毕业设计(论文)基于ProEngineer的工艺数据库开发.doc
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1、目 录第一章 绪 论11.1本课题研究开发的背景和相关研究工作现状11.1.1 研究开发的背景11.1.2 相关研究工作的现状31.2本课题研究、开发的主要任务和开发方案41.2.1 主要任务和具体要求41.2.2 本课题研究开发的技术路线和开发方案5第二章 CAD/CAPP/CAM系统集成及开发方法62.1 CAD/CAPP/CAM系统集成62.1.1 CAD/CAPP/CAM系统集成的基本概念和构成62.1.2 CAD/CAPP/CAM系统集成的应用72.2 CAD/CAPP/CAM系统集成的方法82.3 CAD/CAPP/CAM系统开发方法92.3.1 软件工程的概念92.3.2 软件开
2、发过程和方法102.3.3 结构化软件分析与设计方法11第三章 开发平台与工具133.1系统的开发平台133.2 Pro/ToolKIT143.4 数据库163.5 Access97173.6 编程语言及集成开发环境VC+6.018第四章 系统的设计与实现204.1系统的分析204.1.1系统的功能204.1.2 系统的数据流图204.2系统的设计244.3 系统的实现254.3.1 开发和运行环境254.3.2 菜单设计284.3.3 对话框设计304.3.4 数据库设计324.3.5 系统的测试33第五章 系统的运行335.1系统的运行环境及使用方法335.2 运行实例34结 论37结束语
3、38参考文献39附录1 英文翻译原文及译文附录2 源程序代码第一章 绪 论1.1本课题研究开发的背景和相关研究工作现状1.1.1 研究开发的背景随着计算机技术日益广泛深入的应用,特别是在机械、航空、电子等各个领域得到了广泛的应用,人们很快发现,各种计算机辅助技术采用各自独立的系统不能实现系统之间信息的自动传递和交换。例如CAD(Computer Aided Design,计算机辅助设计)系统设计的结果,不能直接为CAPP(Computer Aided Process Planning,计算机辅助工艺设计)系统接收,若进行工艺规程设计时还需要人工将CAD输出的图样、文档等信息转换成CAPP系统所
4、需要的输入数据,这不但影响了效率的提高,而且在人工转换过程中难免会发生错误。只有当CAD系统生成的产品零件信息能自动转换成后续环节(如CAPP、CAM等)所需的输入信息,才是最经济的。为此,人们提出了CAD/CAPP/CAM集成的概念并致力于CAD、CAPP和CAM(Computer Aided Manufacturing,计算机辅助制造)系统之间工艺数据库的自动传递和转换的研究,以便将业已存在的和正在使用中的CAD、CAPP、CAM等独立系统集成起来。CAD/CAPP/CAM系统集成涉及到产品的总体设计、工艺过程设计、数控加工、运动机构的模拟设计、有限元分析的前后置处理、工艺规程设计、数控加
5、工、检验测量等。它涉及到计算机科学、计算数学、计算几何、计算机图形学、数据库技术、软件工程、仿真工程、人工智能等新兴学科领域。CAD/CAPP/CAM集成技术就是从设计到制造的整个工程应用计算机进行有关信息处理的技术。当CAD、CAPP、CAM结合在一起时,就把产品的设计、工艺路线的规划和制造过程变成了一个完整的集成系统,使许多专业技术工作实现了有效集成。CAD/CAPP/CAM集成技术是跨计算机科学、信息技术与现代设计制造技术相结合的产物,是实现产品设计和制造自动化的关键技术,是当代先进的生产力,被公认为20世纪90年代的十大重要技术成就之一。在产品开发过程中,引入CAD/CAPP/CAM系
6、统集成进行产品的设计、工程与结构分析、工艺规划,能大大地提高工作效率和产品的性能和质量,缩短产品的开发周期,增强产品的竞争力,对企业而言创造显著的效益。目前,在计算机网络和数据库系统的支持下,以CAD/CAPP/CAM为核心的多种集成系统的出现,使传统的生产模式发生了深刻的变革。一个完备的CAD/CAPP/CAM集成系统的任务是能支持产品全生命周期(设计、制造、装配、检验、销售、维修等)各相关过程的生产活动。对各相对独立发展起来、有相互关联的各单项计算机辅助系统,一般称为CAX(CAD、CAE、CAPP、NCP、MRP、),进行有效的集成,是CAD/CAPP/CAM技术发展的必然要求1。这些系
