面向船用设备关键零件的CAD快速设计系统.docx

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面向船用设备关键零件的CAD快速设计系统

本科毕业设计（论文）

学院机械工程学院

专业机械设计制造及其自动化

学生姓名

班级学号

指导教师

二零一一年六

江苏科技大学本科毕业论文

面向船用设备关键零件的CAD快速设计系统

TheCADrapiddesignsystemofkeypartsofMarineequipment

江苏科技大学

毕业设计（论文）任务书

学院名称：

机械工程学院专业：

机械设计制造及其自动化

学生姓名：

李军学号：

0740202202

指导教师：

周宏根职称：

副教授

毕业设计（论文）题目：

面向船用设备关键零件的CAD快速设计系统

一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等）

1提供条件：

相关企业资料与需求等；

2设计内容与要求:

（1）搜集资料，学习快速设计的工作原理；

（2）完成CAD快速设计系统的基本体系结构、功能框架的设计；

（3）完成关键零件得参数化建模；

（4）完成关键零件的设计元自动识别与提取模块；

（5）完成基于检索、智能设计元等模式的快速设计模块；

（6）完成基本数据库的框架设计；

（7）完成示例产品的验证；

（8）翻译与先进制造技术相关的英文文章（不少于5000单词）。

二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）

1.毕业论文一份（不少于1.5万字）；

2.软件一份；

3.工程图一份（CAD图）；

4.外文翻译资料一份。

三、完成日期及进度

自2011年2月20日起至2011年6月9日止

进度安排：

1.2.21-2.27，调研、搜集资料，完成开题报告；

2.2.28-3.27，总体方案设计；

3.3.28-5.8，系统软件开发，夹具设计；

4.5.9-5.22，修改完善，翻译外文资料；

5.5.23-6.5，撰写毕业论文；

6.6.6-6.9，准备答辩。

四、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）:

1.刘俊凤.SolidWorks三维设计技巧[J].金属加工（冷加工）,2010,（04）.

2.万宏强,姚敏茹,解卫斌,侯海贵.基于SolidWorks的三维夹具设计[J].制造技术与机床,2010,（03）.

3.张孜勤.浅谈SolidWorks软件在机械制图教学中的应用[J].装备制造技术,2010,（01）.

4.胡燊,程海帆,许平娟,王卓.SolidWorks进行CAE分析的几种方法[J].煤炭技术,2010,（01）.

5.李海梅.浅谈Solidworks三维设计在农机中的应用[J].河北农机,2010,（03）.

6.梁国一.基于SolidWorks模具零件三维化参数设计[J].机械工程师,2010,（06）.

7.党兴武.基于SolidWorks的机械产品造型设计[J].机械研究与应用,2010,（01）.

8.朱干人.浅谈Solidworks在《机械制图》教学中的应用[J].职业,2010,（03）.

9.徐秀娟.运用SolidWorks软件进行《机械制图》教学方法改革的实践[J].陕西国防工业职业技术学院学报,2006,（02）.

系（教研室）主任：

（签章）年月日

学院主管领导：

（签章）年月日

摘要

在日趋激烈的市场竞争条件下，机械产品的快速设计对于增强制造企业快速响应市场需求的能力，在市场竞争中占据有利地位具有重要意义。

产品投放市场时间日益成为决定产品竞争力的重要因素，当前国际市场需求快速变化的特点和21世纪更加个性化的市场趋势，也促进了快速设计的发展。

产品快速设计是一种新的哲理，与计算机集成制造（CIM），精良工程（LP），并行工程（CE）和敏捷制造（AM）相比，产品快速设计与制造的主要目的是缩短产品的设计周期，提高产品设计质量，以及提高企业对市场的快速响应能力。

通过对目前已研究的快速设计技术的学习与参考，本文对快速设计技术做了以下几方面的探究：

1.介绍了机械产品快速设计的相关概念，并对其关键技术，国内外研究状况、发展趋势及其在机械产品设计开发中的应用进行了综述。

2.通过用VB以及SQLServer对SolidWorks实现了零件的特征检索与特征管理，并以插件形式集成SolidWorks中，可实现特征的快速提取与管理功能，对于提高企业设计效率有一定的积极意义。

