陳　田，　陳海鵬，　印　松，　李　林，　許福春

(上海電機學院 機械學院, 上海 201306)

基于SolidWorks的計量泵快速設計系統(tǒng)

陳田，陳海鵬，印松，李林，許福春

(上海電機學院 機械學院, 上海 201306)

摘要流量可無級調(diào)節(jié)、滿足各種嚴格工藝流程需要的計量泵，正日漸應用到不同行業(yè)領(lǐng)域。圍繞計量泵快速設計系統(tǒng)的開發(fā)，論述了SolidWorks二次開發(fā)方法、計量泵快速設計系統(tǒng)的具體要求，分析了計量泵快速設計系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的創(chuàng)建，進而結(jié)合開發(fā)實例，對計量泵快速設計系統(tǒng)的模型構(gòu)建、自動裝配、工程圖生成等關(guān)鍵模塊進行了深入闡述。提出的基于SolidWorks計量泵快速設計原型系統(tǒng)能夠縮短計量泵設計選型周期，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞Solidworks二次開發(fā); 計量泵; 計算機輔助設計(CAD); 軟件平臺

隨著全球重工業(yè)的快速發(fā)展，制造業(yè)正變得越來越規(guī)范化、過程化。為了提高管理和設計的效率，需要對大型的計算機輔助設計(Computer Aided Design, CAD)系統(tǒng)進行二次設計[1-3]，筆者提出了一種改進的CAD系統(tǒng)在某一細分領(lǐng)域的應用，使其更人性化、專業(yè)化。計量泵產(chǎn)品種類很多，由于生產(chǎn)的不斷發(fā)展和生活水平的不斷提高，計量泵的應用領(lǐng)域也在不斷滲入到不同行業(yè)，客戶的需求也越來越多樣化，焏需基于現(xiàn)有的計量泵設計方法、設計經(jīng)驗與產(chǎn)品使用現(xiàn)狀等，開發(fā)出自動化、智能化的計量泵快速設計系統(tǒng)，由此縮短計量泵設計的選型周期，提高生產(chǎn)效率[4]。

SolidWorks軟件界面的操作命令本身就是通過函數(shù)調(diào)用來實現(xiàn)的。其二次開發(fā)技術(shù)是隨著SolidWorks的發(fā)行而誕生的[5]。二次開發(fā)的目的就是將這些函數(shù)拿出來組合在一起使用，然后達到客戶使用的目的。SolidWorks的二次開發(fā)工具很多，由于SolidWorks提供了內(nèi)部的應用程序接口函數(shù)(Application Program Interface，API)，故而工具的選擇只是在語法的表述上有所不同，其他方面都是大同小異[6-7]。但是，開發(fā)的過程是一樣的，SolidWorks的操作方式不會因為語言和工具的改變而改變。

1計量泵快速設計系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的搭建

1.1計量泵CAD系統(tǒng)設計要求

計量泵快速設計系統(tǒng)的的開發(fā)涉及到計量泵系統(tǒng)選型計算，即在原系統(tǒng)的組成部分上對系統(tǒng)進行選型，系統(tǒng)選型界面設計如圖1所示?；赟olidWorks的計量泵關(guān)鍵零件的建模、裝配及出圖的二次開發(fā)。企業(yè)人員可以輸入?yún)?shù)后直接獲取一些關(guān)鍵零件的模型，也可輸入特定的參數(shù)獲