7、统的发展可以相对不平衡,但必须在并行工程思想的指导下实现CAPP与CAD、CAM等系统的全面集成,发挥CAPP在整个生产活动中的信息中枢和功能调节作用。这包括:与产品设计实现双向的信息交换与传送;与生产计划调度系统实现有效集成;与数控编程系统实现有效集成;与质量控制系统建立内在联系。一个基于集成的产品数据库的CAD/CAPP/CAM集成系统如图1.1所示。统一用户界CAD面CAPPCAM集成的产品数据统一数据系理管库统DBMS 图1.1 集成化系统基于系统集成的产品数据库是可供共享的重要的信息资源。但在非集成的各单项技术应用中,工艺数据库系统一般是孤立分离的,数据模式的定义也不统一,与CAD/
8、CAPP/CAM中大量的信息集成的需求和特点不同,且在各子系统中,信息集成有明显差别。因此建立基于系统集成的产品数据库,存储零件的特征信息、工艺信息、加工工艺参数等信息,实现在CAD/CAPP/CAM集成系统中对产品数据库的访问,并在集成产品数据库之上,结合产品的设计、工艺路线的规划、工艺过程设计和制造过程为一个完整的系统,这样对系统实现设计、制造到管理,产品生命周期的全过程的无缝集成,各独立模块实现数据连通,调用连通,信息共享,能大大缩短设计周期,提高整个流程的工作效率和工作质量。随着商品化的CAD/CAM软件的发展和广泛应用,考虑CAPP自身的特点和要求,基于特征,基于CAD/CAM软件平
9、台进行二次开发已成为了一种简单、高效的CAD/CAPP/CAM集成系统开发的趋势。利用诸如UNIGRAPHICS、Pro/Engineer等基于特征的CAD/CAM软件平台,在充分利用已有软件功能的有利条件下,开发CAPP系统并与之集成,能充分利用成熟的CAD、CAM技术,大大缩短开发周期,也使已有的软、硬件得以充分利用以节约企业的开支。无论使用何种集成方法或进行开发,CAD/CAPP/CAM集成系统中,工艺数据库都是必不可少的。1.1.2 相关研究工作的现状目前主流的CAD/CAM软件主要来自国外公司,国内的相关基础工作相对落后于发达国家,因此在CAD/CAPP/CAM系统集成的研究与开发这
10、方面工作进行得相对较少,总体水平低、技术落后于国外发达国家。但也有一些具有一定先进性的研究。如我国在20世纪80年代初期开始了CAD/CAPP/CAM系统集成的工艺数据库理论研究和系统开发工作。1986 年3月,我国制定并启动863 计划,并在后续的863/CIMS主题计划中设立了多项与CAD/CAPP/CAM系统集成相关的关键技术攻关项目或子项目、目标产品发展项目以及软件重大专项,同时大力推广应用示范工程。1988年5月,在南京航空航天大学召开了国内第一次CAD/CAPP/CAM系统集成的专题研讨会,受到广大科研院所和制造企业的普遍关注,引发了国内该系统集成的研究热潮2。台湾地区对Pro/E
11、ngineer的二次开发进行的比较成熟,在上世纪八十年代,曾引领大陆的CAD/CAM发展方向。国外在CAD/CAPP/CAM系统集成这方面的研究开发工作进行的比较早。CAD/CAPP/CAM系统集成的研究在国际上始于20世纪60年代后期,其早期意图就是建立包括工艺卡片生成、工艺内容存储及工艺规程检索在内的计算机辅助系统。实现各系统内信息资源的共享。焦作工学院的侯守明在中小企业CAD/CAPP/PDM集成系统研究与开发一文中分析了中小型企业在应用CAD、CAPP进行产品开发以后出现的新需求,结合产品数据管理系统的发展趋势,提出以产品结构为中心的设计、管理一体化解决方法,开发基于Pro/Engin
