudarsanR,SuzukiH等闡述了 MBD模型的組織結構及其在產品開發中的作用㈢亠】。

VirgilioQuintana等〔旳闡述了 MBD技術在整個產品生命周期中應用所面臨的問題和解決方案。

M.Alemanni等［旳利用特征函數調度法通過三維軟件實現了 MBD產品的建模，并在飛機部分結構上進行了驗證。

從國外的研究成果上來看，大多數都是在三維CAD軟件上對STEP中性格式的信息進行獲取。HWANGCY等學者按照STEPAP224標準定義了一種表達制造特征的常用信息模型，通過所定義的模型來實現對工藝設計信息的識別〔切。MBD模型由設計模型、標注信息和屬性信息三個模型元素組成。設計模型從三維的角度記錄了產品的幾何信息，標注信息記錄了模型的注釋信息，屬性信息主要為模型的技術要求、材料信息等。LINGZC等針對中性格式的模型提出了特征識別系統，從而獲取其模型的制造信息［跖59〕。

1.4研究內容(Research content)

本文通過分析MBD設計信息中存在的問題，結合MBD模型，對基于MBD設計信息提取、視圖合理的表達等問題進行了重點研究，并開發了 MBD的設計信息管理系統，從而實現了對MBD設計信息更加合理的管理，為加工制造提供數據支持。本文主要研究內容如下：

(1)簡述了課題的背景、研究意義以及MBD技術概述及所面臨的問題，分析了國內外的研究現狀，說明了研究的目的，最后給出了本文主要研究內容及創新點。

(2)研究MBD數據集和設計信息的組成，用集合的形式定義MBD設計信息與依附特征之間的相互關聯關系，建立MBD設計信息與依附特征的關聯關系表示模型。

(3)設計MBD設計信息提取的技術路線，建立MBD模型設計信息提取的流程，對尺寸信息按照不同類型進行了區分，對尺寸值、偏差值、尺寸符號、依附元素ID分別進行提取，并將尺寸所屬的視圖也進行識別和區別，對其形位公差的信息進行提取。將尺寸公差信息、形位公差信息和依附特征信息通過元素ID進行關聯，將所關聯的特征信息進行提取。同時提出MBD設計信息與模型的交互，從而方便工作人員對MBD模型信息查看和調用。

(4)針對三維零件模型的標注信息顯示凌亂、非幾何信息表達不清楚、信息難以識別等現象，對MBD中的設計信息提出按“多視圖”、“多類別"以及模型實體定向的方法，即視圖顯示模塊和視圖控制模塊。其中視圖顯示模塊主要通過選擇不同的視圖和不同標注類別實現對模型信息的選擇性顯示或隱藏，并對所選擇的標注信息在視圖上高亮顯示, 幫助技術人員快速定位所選擇的信息，使用戶從MBD模型中快速獲取所需要的標注信息，從而解決MBD模型標注的密集程度大的問題。視圖控制模塊通過研究視圖矩陣、窗口矩陣原理，結合變換矩陣、視圖旋轉指輪來實現對MBD模型的角度調整、平移縮放、三維軸測視圖的選擇，從而使用戶更加直觀、清晰獲取產品信息，以便于指導生產，提高MBD 模型使用效率。

(5)通過對MBD管理方法的研究，利用Pro/E二次開發技術，在Visual Studio 2008 環境下用C語言開發出MBD設計信息管理系統和MBD視圖管理系統，從而驗證上述方法的可行性。

1.5章節安排(Chapters arrangement)

根據研究內容，本文總共分為六個章節，各章的具體內容如下：

第一章緒論

本章是論文的總述部分，主要介紹了論文的研究背景，闡述了 MBD技術研究的目的和意義，剖析了國內外的研究和使用現狀，并確定了本文研究的內容，布置了論文所需章 .+ +■*

N。

第二章MBD設計信息與依附特征的關聯關系表示模型

介紹了基于MBD的產品設計信息的組成，對MBD數據集的內容進行了合理的分類。分析了 MBD設計信息與特征間的關聯性，通過集合的形式定義了信息和特征之間的關聯關系，最終形成了 MBD設計信息與依附特征的關聯關系表示模型。

第三章MBD設計信息的提取方法研究

首先根據建立的MBD設計信息與依附特征的關聯關系表示模型設計了 MBD設計信息提取的技術路線，明確了 MBD提取的算法以及提取流程，設計了 MBD設計信息與模型的交互功能，總結了所需要的關鍵函數，為后面章節的開發提供了技術支持。

第四章MBD設計信息視圖管理方法研究

本章對MBD標注呈現出的重疊問題，設計出一套MBD視圖管理系統，即按照“多視圖"、“多類別”和實體定向的管理方法，并對其如何實現的方法進行了研究。

第五章基于MBD的產品設計信息管理系統的開發

首先剖析基于MBD設計信息管理系統的總體框架；其次對環境變量及編譯器進行了設置，并具體對Pro/TOOLKITAPI程序設計、Pro門'OOLKIT UI菜單設計、數據庫的創建進行了研究；然后開發出MBD信息管理系統，系統共分2個模塊：MBD設計信息提取模塊和MBD視圖管理模塊，最后通過具體的模型實例驗證了該系統的有效性。

第六章總結與展望

本章節對全文進行總結與展望。對本文所做的研究工作做了分析和總結，并對本領域后期的部分研究進行了展望。

2MBD設計信息與依附特征的關聯關系表示模型

2The relational model of MBD design information and dependent features

信息表示模型是針對某一事物特征的關系，通過定義的表示方法進行概括性、有規律的抽象描述。信息模型能夠在不同的應用程序之間調用、更改和共享數據。信息表示模型的使用不僅可以用在模型的建模過程，還可以用于模型特征之間相關性的描述。信息表示模型是產品開發發過程中的重要前提，不僅表達信息之間的關系，而且還過濾與信息模型無關的信息，為產品的開發設計提供了重要參考。因此，創建一個完整、準確的信息模型具有重要意義。

2.1MBD設計信息組成及數據集內容(MBD design information composition and data set content)

2.1.1MBD設計信息的組成

通過分析模型的加工需求，本文將模型的設計信息分為幾何拓撲信息、特征信息、三維標注信息和屬性信息。幾何拓撲信息主要包含點、線、面的幾何信息及它們之間的拓撲關系信息。特征信息主要包括基準、形狀和結構特征，特征信息會影響產品設計特性。屬性信息包括編號、名稱等參數信息，直接影響產品質量和產品信息的管理。MBD具體信息組成如表2.1所示。

表2.1 MBD具體信息組成

Table 2.1 The specific information composition of MBD

類別子類內容

幾何拓撲信息幾何信息模型中由點、線、面組成

拓撲信息連接環、面、殼等幾何間關系

基準特征組成模型的基準面、軸、點

特征信息形狀特征伸出項、旋轉體、筋、倒圓角等成形特征

結構特征定位孔、凸臺等

三維標注信息尺寸信息尺寸公差、形位公差、粗糙度等

標注管理信息視圖定義方向、組合視圖等

參數信息模型名稱、技術要求等信息

材料信息模型的材料名稱、硬度、版本號等

屬性信息質量信息質量、轉動慣量等

審查信息零件的校對、審核等

工藝技術信息模型表面處理參數等

2.1.2 MBD數據集的內容

MBD產品設計信息的組成內容是通過MBD數據集來表示的。MBD數據集包含了其定義產品數據的全部信息，使尺寸、公差、基準、技術要求等標注信息在三維模型中盡可能的表現出來，形成單一數據源［砌，并應用在產品設計制造的整個過程。通過分析葉柏超 ⑹］對MBD數據集的分類可知，MBD模型在不同的周期階段都有著不同的內容和形態，從產品的設計到制造將MBD數據集分為六類，即MBD設計模型、MBD工藝工序模型、MBD 工裝和模具模型、MBD檢測模型、MBD分析仿真模型、MBD輕量化模型，本文主要分析MBD設計模型。傳統MBD數據集將MBD模型簡單的分為了幾何信息和非幾何信息，其局限性在于分類標準過于單一，不能夠根據用戶需求選擇性的選取所需要的信息，本論文將MBD數據集進行了重新分類，將數據集根據MBD模型設計信息內容的不同，分為實體模型、基準與坐標、注釋信息、零件屬性信息四大類。其中MBD數據集定義如圖2.1 所示。

圖2.1 MBD數據集

Fig. 2A MBD data set

(1)模型的基準與坐標系

基準與坐標系是MBD數據集的重要組成部分，基準和坐標系對模型進行了空間的約束，確定了其相對位置，是模型建模的基礎。在三維軟件下的模型，通過約束其三個參考面來確定其使用的基準面并貫穿于特征樹中。

(2)實體模型

實體模型不僅表達了模型的幾何構造，還表達了特征之間的拓撲關系。在MBD模型中，最重要的組成是實體模型，它體現了產品設計人員創建模型的思想過程。模型控制幾何、輔助幾何體以及模型幾何體共同組成了實體模型。其中控制幾何包括點、線、面等與模型有關系的元素；輔助幾何體是指在建立模型時所需的幾何數據信息；模型幾何體包括與模型相關的幾何特征信息。

(3)注釋信息

注釋信息主要包括尺寸、公差、表面粗糙度.技術要求等用于加工制造的設計信息。將注釋信息定義在其數據集上，通過標注線的形式寄托在其特征面或者基準平面上，并在界面上顯示出來，這樣不僅能夠詳細、準確表達產品設計模型的制造技術要求，還能夠根據注釋信息，使MBD技術應用到生產制造領域。其注釋信息如圖2.2所示。

技槿求

1薄件加工表面上,不應戡1痕.擦離傷零件表面的缺洛? 2抑工的鹹表面不允許有黑皮、確碰、舌跑和毛$煖缺陪?

3不加工的外表面涂瑩綠色防逶漆,內表面涂紅丹防銹漆

4 顧

5殊注形伏公差應符臺GB1184-8 0的要求.

6曲長斷寸餅腿±05mm.

7旅注倒角均為2x45°.

