1、分类号：UDC ：密级：编号：工学硕士学位论文基于 ObjectARX 的管端三维模型数据生成与提取研究硕士研究生 ：王 尧指 导 教 师 ：陈虹丽 教授学科、专业 ：系统工程论文主审人 ：彭秀艳 教授哈尔滨工程大学2013 年 3 月分类号：UDC ：密级：编号：工学硕士学位论文基于 ObjectARX 的管端三维模型数据生成与提取研究硕 士 研 究 生 ：王 尧指 导 教 师 ：陈虹丽 教授学 位 级 别 ：工学硕士学 科 、 专 业 ：系统工程所 在 单 位 ：自动化学院论文提交日期 ：2012 年 12 月 30 日论文答辩日期 ：2013 年 3 月 10 日学位授予单位 ：哈尔滨工
2、程大学Classified Index:U.D.C:A Dissertation for the Degree of M. EngResearching Data Generating and ExtractingMethod of 3D Pipe Ends Models Based OnObjectARXCandidate: Wang YaoSupervisor: Pro.Chen HongliAcademic Degree Applied for: Master of EngineeringSpecialty: System EngineeringDate of Submission: D
3、ec. 30, 2012Date of Oral Examination: Mar. 10, 2013University: Harbin Engineering University哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期： 年 月 日哈尔滨工程大学学位论文授权使
4、用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（在授予学位后即可 在授予学位 12 个月后 解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）： 导师（签字）：日期： 年 月 日 年
5、月 日基于 ObjectARX 的管端三维模型数据生成与提取研究摘 要管材是大型设备建造、运输管道铺设、桥梁搭建及房屋建设等建筑行业中不可或缺的应用材料。在很多领域中甚至有着大量的需求，例如，北京鸟巢体育馆的建造。整个“鸟巢”的框架结构都是由钢管拼接而成。通常生产出来的管材不能直接投入应用，大多要沿着管材之间造型拼接后形成的相贯轨迹（即相贯线）进行切割，以便使切割后的管材可以组合成各种需要的造型形式。因此圆管切割机也就有着非常广泛的应用，其开发工作也是不可避免的。开发圆管切割机的难点在于如何快捷方便的生成圆管拼接的实物造型，以及如何获取圆管切割所需要的重要数据。相关的切割数据包括圆管拼接后其表
6、面形成的相贯线数据，因为大多数切割后的圆管需要通过焊接工艺进行拼接，圆管的切割还要考虑预留焊接坡口，所以坡口角数据也是必不可少的。如何根据设计数据生成直观的三维实物模型，怎样快速获取圆管切割所需要的相贯线、坡口角等重要数据是圆管切割机开发工作中迫切需要解决的问题。本文主要讨论的就是如何在避免人工计算的前提下，利用 AutoCAD 二次开发技术方便快捷的创建三维实物模型，并生成提取相贯线、坡口角等重要切割数据等相关问题。起初，在圆管切割的过程中充斥着大量的计算，相贯线、坡口角等切割数据都是通过人工计算的方式获得的。在计算公式简单、计算量较小、管型单一、搭建情况不复杂的情况下，人工计算获得切割数据
7、还是可以的。但是当情况相反或者所需公式中一些变量难以求解的时候，人工编程就不再满足现实需求了。本文针对相贯线、坡口角等数据人工编程求取困难的问题，研究了一种利用 AutoCAD 二次开发技术，快捷的根据造型数据生成三维实物模型，并提取相贯线、坡口角等重要焊切割数据的自动编程方法。通过自动编程的方法生成切割数据，可以尽可能的避免人工参与，提高了编程效率的同时也提高了数据求取的精确度。本文以 VC6.0 作为编译环境，并以 ObjectARX 为 AutoCAD 的二次开发工具。AutoCAD 是由 Autodesk 公司研发的计算机辅助设计软件，作为一款优质的图形编辑软件在国际上有着非常广泛的应
8、用，因此，以 AutoCAD 为平台开发出的自动编程系统具有良好的通用性。二次开发工具 ObjectARX 与 AutoCAD 程序共享计算机内存空间，在程序的控制力与命令执行的速度上具有其它二次开发工具不可比拟的优势。本文将该系统划分为几个模块：三维管件生成搭建模块、管件及子实体选择模块、相贯线数据生成提取模块、坡口角数据生成提取模块。VC6.0 作为编译环境，能够充分体现出面向对象式程序开发的特点，用不同的类对各个模块进行封装，保证各模块功能完整实现的同时也保证了程序运行的安全性，只有经过授权的对象才能访问某个模哈尔滨工程大学硕士学位论文块的内部数据，其它对象不能随意对模块内部数据进行变更