圖1　計量泵選型界面設計Fig.1　Interface design of metering pump

取到計量泵的組件，然后軟件系統(tǒng)會在后臺進行自動裝配。裝配件完成后，只需要點擊建立工程圖按鈕，即可在指定目錄位置獲取到圖紙的PDF格式文件。

1.2SolidWorks API函數(shù)的應用

SolidWorks提供的二次開發(fā)接口可以通過調(diào)用API函數(shù)與SolidWorks應用程序進行交互從而實現(xiàn)特定的功能[8-10]。由SolidWorks API函數(shù)接口關(guān)系圖可看出，SolidWorks API是按照一定規(guī)則調(diào)用的，調(diào)用關(guān)系是按照層級調(diào)用方式調(diào)用，逐級進行訪問的[11-12]。要想調(diào)用某個對象，則需要先調(diào)用上一層對象，即父對象，否則無法調(diào)用成功。對象的包含與被包含關(guān)系在對象調(diào)用過程中是嚴格界定的[13]。SolidWorks使用對象來完成打開文件、關(guān)閉文件等操作。SldWorks是API的第1個對象，是所有子對象的父對象。在計量泵快速設計系統(tǒng)中，通過SldWorks對象訪問和調(diào)用了下列對象： ModelDoc、Frame、Modeler等。計量泵快速設計系統(tǒng)中，ModelDoc對象又通過訪問PartDoc、AssemblyDoc和DrawingDoc這幾個目標實現(xiàn)了計量泵的模型構(gòu)建、自動裝配、工程圖生成等關(guān)鍵模塊。這3個對象對應于SolidWorks環(huán)境下的零件建模、零件裝配環(huán)境和繪圖環(huán)境。PartDoc對象是通過SolidWorks零件模型來操作的。如建立計量泵零件模型，改變零件模型的大小，以生成新的特征，獲得零件的特性及其相關(guān)特性。AssemblyDoc對象則通過激活SolidWorks裝配環(huán)境，調(diào)用Assembly的子對象函數(shù)來實現(xiàn)計量泵3個不同組件的裝配、移動、配合等操作。通過子對象函數(shù)的操作，可以對組件讀取計量泵零件的相關(guān)屬性： 尺寸、質(zhì)量、材料、名稱等。DrawingDoc對象實現(xiàn)的是計量泵工程圖的相關(guān)操作，如創(chuàng)建新的工程視圖，標注相關(guān)尺寸，注解標注等。

1.3Visual Basic程序的實現(xiàn)

VBA(Visual Basic Application, VBA)主要取決于文件的宏，通過宏記錄程序的編寫。VBA是微軟20世紀90年代推出的一種自動化的 Visual Basic腳本語言。VBA可以鏈接到SolidWorks宏程序編寫和調(diào)試。VBA也包括非常重要的功能： ① 用戶的標準操作，控制用戶的操作；② 界面直觀，操作方便；③ 減少人工操作，設置一個復雜的操作；④ 自動編程。

對于計量泵零件模型的構(gòu)建，嘗試了VBA編程方式。過程設計中最重要的部分之一是開發(fā)環(huán)境的建立。穩(wěn)定的開發(fā)平臺會影響程序開發(fā)的進度和質(zhì)量。VBA通過宏記錄選擇，其編輯器具有更高的穩(wěn)定性，能夠讓開發(fā)者更快速地開展工作。所用的開發(fā)環(huán)境測試語句定義方式如下，此測試程序使VBA程序成功連接到SolidWorks軟件。

Dim swApp As SldWorks.SldWorks

Set swApp=Application.SldWorks

Dim fileerror As Long

Dim filewarning As Long

以上測試成功后，對于結(jié)構(gòu)簡單的零件模型，通過宏錄制方式構(gòu)建。

2計量泵零件的自動建模

SolidWorks自動建模涉及的內(nèi)部API函數(shù)和特征操作的組合來完成自動建模。研究項目主要是在Visual Studio和SolidWorks上的設計及調(diào)試。設計的方案可以調(diào)用SolidWorks內(nèi)部API函數(shù)，從鍵盤輸入?yún)?shù)，完成自動建模的模型。SolidWorks中包含大量的功能，包括圖紙、切除、旋轉(zhuǎn)、鏡像等，在模型的構(gòu)建方面具有很大的優(yōu)勢。因為企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)線生產(chǎn)是一系列不同尺寸的產(chǎn)品。設計具有可重復性，而SolidWorks自動建模能通過修改產(chǎn)品相關(guān)的參數(shù)，滿足其他產(chǎn)品的要求，在一定程度上降低了設計成本和時間，可加快更新其他產(chǎn)品，搶占市場。計量泵組件眾多，但也有一些關(guān)鍵部位的非標準件。這些零件往往在設計尺寸的變化，形狀是沒有太大的變化。在不同類型的計量泵組件中，涉及不同的非標件。因此，需要建立一個非標準件庫，或建立一個參數(shù)化的建模程序，它可以用來設計在不同情況下的非標準件。該模型具有通用的零件模型設計要點。固定截面圖只需要設置相應的約束條件，自動建模命令可以用來在Solidworks環(huán)境下創(chuàng)建實體模型。程序的界面主要是按照零件的尺寸進行安排。

對于界面的設計來說，建模的界面要把關(guān)鍵的用戶需要輸入的文本框設計在明顯的地方方便用戶輸入。在零件的建模示意圖上要詳細而準確地標注出來各個尺寸的代號和關(guān)系。如圖2所示，完成了計量泵快速設計系統(tǒng)的零件自動建模模塊。

