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用 VB 和机械产品设计流程进行设计软件开发张晓钟（西安建筑科技大学机电学院，西安，710055）E-mail：qzxz321摘要：本文通过对机械产品设计和软件开发的特点的研究，提出了基于机械产品设计流程的软件开发方法。对机械产品设计流程的分析方法、软件开发的工具选择、机械产品设计软件化中的基本技术等作了初步探讨。研究了应用VisualBasic在WINDOWS和CAXA或AutoCAD平台上，将机械产品的设计工作软件化的问题，并给出了软件设计的总体设计方案的分析方法。本文的研究成果，对于机械产品设计及其过程的软件化有重要的实用价值。关键词：机械产品设计流程软件开发中图分类号：TP225TP170计算机辅助设计在机械行业中已获得广泛应用，对于大量的中小型机械企业，主要是甩图板工作。随着高等教育的大众化，经历过本科阶段高等教育的机械工程师人员数目巨大；随着国家制造业要求的提升，如何利用计算机进行产品设计，提高设计水平，而不仅是甩图板，成为需要解决的问题。本文在此方面进行了有益的探索。1机械产品设计中应用计算机的困惑众所周知，在机械产品设计中，利用计算机辅助工作可以获得极大的好处。在制造业已进入全球化的时代，机械产品设计的自动化、软件化是机械行业技术升级换代，满足产品的市场需求和适应个性化产品特点的必由之路。然而，相当多的机械设计师和大量的中小型机械企业，在将产品设计过程与计算机技术结合中，存在着一些困惑。机械产品设计中的计算机应用，可以从两个方面来看，一是商品软件的应用，二是自主专用软件的开发，关键是软件开发。国内外的机械产品设计过程中涉及到的软件化有如下特点。1)具有通用性和专用功能的大型软件，如 AUTOCAD，CAXA 等可以用于机械产品的图形绘制；ANSYS 等可以用于机械零部件的力学性能分析；Solidworks 等可以用于机械产品的三维形体设计。ADMAS 等用于虚拟样机仿真等，这些软件功能强大，价格昂贵，已有功能不能充分发挥，尤其是价格，中小企业不能承受，且功能太多用得太少。2)人们在追逐大而全的软件，追逐大投入、大风险、大回报的软件。使得软件开发成为一项需要大量知识、技术、人力、物力、财力、时间等投入的工程项目。化大量的时间和精力研究高深的软件研发技术和知识成为潮流，而忽视或脱离实际应用对知识、技术、方法的具体需求。忽略了中小企业这个巨大的底价的应用市场及其特点。3)大型的、专有化程度高的机械企业（主要是飞机、汽车、船舶等）使用了功能齐全、自动化程度高的设计软件，这是巨额投资得来的。对于中小型企业则可想而不可及。 4)软件开发是由专业化的软件开发公司进行的，其人员组成基本上是计算机专业人才为主，而以开发各种管理软件为追求。专业化的机械产品设计软件，因种种原因难以面世。2机械产品设计与软件开发的特点机械产品设计的特点是：1）.艺术性，机械产品设计的过程是一个创造性的过程，同样的产品，不同的人会有不同的设计过程，获得不同的设计结果。设计过程中积累的经验和灵感是产品创新的基石。2）.工艺性，大量的机械产品都是为特定的工艺过程而设计的，使得特定的、优良的机械产品必须具有满足给定工艺要求的机械功能，他决定了产品设计的个体化特征。3）.个性与优化，随着需求个性化的张扬，机械产品更趋于个性化设计和生产。市场竞争使得个性化与人性化的产品必须经过优化设计而获得高性价比的产品。4）.大量的中小型机械企业设计更新能力差，很难适应时刻变化的市场需求。这些特点与当今流行的计算机辅助设计软件的特点之间存在着很大的鸿沟。使得大量的中小型企业对计算机辅助设计的应用难以深入进行。同时由于产品的更新能力差，市场竞争力降低，造成计算机应用人员匮乏，加剧了这些企业的生存困难。机械产品设计软件化的特点是：1）.软件设计的艺术性，软件开发实质上是软件产品的设计过程，也是一个创造性的过程。同样的软件产品，不同的人会有不同的设计过程，获得不同的解决方案。设计过程中积累的经验和灵感是软件创新的基石。2）.专业化，机械产品都是为特定的工艺过程而设计的，产品设计过程软件化必然具有专有功能，使得软件开发带有典型的专用特征。市场上不能销售，但对机械设计师确是如虎添翼。3）.设计经验与技术保密，软件化需要大量的计算机专业人员参与，这使得机械产品的技术保密成为难题。使得机械设计师的经验与灵感的应用成为障碍。4）.软件化对计算机软硬件方面的知识与技术的需求使得机械工程师望而却步。人力、财力、时间与精力的投入使得中小型机械企业想要获得软件开发更是异想天开。如何将两种艺术结合在一起呢？如何解决人力、财力、时间与精力的投入问题呢？针对以上问题，本文另辟新径，以机械产品的设计要求为目标，以机械行业的需求为宗旨，以机械工程师的知识为基础和出发点，融合软件设计的最基本知识体系，使机械工程师可以在较短的时间内（一年），经过必要的自修或培训（如工程硕士课程），获得自主进行机械产品设计的软件化工作。最大限度的保护技术秘密和知识产权，发挥设计师的经验和创造性，降低软件开发门槛。