圖2.2注釋信息

Fig. 2.2 Annotation information

(4)零件屬性信息

零件屬性信息包括模型的版本信息、材料說明信息等沒有在界面顯示的內置數據信息。屬性信息主要用于對加工所需要信息的補充。屬性信息包括材料硬度、技術要求等信息。

2.2MBD設計信息與依附特征的關聯關系(Relationship between MBD design information and dependency characteristics)

MBD信息不只是將注釋信息單純的表達出來，還將各類信息與模型中的幾何特征進行了關聯。例如設計信息中的形位公差信息關聯著模型特征的的表面，因此在對MBD數據集定義時，要將標注信息與幾何特征信息相聯系才能完全表達模型的信息@】。

目前，MBD模型主要應用在三維大型軟件(Pro/E、CATIA、UGNX等)上，因為三維軟件能夠完成模型參數化的構建，能夠通過其特有的數據結構反映模型特征的信息，尤其對于復雜的零件，在其構建模型、幾何元素的數據記錄等方面能起到關鍵作用。

2.2.1 MBD產品的數據結構

在三維軟件中，三維模型是以特征為最小單元，按照從上往下的順序創建模型特征, 再由各個特征之間進行布爾運算實現模型的組合，這也是常用軟件造型的原則［63】。由于三維模型是基于特征定義形成的，特征由不同的幾何項組成，幾何項下分不同的幾何要素, 形成的這種層級結構稱為模型樹，其中一個模型樹代表一個特定的特征，根節點代表了模型，樹的中間節點代表了特征項，葉子節點代表了幾何要素，三維模型信息的層次結構［同如圖2.3所示。

ProSolid

ProFeature ProFeature

ProGeomitem ProGeomition

圖2.3三維模型信息特征的層次結構

Fig. 2.3 The hierarchical structure of information feature of 3d model

特征數據結構中記錄了孔、圓柱、槽、球、圓柱體、長方體等幾何特征。CSG表示法［65］（構造實體幾何方法）通過使用基本體素，交、差、并來表達特征的不同組合，并且以二叉樹的形式表達它們的關系，其中末端節點是基本體素，非終節點為并、交、差和幾何變換中的其中一種運算。CSG樹的定義為：＜CSG樹〉:：=葉節點（體素）|＜CSG樹x正則幾何運算XCSG樹＞|＜CSG樹x幾何變換＞。由于模型由不同的葉節點、不同的方式組合而成，每個非葉節點的子樹可以利用幾何變換、集合運算來生成新的集合，進而形成不同的模型輪廓。如圖2.4所示，其中U表示交運算，-表示差運算。

R R P，

圖2.4 CSG結構樹

Fig. 2.4 CSG tree structure

其中體素和所允許的幾何變換和正則運算決定了 CSG的定義域,其中節點的數據結構如下：

ClassCSG Node {

ClassCSG_Node*m_lefiSubtree;〃左子樹

ClassCSG_Node*m_nightSubree;// 右子樹

ClassCTranformm matrix;//用于變換矩陣

Intm_operationCode;〃操作碼

}

其中操作碼用來決定模型的基本組合方式，操作碼由0、1、2、3、4組成，當操作碼定義為0時，表示CSG的節點是基元體素點，與其相對應的左子樹和右子樹具有空指針 NULL,當操作碼定義為1、2、3時，則表示并、交、差運算，與其對應的左右子樹都不為空，當操作碼定義為4時，為變換矩陣，與其對應的左子樹為NULL,右子樹為NULL。由于三維軟件中的特征信息都是以CSG樹的形式表現出來的，所以獲取特征的相關信息可以通過獲取特征CSG樹中的數據結構。

各個特征之間的幾何拓撲關系在三維軟件中采用的是邊界表示法，它將特征邊界的幾何信息包括（邊、頂點、面等）及其之間的相互構成關系進行了定義。其幾何拓撲關系層次結構［旳如圖2.5所示。

ProSolid

ProSurface ProSurface

ProContour ProContour

ProEdge ProEdge

圖2.5三維模型信息幾何拓撲關系的層次結構

Fig. 2.5 Three - dimensional model iofbimation the hierarchy of geometric topological relations 邊界表示法除了記錄模型的幾何信息外，還將模型之間的基本元素的連接方式（拓撲關系）進行記錄。其中邊界表示法表示物體層次結構如圖2.6所示。

圖2.6邊界表示法

Fig. 2.6 Boundary notation

該圖詳細記錄了構成物體的所有殼、面、環、邊、頂點的拓撲關系，其中拓撲信息中的面對應于幾何平面、圓柱面等。拓撲信息中的邊對應幾何上的邊、圓弧等，拓撲信息的點對應幾何上的斷點、圓弧點等，拓撲信息的殼代表了一個完整實體的封閉邊界，是形成封閉單一空間的一組面的結合；拓撲信息的環代表了面的封閉邊界，其中環由有向和有序兩種方式組成而且有內、外環之分，拓撲信息的實體則由封閉表面所圍成的有效空間。各個層次的信息都通過建立數據結構進行存儲。B_rep表示法中的的幾何元素數據結構含義如下：

Typedf float vector [4];

Typedf short ID;

Typedef sruct solid silid;//solid是通過半邊數據結構來表示多面體，從而建成一個半邊結構所引用的根節點

Typedef struct face Face;//Face用來表示多面體的_個小平面

Typedef struct loop Loop;//Loop用來表示多面體的_條環

lypedef struct edge Edge;//Edge 是邊

Typedef struct halfedge HalfEdge;//HalfEdge 用來表示組成環的半邊

Typedef struct vertex Vertex;//Vertex用來表示是多面體的頂點，組成最基本的元素多面體 -

Struct sold

ID Solidno;//用來表示多面體序號 Face*sfices;〃用來表示指向多面體的面 Edge*sedges;〃用來表示指向多面體的邊 Vbrtex*sverts;〃用來表示指向各個頂點 }

Struct face

通過以上數據結構可以獲取模型的邊界信息、拓撲關系以及特征的類型信息，而獲取注釋特征信息需要訪問注釋的數據結構，這些數據結構共同構成了 MBD模型的數據結構且都寄存在MBD數據集中。由于與提取有關的零件公差注釋信息（注釋信息）直接與特定特征相關聯，因而能夠運用CSG數據結構獲取與注釋標注所關聯的特征進而獲取特征的類型，利用所關聯特征的B-rep提取與公差注釋關聯的幾何元素進而獲取特征的類型，運用注釋特征數據獲取標注信息進而獲取標注信息。

2.2.2 MBD設計信息與依附特征關聯關系的定義

一個完整的MBD攜帶的模型設計信息與三維模型之間建立關聯關系，不僅利于后續信息識別，而且方便MBD中的信息全面的向下游傳遞。由于在MBD模型中，標注的信息都是依靠標注線依托在特征的表面上，本文將所依托的特征叫依附特征，為了將模型設計信息與模型建立關聯關系，需要將分類的信息與其相依附的幾何特征（即依附特征》進行關聯。

MBD模型的設計信息中幾何類、精度類及一些輔助類制造信息標記在MBD模型上, 圖2.7解釋了 MBD模型設計信息與所依附特征的關聯形式，表2.2表示了 MBD模型信息與所依附特征的關聯的關系，這些關聯關系可利用三維軟件開發工具提供的函數獲取。

圖2.7 MBD模型設計信息與所依附特征的關聯圖

Fig. 2.7 Association diagram of MBD model design infonrrntion and attached features

表2.2 MBD模型信息與所依附特征的關聯關系

TaHe 2.2 Relationship between MBD model information and dependent characteristics

三標注信息表達形式類別是否與特征關聯表達方法

基本尺寸符號關聯三維標注

尺寸公差符號關聯三維標注

形位公差符號關聯三維標注

表面粗糙度符號關聯三維標注

基準符號關聯三維標注

技術要求文本不關聯三維標注

材料屬性文本不關聯屬性

模型版本信息文本不關聯屬性

因此，本文通過分析模型信息與所依附特征之間的關聯關系，在石培玉佝對測量信息定義的理論基礎上，以集合的形式對MBD數據集進行了定義。將模型的公差項目集合 (Tolerance Set, TS)、關聯幾何特征元素集合(Feature Set, FS)、材料與注釋信息集合 (Workpiece Materia Set & Model Annotation Set, WMS&MAS)> 基準與坐標信息集合(Model Datum Set & Work Coordinate System, MDS& FFCS)用集合的形式表示為：

E={TS,WMS &MASWCS &MDS,FS\ (2.1)

將公差元素集合(re)分為尺寸公差元素集(礙)和幾何公差元素集(琨)，即

7S = {ran,7SG} (2.2)

因為幾何公差有很多子類別，所以將幾何公差元素集(琨)也分為形狀公差元素集 (TSgf\位置公差元素集(TSgQ、方向公差元素集合(TSg )、跳動公差元素集(TSgQ 即

TSg = \TSgf, TSgl, TSgo,

形狀公差元素集7^gf由以下幾個形狀公差元素子集組成,

(2.4)

(2.7)

其中尺寸公差集合碼，又由線性尺寸公差子集(Tolerance Set of Dimension Linear, TSQ、直徑尺寸公差子集(Tolerance Set of Dimension Diameter, TSDD )> 半徑尺寸公差子集(Tolerance Set of Dimension Radius, TSDR 角度尺寸公差子集(Tolerance Set of

Dimension Angle, TSDA )>因此尺寸公差集合可表示為：

TSd = {^dl^dd^dr^da}

其中尺寸公差各子集用以下集合表示：

% ={%%，•••，%}

TSdd=*S跡,TSg …,

在零件MBD數據集中，各類公差元素集合通過所依附的特征(即公差和所關聯的特征)面表示出來的，其顯示效果是在模型的表面輪廓上，而特征的表面輪廓由特征表面元素和特征基準組成。因此，本文將關聯的幾何特征元素集合(FS)分為特征表面元素集合 (Feature Surface Set, FSS)和特征基準元(Feature Datum, FD),其中特征表面集合用S1 由平面(Plane, PE)、曲面(Curved Surfece, CS)、柱(Prismatic Surface, PC)組成，特征基準元由基準點(Datum Point, PT)、基準軸(Datum Axis, 4S)、基準平面(Datum Plane, PE)組成，綜上所述將表面集合和基準集合分別表示為：

肌:S&AQS作用分別為模型坐標系、注釋信息的基準。

由于公差信息是依附于模型，按照上述對MBD模型組成分析，因此將公差的依附特征(公差所關聯的特征)定義為：

嚴={嚴。,嚴G}

式中，嚴3—尺寸公差的依附特征集合；尸磁表示形位公差的依附特征集合。

于是，結合(2.8)和(2.3)式，則尺寸公差的依附特征集合可表示為：

式中，嚴0z_線性尺寸公差的依附特征集合；嚴妙_直徑尺寸公差的依附特征集合；嚴R —半徑尺寸公差的依附特征集合；尸叫一角度尺寸公差的依附特征集合。

線性尺寸公差依附特征集合用以下集合表示:

pTSDL =｛耳757>£ pTSDL .