3.研究了三维CAD软件SolidWorks二次开发,在设计资源库的基础上，通过对零件的主要特征进行模块化提取，再对其特征进行重新组合，可实现零件的快速设计。

4.最后用具体零件活塞进行了实例验证。

实践证明，该系统设计过程简单、产品设计效率得到明显提高。

关键词：

快速设计，SolidWorks，二次开发，特征

ABSTRACT

Withtheincreasinglyintensemarketcompetition，rapidresponsedesigntechnologyformechanicalproductsisofgreatimportanceforthemanufacturingenterprisestoimprovetheirabilitytorespondtomarketdemandsquicklyandtooccupyavantagepositioninthecompetition.Productsonthemarkettimeincreasinglybecometheimportantfactorsdetermineproductcompetitiveness,thecurrentinternationalmarketdemandquicklychangingcharacteristicsandthe21stcenturymoreindividuationmarkettrend,butalsopromotetherapiddevelopmentofdesign.

Rapidproductdesignisakindofnewphilosophy,andcomputerintegratedmanufacturing（CIM）,excellentengineering（LP）,concurrentengineering（CE）andagilemanufacturing（AM）,rapidproductcompareddesignandmanufacture'smainpurposeistoshortentheproductdesigncycle,improveproductquality,andenhancetheenterprisedesignedtomarketfastresponseability.

Basedoncurrentofrapiddesignalreadyresearchtechnologystudyandreference,thispapermaderapiddesigntechnologyaspectsofexploration:

1.Introducestherapiddesignofmechanicalproducts,andtherelatedconceptofitskeytechnology,domesticandforeignresearchsituation,developmenttrendandthemechanicalproductdesignanddevelopmentintheapplicationarereviewed.

2.ByusingVBandSolidWorksofSQLServerrealizedwithfeaturecharacteristicsofsparepartsmanagement,andretrievalwithSolidWorkspluginformofintegratedcanachieverapidextractionandcharacteristicstoimprovetheenterprisemanagementfunctiondesignefficiencybepositivemeaning.

3.The3dCADsoftwareresearchseconddevelopment,SolidWorksinthedesignoftheresourcepoolbasis,throughthemaincharacteristicsofmodularpartsofitsfeatureextraction,thenagain,canrealizethecombinationofrapiddesignparts.

4.Finallyanexamplewithspecificpartsvalidationpiston.

Thepracticeindicatesthatthesystemdesignprocessissimple,productdesignefficiencyhasbeenmarkedlyimproved.

Keywords:

Rapiddesign,SolidWorks,Secondarydevelopment,Feature

第一章绪论------------------------------------------------------1

1.1快速设计技术的简介---------------------------------------------1

1.1.1快速设计起源------------------------------------------------1

1.1.2快速设计概念------------------------------------------------1

1.1.3快速设计技术的特点-----------------------------------------2

1.2机械产品快速设计的内容及实施策略------------------------------3

1.2.1机械产品快速设计的内容--------------------------------------3

1.2.2机械产品快速设计的实施策略----------------------------------3

1.3快速设计技术的研究现状及发展趋势------------------------------4

1.3.1快速设计发展现状-------------------------------------------4

1.3.2快速设计技术的发展趋势-------------------------------------5

1.4快速设计技术的研究意义----------------------------------------5

第二章系统总体方案设计---------------------------------------7

2.1理论研究------------------------------------------------------7

2.1.1概述-------------------------------------------------------7

2.1.2特征元设计-------------------------------------------------7

2.2系统设计所涉及的软件简介--------------------------------------8

2.2.1Solid-Works简介---------------------------------------------8

2.2.2VisualBasic简介--------------------------------------------10

2.2.3SQLServer概论---------------------------------------------12

2.3系统概要设计-------------------------------------------------14

第三章快速设计系统中的特征识别技术分析与实现----------17

3.1特征技术概况-------------------------------------------------17

3.1.1特征的含义------------------------------------------------17

3.1.2特征的分类------------------------------------------------17

3.2特征识别技术概况---------------------------------------------19

3.2.1基于边界匹配的特征识别方法--------------------------------19

3.2.2基于体分解的特征识别方法----------------------------------20

3.3基于Solid-Works的零件特征提取技术----------------------------20

3.4基于Solid-Works快速设计平台的实现-----------------------------21

第四章系统开发------------------------------------------------23

4.1VB工程创建过程-----------------------------------------------23

4.1.1开发环境的配置--------------------------------------------23

4.1.2新窗口建立------------------------------------------------23

4.2建立基于管理的特征数据库-------------------------------------31

4.2.1主要关系表------------------------------------------------31

4.2.2新建数据库------------------------------------------------31

4.2.3新建数据表------------------------------------------------32

4.3在Solid-Works中建立特征库-------------------------------------36

4.3.1建立特征库-------------------------------------------------36

4.3.2建立特征库要点--------------------------------------------37

4.4本章小结-----------------------------------------------------37

第五章原型系统的实现----------------------------------------38

5.1系统的实施过程-----------------------------------------------38

5.1.1连接数据库------------------------------------------------38

5.1.2管理模块演示----------------------------------------------38

5.1.3设计模块演示----------------------------------------------40

5.2本章小结-----------------------------------------------------44

第六章结论与展望---------------------------------------------45

6.1本文结论-----------------------------------------------------45

6.2本文展望-----------------------------------------------------45

致谢--------------------------------------------------------------46

参考文献---------------------------------------------------------47

第一章绪论

随着全球经济一体化进程的加快和中国已加入WTO，我国的机电产品不仅要承受国内市场的激烈竞争，而且要面临国外产品的猛烈冲击。

制造企业为扩大竞争和生存空间，必须增强产品创新能力、缩短设计周期、提高用户化程度，同时又要降低成本，保证质量及良好的售后服务。

以数字化、集成化、并行化、网络化为基础，以缩短产品设计开发周期为目的的快速设计技术是使企业在市场竞争中占据有利地位的关键技术。

系统悠久快速设计与制造的理论、方法和技术，并开发快速设计的工具平台，使企业建立产品快速设计及制造的响应机制[1]，对提高企业的市场竞争力意义重大。

1.1快速设计技术的简介

1.1.1快速设计起源

快速设计也称快速响应设计、敏捷设计。

快速设计技术是当前市场在对产品多样化、瞬变性等需求的形势下提出并发展起来的。

当前国际市场需求快速设计的特点和21世纪更加个性化的市场趋势，使产品投放市场的时间日益成为决定产品竞争力的重要因素，促进了快速设计技术的发展。

1992年6月，在CIRP国际会议上正式提出并行工程技术，在此基础上发展成旨在缩短产品设计周期的快速设计技术。

美国AUTOFACT’96以“快速设计与制造”为主题进行了专题讨论，同时，各国纷纷掀起了“快速设计”理论、方法研究的热潮[2]。

1998年，我国机械工程科学基金会开始对“快速设计”进行立项，一些大学与研究机构开始了对“快速设计”理论的研究。

1.1.2快速设计概念

产品快速设计是一种新的哲理，与计算机集成制造（CIM），精良工程（LP），并行工程（CE）和敏捷制造（AM）相比，产品快速设计与制造的主要目的是缩短产品的设计周期，提高产品的设计质量，以及提高企业对市场的快速响应能力。

与计算机集成制造、精良工程等不同，产品快速设计与制造并没有将其解决问题的范围扩大到企业的整个生产领域，而只是将重点放在缩短产品的设计开发周期上，尤其是总体结构和工艺设计方案阶段，以提高产品一次开发成功和快速响应市场的能力。