9、，有效的避免了程序相互之间的意外影响，大大增强了编制程序的健壮性。本文完成了对相贯线、坡口角等重要圆管切割数据生成提取的研究工作，并形成了相应的自动提取系统，可以方便快捷的完成圆管三维实物模型的搭建，相贯线、坡口角等数据生成提取功能。关键词：相贯线；坡口角；三维实物模型搭建；AutoCAD 二次开发；ObjectARX基于 ObjectARX 的管端三维模型数据生成与提取研究ABSTRACTPipes are indispensable applied materials in some industries ， such as constructing largeequipment, pip
10、eline, building bridges, building houses, etc. In some fields, a lot of pipes areneeded. For building of the Birds Nest National Stadium in Beijing, the whole framestructure of the stadium is a series of pipes. The newly produced pipes are generally notdirectly applicable to industry. Most of them n
11、eed to receive further treatments which cutthem along through line.there are also different kinds of intersecting angle existing in someof these intersecting pipes. Given this background, pipe-cutting machines have becomeessential machines in relevant industry. To achieve the standard for cutting, h
12、ow to work outintersecting line of pipe joints has become one of the problems solved firstly. Main contentsin this paper are about developing a king of software which can automatically readAutoCAD 3D drawing files, and obtain cutting data without any human intervention.The intersecting line is calcu
13、lated by hand at first, if the type of cutting pipes does notneed extremely complicated calculating formula and its computing weight is relatively small,this kind of handwork is quite qualified. But, when there are considerable amounts ofcutting pipes or some parameters in formula are hard to calcul
14、ate, the method of calculatingin manual is useless. Therefore, to avoid the handwork problem that presents a largeworkload and difficult to calculate, and obtain cutting data, a kind of automaticprogramming method is developed in this paper. By using this method, the only workneeded to do is to read
15、 the graphic files and obtain the geometric information; cutting datacan be automatically obtained. In the other hand, the generating data by automaticprogramming also prevents manual intervention from every step of programming. Takeadvantage of this, the efficiency of programming and the precision