直徑尺寸公差信息的依附特征用以下集合表示：

pTSDD ={^7X00 pTSDD 尸750。}

半徑尺寸公差信息的依附特征用以下公式表示:

pTSDR _ pTSDR

角度尺寸公差信息的依附特征用以下集合表示：

pTSDA pTSDA …pTSDA^

同理，形位公差信息的依附特集合用以下集合表示：

pTSG _ ^j^TSGF pTSGO j^TSGL pTSGR

式中，尸如一形狀公差的依附特征集合；尸期一方向公差的依附特征集合；尸礙一位置公差的依附特征集合；尸"^—跳動公差的依附特征集合。

其中，形狀公差信息的依附特征用以下集合表示：

嚴={嚴，呼巴…嚴f} (2.24)

■向公差信息的依附特征用以下集合表示:

位置公差信息的依附特征用以下集合表示:

則MBD模型的公差標注信息集用以下集合表示:

(TSDL UFSS^dl ufd™l),[tsdd ufss^dd uFD™d),

(tSdr U FSS嚴 u FDfDR),(TSDi u FSS晉 U FD晉),

(TSgfU FSSfGF u FD嚴f),(tSg°U FSSfG。U FDfG°\

(% u FSS嚴L U FD/gl ), (% u FSSfGR u FD^GR)

簡化后可表示為：

I =(TSD u Ftsd)u(ZSG uFtsg) (2.29)

2.3 MBD設計信息與依附特征的關聯關系表示模型(The relational representation model of MBD design information and dependency characteristics)

零件模型的MBD數據集包含了公差信息和公差與模型特征要素關聯關系的信息，是 MBD的唯一數據源，也是設計信息獲取的唯一數據源。因此，針對零件MBD模型信息的提取，首先需要明確零件信息的構成，其次建立零件MBD數據集中公差信息與關聯幾何特征之間的關聯關系，從而建立基于霎件MBD數據集的提取信息表示模型，并以此為依據制定信息提取的流程。本節將根據所定義的公差項目集合、關聯幾何特征集合及零件模型基準與坐標系，針對零件模型MBD數據集的定義，建立了基于MBD數據集的零件設計信息與依附特征關聯關系表示模型，如圖2.8所示。

零件設計信息與依附特征關聯關系表示模型中，將MBD設計信息分成了公差集合、關聯幾何特征集合及基準與坐標系。其中公差集合是零件模型的重要一部分，提供其數據參數，并由五個子集合組成，分別為尺寸公差子集、幾何公差集合(形狀公差子集、位置公差子集、方向公差子集和跳動公差子集)，不同類別的公差子集又由其具體公差對象元素構成。關聯幾何特征集合由公差標注所關聯的模型依附特征信息組成，所關聯的依附特征信息由特征表面元素和特征基準元構成。

需要強調的是，零件MBD數據集中公差集合是通過所關聯的幾何特征表面或基準元上體現出來的。例如形狀公差的標注可通過標注線在任何特征表面集的特定表面上；尺寸公差和位置公差可能標注在同一個特征表面集的兩個表面之間，也可能標注在不同特征的表面、特征定位基準或面定位基準之間。因此，圖2.8給出的設計信息與依附特征的關聯關系表示模型，將公差信息與幾何信息的關聯定義到特征的表面集上，依據公差類型元素與特定幾何元素的關聯關系，向上可追溯到所屬的關聯特征及其關聯幾何元素的詳細信息構成，向下可獲取公差的具體數值。

圖2.8 MBD數據集的設計信息與依附特征的關聯關系表示模型

Fig. 2.8 The relational representation model of design information and dependent features ofMBD data set

2.4 本章小結(Brief summary)

（1）介紹了基于MBD的產品設計信息的組成，了解MBD模型的基本構成，為MBD 數據集的分類提供參考依據。

（2）詳細闡述MBD數據集的內容，并結合設計要求進行合理的分類，為信息獲取提供數據資源。

（3）分析MBD特征與信息間的關聯性，通過集合的形式定義信息和特征之間的關聯關系，最終建立了 MBD設計信息與依附特征的關聯關系表示模型。

3MBD設計信息的提取方潮究

3Research on the method of model design information extraction

3.1MBD 設計信息提取的技術路線（MBD design the technical route of information exfraction）

根據第2章的MBD設計信息與依附特征的關聯關系表示模型可知，MBD模型由尺寸公差子集、形狀公差子集、方向公差子集、位置公差子集、跳動公差子集以及他們的依附元素集、屬性信息（材料、技術要求等信息）構成。模型公差的依附特征信息由幾何特征（曲面、平面等）和幾何元素（點、線等）組成。根據MBD設計信息與依附特征的關聯關系表示模型，通過二次開發技術識別MBD數據集中MBD模型信息，從而完成信息的提取，其技術路線如圖3.1所示。

圖3.1技術路線 Fig. 3.1 Technical route

3.2MBD 設計信息的提取方法(Extraction method of MBD design information)

在模型樹中，模型名稱是樹的根結點，各個特征是中間結點，而對特征的具體操作則是中間節點下的子節點。通過模型樹的結構，可以清晰地分清三者之間的父子從屬關系，從而獲取模型的設計信息及依附特征的具體信息。本文采用遍歷的方式對模型樹進行檢索, 從而實現對MBD模型信息的提取。

在MBD信息的獲取過程中，通過遍歷函數獲取MBD信息，通過過濾函數判斷注釋信息的類型，然后將各類信息以數據表的形式進行儲存，同時根據依附元素ID獲取特征數據信息，即獲取公差所依附特征的信息，并將信息以數據表的形式儲存在特征數據表中，遍歷流程圖如圖3.2所示。對于MBD的設計信息來說尺寸公差和形位公差數據是加工制造的關鍵數據，所以本節主要針對尺寸公差、形位公差及其依附特征信息進行了提取，其粗糙度、技術要求在模型中易觀察且提取原理與之相同，即不再一一贅述。

圖3.2遍歷流程圖

Fig. 3.2 Traversal flow chart

對于大型三維軟件，其軟件的固有功能無法滿足某些要求，因此開發商為滿足這部分人的需求特增加了二次開發接口，開發人員可以通過編程調用軟件庫函數實現軟件特有的功能。以Pro/E為例，TOOLKIT是Pro/E用于開發的工具，在Pro/E軟件下安裝TOOLKIT 插件，通過C語言的方式調用Pro/E的底層的庫函數和頭文件，實現軟件的開發。其中針對MBD設計信息及依附特征的遍歷，就需要借助于庫函數來實現。通過對遍歷的特征進行篩選，篩選出注釋特征，通過建立DLL工程項目應用內部函數實現對MBD模型信息的識別提取。其中所有的注釋特征均由ProSolidAnnotationelemsVisit函數實時遍歷出來，該函數具體定義為:ProSolidAnnotationelemsVisit (ProSolid solid, ProAnnotationelemVisitAction visit action, ProAnnotationelemFilterAction filter action, ProAppData data), solid 是要遍歷的模型，Filter_action是一個自定義的濾除函數，可濾除不必要的注釋信息，data的類型為 void,是需要保存的信息剛。

3.2.1尺寸公差信息的提取方法

對于復雜的MBD模型，尺寸的數據信息多，需要針對尺寸進行詳細的分類。在本文中，按照不同類型將尺寸信息區分，即線性尺寸、直徑尺寸、角度尺寸、半徑尺寸、倒角尺寸、其他尺寸。本文還提取有關尺寸對象的信息，該信息主要包括尺寸符號、尺寸值、尺寸偏差、依附要素ID等信息，其實現過程如圖3.3所示。首先獲取模型和注釋特征的句柄和數量，然后使用函數庫中的訪問遍歷函數和過濾函數以獲取模型中的尺寸項，然后通過 FeatDimensionsGet ()和 ProDimensionToleranceGet ()函數獲取尺寸項句柄及公差值，并確定是否為公差信息：當獲得的上下公差值不等于0,則提取信息并保存。否則，忽略此元素繼續遍歷，最終完成所有尺寸和公差項目的遍歷，接著利用ProDimensionTypeGet ()函數判別尺寸公差類型，最后使用 ProDimensionSymbolGet ( )、ProDimensionValueGet O和其他函數獲得公差值，如表3.1列出了所使用的關鍵函數〔呦。

表3.1尺寸公差信息提取關鍵函數

Table 3.1 Key function size tolerance information extraction

函數定義

ProMdlCurrentGet 獲取載入的得模型項

ProMdlldGet 獲得模型ID

ProSolidAnnotationelems Visit 訪問當前模型注釋特征

ProFeatureAnnotationelemsVisit 訪問模型的注釋元素

ProAnnotationelemTypeGet 獲得標注元素類型

ProSolidDimensionVisit 訪問模型尺寸信息

ProDiensionFilterAction 過濾尺寸信息

ProDimesionSmbolGet 獲取模型尺寸符號

ProdimensionV alueGet 用來獲得模型的尺寸值

山東科技大學工程碩士學位論文 3 MBD設計信息的提取方法研究

表3.1 （續）

函數定義

ProDimensionTypeGet

ProDimensionToleranceGet

ProDimensionPlaneGet

ProAnnotationelemReferencesCollect 用來獲得尺寸的類型獲取公差偏差值獲取模型尺寸所在視圖獲取模型尺寸的依附元素

圖3.3尺寸公差信息提取流程圖

Fig. 3.3 Dimensional tolerance information extraction flow chart

由于尺寸信息是MBD設計信息中數量最多的信息，為了區分不同視圖下的尺寸信息, 本文對尺寸所屬的視圖進行了定位，即除了對尺寸的基本信息提取外，對尺寸所屬的視圖也進行了提取，并同尺寸信息顯示在提取的界面，從而方便技術人員區分不同視圖下的尺寸信息。

3.2.2形位公差信息的獲取方法

形位公差的提取原理與尺寸公差的提取原理相似，但提取幾何公差則更為復雜。它不僅包括具體的公差名稱、公差類型、公差值、材料條件、與公差有關的附加符號、依附要素的ID,還需要確定14種形位公差有無基準，并提取出公差基準ID及材料的條件，其提取的流程如圖3.4所示。首先獲取當前模型句柄，然后使用訪問公差函數，獲取公差數據結構對象句柄，并使用相關的訪問函數和過濾函數遍歷模型中的公差項。其中 ProGtoldataTypeGet ()、ProGtoldataValueGet ()、ProGtoldataReferenceGet ()等函數分別的作用是獲得公差類型、公差值、公差依附元素等。對于有些形位公差存在基準的情況，本文在獲取基準信息時使用循環的方法來確定是否有一個基準和多個基準。如果確定基準存在，則提取基準ID值。其關鍵函數〔呦如表3.2所示。

圖3.4形位公差信息提取流程

Fig. 3.4 Information extraction process of geometrical tolerance

表3.2形位公差信息提取關鍵函數

Table 3.2 Key function extraction of geometrical tolerance information

3.2.3依附特征元素信息的獲取方法

MBD數據集為每一個特征、每一個注釋以及屬性信息都分配了唯一的標識符（ID）, 獲取關聯信息首先需要獲取特征幾何元素的標識符，從而確定特征的標識符，進而獲取所有與關聯特征有關的信息。下面以注釋信息中的形位公差為例，簡要說明關聯實現的原理。 MBD模型中形位公差的標注以標注線的形式依托在所關聯的模型表面或者模型的輪廓邊, 這些信息都通過MBD數據集的形式在模型樹上體現出來的，通過獲取MBD數據集的數據結構，訪問特定的形位公差引腳所依附的特征輪廓ID （依附元素ID）,由于特征輪廓ID 與特征屬于“父子”關系，即可通過輪廓ID追溯到特征ID,進而獲取整個特征的信息，從而實現了關聯。對于設計者來說，形位公差不僅需要查看依附關聯的特征信息，還需要查看所關聯的基準信息。獲取形位公差中的基準信息，需要獲取基準特征標識名，由于形位公差數據結構中包含了與之有關的基準ID,通過獲取形位公差的數據結構獲取基準ID, 然后遍歷基準ID,獲取與之對應的基準的數據結構，完成基準信息的提取。

本文提取了特征的類型的信息、元素類型信息、特征材料信息。依附特征信息的提取流程如圖3.5所示，其關鍵函數〔呦如表33所示。

表3.3依附特征信息的提取關鍵函數

Table 3.3 Key function of extracting dependent feature information

函數定義

ProAnnotationelemAnnotationGet 幾何公差依附特征

ProSelectionModelitemGet 獲得信息依附的幾何項

ProFeaturelnit 獲得特征對象

ProSolidFeatVisit 訪問模型中的特征

ProGeomitemToSurface 用來將幾何特征轉變成平面特征

ProGtoldataGtoldatumrefGet 獲取公差的引用

ProSurfaceDataGet 獲得平面特征信息

表3.3 (續)