之所以如此，主要原因在于以下两个方面。

1.制造企业的许多产品须按照客户的特殊要求进行开发，据统计，有些企业的设计开发周期甚至超过产品整个生产周期的60%，造成产品的交货期过长，使企业失去很多客户。

如果为了保证产品交货期的要求而压缩制造时间，将会影响产品的制造质量。

2.产品设计开发阶段是降低成本的重要环节。

根据德国机械工程师协会（VDI）对企业的调查，虽然产品的设计开发成本通常只占产品生产成本的6%，但对产品的总成本的影响却在60%以上。

原因在于，制造必须依据设计进行，产品的设计决定了产品的工作原理、结构、尺寸、材料及性能要求等，这些因素都对产品的成本有很大影响。

与快速设计相关的概念有快速响应制造、直接工程、快速响应工程等。

快速响应制造的目的是针对市场和顾客需求，以最快的速度拿出新产品的方案设计及详细设计，在直接获取所以的制造资源信息的基础上，迅速生产出相应的加工工艺并付诸实施，力求以最短的时间将产品投入市场。

直接工程的概念最初是由福特汽车公司提出，其目的是建立集成环境的同时，使工程技术人员有效地使用计算机仿真和处理技术进行产品的开发、设计和制造，缩短产品的市场响应时间、提高质量和可靠性，同时降低成本。

一旦新产品设计要求被提出，相关的设计信息、相似产品的设计和加工信息、现有制造能力及资源信息，均能被设计人员从数据库中取得，因而以最快的速度产生出最实用的加工方案。

快速响应工程的提出，并将其概括为快速捕捉市场需求信息、快速产品设计、快速产品试制定型和快速响应制造系统等四个环节，并提出了每个环节的具体内容与实现方法。

快速响应设计的关键是对产品信息资源的有效利用。

无论是快速响应制造还是快速响应工程，其核心内容是根据用户需求的快速产品设计。

目前，对于快速设计的内涵还没有公认的定义。

故在此我们可以将其理解为：

快速设计技术与方法是基于现代设计理论和方法，同时应用微电子、信息、管理等现代科学技术。

以缩短产品开发周期为目的的一切设计技术与方法的总称。

1.1.3快速设计技术的特点

一切有助于加快产品开发速度的理论、方法和手段都可以成为快速设计技术与方法的组成部分。

它涉及到多学科的交叉，于是也必然形成多方向的发展，其中人工智能和人机交互技术与方法构成了其智能化的特点。

1.2机械产品快速设计的内容及实施策略

1.2.1机械产品快速设计的内容

机械产品快速设计的内涵在于针对市场和客户需求，充分利用各种产品设计工具及针对具体产品的设计知识及经验，快速制定满足设计需求的可用于制造的方案，并使方案快速付诸实施。

针对这一目标，快速设计从内容上应包含以下几个方面：

1）产品族结构规划利用模块化设计方法对产品的结构变形及规格系列进行规划，建立系列化的产品族结构，构造模块化系统并利用参数化、变量化方法建立产品库、模块库，利用知识化方法建立产品设计对象及其设计过程知识库；

2）设计方案的快速生成根据用户需求，利用知识化方法和变量化方法，匹配并定制特定产品所需模块，通过模块综合，生成满足用户需求的产品设计方案；

3）设计方案的快速评价与仿真对产品设计方案进行装配、运动仿真和动、静态性能分析，评价方案的可行性及设计需求满足程度，对产品设计方案进行优化并对影响产品性能的薄弱模块环节进行修改。

1.2.2机械产品快速设计的实施策略

进行上述工作要在先进设计理论和方法（如模块化设计方法、知识化设计方法、参数化、变量化设计方法等）的指导下，充分利用各种设计开发工具（CAD等）和软硬件资源（计算机、网络、设计经验、设计知识等），系统化、高效地进行产品设计开发。

因此，实施机械产品快速设计是一项系统化工程。

其实施策略可概括为以下几个方面:

1）建立产品需求信息的快速捕捉和决策机制

充分利用网络技术，快速捕捉复杂多变的市场动态信息，为产品正确地预测和决策提供保