12、eer和数据库软件的CAD、CAPP集成系统。天津大学的冯丽艳在面向中小制造企业的CAD/CAPP集成系统一文中谈到,近年来,我国很多企业实现了CAD(计算机辅助设计)、CAPP(计算机辅助工艺设计),但多数是各自独立开发,不能实现CAD、CAPP之间信息的自动传递和交换。CAPP系统的信息输入要花费大量的时间, 容易出错, 而且生成不恰当的工艺过程。武汉水利电力大学的吴晓光在CAD/CAPP 集成系统的研究与开发一文中讨论了实现CAD/CAPP集成系统的基本结构与功能,以及实现CAD/CAPP集成数据的传递方法。 广东工业大学的陶建华在基于特征和参数化的CAD/CAPP集成中分析了CAPP在
13、实现过程中所遇到的难点,重点分析了CAD/CAPP集成环节中遇到的困难。提出了用全参数化方式实现CAD/CAPP集成的方法。吴晓光在基于VC+类库的CAD/CAPP集成系统的研究与实践一文中采用特征拼装及特征单元的参数化设计方法,在以VisualC+类库(Microsoft Foundation Class MFC类)为数据存储、交换与管理的基础上,成功地实现了CAD/CAPP集成数据的传递与共享。基于特征的,基于CAD/CAM软件平台进行的工艺数据库的开发,已正被许多中小企业所接受,企业在自有各计算机辅助系统中实现各系统之间信息的自动传递和交换。正由于这一发展所给企业带来的效益,促使企业加大
14、对CAD/CAM软件平台的开发,对CAD/CAPP/CAM集成系统的开发,以及对CAD/CAPP/CAM集成系统的工艺数据库的开发。1. 2本课题研究、开发的主要任务和开发方案1.2.1 主要任务和具体要求任务书所给的要求如下:研究了解CAPP技术的概念内涵、主要特征、关键技术;研究了解CAD/CAPP集成系统的组成、主要特征、关键技术;研究了解主流CAD/CAM软件的功能、特点;研究了解工艺数据库的要求、构成、功能、使用;研究了解数据库设计的原则、要求、设计方法、步骤;研究掌握基本的Pro/Engineer二次开发技术,比较、选择开发工具及数据库系统;运用结构化软件分析与设计方法对系统进行分
15、析与设计;系统体系结构、主要模块的实现;系统测试,给出运行实例;根据任务书的要求,首先要对CAD/CAPP/CAM集成系统的开发背景和相关研究工作现状进行了解,对本课题研究开发的意义和作用进行了解,运用结构化软件分析和设计方法对集成系统工艺数据库进行系统分析和总体结构设计。了解Pro/E的二次开发工具,掌握Pro/E的二次开发工具Pro/TOOLKIT的使用。了解数据库技术及其应用。在此基础上,进行界面的设计,建立用户界面,建立工艺数据库并实现对工艺数据库的管理,实现数据库与应用程序的接口,从而完成在Pro/E系统下符合CAD/CAPP/CAM集成系统要求和使用要求的工艺数据库的实现。最终,该
16、系统实现常用机床参数查询功能、常用刀具参数查询功能和加工余量的参数查询功能。提供给用户弹出式对话框,可以方便地在Pro/E的环境下访问工艺数据库。最后对系统进行测试,并给出运行实例。1.2.2 本课题研究开发的技术路线和开发方案CAD/CAPP/CAM应用软件开发是一项高智力、高难度的工程项目,为了保证所开发软件的质量,应采用科学有效的软件工程方法进行开发。Pro/E本身就是一个成熟的CAD/CAM系统,为Pro/E开发工艺数据库是利用Pro/E开发CAD/CAPP/CAM集成系统工作的一部分,所以采用的技术路线主要分为三大块:开发用户界面和应用程序接口;开发工艺数据库模块;实现工艺数据库的访
17、问和管理。将设计生产中使用的工艺参数集成到ProEngineer Wild fire2.0平台中,让用户在开发设计过程中,在系统平台下可以完成对工艺数据库的访问和调用。要在Pro/E中进行工艺数据库开发,必须存在用户接口程序。而Pro/E本身就为开发者提供了Pro/Toolkit,因此进行工艺数据库开发成为可能。Pro/Toolkit提供了大量的库函数,可用来实现各种不同的Pro/E操作。而且自Pro/E2001之后,Pro/Toolkit还提供用户开发界面的编程接口。利用Pro/Toolkit可以开发出具有Pro/Toolkit风格的对话框,能向用户提供人机交互界面,进行简单的人机交互3。P