對于結(jié)構(gòu)相對復雜的零件，在其自動建模過程中，所應用的函數(shù)如下[12]：

value=instance.NewDocument(TemplateName, PaperSize, Width, Height)

該函數(shù)是新建一個SolidWorks文件。

value=instance.FeatureExtrusion2(Sd, Flip, Dir,T1,T2,S1,S2, Dchk1, Dchk2, Ddir1, Ddir2, Dang1, Dang2, OffsetReverse1, OffsetReverse2, TranslateSurface1, TranslateSurface2, Merge, UseFeatScope, UseAutoSelect, T0, StartOffset, FlipStartOffset)

該函數(shù)用來對草圖進行拉伸等操作的。

草圖拉伸的具體參數(shù)描述： Sd為此變量為真時為單向終止，假時為雙向終止；Flip為此變量為真時為反向切除；T1為取值為： 0，1，2，3，4，5，6，7，表示第1個終止類型；T2為此變量取值同T1，說明同T1；S1為第1個方向拉伸的深度；S2為第2個方向拉伸的深度；Dchck1為允許第1個方向上可以存在拔模，為假時表示不允許；Dchck2為允許第2個方向上可以存在拔模，為假時表示不允許；Ddir1為真時表示第1個方向上可以存在內(nèi)拔模，為假時表示有外拔模；Ddir2為真時表示第2個方向上可以存在內(nèi)拔模，為假時表示有外拔模；Dang1、Dang2分別為第1和第2個方向上的拔模角度。在圖2中，共包含3個拉伸操作，第1個拉伸是針對D1，拉伸深度S1取H1；第2個拉伸則針對D2，S1取H2-H1；第3個拉伸針對D3，S1取H2。

3計量泵零部件的自動裝配

裝配的主要要求是能夠滿足同一模塊的不同組件的可換性。計量泵是的基本原理和大體結(jié)構(gòu)類似，比如隔膜式計量泵都具有液力端和驅(qū)動端，根據(jù)不同的客戶需求，各個子部件乃至零件選型不同[14]。這就要求通過零部件替換的方式實現(xiàn)自動裝配。在組件的裝配接口等問題上要求產(chǎn)品具有互換性。組件的自動裝配還需要對建模特征進行識別，這就要求組件模型不能夠被消除特征。在自動裝配的過程中，通過程序編碼遍歷組件中的各種特征，選取需要的特征進行配合。

Part.Extension.SelectByID2(" ", "FACE", 00, 0, True, 1, Nothing, 0)

上面的函數(shù)就表明在識別完特征之后進行選擇所需要的面(FACE)。通過這個步驟的重復計算，能夠滿足組件對裝配的基本要求。

該模塊用到SolidWorks對自建模型進行特征讀取與特征遍歷，記錄關(guān)鍵數(shù)據(jù)，經(jīng)過SolidWorks內(nèi)部API函數(shù)接口的讀取，完成零件的自動裝配。主要的裝配涉及了同軸、面接觸、面對齊等配合方式。

裝配需要根據(jù)輸入的參數(shù)選擇計量泵的3個主要部件，然后進行裝配。

3.1裝配流程

在SolidWorks的裝配環(huán)境下，人工手動裝配的流程圖如圖3所示。計算機的自動裝配過程也是大同小異。① 打開需要裝配的部件體，API調(diào)用AssemblyDoc函數(shù)，打開裝配部件。② 新建一個新的裝配體文件，為即將加入的部件做準備，并且裝配體文件會根據(jù)打開的現(xiàn)有的文件數(shù)自動命名。③ 就開始向新建的裝配體文件加入第1個部件。此部件會自動設置成固定件。接著加入第2個部件，放在某位置，此時的第2個部件是非固定部件，用戶可以任意拖動。緊接著加入第3個部件。在加載完成部件后，開始執(zhí)行配合程序。

圖3　自動裝配的流程Fig.3　Automatic assembly process

3.2載入計量泵部件

在載入計量泵的零部件前，需要激活SolidWorks的裝配環(huán)境。在編程環(huán)境下用到的語句為

Dim swAssy As SldWorks.AssemblyDoc

Set swAssy=swModel

必須在激活環(huán)境后才可以添加載入零部件的函數(shù)。

AddComponent5可實現(xiàn)將部件添加到SolidWorks裝配環(huán)境中，具體用法和參數(shù)意義如下：

AddComponent5(CompName, ConfigOption, ConfigName,X，Y，Z)