函數定義

ProAxisDataGet 獲取軸線信息

ProMateralCurrentGet 獲取模型材料信息

ProPartMaterialNameGet 獲取模型材料名稱

ProFeatureTypeGet 用來獲得模型的特征類型

ProFeatureTyp^iameGet 獲取特征類型名稱

圖3.5依附特征信息的提取流程圖

Fig. 3.5 Extraction flow chart of dependent feature information

3.3MBD設計信息與模型交互的實現(The realization of interaction between MBD design information and model)

對于傳統的二維工程圖，如果工程師需要了解產品的部分的信息，如尺寸、公差、粗糙度、基準等，只需要查找對應的二維工程圖紙，從圖紙中的各個視圖上就能查看所需要的信息。

由于MBD模型將零件的尺寸公差、形位公差、粗糙度、基準等都標記在到模型上， MBD模型上的注釋信息比集成在每個二維工程視圖上的標注信息更密集，區分度難度更大。因此，本文增加了信息與模型之間的交互功能，從而快速、準確地獲取相應的信息。

信息與模型交互功能主要是將提取的信息與特征元素之間的相互關系的操作，通過調用內部的庫函數實現模型特征和標注之間交互響應。其實現的效果是通過點擊某一個提取的信息，該信息在界面上進行加亮顯示，并且該信息所關聯的特征也加亮顯示，其顯示顏色區別于信息加亮的顏色。相反，也可以通過點擊特征查找其相關聯的注釋信息，其效果也是通過將關聯的注釋信息進行高亮顯示，從而區別于沒有關聯的信息。信息與模型交互功能能夠完成公差標注、基準標注與依附特征間的互相加亮。比如，在提取框中選中某一個公差標注信息，則該公差信息和所依附的特征進行高亮顯示。

以Pro/E軟件為例，具體的實現方法是通過二次開發工具調用庫函數 ProSelectionHighlight函數將所選的公差信息或所依附的特征在模型中高亮顯示，其效果見第五章實例驗證，采用這樣的方法可以便于用戶觀察尺寸的具體位置。

3.4本章小節(Brief summary)

本章首先確定了模型設計信息提取的技術路線，根據技術路線分別對尺寸公差、形位公差、依附特征元素信息的提取方法及其提取的信息所屬視圖進行了研究，并確定了其提取方案及關鍵函數。最后為了快速準確地獲取設計信息，加入了信息與模型交互功能，即對所選的信息或者特征進行高亮顯示。

4MBD設計信息視圖倔方法研究

4Research on view management method of MBD design information

MBD模型上的標注信息全部在模型界面上顯示會造成信息擁擠、設計信息表達干涉重疊的現象如圖4.1所示，從而導致模型應用不便捷。因此為方便對模型設計信息的操作，本文對三維模型繁雜的信息進行視圖管理。

圖4.1信息表達干涉重疊現象

Fig. 4.1 Information expression interference overlap

4.1MBD "多視圖、多類別”管理(MBD '•multi view, multi category" management)

4.1.1解決方案的總體思路

為了避免標注信息干涉重疊，本文提出了一種基于模型“多視圖、多類別”的信息管理方法，其很好地解決了這些信息表達凌亂的問題。

雖然三維軟件中有視圖管理機制，以Pro/E軟件為例，其視圖管理包括方向視圖、樣式視圖、爆炸視圖和組合視圖。這些視圖可以管理視圖的方向、層狀態的顯示等，但不能與標注內容有效結合，即標注內容不能選擇性隨視圖而控制顯示與隱藏。因此，本章在視圖管理的基礎上開發了一種視圖管理機制。該視圖機制增加了對模型注釋信息的控制，可以將注釋信息按照不同類別來控制MBD模型上的所有非幾何信息顯示或隱藏。將這些信息一一進行整理，需要時方便數據能夠隨時調出，達到根據信息類別和視圖控制標注顯示內容的效果。

4.1.2“多視圖、多類別”管理的實現方法

（1）多視圖功能

對于結構復雜的MBD模型，用戶可以根據需要建立多個視圖。其界面示意圖如圖4.2 所示界面，該功能是通過建立不同視圖來表達MBD模型的設計信息，為“多視圖、多類別”的管理方法顯示做好準備。

□視臺

筒化夷示宣面層克向「至旨

離▼題彳

I名稱迭項卡顯示

心剖視圖 0 ▲

E-F剖視圖 0

Eaek 0

Bettes 0

Front 0

■?全部銃省 0

1軸測視圖：

•-

匚!顯示組臺視囹

關閉

圖4.2視圖管理器

Fig. 4.2 View manager

（2）多類別功能

針對雜亂無章的注釋，本文提岀一種“多類別”的管理方法，該方法可將注釋用于按類別的方式進行管理。采用這種方式，可以更直觀地觀察注釋信息，并且對注釋進行隱藏、顯示的操作。

本文根據在Pro/TOOLKIT中注釋的結構特征將注釋分為ProDimension、ProGtok ProNote、ProSurfinish、ProGtlsyminst五個類別（如圖4.3）。每個類別的數據集都可以添加到MBD注釋特征中。因此將每個類別的數據集添加到不同的注釋特征實現分組管理，從而可以更容易地查看添加的注釋信息。所有的注釋特征均由ProSolidAnnotationelemsVisit （）函數實時遍歷出來，該函數的詳細內容上章節己經介紹。

圖4.3注釋的分類

Fig. 4.3 Classification of annotations

對于分類的信息還需要具有顯示和隱藏信息的功能，即通過用戶需求，來實現不同類別信息的顯示。圖4.4是本文提供的關于三維實體模型標注信息分類管理的具體方案，此方法具有以下功能：

g藏其余標1 （注信息，只 I顯示該類別

/的部分仁息#

圖4-4 MBD設計信息的顯示管理

Fig. 4.4 Display management of MBD design mfbrmation

1）方便隱藏或顯示所有標注信息。

2）根據用戶的選擇隱藏或顯示標注信息。

對于一些特殊的標注信息，不能用幾何或者符號標注來表達的附加信息，可根據需求用屬性的方式來表達。每個MBD模型都包含一些特殊的信息，例如：版本信息和產品保密性等，此信息必須按照固定的標準在模型上進行管理⑹］。

4.1.3“多視圖、多類別”管理界面整體布局

由于設計人員要對MBD模型信息進行查詢，因此要對標注信息進行管理，同時需要

設計界面的布局。本文利用Pro/E開發工具TOOLKIT進行了 MBD模型信息管理界面的開發。

X st

圖4.5 “多視圖、多類別"管理界面整體界面布局

Fig. 4.5 "Multi view, multi category*1 management interface overall interface layout

(1)具體操作

當需要應用某些標注信息時，直接訪問分類的信息類別，即通過點擊鼠標就可以實現, 這樣可以降低員工的工作量，也利于MBD技術更加有效的對模型標注信息進行管理。下面是實現所開發的MBD模型設計信息管理的詳細步驟：

STEP1:用Pro/E軟件繪制MBD零件模型。

STEP2：點擊本章“MBD設計信息管理系統”中的二級菜單“MBD設計信息視圖管理系統”按鈕，彈出管理界面，其界面將自動顯示該模型的所有創建過的視圖，供用戶進行選擇。

STEP3：用戶需要觀看哪個視圖的設計信息，只需要通過鼠標進行視圖選擇，模型就自動切換到該視圖。

STEP4：當用戶選擇一個視圖時，該視圖的所有標簽信息都會顯示在屏幕上。如果用戶在“信息類別”下選擇一個類別，則模型將自動顯示所選類別的信息，并且所有同類信息將自動在模型視圖中顯示并隱藏剩余類別信息。

特別強調：STEP3和STEP4兩者不要求同步使用，可以根據需求對所選取的管理方式進行選擇性操作。

4.2MBD 的實體定向管理方法(The entity oriented management method of MBD)

4.2.1三維軸測視圖顯示方式

對于MBD模型，不同的視圖表達出不同的標注內容，但是對于整個模型標注內容，其每個視圖顯示的內容是有限的，從而使MBD模型的特點得不到發揮，因此，在本文中，為了更加清楚的表達整體的信息，采用三維軸測視圖顯示方式。此方法是在三維軟件中在特定方向上將模型旋轉至某一軸測視圖的空間位置，從而使信息盡可能通過屏幕顯示出來。這種方法不僅更加直接顯示模型的三維標注，還可以以較小的視圖顯示更多的信息，從而更加凸顯MBD的優勢。

在本文中，根據二維模式下軸測圖的顯示方式，本文設計了 “三維軸測視圖”顯示形式。其方法如下是：利用三維軟件建立好MBD后，通過二次開發將模型旋轉到正等軸測方向(即三維空間中3條相垂直的X、Y、Z軸線與WCS的X軸成30。、90。、150。)，其顯示效果如圖4.6所示。采用這種方式，用戶可以通過軟件界面顯示盡可能多的信息，以直觀地了解其設計意圖。

圖4.6三維軸測視圖

Fig. 4.6 Three-dimensional axonometric view

4.2.2模型的調整

雖然三維軸測視圖能整體上表達模型的設計信息，但對于使用者來說，觀察模型的某一處的位置，是必不可免的。為了解決用戶的需求，本文提出通過增加旋轉視圖、平移縮放視圖的方法，實現對不同角度、局部的觀察。本小節主要介紹其視圖調整的理論知識,

其目的為該系統加入變換矩陣提供理論支持。

(1)視圖和窗口矩陣

視圖矩陣和窗口矩陣是軟件圖形窗口相關的兩個變換矩陣。視圖矩陣描述了實體坐標系和屏幕坐標系之間的轉換關系[冏。窗口矩陣是屏幕坐標系和窗口坐標系之間的變換矩陣。在實體特定點上顯示的屏幕坐標系只受窗口坐標系的影響，而并不受平移和縮放的影響。

(2)Pro/E中的坐標系

模型的繪制都在電腦屏幕中執行，屏幕的空間結構屬于二維空間，由于Pro/E是3D 繪圖軟件，因此需要進行坐標轉換。實體坐標系是Pro/E軟件中的坐標系，用于表明空間中特征的詳細坐標；而屏幕坐標系是一個用來描述點在窗口上位置的二維坐標系，但其在 TOOLKIT中的點的定義均為：Typedef double ProPoint3d [3],在屏幕坐標系中，只用前兩維來表示點在屏幕中的位置〔同。但是，屏幕坐標系中的點代表了線上的無數點，實體坐標點代表單個屏幕坐標，所以，無法直接通過矩陣變換由屏幕坐標系中點直接得到實體坐標系中點。

(3)齊次坐標與ProMatrix矩陣

實體坐標系和屏幕坐標系之間的轉換可以通過ProMatrix齊次坐標變換矩陣實現。齊次坐標就是用一個比原向量高一維的向量來表示原向量，如將空間的三維向量用四維來表示。許多圖形問題都會涉及到幾何變換29〕。如果用矩陣表達式來表示這些幾何變換，幾何平移實際上是矩陣的相加，而幾何旋轉和幾何縮放則是矩陣的相乘，綜合起來可表示為 p，=pxR+M,其中R矩陣為旋轉縮放矩陣，M矩陣為平移矩陣，p和p，分別表示原向量與變換后的向量。通過引入齊次坐標可以將這些矩陣運算中的乘法和加法相合并，用p'=pxZ 的形式來統一表示，實現一個坐標點集從一個坐標系轉換到另外一個坐標系當中〔7°〕。其中 TOOLKIT 中 ProMatrix 矩陣定義為：Typedef double ProMatrix[4][4],其 P 矩陣如式 4.1 所