使得机械工程师在最少的时间和知识投入下，获得机械产品设计数字化的能力，使得中小型机械制造企业获得机械产品设计数字化的能力。一般来说，艺术具有创造性和个性化特点，其灵活性使得设计师有极大的发挥空间。但灵活性和计算机软件的严密逻辑成为一对矛盾。如何有效结合，转化矛盾呢？ 通过多年来对若干机械产品设计、制造、开发过程的分析总结，对软件开发方法及其计算机语言的研究总结，结合某些机械产品设计软件化的研发经历1 2 3本的解决方法4 5这便是应用 VB 作为开发工具和平台，依据产品的设计流程为数据流，采用面向对象的思想，用简易数据库做数据管理，调用已有绘图软件（如：AutoCAD）进行参数化的自动化绘图作业。VB 有其易学易用、便于程序组织、可以方便调用其他开放是软件的特长。机械产品设计流程有机械工程师便于提取、方便熟悉等特点，不会增加任何难度。尤其对于较成熟产品的系列化更具优势。另一方面，该种方法可以将几何构造、方案设计、力学性能计算、动力学及其系统优化、性价比分析与成本办核算等集于一体。避免了大型专用软件的性能好功能不全的问题。对于非技术专利和设计师的特有设计经验，可以进行最佳的保密处理。3机械产品设计流程分析机械产品的设计过程是一个逐步逼近的过程，相当于数学中求解一个超越方程。这对有着鲜明时序特点和以严格的逻辑进程为基础进行工作的计算机来说，是一个突出的矛盾。解决这个矛盾的方法是可以利用机械产品的设计流程。用流程中的局部逼近，获得流程整体的时序与逻辑进程。一般来说，机械产品的设计与产品特点和个人习惯密切相关，其方法与过程因人而异，其流程也具有多样性，但基本原则和规律还是有章可循的，可以找到一些共性的东西。比如可以从以下几个方面着手分析机械产品的设计流程。1）.按照产品的功能，比如土方机械，其区别在于工作机构的设计与其产品的功能相关。可以获得如下流程。土的物化特性分析，获得土的力学特性辅助系统分析与构造设计、组合等工作部件的阻力特性与构造（推土铲、装载斗、挖掘铲、铲运斗、刮斗、压实滚等）传动特性分析，获得传动系统构造与发动机选择工作机构的力学特性与构造牵引特性分析，获得牵引力与行走系统构造2）.按照产品的动力学特性，比如振动机械，其关键在于系统动力学的设计与其产品的成败相关。可以获得如下流程。工作对象特性分析，（输送与筛分机的物料运动，破磨机的介质运动，夯实机的夯头运动，光饰机的物料运动等）工作部件的动力特性与构造（输送板、筛网及框架、破磨仓、夯架、光饰仓等）传动特性分析，获得传动系统构造与电动机选择 工作机构的（运动质体）动力学特性与构造激励的动力特性与系统构造，获得了一些初步的、基。3）.按照产品的工作原理，比如起重机械，其共性是提升机构的设计基本相同，支撑构造与产品的用途有关。可以获得如下流程。起重量及其特性分析，获得牵引索的力学特性牵引装置的力学特性与构造（卷筒形式、直径与长度等）传动系统的动力学特性与构造分析，获得动力源的特性与选择起重性能与用途分析，获得支撑系统特性与构造对于工程机械、矿业机械、建筑机械、冶金机械、路面机械、化工机械、粉体加工机械等的构造、原理、设计流程，进行设计需求等方面的研究，初步形成了基于产品设计流程的软件化方法的思想、方法、实现等方面的经验，并以立式振动磨机为典型机械，初步实现了该产品设计过程的软件化。4流程的 VB 实现流程的软件化实现涉及到如下几方面的问题。1）.模型化，将现实的机械产品及其设计过程用简约符号表示。这些符号是物理学科、力学学科、机械原理与零件学科等中约定的符号。由物理模型转换为数学模型，即用数学学科中的符号（字母和算法符号）表达数学模型。将物理和数学模型用软件模型中的符号（主要是逻辑关联符号，如框图或流程图）表达设计过程，最终翻译为用计算机高级语言描述的指令序列。这个指令序列是按照时序过程运行的。2）.VB 工具选择，根据现实中机械工程师的实际情况，以 visual BASIC 作为开发工具有许多优点。BASIC 语言易学易用便于上手，visual BASIC 可轻易获得友好的界面，有部分的面向对象功能，易于后续扩展和重用，可以通过 ActiveX Automation 技术，在零件的特征数据库中获取零件数据，操纵 CAXA 或 Auto CAD 自动完成机械零件各图元的自动绘制。3）.保密与经验，产品的技术保密问题与机械工程师的设计经验是机械产品软件化的一大障碍。在以机械工程师为主导的软件化方法中，机械产品设计软件将机械工程师的设计经验和产品的技术保密，设置在运行的软件以外，通过人机交互方式，经设计界面对话得以完成。同时可以是软件开发的组成的以扩充。在代码编写阶段加入大量的掌握知识较少的人员来处理。4）.计算与构造，构造问题主要涉及到几何造型，这部分工作变化大、创造性多、思维性的成分占主导地位，可在软件以外进行。对产品性能影响巨大的、大量的繁琐计算和参数优化则完全通过计算机软件完成，这方面有许多成功的实例借鉴。无论是局部优化与整机优化，核心是参数问题，在流程中进行逐步逼近主要是这方面的工作。它可以充分发挥计算机的特长。5）.界面配置与 FORM 的划分，界面配置以符合设计者的习惯为原则，主要是为了数据交互便利。