16、of track and angle datahave been greatly improved.After analyzing and comparison, ObjectARX which is one of secondary developmenttools based on AutoCAD and Visual C+ 6.0 have been chosen as development tools in thissystem. AutoCAD developed by Autodesk Inc. is a cam mechanism design system; as a kin
17、dof drawing edit tools, it has become one of the most popular tools at home and abroad.Based on this background, the automatic system would have higher versatility andcompatibility, so as the worthy of development.The system with ObjectARX and Visual C+6.0 as development tools fully reflects the哈尔滨工
18、程大学硕士学位论文thinking of object-oriented programming; besides of the tool of ObjectARX share memorywith AutoCAD, in the power of controlling programming and speed of executing orders part,it has much more technical advantages than any other secondary development tools. On theanalyzation of basic functio
19、n request, the system is divided into several modules: generatingintersection pipe drawings, selecting pipes, traversing the line of intersecting, acquiringtrack data. Each module is been enclosed in different classes, with this doing not only forrealizing the function of all modules, but also ensur
20、ing the security during running moduleprograms. That is to say, only authorized objects can be allowed to access module forcontents, and outside objects are not authorized to make any changes to the modules. Doingit like this, effectively prevents internal data from possibly resulting damages by ext
21、ernalapplications, while avoid the internal programs accidentally effect each other, and improvethe robustness of the programs. The system for automatically generating the track data ofpipe intersecting lines is accomplished in this paper.Key words: intersecting line; groove angle; to build 3D mock-
22、ups; secondary developmentin AutoCAD; ObjectARX;基于 ObjectARX 的管端三维模型数据生成与提取研究目 录第 1 章 绪论 . 11.1 编程方式的对比 . 11.2 数控自动编程发展 . 21.2.1 自动编程软件的发展 . 21.2.2 自动编程软件发展现状 . 31.3 课题主要研究内容 . 4第 2 章 研究平台及工具的选择 . 62.1 研究平台的选择 . 62.2 AutoCAD 平台的二次开发 72.3 二次开发工具的选择 . 72.4 本章小结 11第 3 章 ObjectARX 开发工具的应用 . 123.1 AutoCA