XVI Xv2 xI3 0

YV1 Yv2 Yv3 0

zvl Zv2 Z^3 0

Xs Ys Zs 1

把P4x4的變換矩陣分成A3x3, B3xl, C"3, Dlxl四個子矩陣如式4.2所示，每個子陣列的功能如下：左上角A3x3子陣，負責視圖產生的比例變換、旋轉變換、鏡像變換及錯切變換，即對視圖進行放大縮小，旋轉等操作使A3x3矩陣產生變化；左下角Clx3 子陣，控制模型發生的平移變換；在三維坐標系方向上平移a、b和c后，坐標的變換為：

x* = x + a

7— y + b »

z* = z + c

A3X3 ®3xl

_C]x3 D]x]

一個零件在坐標系中的位置只要改變視圖變換矩陣P4x4各子陣中對應元素的值就可以得到不同的三維變換矩陣，同樣，變換模型視圖也會得到不同的視圖矩陣。Pro圧的坐標與屏幕坐標之間的關系通過ProMatrix轉換矩陣相聯系。

假設幾何平移坐標為（X。，Yo, Zo）、旋轉坐標為（H, P, R）、縮放坐標為（X, Y, Z）o則這個零件的位置變換矩陣就應該如式4.3所示的4x4的矩陣：

本模塊加入變換矩陣來實現對模型位置的確定，通過變換矩陣的矩陣值來實現對模型具體位置的操作，同時加入變換矩陣可以時時顯示模型的具體位置，從而方便用戶更加詳細的記錄模型的位置信息，其具體實現方法見4.2.4節。

4.2.3MBD實體定向界面布局

根據以上的理論研究及用戶的需求，因此在該模快中加入了視圖調整的界面，其中包括變換矩陣、視圖旋轉、窗口矩陣、視圖矩陣、三維軸測視圖、平移縮放等功能模塊，該界面采用Pro/E自帶的界面編輯軟件，其很好的融入Pro/E軟件本身，對UI界面的詳細闡述見第五章節。界面如圖4.7所示。

圖4.7視圖調整模塊

Fig. 4.7 View adjustment module

4.2.4窗口和視圖控制的實現

(1)窗口和視圖的控制函數如表4.1。

表4.1窗口和視圖控制函數

Table 4.1 Window and view control functions

函數名用途頭文件

Pro^ndowCurrentiMatrixGet () 獲得當前窗口的變換矩陣 ProWindows.h

ProA^ewMatrixGet () 獲得視圖的變換矩陣

ProViewMatrixSet () 設置視圖的變換矩陣

ProViewReset () 設置默認視圖變換矩陣

ProViewRotate () 視圖旋轉

ProWindowPanZoomMatrixSet () 窗口平移和縮放變換矩陣設置

表4.1中的函數原型如下：

Pro Window CurrentMaterxGet (ProMatrixmatrix/* (Out)平移和縮放矩陣水/)

ProError ProA^ewMatrixGet (

ProMdl mode, /* (In)零件、組件或繪圖句柄*/

ProX^ew view handle, /* (In)視圖句柄*/

ProMatrix matrix 嚴(Out)變換矩陣*/)

ProError ProA^ewMatrixSet (

ProMdl mode, /* (In)零件、組件或繪圖句柄*/

Pro View viewhandle, /* (In)視圖句柄 */

ProMatrix matrix /* (In)變換矩陣案/)

ProError Pro ViewRotate (

ProMdl mode, /* (In)零件、組件或繪圖句柄字/

Pro View view_handle? /* (In)視圖句柄床/

ProRotate rotation axis, /* (In)旋轉軸*/

Double angle /* (In)旋轉角度(單位：度)*/)

ProError ProWmdowPmZoomMatrixSet (

Int window, /* (In) Pro/ENGINEER 窗口標識符字/

ProMatrix matrix /* (In)變換矩陣?/)

上述函數中的參數model和view_handle為空，則表示當前模型和當前視圖。參數矩陣是描述視圖移動和縮放重定向。ProViewMatrixSet ()函數定義了視圖轉換矩陣和模型實體在界面中的具體坐標，并且函數的輸入必須是經過規格化的變換矩陣且每個元素的絕對值小于或等于1,如下所示：

1)計算變換矩陣的縮放比例，其值是矩陣第一行的前三列的平方相加的開方。

2)將轉換矩陣的每個元素的值除以比例因子。

3)設置變換矩陣的1、m和n的值為0 (忽略平移)。

以下用戶定義的函數可以使變換矩陣規格化：

Void MatrixNormalize (ProMatrixm)

{

introw,col;

doublescale;

〃計算視圖比例系數

Scale=sqrt(m[0][0]xm[0][0]+m[0][l]xm[0][l]+m[0][2]xm[0][2]);

〃從矩陣中除去比例

for(row=0prow<3 ;row++)

for(col=0;col<3;col-H-)

m[row] [col]/=scale;

〃從矩陣中除去平移

M[3][0]=0.0;

M[3][l]=0.0;

M⑶⑵=0.0;

}

ProviewMatrixGet ()函數獲得的變換矩陣為非規格化的，規格化的程序代碼為：

ProMatrix matrix;

Pro\^ewMatrixGet(NULL,NULL,matrix);

MatrixNormalize(matrix);

另外，由于ProViewMatrixSet ()函數僅僅是設置視圖的變換矩陣，并不會改變視圖中實體的方向，因而，在調用ProViewMatrixSet ()函數之后須用ProWindowRepaint () 重畫視圖。函數ProViewRaoate ()的參數rotation_axixs表示旋轉軸的標識號，用枚舉類型的數據定義：

lypedef enum

{

PRO_X_ROTATION= 101;

PRO_Y_ROTATION=102;

PRO_Z_ROTATION=103

} ProRoate;

（2） UI對話框界面元素

對話框的界面元素見表4.2。

表4.2 UI對話框界面元素 Table 4.2 UI dialog interface elements

元素類型元素名說明

InputPanel （輸入框） Mil ?M44 顯示變換矩陣的值

List （列表框） MewList 顯示當前視圖清單

InputPanel （輸入框） Inputl 顯示旋轉角度

Thumbwheel Wheel 調整視圖選擇角度

OptionMenu Rotation_axis 選擇旋轉軸

PushButton （按鈕） W_matrix 顯示當前窗口的變換矩陣

PushButton （按鈕） V_matrix 顯示當前視圖的變換矩陣

PushButton （按鈕） default 設置三維軸測視圖

PushButton （按鈕） Cancel 顯終止對話框

OptionMenu （按鈕） OptionMenul 顯示當前視圖的尺寸

OptionMenu （按鈕） OptionMenu2 顯示當前窗口的幾何公差

OptionMenu （按鈕） OptionMenu3 顯示當前窗口的粗糙度

OptionMenu （按鈕） OptionMenu4 顯示當前窗口的技術要求

OptionMaiu （按鈕） OptionMenu5 顯示當前窗口的基準符號

（3）程序功能

對話框中標題為“變換矩陣”下面的4x4個輸入框用來顯示變換矩陣中各元素的值。在該對話框界面上，可以進行如下操作：

1）用鼠標轉動指輪，可以控制當前窗口中實體的旋轉，旋轉軸由其后的選項菜單確定；

2）按鈕"窗口矩陣"調用ProWindowCrurrentMatrixGet （）函數獲得當前窗口的變換矩陣的值，并在上部的4x4個輸入框中顯示；

3）按鈕“視圖矩陣”調用ProViewMatrixGet （）函數獲得當前視圖的變換矩陣的值, 經規格化后在上部的4x4個輸入框中顯示；

4）按鈕“三維軸測視圖"調用ProViewReset （）函數，將當前實體設為默認視圖，并將視圖轉向設置好的三維軸測視圖。

5）單擊按鈕“平移縮放”，將使當前實體動態平移和縮放。

6）用戶還可以填寫變換矩陣的值來確定視圖的具體位置。

另外，還可以查看模型任何視圖的變換矩陣的值。方法是用鼠標將視圖調整為所需要的方位，然后單擊“視圖矩陣”按鈕，在上部的4x4個輸入框中顯示當前視圖規格化后的變換矩陣的值。

通過加入窗口矩陣和視圖矩陣按鈕，用戶可以根據需要更加詳細地確定界面位置，加入三維軸測視圖按鈕，用戶可以一鍵調整模型最初位置，加入平移縮放按鈕，用戶可以一鍵對模型進行簡單的平移和縮放，加入視圖旋轉指輪，用戶通過選擇不同的旋轉軸和轉動指輪來實現角度的控制，從而使模型達到某一固定角度。

4.3本章小結(Brief summary)

本章主要針對現階段MBD設計信息標注重疊、干涉現象，設計出一套MBD模型視圖管理系統，即按照按“多視圖”、“多類別”和實體定向的管理方法，并對其如何實現進行了研究。同時根據MBD設計信息視圖管理實現的方案，通過Pro/TOOLKIT二次開發工具包完成了 MBD模型視圖顯示、視圖控制二個主要模塊。其中視圖顯示模塊主要通過選擇不同的視圖和不同標注類別進行選擇性顯示或隱藏，從而使用戶從MBD模型中快速獲取所需要的標注信息，解決MBD模型標注干涉重疊、密集程度大的問題。視圖控制模塊中通過研究視圖矩陣、窗口矩陣原理，增加變換矩陣來確定模型的具體位置、增加視圖旋轉指輪實現對MBD模型角度調整、增加平移縮放、三維軸測視圖按鈕實現模型的平移縮放、返回三維軸測視圖的功能，從而使用戶更加直觀、清晰地獲取產品信息，以便于指導生產，提高MJBD模型使用效率。

5基于MBD的產品設計信息管理系統的開發

5Development of product design information management system based on MBD

在前面的章節中，介紹了系統的部分設計方案以及系統開發過程中的一些關鍵問題。在以上研究的基礎上，本章節開發出了基于MBD的產品設計信息管理系統，旨在使設計人員在加工生產中提高信息識別效率，縮短零件制造的周期并降低制造過程中的勞動強度。

5.1系統的總體設計(Overall design of the system)

5.1.1系統開發及運行環境

本課題綜合前面各章節的分析和研究，在本文中，將三維建模軟件Pro/E 5.0用作開發平臺，開發環境為Visual Studio 2008 (MFC),二次開發工具為Pro/TOOLKIT,系統要求在 Windows XP版本及以上。其中在Visual Studio 2008 64位完成的二次開發系統必須在XP 64 位和WINDOWS 64位電腦上運行，在Visual Studio 2008 32位編譯，則需要計算機系統是 32位的，安裝的Pro/E 5.0也是32位的軟件。系統的運行及開發環境如表5.1所示。

表5.1系統的運行及開發環境

Table 5.1 System operation and development environment

工具配置

硬件環境 Intel Core 3.09 GHz

操作系統 Windows XP Professional 及以上

開發工具 Visual Studio 2008

設計工具 Pro/E 5.0

支撐工具包 Pro/TOOLKIT

數據庫 Microsoft Office Access

(1)Windows： Microsoft公司推出的比較成熟的系統平臺，很多第三方開發工具可在此平臺上使用。

(2)Pro/E： Pro/E三維軟件普及率非常高，其提供了很多二次開發接口，能夠依據所需開發不同的功能。

(3 ) Visual Studio 2008：是一款匯編軟件，為二次開發提供開發環境。

(4)Pro/TOOLKIT： Pro/TOOLKIT是Pro/E軟件的開發工具，提供了很多C語言函數，通過Pro/TOOLKIT可以安全有效的訪問Pro/E的內部數據和底層資源。

