隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，如何提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，適應(yīng)快速多變的市場(chǎng)需求已成為企業(yè)十分關(guān)注的問題。正因如此，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已成為設(shè)計(jì)中必不可少的工具。隨著基于幾何模型的CAD系統(tǒng)的日趨完善，人們對(duì)于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高，于是提出了產(chǎn)品模型的概念，希望它能對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程給予全面的支持。事實(shí)上，由于實(shí)際情況的復(fù)雜性和多變性，產(chǎn)品模型基本上還停留在理論探討的基礎(chǔ)上。實(shí)際的需求與理論上的滯后導(dǎo)致了人們另求出路。于是，設(shè)計(jì)一個(gè)在一定程度上能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配模型的專用CAD系統(tǒng)，開始成為許多有特定設(shè)計(jì)過程的企業(yè)的自然選擇。本文通過對(duì)一個(gè)面向產(chǎn)品模型的專用CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例來(lái)展示如何用利用面向?qū)ο蟮姆椒ㄗ鞴ぞ咭詫?shí)現(xiàn)此目標(biāo)。

1　設(shè)計(jì)實(shí)例——空調(diào)機(jī)柜CAD系統(tǒng)

　　空調(diào)機(jī)柜是大型中央空調(diào)機(jī)必不可少的組成部分。它主要由風(fēng)機(jī)室、盤管室、混氣室等組成，并為空調(diào)機(jī)提供一整套熱交換設(shè)施。通過風(fēng)機(jī)室抽取外部空氣，在混氣室混合，然后在盤管室中與空調(diào)機(jī)進(jìn)行熱交換。大型空調(diào)不同于家用空調(diào)，它不是批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，往往是單件產(chǎn)品，一般由空調(diào)機(jī)柜生產(chǎn)廠家根據(jù)用戶的不同需求，去設(shè)計(jì)定制和組裝。由于不同的安裝形式和安裝地點(diǎn)、不同的設(shè)計(jì)參數(shù)（如功率等的要求），形成了產(chǎn)品圖形基本相似，但局部小結(jié)構(gòu)有所不同，尺寸也是各異，規(guī)格品種復(fù)雜多樣的特定設(shè)計(jì)過程。對(duì)于每一個(gè)用戶，企業(yè)必須設(shè)計(jì)多套全新的圖紙，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，使得設(shè)計(jì)能力往往跟不上實(shí)際生產(chǎn)能力，無(wú)法滿足用戶需求。為此廠家希望能有一個(gè)專用的基于產(chǎn)品模型的CAD系統(tǒng)，達(dá)到以下的功能：
　　^。 根據(jù)用戶的需求自動(dòng)生成原始裝配圖；
　　^。 能夠在裝配圖上以零件為基本元素進(jìn)行交互式的修改，并自動(dòng)維護(hù)裝配關(guān)系的一致性，三維視圖的一致性；
　　^。 能夠根據(jù)修改后的裝配圖，自動(dòng)生成加工信息，如工藝卡、NC代碼等。