23、D 数据库 123.2 ObjectARX 二次开发工具 133.3 ObjectARX 编程方法 143.4 对 AutoCAD 数据库的操作 163.5 本章小结 . 19第 4 章 管端三维模型数据自动提取系统的总体结构 . 204.1 自动提取系统的总体结构 . 204.1.1 管件生成搭建模块 . 214.1.2 管件及子实体选择模块 . 214.1.3 三维相贯线数据生成模块 . 224.1.4 焊接坡口角数据生成模块 . 224.1.5 用户自定义三维模型拾取模块 . 234.2 自动提取系统的开发方法 . 234.3 自动提取系统的开发环境 . 244.4 本章小结 . 24第
24、 5 章 管端三维模型数据提取系统的开发 . 255.1 三维实物模型的生成 . 255.1.1 三维实体的生成方法 . 255.1.2 圆管实体的生成 . 275.1.3 圆管实体的偏移与旋转 . 28哈尔滨工程大学硕士学位论文5.1.4 用户参数的获取 . 295.2 三维实物模型的搭建 . 315.2.1 实物模型的搭建方法 . 315.2.2 常用基础类的封装 . 345.3 三维实体的选择 . 355.3.1 目标管件的选择 . 355.3.2 子实体相贯线的选择 . 385.4 三维相贯线数据的提取 415.4.1 函数调用法 . 415.4.2 几何方法 . 445.5 坡口角数
25、据的生成与提取 . 475.5.1 坡口角求取问题的转化 . 475.5.2 AutoCAD 存储技术. 485.5.3 圆管模型的遍历 . 495.5.4 角度值的求取 . 515.6 用户自定义复杂实体的拾取及系统扩展 . 535.7 本章小结 . 54结 论 . 55参考文献 . 56攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 . 59致 谢 . 60第 1 章 绪论第 1 章 绪论管材是大型设备建造、运输管道铺设、桥梁搭建及房屋建设等建筑行业中不可或缺的应用材料。在很多领域中甚至有着大量的需求，例如，北京鸟巢体育馆的建造。整个“鸟巢”的框架结构都是由钢管拼接而成。通常生产出来的管材不能
26、直接投入应用，大多要沿着管材之间造型设计后形成的相贯轨迹（即相贯线）进行切割，以便使切割后的管材可以组合成各种需要的造型形式。因此相应的圆管切割机也就有着非常广泛的应用，其开发工作也是不可避免的。开发圆管切割机的难点在于如何快捷方便的形成圆管拼接的造型，以及如何获取圆管切割所需要的数据。相关的切割数据包括圆管造型拼接后其表面形成的相贯线数据，因为大多数切割后的圆管需要通过焊接工艺进行拼接，圆管的切割还要考虑预留焊接坡口，所以坡口角数据也是必不可少的。本文的目的是完成相贯线、坡口角等重要圆管切割数据生成与提取方法的研究，并形成能够生成三维圆管搭建型，生成提取相贯线、坡口角等重要数据的自动编程系统
27、。切割数据的生成主要有两种方式：人工编程和自动编程，以下对两种编程方式进行对比：1.1 编程方式的对比人工编程。人工编程指的是：数控程序编制的各个环节都由人工完成，类似的环节有：零件图样分析、数值计算、工艺处理、加工路线及工艺参数的确定、数控程序清单编写直到程序的校核与检验等 1。对于一些几何形状相对简单的零件，加工控制程序量小，计算起来简单，用人工编程的方式实现容易。但是，对于类似非圆曲线等形状复杂的零部件，靠人工实现编程工作是十分困难的。另外，以人工编程方式进行程序编写时，程序员需要参与到整个程序的编制过程中来。这要求程序员熟悉如机床主要参数、编程规则、数控代码等数控机床技术，并且还需要比
28、较高的数值计算能力。这导致了程序运行起来效率低、精度低，错误产生几率高等一系列问题，程序员对程序中错误的检查也十分的困难。自动编程。自动编程指的是：数控程序的全部或者大部分是以计算机软件处理图形并且自动生成数控代码的形式生成。主要方式有两种，其中之一是基于计算机语言自动编程。比较典型的是用数控语言 APT(即 Automatically Programmed Tool)来进行程序的编写。虽然自动化程度高，但需要有专门的编程设备来进行支撑，且程序员需要学习大量的编程语法，也很难直观的对程序进行校验，错误的发生也是很难避免的。另一种自动变成方式为基于图形的图形交互编程，是计算机辅助编程技术中的一种
29、，1哈尔滨工程大学硕士学位论文需要以专门的计算机软件为支撑来实现2。一般形状复杂的零件的轨迹数据都是采用这种交互式图形编程的方法来生成。现在市面上的各种类型的圆管切割机大多是采用人工编程的方式，也就是根据圆管的搭建图纸由人工算出各类几何参数，进一步计算出切割轨迹的数据。部分圆管切割机支持简单的人机界面，但仍需人工参与计算各个切割参数，其本质上还是人工编程。人工编程完全能够满足圆管相贯形式简单时的工业加工需求，但当被加工管件的部分参数很难通过公式计算得到，或者被加工的管件的数量对于手工编程来讲过于庞大时，人工编程很难满足实际生产的需求。所以，有必要对圆管切割过程中需要的必要数据的生成和提取方法进