(5)Microsoft Office Access： Microsoft Office Access可以完成規模較小的關系型數據庫的建立與維護。

5.1.2系統的總體框架

在Pro/E軟件下的MBD所包含的設計信息都是由其Pro/E本身的MBD數據集所定義的，對這些設計信息的管理其軟件本身并沒有與之相對應的功能。Pro/E為了滿足這部分人的需求，增添了其二次開發的功能，將軟件內部的數據信息以庫函數的形式進行封裝, 并可以通過二次開發工具進行調用，從而實現軟件系統和應用程序的傳遞。因此，針對 MBD的設計信息管理問題，用戶通過庫函數訪問MBD模型，完成對三維模型MBD信息的獲取、儲存以及視圖的管理。同時Pro/TOOLKIT工具提供了界面開發，用戶可以根據需要開發出菜單、對話框等功能，從而設計出方便并且實用的可視化交互界面。

本文開發的MBD的產品設計信息管理系統軟件在結構上分成了軟件支持層、數據庫層、功能模塊層、用戶界面層，如圖5.1所不。

根據系統總體框架圖我們可知在支持平臺的基礎上構建了系統數據庫層，其中包含了 MBD模型尺寸公差信息庫、MBD形位公差信息庫和依附特征信息庫。通過功能函數的引用，實現MBD設計信息管理模塊、MBD視圖管理模塊的功能。

5.1.3Visual Studio 2008 下 Pro/E 的二次開發

本節對Pro/E的二次開發工具進行了選擇，對所開發的流程做了具體說明，并對Visual Studio 2008的環境進行了配置。

(1)Pro/TOOLKIT 選擇

Pro/E軟件提供了多種二次開發工具［"】，如表5.2所示。

表5.2 Pro/E二次開發工具

Table 5.2 Pro / E secondary development tool

二次開發工具特點

FamilyTable （族表）本質上是一組結構相似、尺寸不同的零件或部件，適用于制作不

同規格的標準件。但其交互功能較差，可視化程度較低。用戶定義的特征中集成了多個系統特征。UDF應用在固定產品

UDF （用戶自定義）的固定結構。這樣，用戶可以依據模型屬性較快創建模型。但是，它的通用性和移植性很差。

用戶可以利用JAVA編程完成特定的功能并集成在主軟件中。然

J-link 而國內外對J-Link的認知度低，可參考資料較少，其發展受到很大限制。

Pro/Program由一種相似于BASIC的高級語言組成，使用者能夠依據模型參數來對Pro/Program進行編寫。通過加載

Pro/Program Pro/Program,系統按照人機交互管理系統參數和特征的詳細大小等。然而它的人機交互功能較差，界面效果較差等。

在ProfTOOLKIT庫中，Pro/E為客戶提供許多C函數庫，從而

Pro/TOOLKIT 協助使用者訪問Pro/E內部使用程序，具有效率高、交互性強、可視化強等特點。

通過對以上開發工具的分析，Pro/TOOLKIT Z1次開發工具在減少工作時間、提高交互性等方面具有很強的能力，能夠滿足了企業的需求。所以本文選擇Pro/TOOLKIT作為Pro/E 系統的開發工具。

Pro/TOOLKIT主要是通過C語言來調用其軟件函數進行功能的擴展，從而完成其特定用戶的需求。用戶也可以利用TOOLKIT對界面進行設定，如用戶對話框、菜單條等，配合使用Visual Studio 2008匯編軟件設計岀有特色的界面。Pro/TOOLKIT是Pro/E開發的指定工具，許多功能函數存儲在庫文件、頭文件，并且該工具所開發的系統可以鏈接到Pro/E 中，使開發的程序與Pro/E功能相互融合。

（2） Pro/TOOLKIT運行模式選擇

Pro/TOOLKIT為用戶提供了同步模式和異步模式兩種開發模式如圖5.2所示，下面分別介紹兩種開發模式。

1）同步模式

在同步模式下，Pro/E軟件將調用已注冊的開發程序，該程序不能脫離于Pro/E軟件，包括DLL和多進程模式QI。DLL是通過開發人員在Visual Studio 2008匯編軟件中進行編譯生成DLL文件，并寫入帶有dat的注冊文件，然后通過Pro/E軟件中的輔助應用程序加載制定好的注冊文件，所開發的程序將成功加載到軟件中，用戶就可以運用所擴展的功能 ⑺］。在多進程模式下，是將所開發的軟件程序通過Visual Studio 2008編譯成EXE可執行的文件，生成的可執行程序無需通過軟件加載，其自身就可以調用Pro/E系統進行操作，并且可以同Pro/E軟件進行進行交互，但兩個進程的交互使程序運行效率變低，增加了出錯的風險。

2）異步模式

異步模式是指開發程序與Pro/E軟件分開運行。異步模式能夠利用TOOLKIT提供內部函數使用其軟件的指令。異步模式的界面獨立于Pro/E軟件的界面,有自己開發的界面。與同步模式之間的最大不同是啟動所開發程序的方式不同。在異步模式下，所開發的程序和Pro/E三維軟件彼此獨立，其所開發用到的工具庫也獨立于Pro/E軟件，從而導致運行速度較慢，并且生成和調用應用程序較為繁瑣，這通常會導致鏈接錯誤，因此工作人員采用同步模式來實現開發。表5.3為同步模式和異步模式的優缺點相比較。

(a)同步模式 (b)異步模式

(a) Synchronization mode (b) Asynchronous mode

圖5.2開發模式

Fig. 5.2 Development mode

表5.3同步模式和異步模式的優缺點

Table 5.3 Advantages and disadvantages of synchronous mode and asynchronous mode

工作模式同步槿式異步模式

DLL模式多線程模式

優點開發標準、運行速度快、可兼容MFC,交互性強獨立的.exe、系統的子程序運行、調試方便、兩進程獨立運行程序不必在輔助應用對話框中加載、兩進程獨立進行。

缺點所開發的程序和Pro/E系統不能一起運行，但需要一起啟動。多進程模式與DLL模式相對較慢。程序運行速度慢、代碼相對復雜。

3）模式選擇

本文需要對Pro/E三維模型的設計信息進行二次開發，由于模型的設計信息需要對界面進行操作，所以本論文選擇同步模式下的動態鏈連接庫模式，同時也方便在軟件中增添新的菜單。采用的動態鏈接庫運行模式如圖5.3所示，利用Visual Studio 2008匯編軟件結合Pro/TOOLKIT庫，生成DLL文件，然后用Pro/E調用DLL庫文件，完成加載。

圖5.3動態鏈接庫運行模式

Fig. 5.3 Dynamic link library operation mode

(3) Pro門'OOLKTT的菜單技術

Pro/TOOLKIT中有開發菜單的功能模塊，并增加了其添加菜單的函數。用戶可以使用這些函數增添和管理菜單。所提供的菜單內容包含以下幾個：

菜單條：Pro/E軟件界面中最上面的菜單欄中的菜單，如工具、視圖和幫助等。菜單條菜單：下拉子菜單。

動作命令：單擊菜單按鈕時所執行的操作。

命令標識號：屬于指針，一般為輸入參數，指向特定的功能。

菜單條沒有實際功能，但是可以擴展多個子菜單來執行某些命令。這些子菜單的作用可以賦予其功能函數實現特定的功能。下表5.4中為部分菜單添加函數。

Pro/TOOLKIT還允許開發人員添加一些樣式，如單選按鈕、復選按鈕等，以滿足不同用戶的需要。

表5.4部分菜單添加函數

Table 5.4 Partial menu add function

函數屬性函數作用

ProMenubarMenuAdd () 添加菜單菜單添加命令，給Pro/E菜單欄中添加一個新的菜單，根據所給參數確定菜單的位置

ProCmdOptionAdd () 添加函數響應封裝菜單的執行命令

ProMenubarMenuPushbuttonAdd () 添加子菜單子菜單添加命令，給指定的父菜單添加子菜單，并根據所給參數確定子菜單所處位置

菜單文本資源文件旨在提供菜單顯示的信息，如圖5.4菜單文本資源，可以通過Pro/E 進行加載，該內容通常為4行，第一行為菜單的英文名稱，第二行為菜單的另一種語言名稱，第三行為菜單的幫助信息，第四行為空，可以直接用填充，如圖5.4所示。要在軟件運行下使菜單來表達中文，首先需要在電腦環境變量中增加long變量，其值設為 CHSo

Message.txt -記事本 1」回

文俶巧転（E）s＞（v） ^en（H）

Exanple

ftExanple

KB嫌型設計信息管理系統（&C）

Exanple-1

Exanr>le-1 (&E) 盼謙型設計信息管理(&E)

Exanple-2

Exainple-2(&D)...

KB磺型設計信息視圖管理(&D)

圖5.4資源信息文本

Fig. 5.4 Resource information text

（4） UI對話框

用戶界面對話框（簡稱UI對話框）是Pro/TOOLKIT提供的一個交互界面。開發人員可以利用5對話框技術設計出于Pro/E界面類似的對話框。加載對話框、顯示對話框、設置動作函數用C或C++語言編寫。

界面對話框的設計有兩個方面：首先是編寫資源文件進行界面布局；其次根據對話框編寫相應的控制程序。資源文件是通過固定的格式編寫對話框和描述UI對話框的屬性的文本文件。主要內容包括用戶界面對話框的組件或控件、每個組件的屬性定義和組件的布局。對話框通過Pro/TOOLKIT控制程序進行加載、顯示和控制。

（5） Pro/TOOLKIT程序注冊文件

注冊文件的格式為dat,注冊文件的作用是將開發的程序通過“附加應用程序"載入到軟件中，并對所開發的程序的運行方式進行選擇［7鐵注冊文件中格式內容設置如下：

NAME：為注冊文件的名稱。

STARTUP：開發的運行方式，分為dll和spaw兩種。

EXEC_FILE：程序文件位置，Pro/E根據程序位置啟動程序。

TEXT_DIR：菜單資源的具體位置，Pro/E通過文件具體位置加載菜單。

ALLOW_STOP：是否允許程序停止，常規定為TRUE。

END：表示注冊文件的結束。

如圖5.5所示為本論文中所用的注冊文件。

■:;_J protkdat - 18^本 :o j 卜回 1

文伴（乞巒日_怦®童看M稽助（電__ __ _

name Example

startup dll

exec_file C:\Users\Administrator\Desktop\Exanple6\bin\Exainple. dll

t ext_dir C: \Users\Admini strat or\Deskt op\Exairple6\bin\t ext allow_stop true end

圖5.5注冊文件

Fig. 5.5 Registration document

要運行開發程序，首先打開Pro/E,然后運行開發的程序，如圖5.6所示。為了方便, Pro/E提供了自動注冊的方法。首先，必須使用protk.dat作為注冊表文件的名稱。然后，必須將文件位置保存在Pro/E開始目錄中。這樣，啟動Pro/E軟件系統可以檢測文件protk.dat 是否在啟動目錄中從而完成自動加載。