2　面向?qū)ο蠓椒ǖ倪x擇 　　面向?qū)ο蠓椒ń⒃谌魏问挛锒伎梢杂脤?duì)象來(lái)表示的基礎(chǔ)上。在系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)象將數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)操作行為結(jié)合起來(lái)，作為一個(gè)集成的整體來(lái)對(duì)待。對(duì)系統(tǒng)的修改只需改變和增刪一些操作，其基本的對(duì)象結(jié)構(gòu)并不發(fā)生變化。面向?qū)ο蠓治龇椒ㄖ械膶?duì)象是客觀世界對(duì)象的直接映射，采用面向?qū)ο蠓椒ㄟM(jìn)行分析、設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，比采用面向過程的分析方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)更易理解，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。 　　面向?qū)ο蠓椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)使它適應(yīng)了現(xiàn)代軟件工程的需要，也使它非常適合于產(chǎn)品裝配模型的設(shè)計(jì)。對(duì)象是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言對(duì)客觀事物的抽象；對(duì)象之間的基本關(guān)系，如關(guān)聯(lián)、依賴、包容、繼承等，則是對(duì)客觀事物之間紛繁復(fù)雜關(guān)系的抽象。在產(chǎn)品模型的過程設(shè)計(jì)中，將機(jī)械零部件直接映射為對(duì)象，將它們之間的裝配關(guān)系映射為對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)是一種非常直觀的表示方法。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以更加側(cè)重于用如何用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行精確的描述，而不是對(duì)數(shù)據(jù)的處理，使得整個(gè)設(shè)計(jì)過程更為自然。 　　根據(jù)我們的實(shí)際情況，決定在基于參數(shù)化的二維CAD系統(tǒng)上進(jìn)行二次開發(fā)，采用面向?qū)ο蟮姆椒▉?lái)進(jìn)行建模。 　　現(xiàn)在國(guó)內(nèi)較為流行的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法有OMT，BOOCH等，本設(shè)計(jì)采用基于UML的ROSE建模工具。各種建模思想各有側(cè)重，然而它們的基本思想是一致的，在這里重要的并不是采用何種面向?qū)ο蟮慕７椒?，而是如何在?jì)算機(jī)中對(duì)客觀世界進(jìn)行抽象的描述。 3　專用CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1　系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu) 圖1為經(jīng)簡(jiǎn)化了的專用CAD系統(tǒng)的基本模塊劃分及其功能示意圖。其中： 　　規(guī)則庫(kù)：由廠家多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)積累而成。它包含了在不同型號(hào)、不同要求情況下，各零部件的尺寸、位置的生成規(guī)則。是自動(dòng)出圖的關(guān)鍵。