FORM 的划分颇费心思，可以依照设计习惯来处理，按照设计步骤划分，但每个 FORM 中的内容不宜过多，可以应用弹出的对话框、FORM 等解决设计层次，以便集中注意力解决设计者最关心的问题。后面给出一些实例以便说明。 5若干实例图1起重机械钢丝绳设计6图2起重机械变幅机构设计6 图3立式振动磨机设计主界面7图4立式振动磨机零件设计界面7 本文探讨的思想方法的应用目标是面对所有的机械设计工程师和中小型机械制造企业。不是简单的甩图板和二次开发。通过该方法的研究，获得一种简便可行、实用高效的、具有极强的可操作性的机械产品设计的软件开发方法。尤其适用于基本定型而进行的系列化产品设计。参考文献1 张晓钟,王秀莲. 大振幅变轨迹立式振动磨机研制 J 机械科学与技术 2002,21:46-482 胡继红.立式振动磨 CAD 系统的研究与开发西安建筑科技大学硕士论文 2001 年 6 月3 张晓钟,王秀莲 .用于加工超细粉的 MGZ 型振动磨机的设计原则 J西安建筑科技大学学报 2002，34(2):156-1594 张晓钟,王秀莲.MGZ 系列振动磨设计软件化研究 J 矿山机械 2003,31(1):20-225 刘永姜.卧式振动磨机工艺参数与动力学分析及 CAD 软件开发西安建筑科技大学硕士论文 2001 年 6 月6 高勇. 基于 VB 的起重机设计软件化7 孙华伟. 立式振动磨设计软件化研究西安建筑科技大学毕业设计论文西安建筑科技大学毕业设计论文2006 年 6 月2003 年 6 月Development of the Design SoftwareBased on VB and the Design Flow of Mechanical ProductZHANG Xiao-Zhong（School of Mech. & Elec.Eng. , Xian Univ. of Arch. & Tech., Xian ,710055）AbstractComputerized design of mechanical product is the hot topic which is studied by mechanical designersand experts of computer, according to the characteristic of ordinary mechanical designers andmedium-sized and small-sized corporations, and the reality of mechanical industry in china, this paperresearches the characteristic of popular user demand. In order to decrease the cost of softwaredevelopment and threshold of technology, combine mechanical product design with artistry of softwaredevelopment, exert design experience and protecting technical secret , This paper presents a softwaredevelopment method based on the design flow of mechanical product through the study on thecharacteristics of mechanical product design and software development, and elementary investigation isconducted in the analysis method of mechanical product design flow、selection of tools of softwaredevelopment and the basic technique of softwarization of mechanical product design etc. The problem ofapplying Visual Basic to softwarize the design of mechanical product on the platform of WINDOWS andCAXA or AutoCAD is studied. The analysis method of software design scheme is given. The researchresult of the paper has great practical value to the design of mechanical product and softwarization of theprocess.Key words: mechanical product, design flow, software development