甸融應麻序

E逸心正在運行

. -

!趣」

圖5.6輔助應用程序

Fig. 5.6 Auxiliary application

（6） Pro/TOOLKIT二次開發技術流程圖

在Visual Studio 2008開發環境中，使用Visual C ++助手來生成DLL程序。它首先使用Visual Studio 2008中的AppWizard和ClassWizard創建程序結構，然后在結構中填充功能代碼和源文件，并通過編譯生成DLL應用程序。從而簡化了程序設計過程，提高了編寫代碼效率，其步驟如圖5.7所示。

1）開發前需要對Visual Studio 2008進行開發環境的設置，然后建立MFC DLL項目并設置項目屬性。

2）編寫菜單資源文件，然后將資源文件添加到項目文本text文件中。這樣可以更便捷地在菜單操作功能中編寫菜單鍵代碼，還可以確保菜單標簽中的文本信息與程序中的相匹配。

3）添加必要的代碼。根據功能的需要在源文件.cpp和頭文件.h添加代碼,并對對話框、新菜單進行初始化設置，最后通過終止函數結束程序的運行。所實現的功能都是 Pro/TOOLKIT函數庫中的函數實現的。

4）程序的生成

完成了代碼的編寫需要進行編譯代碼程序，生成的DLL文件需要聯合Pro/E進行調試，對所要實現的功能進行調試。

5）程序在Pro/E中的注冊并運行

生成的DLL文件需要進行加載到Pro/E軟件中，方法是將程序位置添加到protk.dat 中，利用Pro/E中“輔助應用程序”選擇protk.dat完成調用所開發的程序。

圖5.7應用程序開發步驟

Fig. 5.7 Application development steps

（7） Visual Studio 2008 配置

Visual Studio 2008屬于匯編軟件，其本身沒有提供對Pro/E進行二次開發的函數，因此如果對Pro/E進行二次開發，需要將Pro/TOOLKIT工具包提供的函數庫進行添加。所提供的函數庫含有對Pro/E進行訪問的C語言函數，這些函數被存儲在Pro/E安裝目錄下。對Visual Studio 2008配置主要有以下幾個方面：

1）首先需要安裝Pro/TOOLKIT模塊，以確保該模塊的函數庫成功下載，方法為在安裝 Pro/E程序勾選Pro/TOOLKIT模塊，因為默認情況下此模塊是沒有選擇的。

2）運行在Msual Studio 2008軟件后，對其屬性進行設置，方法為選擇菜單欄“項目/ 屬性"命令，在彈出的“屬性頁”對話框中進行設置。

①本文最終的程序是在64位的Pro/E上運行的，而匯編軟件默認是在為Win32,因此需要重新選擇開發平臺，方法為點擊“配置管理器”按鈕，選擇活動解決方案配置（C）為 “Release”，選擇活動解決方案配置平臺（P）下的新建按鈕，鍵入或選擇平臺選擇“x64”，

“從此出復制”設置為Win32,如圖5.8所示。

②字符集選擇。通過“配置屬性”節點下的“常規”選擇“使用多字節字符集”。

③包含目錄和庫目錄設置。選擇“配置屬性”節點下的“VC卄目錄”,在包含目錄和庫目錄中添加Pro/TOOLKIT頭文件和庫文件的路徑，如圖5.9?圖5.10所示。

④附加依賴庫和忽略特定默認庫設置。選擇“配置屬性”節點下的“鏈接器”，在 “輸入”中編輯添加附加依賴庫和忽略特定默認庫，如圖5.11所示。

⑤將PRO_USE_VAR_ARGS增添至“預處理器”中。按照上述步驟完成開發環境配置，并將相應的頭文件和相應的功能代碼編譯器添加到源文件中。

5.1.4數據庫的建立與連接

(1)數據庫平臺的選擇

由于MBD所包含的信息繁多，所提取的信息量大，因此需要利用數據庫管理技術對提取的MBD設計信息進行管理。

MySQL、SQLServer、Oracle以及Access等數據庫被廣泛使用，這些數據庫管理系統在其功能定位上各有利弊［7鐵MySQL是一個開源SQL數據庫管理系統，但是它緩慢且不穩定。SQLServer使用率高，但價格昂貴且難以操作。Oracle數據庫在高商業成本，該系統不易于使用，并且小型項目無法負擔應用程序的成本。Access的數據庫管理系統是Office 系列中最常用的數據庫之一，它具有成本低、使用便捷、儲存簡單、面向對象等優點，其缺點是不能對大量的并發數據進行處理。

通過綜合比較以上數據庫的優缺點，結合本論文對數據庫系統要求較低，數據儲存相對較少，數據并發性不高的特點，本論文采用Access數據庫完成數據管理。

(2) Access數據庫訪問方式的選擇

選擇數據庫后，還必須選擇如何連接數據庫。傳統的連接方式包括ODBC (OpenDatabaseConnectivity)和 ADO (ActiveXDataOfcject)兩種。其中 ODBC 被稱為開放數據庫系統互聯，并且是Microsoft開發的數據庫訪問標準之一。這種訪問方法可以訪問很多數據庫管理系統，例如MySQL, SQLServer, Oracle和Access,但其缺點是ODBC是一個基于COM的對象。盡管它可以很容易地訪問數據庫，但是它的代碼通常很復雜。ADO 訪問方式可以使用簡單的數據庫操作代碼控制MySQL、SQLServer. Oracle以及Access等數據源，并且ADO采用COM接口，讀取速度相對比較快，具有比ODBC方式更好的可移植性"I。綜合以上的對比分析，本論文選擇以ADO模式訪問Access數據庫。

本論文采用Microsoft Office Access 2008與Visual Studio 2008對ADO數據庫的訪問進行管理。首先，使用Visual Studio 2008匯編軟件動態鏈接庫訪問MFC和Pro/TOOLKIT應用程序，然后使用ADO數據庫訪問方法來完成對數據庫的Pro/E訪問。其接口原理如圖 5.12所示。

圖5.12數據庫接口原理圖

Fig. 5.12 The principle diagram of the database interface

(3)ADO訪問數據庫流程

在Visual Studio 2008中執行對數據庫的訪問時，須將#import增添到ADO中。

在Visual Studio 2008環境下對系統進行數據庫訪問時，為了使ADO數據庫對象能夠順利地訪問數據庫信息，須將#import增添到ADO中，代碼如下所示。

#import"C :/Program Files/Common Files/System/ADO/msado 15 .dll" no_namespacerename("EOF","adoEOF"),rename("BOF',,"adoBOF")

(4)信息存儲的實現

為了實現MBD模型的設計信息存儲，采用ADO技術將設計信息存儲到數據庫中。整個過程分為幾個步驟mi：

1) COM庫初始化OLE/com

在連接到數據庫之前，需要通過將預處理命令析呵0就添加到項目stdafx.h文件中來初始化OLE/com庫。

2)連接、打開數據庫

連接、打開數據庫，第一，定義— 指針并指向Connection對象，第二定義Connection 對象，規定連接所需的超時時間，第三采用Open辦法使數據庫連接成功。

3)創建記錄集

記錄集本身是從指定數據庫中檢索到的數據的集合，滿足對數據的查詢、修改儲存等操作。記錄集的創建是利用變量指針操作數據庫，返回的Recordset對象中的記錄，其中 Wlue屬性，可以設置正在返回記錄集的數據信息。

其訪問數據庫的流程如圖5.13所示。

圖5.13訪問數據庫的流程 Fig. 5.13 Process of accessing database

5.1.5設計系統運行流程

根據MBD的產品設計信息管理的要求，建立MBD的產品設計信息管理系統的運行流程如圖5.14所示。

系統運行流程描述如下：

(1)在運行MBD的產品設計信息管理系統之前，首先打開Pro/E軟件，通過插件加載所開發的基于MBD的產品設計信息管理系統。

(2)打開所需要的MBD模型。

(3)點擊進入MBD產品設計信息管理模塊，系統進行判斷是否打開MBD模型，如果模型未打開，系統將提示“請打開模型”對話框。

(4)進入管理系統后，選擇MBD模型信息管理模塊，將彈出信息管理對話框，并將已經分好類的信息顯示出界面，用戶可以點擊提取的信息，并且模型上的信息和依附特征高亮顯示，用戶可以通過對話框上存儲按鈕將信息進行存儲，以便后期査看。

(5)用戶選擇MBD模型視圖管理模塊，系統將彈出視圖管理對話框，該對話框將前期已經建好的所有視圖進行提取并顯示在對話框供用戶選擇，用戶通過選擇所需要的視圖, 模型將根據所選擇的視圖進行一鍵轉換，并且通過選擇復選按鈕，對模型上的信息進行選擇性隱藏或顯示。在視圖管理對話框中，通過選擇旋轉軸，轉動角度調節指盤，進行對模型微調，通過點擊平移縮放按鍵實現對模型的移動和縮放功能，通過點擊窗口矩陣和視圖矩陣按鈕，用戶可以根據需要確定更加詳細的界面位置，點擊三維軸測視圖按鈕，用戶可以一鍵調整模型最初位置。

圖5.14運行流程

Fig. 5.14 Operation process

5.2系統界面的設計(Design of system interface)

5.2.1菜單的設計

根據第三章節中對菜單技術的研究，通過對Pro/E進行二次開發，完成了系統菜單界

面的設計。系統菜單界面如圖5.15所示，該菜單包括MBD模型設計信息管理、MBD模型設計信息視圖管理兩個模塊，并且該模快嵌入在Pro/E環境下，與Pro/E其他主菜單并

列分布。

5.2.2對話框的設計

(1) MBD設計信息管理模塊的設計

該模塊的對話框采用MFC對話框處理技術,通過生成動態鏈接庫DLL文件，并由Pro/E 軟件進行加載。

信息庫

圖5.16a MBD設計信息管理系統界面

Fig. 5.16a MBD design information management system interface

圖5.16b MBD設計信息管理系統界面

Fig. 5.16b design information management system interfece

(2) MBD設計信息視圖管理模塊的設計

該對話框采用Pro/TOOLKIT提供的一種交互界面設計，利用UI對話框技術，在 Pro/TOOLKIT應用程序中設計出風格與Pro/E系統本身具有的對話框相似的人機交互界面,

其界面ASCII碼見附錄，其界面如圖5.17所示。

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5.3實例驗證(Case verification)

通過對MBD設計信息管理系統方案的介紹，結合以Pro/E軟件環境下建立的MBD模型如圖5.18所示，驗證上述方法的可行性。

圖5.18 MBD模型

Fig. 5.18 MBD model

5.3.1 MBD設計信息管理模塊

在Pro/E環境下針對上述零件MBD模型，利用本文所提出的信息管理方法，首先進行信息的提取，其信息提取界面如圖5.19所示。獲取的信息主要包括尺寸公差的尺寸符號、尺寸值、尺寸類型、偏差值和依附特征ID值、所屬視圖和形位公差的公差類型、公差符號、公差值、直徑符號、依附元素ID、第一基準元素ID、第二基準元素ID、第三基準元素ID。點擊依附特征信息提取按鈕，將進行對依附特征信息的提取。獲取的信息主要包括元素ID、元素類型、特征名稱、特征類型、材料信息。點擊信息存儲按鈕，將數據存儲到數據庫，提取的部分詳細信息表5.5、表5.6所示。點擊提取的信息，模型標注尺寸及所屬特征并高亮顯示，如圖5.20所示。