圖1　空調(diào)機(jī)框?qū)Ｓ肅AD系統(tǒng)示意圖

　　推理器：從規(guī)則庫(kù)中提取規(guī)則，進(jìn)行分析，并生成零部件的三維模型。
　　三維模型：它是整個(gè)專用CAD系統(tǒng)的核心，不僅包含零件的幾何信息，還必須包含零部件的裝配信息、生產(chǎn)信息等一切有用的信息，是零部件在計(jì)算機(jī)中的映射。
　　二維視圖：它是零部件在一個(gè)平面上的投影，是在圖紙上進(jìn)行交互修改的基本單元，三維模型與它形成一對(duì)多的關(guān)系。
　　消隱模塊：根據(jù)三維模型，對(duì)于靈便的二維視圖進(jìn)行通用消隱和特殊消隱。
　　加工信息產(chǎn)生模塊：根據(jù)三維模塊產(chǎn)生加工信息，如CN代碼。
3.2　建模部分的具體實(shí)現(xiàn)
　　以下對(duì)于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中的一些關(guān)鍵點(diǎn)分別進(jìn)行論述。
　　(a) 規(guī)則庫(kù)的建立
　　規(guī)則庫(kù)是圖紙自動(dòng)生成的關(guān)鍵，也是廠家多年生產(chǎn)資料的建庫(kù)，這些資料以實(shí)例的形式存儲(chǔ)（關(guān)于實(shí)例的查詢，限于篇幅在此不作討論)。下面以經(jīng)簡(jiǎn)化的空調(diào)機(jī)柜的主要零件——角鐵為例，說(shuō)明本系統(tǒng)組建實(shí)例的基本思想：
　　實(shí)例名：實(shí)例的名稱。
　　室類型名：空調(diào)機(jī)柜室名，如前面提到的風(fēng)機(jī)室、盤管室等等。
　　生成規(guī)則：相當(dāng)于規(guī)則的IF語(yǔ)名，當(dāng)條件滿足時(shí)，才根據(jù)規(guī)則中的信息建立角鐵實(shí)體。
　　角鐵ID:紀(jì)錄要生成的角鐵的ID號(hào)，供其它角鐵(面板或其他零件)對(duì)它進(jìn)行引用。
　　頭部相連角鐵ID，尾部相連角鐵ID：記錄角鐵的裝配關(guān)系。
　　尺寸計(jì)算式：記錄角鐵的各個(gè)尺寸的表達(dá)式。
　　經(jīng)檢索后的實(shí)例，根據(jù)其中每一個(gè)零件的信息生成裝配圖。
　　(b)三維模型
　　三維模型是整個(gè)CAD系統(tǒng)的核心，是連接各個(gè)模塊的樞紐。是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言對(duì)零件的抽象描述。三維模型所需要紀(jì)錄的信息分為以下幾類：
　　幾何信息：記錄零件的空間位置；
　　裝配信息：記錄零件與其他零件的裝配關(guān)系；
　　生產(chǎn)信息：記錄零件的加工信息，如尺寸等；
　　繪圖信息：說(shuō)明零件如何在圖紙上表達(dá)自身。
　　三維模型不僅是信息的記錄者，更是信息的維護(hù)者。各種信息之間存在著復(fù)雜的約束關(guān)系，它們之間一致性的維護(hù)理所當(dāng)然地由三維模型負(fù)責(zé)。例如，當(dāng)用戶在圖紙上改變了零部件中一個(gè)視圖的位置，其他兩個(gè)視圖也必須作出相應(yīng)的修改，這必須通過維護(hù)繪圖信息與幾何信息的一致性來(lái)完成。再如當(dāng)一個(gè)零件的位置或尺寸改變時(shí)，與它有裝配關(guān)系的零部件也必須作出相應(yīng)的修改，使裝配關(guān)系繼續(xù)得以保持。這就必須維護(hù)裝配信息與生產(chǎn)信息的一致性。下面以經(jīng)簡(jiǎn)化的角鐵對(duì)象為例，說(shuō)明角鐵三維模型的設(shè)計(jì)：
　　class JT
　　{
　　　幾何信息：
　　　Point1,Point2：角鐵的兩個(gè)定位點(diǎn)在空間的位置
　　　Rotation：角鐵在空間的旋轉(zhuǎn)角度
　　　裝配信息：
　　　HeadID，TailID： 與角鐵頭尾相連的角鐵的ID號(hào)
　　　JointIDArray：與角鐵中部相連的角鐵的ID號(hào)序列
　　　生產(chǎn)模型：
　　　Width，Length，Thick：角鐵的三個(gè)最基本的尺寸參數(shù)，寬度、長(zhǎng)度與厚度
　　繪圖信息：
　　　ViewID［3］：角鐵的三個(gè)視圖（頂視、俯視、左視）的ID號(hào)
　　　維護(hù)幾何信息與繪圖信息的操作：
　　　TranslateViewToModal()：將模型中的一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為某一視圖中的一個(gè)平面點(diǎn)
　　　TranslateModalToView()：將視圖中的一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為三維空間點(diǎn)
　　　…
　?。?c) 裝配關(guān)系的表達(dá)
　　零部件之間的裝配組成關(guān)系可以通過對(duì)象間的關(guān)聯(lián)、繼承、包容加以抽象表示。角鐵之間的連接關(guān)系是一種關(guān)聯(lián)，室與角鐵之間的關(guān)系是包容等等。
　　(d) 系統(tǒng)模型的建立

圖2　面向?qū)ο笙到y(tǒng)建模圖

　　通過上面的分析，系統(tǒng)建模如圖2所示（已予簡(jiǎn)化)。

4　結(jié)語(yǔ)

　　真正完全實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配的CAD系統(tǒng)，在理論上與實(shí)際上都存在著很大的困難；為某一設(shè)計(jì)定制的專用CAD系統(tǒng)成為了許多廠家自然的選擇。本文用成功的設(shè)計(jì)實(shí)例闡明了如何通過面向?qū)ο蟮姆椒▉?lái)對(duì)專用CAD系統(tǒng)建模，供準(zhǔn)備從事面向產(chǎn)品的專用CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專業(yè)人員參考。