30、行研究，从而形成一套能够高效的生成三维圆管拼接模型，人机交互生成提取圆管切割重要数据的自动提取系统。1.2 数控自动编程发展1.2.1 自动编程软件的发展人们称自动编程数控软件为 CAM。到现在为止，CAM 历经了三个发展阶段:有以APT 为代表的语言编程、交互式图形编程以及基于特征的 CAM 系统3。阶段：世界上第一台数控机床刚刚问世，APT 也随之诞生，它是由美国麻省工学院伺服机构实验室研究开发的一套数控自编程语言系统。这款语言语义丰富可以定义很多种几何类型，还可以配置多种后置的处理程序，可靠性高并易于用户的二次开发使用。在工业界的广泛协助下，美国各大公司积极研发，APT 先后形成了 AP
31、T-APT-几个版本系列。各版本满足工业加工需求的能力越来越强，其中 APT- 可以用于立体切削，APT-能够支持多坐标曲面加工，而 APT-/SS 曲面加工功能。因为自动编程语言与自然语言很接近，且其编制的数控程序经过编译时，大部分数值处理工作都能够被编译系统自动完成，由此，自动编程具有人工编程无法比拟的高效性。用 APT 编制数控程序不仅效率高，而且还具备程序简练控制灵活等优点，并使编程工作面向几何元素摆脱了枯燥的类似汇编语言的机床指令。但 APT 还有很多的不足之处，例如：用 APT 很难定义复杂的几何形状，并且定义出的几何形状缺乏直观性；用 APT 编制的数控程序无法直观显示出刀具的运
32、动轨迹并缺少刀具轨迹的验证手段，无法保证零件加工的先验精准度；用 APT 编制的数控程序难以与 CAD 数据库连接，无论是集成化还是自动化的程度都比较低4。阶段：交互式图形编程是建立在 CAD（计算机辅助设计）和 CAM（计算机辅助制造）基础上的编程方式，借助 CAD 软件的图形编辑功能来进行零件图形的输入。并以人机对话的形式完成零件的加工部位及加工参数的确定工作，之后计算机能够自2第 1 章 绪论动的进行相关的逻辑运算和数值处理，并快速高效的实现加工程序的自动编制过程，并能够在计算机显示器上显示出走刀线路，需要的话还可以进行刀具轨迹的动态模拟。由于加工数据的提取、数值计算、程序的编制等工作都
33、是由用户与计算机交互完成的，并不需要像 APT 编程那样，事先用数控语言编写加工零件各个步骤的源程序。因此这种编程方式具有直观、准确、简单易学等优点，并且可以随时修改编程中发现的问题。阶段：基于特征的 CAM 系统。这种系统可以分为两大类：BM（BridgeportMachine）开发的 Feature Mill 系统是第一类基于特征的 CAM 系统的代表作5 。它把加工对象定义为一系列的有特定含义的加工特征，并存储在数据库(也即加工知识库)中，操作人员只要输入相应的原件加工特征，该系统就可以根据操作人员录入的加工信息自动进行工艺规划，其效率远远高出了传统 CAM。CAMWorks 是比较典型
34、的第二类CAM 系统。该系统与 SolidWorks 无缝集成，采用自动特征识别技术 AFR(AutomaticFeature Recognition)可以直接从软件的特征模型中提取加工特征。1.2.2 自动编程软件发展现状当今自动编程系统的种类不胜枚举。自动编程技术的发展与计算机技术的发展密不可分，可以说它是伴随着计算机技术发展的一门技术。而国外对其开发应用比较早，研发出的自动编程系统也较为先进。国外在交互式自动编程这一领域做出了很大的贡献，很多的自动编程系统已经能够实现三维曲面的几何造型功能6。最先出品参数化造型系统的企业是 PTC 公司，其推出的 Pro/E 系统功能十分强大。 CNC
35、software 公司推出的 MasterCAM 系统是 CAD/CAM 一体化软件，该系统不仅能方便的进行实体造型，还可以与 300 多种数控机床进行连接，具有多种绘图软件接口。该系统在国内具有最广泛的应用群体，是国内用的最多的 CAM 软件。此外，同时期的一些软件还有SurfCAM、SmartCAM 等，他们的产生发展基于 DOS 系统，软件小功能简单。但是对于一些中小型企业来说它们完全能够胜任。DS 公司研发的 UG 是将 CAM、CAD 及CAE 集成在一起的普遍适合大型企业使用的三维参数化工程辅助软件系统。IBM 和DASSAULT 推 出 的 CATIACADAM 、 CV 公 司
36、 出 品 的 CADDSS 、 以 色 列 的CIMATRON90、英国的 HYPERMILL、美国的 I-DEAS 系统、Master Series 、ICEM 等都是起步较早应用较广泛的软件系统7。近些年，国内对于自动编程软件开发这一领域投入巨大，进行了一系列的相关研究，取得了一些很好的研究成果。自动编程软件的开发方式主要有以下几种8：第一种是 70 年代以 ZCX、CKY、SKC 为代表的，以 APT 为蓝本进行研制的数控自动编程软件。第二种是以北京航空航天大学 CAXA、清华大学的高华 GEMS、华中理工大学的开目 CAD 以及西北工业大学 NUPCAD/CAM 系统为代表的基于图形交