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圖5.19a信息獲取界面

Fig. 5.19a Information acquisition interface

圖5.20模型加亮顯示

Fig. 5.20 Model highlight

表5.5尺寸公差及形位公差提取的信息

Table 5.5 Infonnation extraction of dimensional tolerance and geometrical tolerance

公公公上下公第第第依附直所

差差稱偏偏差一二三元素徑在

類符值差差帶基基基 ID 符平

型號值準準準號面

平行度 gpO / / / 0. 03 6 / / 449 無 /

垂直度 gp3 / / / 0.05 6 / / 442 無 /

圓度 gp4 / / / 0.05 / / / 640 無 /

同軸度 gp5 / / / 0.05 637 / / 641 有 /

平行度 gp6 / / / 0.05 6 / / 75 無 /

對稱度 gp7 / / / 0.05 4 / / 444 無 /

位置度 gp8 / / / 0.08 6 82 4 324 有 /

線性尺寸 / 42 0.2 0.1 / / / / 446,44

7,638 / FRONT

線性尺寸 / 28 0.2 0.2 / / / / 45,443 / FRONT

線性尺寸 / 21 0.2 0.2 / / / / 529,45 / FRONT

線性尺寸 / 7 0.05 0.05 / / / / 446,44

4 / BOTTOM

線性尺寸 / 6 0.05 0.05 / / / / 28&29

9 / BOTTOM

半徑尺寸 / 10 0.6 0.6 / / / / 294 / BOTTOM

線性尺寸 / 6 0.07 0.07 / / / / 370,36

9 / 其他

直徑尺寸 / 18 0.1 0.1 / / / / 73,529 / LEFT

半徑尺寸 / 16 0.1 0.1 / / / / 73,76 / LEFT

線性尺寸 / 5 0.01 0.01 / / / / 126,75 / BOTTOM

線性尺寸 / 22 0.2 0.1 / / / / 641,63

8 / FRONT

線性尺寸 / 10 0.08 0.08 / / / / 638,44

8 / FRONT

半徑尺寸 / 7.25 0.1 0.1 / / / / 641 / FRONT

半徑尺寸 / 6.5 0.1 0.1 / / / / 642 / FRONT

半徑尺寸 / 6.5 0.09 0.09 / / / / 323 / FRONT

半徑尺寸 / 12 0 0 / / / / 76 / FRONT

半徑尺寸 / 4 0.08 0.08 / / / / 437 / FRONT

角度尺寸 / 37.57 0.5 0.5 / / / / 345,37

0 / BOTTOM

表5.6關聯幾何特征提取的信息

Table 5.6 Information of associated geometric feature extraction

元素ID 類型特征ID 特征名稱特征類型材料名稱

446 平面 39 拉伸1 伸出項 45#

447 平面 39 拉伸1 伸出項 45#

63 平面 39 拉伸1 伸出項 45#

45 平面 39 拉伸1 伸出項 45#

443 平面 39 拉伸1 伸出項 45#

444 平面 39 拉伸1 伸出項 45#

288 平面 88 拉伸3 伸出項 45#

299 平面 88 拉伸3 伸出項 45#

529 基準 524 DTM2 基準平面 45#

294 曲面 227 倒圓角1 倒圓角 45#

370 平面 335 輪廓筋1 輪廓筋 45#

369 平面 335 輪廓筋1 輪廓筋 45#

73 平面 68 拉伸2 伸出項 45#

126 平面 88 拉伸3 伸出項 45#

75 平面 68 拉伸2 伸出項 45#

638 軸線 455 拉伸5 圓柱 45#

448 平面 39 拉伸1 伸出項 45#

642 柱面 455 拉伸5 圓柱 45#

323 柱面 306 拉伸4 圓柱 45#

76 柱面 68 拉伸2 伸出項 45#

437 圓角 388 倒圓角2 倒圓角 45#

354 平面 335 輪廓筋1 輪廓筋 45#

449 平面 39 拉伸1 伸出項 45#

442 平面 39 拉伸1 伸出項 45#

640 柱面 613 拉伸5 圓柱 45#

641 軸線 455 拉伸5 圓柱 45#

75 平面 68 拉伸2 伸岀項 45#

444 平面 39 拉伸1 伸出項 45#

324 軸線 68 拉伸2 伸出項 45#

在此模塊中，尺寸和公差符號在底層數據庫中存在唯一的標識符，可防止重復提取尺寸和公差信息。同時也通過依附特征元素的ID值在尺寸信息和幾何要特征之間建立了關聯。

5.3.2 MBD設計信息視圖管理模塊

打開視圖管理對話框，所有的視圖都顯示在選擇視圖的對話框內，用戶可以根據需要選擇不同的視圖和復選按鈕來實現對信息的過濾，系統將根據所選的視圖和內容進行視圖

調整和信息顯示，如圖5.21是針對FRONT視圖和形位公差、粗糙度、注釋、基準信息進行顯示。同時系統根據視圖的位置，在變換矩陣對話框中顯示該視圖的變換矩陣，通過窗口矩陣和視圖矩陣的變換矩陣、視圖旋轉指盤可以實現對模型視圖的調整，其中視圖旋轉對話框中可以選擇不同的旋轉軸進行旋轉，如圖5.22所示。平移縮放按鈕可以使模型進行一定比例的縮放，三維軸測視圖按鈕可以使模型轉到模型的最初設置位置，使模型信息盡可能表達出來，如圖5.23所示。

圖5.21 “多視圖、多類別”視圖管理界面

Fig. 5.21 Multi view, multi category view management interface

圖5.22模型旋轉、變換矩陣管理界面

Fig. 5.22 Model rotation and transformation matrix management interface

Fig. 5.23 Three-dimensional axonometric views, translation, scaling management interface

通過上述MBD模型設計信息的管理和視圖的管理的演示，解決了 MBD技術所面臨

的信息表達和提取困難、信息表達繁瑣等管理問題，也充分證明了 MBD模型在該系統的

運行下和傳統三維模型相比的優越性，即在信息管理方面更加的直觀和的便捷。

5.4本章小結(Briefsummary)

本章詳細分析基于MBD設計信息管理系統的總體框架、運行流程及系統開發過程所需要的關鍵技術，對環境變量及編譯器進行了設置，并具體對Pro/TOOLKITAPI程序設計、 Pro/TOOLKITUI菜單設計、數據庫的創建進行了研究。同時對系統的界面作了簡單介紹，最后通過具體實例驗證了 Pro/E環境下MBD設計信息管理系統下MBD設計信息提取模塊和MBD視圖管理模塊的合理性與可行性。

6總結與展望

6Conclusions and prospects

6.1 論文總結(Conclusions)

本論文所開發的MBD模型設計信息管理系統，是一套基于Pro/E應用型軟件系統。針對在無紙化制造的環境下，通過MBD模型設計信息管理系統的開發，目的是利用計算機效率高，運行速度快的優勢使工作人員快速獲取MBD模型中的工程注釋等信息，解決工作員在加工制造過程中提取信息耗時和效率低的問題，同時通過對系統視圖的開發，解決模型標注信息繁瑣、觀察角度不佳、觀察位置精度不高的問題。本文的主要工作以及結論：

(1)以研究課題的題目為出發點，首先通過查閱大量文獻，總結出了 MBD技術的內涵、發展過程以及優勢，接著對當前MBD技術存在的問題進行了探究，并對國內外研究現狀進行了必要的闡述。

(2)分析MBD模型的組織結構及數據集的構成，并對模型信息進行了詳細的分類。對MBD設計信息做了定義，明確信息與特征之間的相互關聯關系，建立了 MBD設計信息與依附特征的關聯關系表示模型，為本系統開發的提供了理論基礎。

(3)根據MBD設計信息與依附特征的關聯關系表示模型，建立了 MBD設計信息的提取方法和獲取流程，從而達到MBD模型設計信息快速提取的目的。對尺寸信息按照不同類型進行了區分，即將尺寸分為線性尺寸、直徑尺寸、角度尺寸、半徑尺寸、倒角尺寸和其他尺寸，對尺寸值、偏差值、尺寸符號、依附元素ID分別進行了提取，并將尺寸所屬的視圖也進行了識別和區別。對其形位公差的信息進行了提取，包括公差符號、公差類型、公差值、直徑符號、依附元素ID、第一基準ID、第二基準ID、第三基準ID信息。將尺寸公差信息、形位公差信息和依附特征信息通過元素ID進行了關聯，將所關聯的特征信息進行了提取，包括元素類型、特征ID、特征名稱、特征類型、材料名稱信息。將所得到的各種數據信息寫入數據庫的相應數據表中，完成了設計信息的存儲和管理，從而方便工作人員的調用，增加MBD設計信息與模型的交互功能，方便用戶查看設計信息。

(4)根據MBD信息標注呈現的凌亂現象，設計出模型標注信息視圖管理的方法，即按照“多視圖、多類別”和實體定向的管理方法。其中“多視圖、多類別”的管理方法主要通過選擇不同的視圖和不同標注類別實現對模型信息的選擇性顯示或隱藏，并對所選擇的標注信息在視圖上高亮顯示，幫助技術人員快速定位所選擇的信息，使用戶從MBD模型中快速獲取所需要的標注信息，從而解決MBD模型標注的密集程度大的問題。實體定向的管理方法通過研究視圖矩陣、窗口矩陣原理，結合變換矩陣、視圖旋轉指輪來實現對 MBD模型的角度調整、平移縮放、三維軸測視圖的選擇，從而使用戶更加直觀、清晰獲取產品信息，以便于指導生產，提高MBD模型使用效率。

（5 ）在Pro/E軟件中構建零件MBD模型,以Pro/E和Visual Studio 2008為開發平臺進行Pro/E的二次開發，通過應用程序接口技術進行兩個軟件的交互，應用Pro/TOOLKIT 和MFC工具進行菜單欄和對話框界面設計。在基本完成課題研究及系統開發后，對整個系統進行了調試，并在文中介紹了各個模塊的操作和展示效果，同時，通過相應的實例進行了驗證。對系統整體來說，能夠滿足基本要求，能夠解決本課題所面臨的問題。

6.2工作展望（Prospects）

本論文對MBD產品設計信息管理技術進行了系統性的研究，旨在為生產制造的技術人員提供生產加工指導。但由于受時間、精力和研究水平的限制，目前本課題的研究還處在初步階段，不僅有一些技術難題有待解決，而且還有許多的研究工作需要繼續完善與完成。要讓該系統在實際工程中發揮更大的作用，還需要一些問題進一步探索和解決，即本系統需要進一步改進的地方主要包括以下幾個方面：

（1）論文中實現的MBD模型產品設計信息管理系統僅實現了模型標注基本信息的提取和視圖管理，對于生產制造信息，如工藝信息、工裝信息、裝配信息的提取等，還需要進一步完善與實現。

（2）設計信息分類更加細化，對于復雜設計信息模型，信息量大，其信息種類之間存在一定的聯系，但是由于MBD技術的發展，如何將設計信息種類進行細分，還需要后期深入分析。

（3）本文開發的平臺是在Pro/E上進行的，其所開發的系統不能在UG、CATIA等其他平臺上運行，如何開發出三維軟件都能識別的系統，還需要進一步研究和探索。

対文itt

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