18、ro/Toolkit可通过VC+进行编译,也可在VC+中进行编码。因此,系统的程序在VC+中编制。Visual C+包含了迄今为止功能最强大的基于Windows的应用框架,Microsoft基本类库是它的重要组成部分,构成了应用框架的核心。其他一些组成元素,包括AppWizard、App Studio、Visual工作平台、编译器和连接器,为用户构造应用平台提供了必要工具。同时利用VC+提供的MFC对话框类,可实现界面的可视化开发,创建用户对话框4。应用程序可实现Pro/Toolkit和MFC类的集成,通过编译可生成一个.dll文件实现与Pro/E系统的动态链接。目前,常用的数据库管理系统有V
19、isual FoxPro、Access、Oracle、Sybase、MS SQL server等。用这些系统来开发专门的数据库应用系统是适宜的,但用来开发CAD系统就难以胜任,需要通过编写接口程序来解决其与CAD系统的集成问题。目前CAD及其数据库系统开发的最佳途径是在高级语言中嵌入数据库功能,如Visual C+6.0在其MFC类库中嵌入了ODBC类和DAO类,从而使编程语言不但具有强大的CAD应用程序的开发功能,而且具备了强大的数据库系统的开发及管理功能。系统采用Access开发工艺数据库作为Pro/E的外部数据库。由于采用ODBC方式较为复杂,而VC+中内嵌有直接驱动Access数据库的
20、引擎技术。因此本系统主要采用VC+6.0的DAO类进行检索。数据库的访问采用直接调用方式,因此比较简单。第二章 CAD/CAPP/CAM系统集成及开发方法2.1 CAD/CAPP/CAM系统集成2.1.1 CAD/CAPP/CAM系统集成的基本概念和构成一般认为,CAD/CAPP/CAM系统集成就是把各种功能不同的软件系统如CAD、CAPP、NCP(Number Control Programming,计算机辅助数控编程)系统按不同的用途有机地结合起来,用统一的执行控制程序组织各种信息的提取、共享和处理,保证系统内信息流畅通,并协调各子系统有效地运行。从信息集成的角度上看,CAD、CAPP、C
21、AM之间信息的提取、交换、共享和处理的集成就构成了一个基本的一体化的CAD/CAPP/CAM系统。如图2.1。CADCAPPCAM新产品开发产品要求性能规定零件图、装配图产品设计文件零件信息文件工艺路线文件毛坯图、工序图工艺内容文件NC加工NC监测程序设计知识数据库CAD软件计算机硬件系统工艺知识数据库图形系统计算机硬件系统加工设备数据库CAD软件计算机硬件系统图2.1 CAD/CAPP/CAM信息集成的要求计算机辅助设计、计算机辅助工艺设计和计算机辅助制造技术是产品设计和制造工程技术人员在计算机系统的辅助之下,合理有效地进行产品设计和制造的一项新技术。CAD/CAPP/CAM是传统设计与制造
22、技术与现代计算机技术的有机结合。CAD/CAPP/CAM系统的硬件由计算机及外围设备组成,主要包括:主机、外存储器、输入设备、输出设备、网络通讯设备及生产设备等。具体如图2.2所示:图2.2 CAD/CAPP/CAM系统硬件的组成2.1.2 CAD/CAPP/CAM系统集成的应用CAD/CAPP/CAM系统集成的关键是通过有效的手段和方法,解决产品设计和制造信息的共享。CAD/CAPP/CAM集成技术它主要用于产品的总体设计、外型设计、优化设计、运动结构的模拟设计、有限元分析的前后置处理、工艺过程设计、数控加工、检验测量等环节。他涉及到计算机科学、计算数学、计算几何、计算机图形学、数据库技术、
23、软件工程、仿真工程、人工智能等新兴学科领域。CAD/CAPP/CAM集成技术就是从设计到制造的整个过程应用计算机进行有关信息处理的技术。当CAD、CAPP、CAM结合在一起时,就把产品的设计、工艺路线的规划和制造过程变成了一个完整的集成系统,使许多专业技术工作实现了自动化。企业中的CAD/CAM系统及其计算机硬件一般分布在企业的各个部门,并通过网络联系在一起。由于各部门所采用的应用软件、操作系统及硬件平台不同,产生大量的分布式异构数据。同时企业中对这些数据缺乏有效的管理和控制机制,造成数据十分混乱。如何使数据共享、数据交换畅通地进行、完备地表达信息等一系列的问题,是CAD/CAM集成技术中要解
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