37、互系统的数3哈尔滨工程大学硕士学位论文控 CAD/CAM 集成软件。第三种是对 MasterCAM、UG 等已有的大型数控系统进行二次开发，大多数情况下要通过已有大型数控系统提供的图形接口获取编制程序需要的相关零件信息，并进一步进行相应的工艺处理，从而形成适于特定应用单位使用的数控加工程序9。国内出品的数控 CAM/CAD 软件系统各具特点，但总体而言与国外的数控软件编程系统还存在着一定的差距，仍需要进一步的升级换代。由此观之，自动编程系统在工程领域具有十分广泛的应用。在自动编程系统的研发方面，国外起研究程度深。很多企业开发了性能优良、自动化程度高的自动编程系统。但是不足之处就是软件售价及日常
38、维护成本都很高。国内的自动编程系统功能简单、操作复杂、加工精度低，与国外的软件系统相比具有相当的差距，很难满足现实加工需求。自动编程系统在圆管切割的项目上应用还不够广泛。因此，研究圆管三维模型的搭建、重要焊切割数据的生成提取，并以此形成一套自动化程度高的具有普遍适用性的自动编程系统具有很大的实际意义。1.3 课题主要研究内容本课题针对圆管切割过程中重要切割数据提取的一系列问题进行研究，包括三维管型模型的搭建、三维管件相贯线数据的生成与提取、三维管件切割破口角数据的生成与提取，并致力于形成一套对各类管型普遍适用的自动化程度高的重要焊切割数据自动提取系统。传统的人工编程方式对各种切割数据的求取是十
39、分繁琐的，程序编制前需要较多的人工干预，需要归纳圆管相交的几何造型及应用于计算公式的相应参数，开发效率很低。而本文设计的圆管焊切割数据自动提取系统适用于各类圆管造型，只需要输入简单的造型参数，就可以通过人机交互的方式形成直观的三维圆管搭建模型。同样，通过简单的人机交互可以快速的生成并提取重要的切割数据包括相贯线轨迹、切割破口角等。从而大大简化了模型搭建的过程，并大大减少了求取重要切割数据的工作量。解决了很多通过人工计算无法或很难解决的重要圆管焊切割数据的求取问题，在节省人力物力的同时大幅度的提高了求取数据的精度。在进行研究平台及自动提取系统开发工具的选择时，由于现阶段工程领域大多数情况下辅助设
40、计工作都是在 AutoCAD 平台上完成的。因此，本文的研究平台为AutoCAD，并对其进行二次开发形成一套自动提取系统。ObjectARX 与 AutoCAD 共享内存空间，是一款性能优良且应用相对广泛的 AutoCAD 二次开发工具，在程序的开发效率和程序运行速度两个方面具有其它二次开发工具无法比拟的优势，因而在此选择 ObjectARX 作为系统开发工具。 ObjectARX 同时又是一套语法相对复杂的类 C+的面向对象式的编程语言，需要以功能强大的 Visual C+作为代码开发、编译及运行调试的基本环境。自动提取系统嵌于 AutoCAD 平台内，拓展了其原有功能，用户可4第 1 章
41、绪论以直接在 CAD 界面内完成三维圆管模型搭建、重要焊切割数据生成提取操作，具有直观、简便的优点。系统基于模块化的思想进行设计，该系统由五大功能模块组成，各模块之间既相互独立又相互联系：在 AutoCAD 中加载运行某个模块的命令即可执行该模块的独立功能，而所有模块联系在一起又能实现从三维管件图绘制、搭建，到三维相贯线图形生成及数据提取，到坡口角数据生成提取等一系列完整功能。本文主要通过以下几个部分对管端三维模型数据的生成与提取方法进行了研究，并形成相应的自动提取系统：(1)介绍了重要圆管切割数据求取的两种编程方式：人工编程和自动编程。并对两种求取编程方式的优缺点进行了分析和对比。叙述了自动
42、编程的演变历程及发展现状，指出了开发自动编程系统的必要性及重大意义。(2)选定了课题的研究平台和系统的开发工具、开发语言及代码编译环境。通过一系列的分析，选定以应用广泛、功能强大的 AutoCAD 作为该课题的研究平台，并对其进行二次开发从而形成一套内嵌于 AutoCAD 设计平台中的人机交互式圆管焊切割数据自动提取系统。由此，操作人员可以在 AutoCAD 图形界面中，通过参数的录入和简单的基于三维图形的人机交互可完成一系列重要焊切割数据的生成提取工作，操作过程直观简便。在分析对比了多种 AutoCAD 二次开发工具的基础上，选择了面向对象式的程序设计语言 ObjectARX 作为系统开发的
43、工具，并以 Visual C+ 6.0 作为代码编制、运行及调试的环境。(3)对 ObjectARX 编程技术进行了深入的研究。使用 ObjectARX 开发工具在AutoCAD 平台上进行命令注册、程序加载 /卸载等操作，并实现所创建的图形在AutoCAD 数据库中的存储、访问及修改功能，为三维圆管模型搭建及重要焊切割数据的生成提取打下基础。(4)将研究分为五个部分：三维管件的生成搭建(需要用户录入简单的管件参数)、目标管件及子实体相贯线的选择(用户与系统进行图形交互式操作)、相贯线数据的生成与提取、切割破口角数据的生成与提取、用户自定义复杂三维实体的拾取(用于系统功能扩展)。本文对实现以上