CompName為索要添加的部件名稱，但要注意的是需要包含全部路徑及后綴名，否則會出現(xiàn)錯誤；ConfigOption為加入的組件的配置參數(shù)；ConfigName為加入環(huán)境中部件的配置名字，一般不做特殊設置；X、Y、Z為部件中心加入SolidWorks裝配體后所處的位置坐標。

3.3自動裝配

在3個計量泵組件完全載入到新建立的裝配體文件中后，程序開始執(zhí)行裝配關(guān)系代碼。自動裝配的遍歷裝配流程如圖4所示。圖5為通過程序查找到所需要裝配的3個部件及其需要配合的面。在計量泵子部件裝配過程中用到的

圖5　需要裝配的3個部件及其需要配合的面Fig.5　Three components and their mated faces of a metering pump for assembling

圖4裝配體遍歷面的過程
Fig.4Process of body assembly

API有Selectionmanager、GetSelectionObjectCount、GetSelectionObjectType2等

[15]

。

4計量泵裝配體的工程圖自動生成

SolidWorks零件庫包含了大部分國家標準的常用規(guī)格，特別是具有強大的工程圖開發(fā)模塊，能夠通過二次開發(fā)滿足企業(yè)的設計需求。在處理工程圖紙時，應優(yōu)先使用國家標準方法。對于計量泵裝配圖的工程制圖，程序中需對于SolidWorks設置相關(guān)屬性。通過參數(shù)化設計方法加快計算速度的SolidWorks。研究方案就是參照SolidWorks提供的API函數(shù)，結(jié)合自動建模的特點，確定預先設定的位置，完成工程圖紙的繪制。這不僅提高了設計人員的設計質(zhì)量，減少了設計人員，更能修改相關(guān)的尺寸，可以實時更新工程圖紙，減少工程師檢查的時間。

圖6為通過程序自動生成的簡易工程圖效果。從圖7的流程中可見，工程圖的自動出圖的主要操作步驟是調(diào)用API函數(shù)執(zhí)行原來的Solid-Works操作。

圖6　簡易的工程圖效果Fig.6　Result of simple engineering graphics

圖7　API制作工程圖的流程Fig.7　API process for making engineering drawings

5結(jié)語

本文論述了SolidWorks二次開發(fā)方法、計量泵快速設計系統(tǒng)的具體要求，分析了計量泵快速設計系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的創(chuàng)建，進而結(jié)合開發(fā)實例，對計量泵快速設計系統(tǒng)的模型構(gòu)建、自動裝配、工程圖生成等關(guān)鍵模塊進行了深入闡述。提出基于SolidWorks計量泵快速設計原型系統(tǒng)能快速、有效地應對市場和客戶的需求變化，滿足客戶的需求、縮短計量泵的設計周期、提高生產(chǎn)效率，以便增強企業(yè)的全球競爭力。

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Rapid Design System of Metering Pump Based on SolidWorks

CHEN Tian，CHEN Haipeng，YIN Song，LI Lin，XU Fuchun

(School of Mechanical Engineering, Shanghai Dianji University, Shanghai 201306, China)

AbstractThe metering pump for continuously adjusting flow that can meet the needs of different kinds of strict process is applied in various industrial fields. In this paper, we discuss the method and environment of secondary development of SolidWorks, and analyzes specified demands of a fast design system of metering pump. Modeling, automated assembly, and generation of engineering drawing of the system are described. A prototype fast design system of metering pump presented in this paper can greatly reduce time of model selection, and improve production efficiency.

KeywordsSolidWorks secondary development; metering pump; computer aided design (CAD); software platform

收稿日期：2015-12-30

基金項目：上海市自然科學基金項目資助(15ZR1417200)；上海市教育委員會科研創(chuàng)新重點項目資助(14ZZ169)；閔行區(qū)科委產(chǎn)學研項目資助(2014MH182)；上海市大學生創(chuàng)新活動計劃項目資助(A1-5701-14-006-08-19)；上海電機學院登峰學科建設項目資助(15DFXK02)

作者簡介：陳田(1973-)，女，教授，博士，主要研究方向為數(shù)字化設計、制造及檢測，E-mail： chent@sdju.edu.cn

文章編號2095-0020(2016)02-0070-06

中圖分類號TP 391.72；TH 715.3

文獻標識碼A