44、几个部分所需的方法进行了充分的研究，并将各部分串联起来形成一套完整的重要焊切割数据自动提取系统。5哈尔滨工程大学硕士学位论文第 2 章 研究平台及工具的选择2.1 研究平台的选择MasterCAM 是国际上工程、工业领域应用较广泛的将 CAM 和 CAD 集成于一体的微机版软件系统。普遍适用于中小型企业的模具加工制造10。能够实现二维曲线及三维曲面的造型功能，并且具备曲面着色功能，适用于各类数控机床。但该类系统设计能力不足，缺乏实体、特征造型及二维工程绘图功能，需要在加工编程的准备阶段进行几何造型。因此该类系统被称为图形交互式的 CAM 编程系统。UG 采用基于特征的实体造型技术，具备实体与曲
45、面造型及虚拟装配等功能，并可以在 CAD、CAE、CAM 之间不进行数据交换的情况下自由切换，是一款强力的机械工程辅助软件系统。普遍适用于通用机械以及模具的分析与设计工作。与此同时，UG 还具备有限元分析、动力学分析功能，能够对多种设计方案进行对比分析和优化，为 UG 使用者提供产品设计、加工、装配、检验等一系列产品生产过程的支持。即具备了强大的产品全线开发的能力11。Pro/Engineer 具有先进的基于特征设计的实体化造型、参数化设计等功能，是世界上最受欢迎的 CAD 软件系统之一。Pro/Engineer 软件系统独立于硬件，并将整个系统构架在统一的数据库上，使系统便于移植；具备完整、
46、统一的模型体系，拥有提供完整机械产品解决方案的能力，包括有限元分析、模具设计、机构分析、机械设计、工业设计、加工制造及产品数据管理和产品周期管理等12。该系统操作简便，与操作人员的设计习惯和设计思想相符合。因此，近些年 Pro/Engineer 在三维机械设计领域的使用十分广泛。SolidWorks 以 Windows 为构建平台，并集成 CAD/ CAM /CAE 于一身且共用桌面，其价格低廉不到工作站 CAD 软件系统四分之一13。该软件的设计方法是自顶向下，采用基于特征的实体建模方式，能够动态的模拟装配过程。实现了 100%的参数化设计，并具备 100%的可修改性。与此同时，该系统以特征
47、树的形式构架操作简便直观，设置了中文和英文两种界面共使用者选择。AutoCAD 由 AutoDesk 公司开发，是目前世界范围内使用非常广泛的一款通用计算机辅助绘图设计软件系统。该 CAD 系统拥有强大的绘图和编辑功能，可以满足二维/三维绘图的所有需求。桌面简洁、友好，向使用者提供了多样的窗口操作快捷方式，融合了计算机领域中许多新知识与新技术，例 融合了如 Windows 用户界面、SQL(Structured Query Language)关系型数据库、事件驱动的编程方法、实体造型及着色技术等14 。AutoCAD 自身不断进行着改进与升级，为使用者提供着越来越强大的功6第 2 章 研究平台
48、及工具的选择能和越来越简便的操作界面。AutoCAD 拥有开放式的体系结构，并且支持外部设备和开发平台的广泛应用，这使以 AutoCAD 为平台进行自动编程系统的开发具有可行性；与此同时，AutoCAD 良好的可扩展性使开发者可以利用 VB、VBA、C/C+、Java、VC+等高级计算机语言对其所有方面进行扩展与修改。使用者可以根据自身的实际情况和需求，基于 AutoCAD 开放性的平台内核向各种应用方向进行特定的开发和功能拓展。在国内，由于很高的性价比，使得 AutoCAD 成为产品设计和工程设计者的首选，这一点在建筑和机械领域尤为突出，AutoCAD 几乎成为国内 CAD 的标准平台。综上
49、所述，AutoCAD 拥有强大的设计功能，同时能够为使用者提供基于自身的二次开发平台，在我国拥有广大的使用人群。因此选择它作为管端三维模型数据生成与提取方法的研究平台，并在此基础上对其进行二次开发，形成一套完整的管端三维模型数据自动提取系统。2.2 AutoCAD 平台的二次开发AutoCAD 平台的二次开发是指利用开发语言或是开发工具在现有 AutoCAD 平台的状态下改进或提高软件原有功能，或是为软件系统添加了满足某些特殊工程项目需求的新功能，用以提高原有功能的使用效率或是使其更好的服务于一些具有行业特殊要求的工程设计过程，如构造描述、设计方法、设计规范等。以此使应用对象的设计、分析、计算更加集成化、智能化、更符合使用者工作需求，从而提高了设计的效率和质量，充分发挥了 AutoCAD 软件的使用价值。AutoCAD 的二次开发工作具有复杂性、实用性、专业性等特点。通 常 称 AutoCAD 二 次 开 发 系 统 为 AutoCAD API(Application ProgrammingInterface)，即 AutoCAD 应用编程接口。文件开发和程序开发是常用的两种二次开发方式15。文件开发指的是使用者根据自身的应用需求，自定义了一些使用者专有的线型、图形、块等属性
