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工程行业CAD技术二次开发的利用.pdf
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工程行业 CAD 技术二次开发的利用
第 1 章 绪 论
1.1 选题的背景
1.1.1 工程 CAD 技术的应用
计算机辅助设计是用计算机硬件、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计、修
改及显示输出的一种设计方法。同时它也是一门多学科的综合性应用新技术。直到9
0 年代早期,使应用程序自动化还是充满挑战性的领域 .对每个需要自动化的应用程
序,人们不得不学习一种不同的自动化语言.例如:可以用 EXCEL 的宏语言来使 EXCEL
自动化,使用 WORD BASIC 使 WORD 自动化,等等.微软决定让它开发出来的应用程序共
享一种通用的自动化语言 --------Visual Basic For Application(VBA), 可以认为
VBA 是非常流行的应用程序开发语言 VISUAL BASIC 的子集.实际上 VBA 是寄生于 VB
应用程序的版本。在 CAD 中,人与计算机密切合作,在决定设计策略、信息处理、修
改设计及分析与计算等方面充分发挥各自的特长。例如计算机在信息存储与检索、分
析与计算、图形作图与文字处理、以及代替人作大量重复枯燥工作等方面有特殊优点;
但在设计策略、逻辑控制、信息组织及发挥经验和创造性方面,人将起主导作用。因
此二者的有机结合必然能提高设计质量、缩短设计周期、降低设计费用。工程设计C
AD 是 CAD 技术的重要领域。目前,工程 CAD 过程是,把人的主导性和创造性放在首
位,同时充分发挥计算机的优势,把二者结合起来,实行人机交互工作方式。
1.1.1.1 CAD 技术在工程行业的应用
CAD 即计算机辅助设计与制图,是指运用计算机系统辅助一项设计的建立、修改、
分析或优化的过程。它是一个功能强大、易学易用、具有开放型结构的软件口不仅便
于用户使用,而且系统本身可不断地扩充和完善。随着 CAD 技术的不断发展,其覆盖
的工作领域也不断地扩大,如工程设计 CAD 项目的管理、初步设计、分析计算、绘制
工程、统计优化等。
1.1.1.2 CAD 在钢结构上的应用
目前在我国钢结构设计往往采用两步设计法,在完成结构分析和设计后还必须进
行手工制图或借助于 AutoCAD 等通用绘图系统完成结构设计详图。节点设计还要由手
工完成。研制钢结构 CAD 的关键是结构详图生成系统。国内已经开发的钢结构 CAD
系统大多用于构件和节点较规则的桁架、网架设计,多高层钢结构 CAD 系统的研究还
处于起步阶段,尚未出现较成熟的商品化系统。
在欧美国家,钢结构 CAD 系统的研究已经进入计算机辅助设计与制造集成化的时
代利用三维建模技术。可以生成复杂的结构实体,并能自动实现构件和标准节点的设
计。生成用于车间加工下料的模板图、材料清单。
1.1.2 CAD 技术的发展趋势
CAD 技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用,并已成为企业的现实生产
力。围绕企业创新设计能力的提高和网络计算环境的普及,CAD 技术的发展趋势主要
围绕在标准化、开放式、集成化、智能化四方面。
1.1.2.1 标准化
除了 CAD 支撑软件逐步实现 ISO 标准和工业标准外,面向应用的标准构件(零部
件库)、标准化方法也已成为 CAD 系统中的必备内容,且向着合理化工程设计的应用
方向发展。CAD 软件一般应集成在一个异构的工作平台之上,为了支持异构跨平台的
环境,就要求它应是一个开放的系统,这里主要是靠标准化技术来解决这个问题。
1.1.2.2 开放性
CAD 系统目前广泛建立在开放式操作系统窗口 95/98/NT 和 UNIX 平台上,在 J
ava LINUX 平台上也有 CAD 产品,此外 CAD 系统都为最终用户提供二次开发环境,
甚至这类环境可开发其内核源码,使用户可定制自已的 CAD 系统.
1.1.2.3 集成化
CAD 技术的集成化体现在三个层次上:其一是广义 CAD 功能 CAD/CAE/CAPP/CAM
/CAQ/PDM/ERP 经过多种集成形式成为企业一体化解决方案,推动企业信息化进程;
其二,是将 CAD 技术能采用的算法,甚至功能模块或系统,做成专用芯片,以提高 C
AD 系统的效率;其三是 CAD 基于网络计算环境实现异地、异构系统在企业间的集成。
1.1.2.4 智能化
智能 CAD 不仅仅是简单地将现有的智能技术与 CAD 技术相结合,更要深入研究人
类设计的思维模型,并用信息技术来表达和模拟它。这样不仅会产生高效的 CAD 系统,
而且必将为人工智能领域提供新的理论和方法。CAD 的这个发展趋势,将对信息科学
的发展产生深刻的影响。
1.2 课题的提出
1.2.1 钢结构 CAD 制图中存在的问题与解决方法
传统的手工绘图被方便、精确的 CAD 制图取代,极大地提高了设计人员的效率。
但 AutoCAD 的使用者们很快又发现有许多工作是重复、无聊的工作。例如,钢结构设
计人员往往会发现,在绘制钢结构设计图时,常常是绘制一些相同的图块,例如:型
钢,螺栓等,该基本元件往往是形状相似尺寸不同,而这种工作通常是这样完成的:
预先绘制并定义块,而后采用块插入的方法,但自带的复制、图块的插入等编辑功能
又有一定的局限性。因而,有必要进行二次开发,建立型材标准件数据库,实现参数
化设计,以简化绘图过程,减少重复性工作,充分发挥 CAD 快速、准确的优势。
1.2.2 型材标准化
型材是建筑工程设计中的基础部件,由热轧成型的钢板,型钢以及冷弯(或冷压)
成型的型钢组成的钢结构在工程实际中具有广泛的用途。建立统一的标准型材数据库
来实现 CAD 系统对型材数据的统一管理与数据共享,在 CAD 系统设计中提供一套高效
的标准数据管理方法是很有必要的,这将会给标准化部件的参数化设计的实施提供最
直接的支持。
随着计算机硬件价格的下降以及日益增多的数据,用数据库来管理图形参数从而
形成图形参数化数据库已是一个必然的趋势。
1.3 研究内容
(1)建立统一的标准型材数据库。包含完备的标准型材尺寸参数数据表、标准型
材截面特性参数数据表。
(2)在标准型材尺寸参数数据表基础上,进行型材 CAD 几何图形程序设计。通过
对标准型材横断面图、俯视图、侧视图的几何分析,找到上述标准型材 CAD 几何图形
绘制控制点计算算法,编写计算机程序把标准型材尺寸参数数据表转化为标准型材图
形参数化数据库。
(3)在标准型材截面特性参数数据表基础上,编写计算机程序实现对数据快速查
询及有效检索,实现型钢表参数查询的能力。
(4)在以上功能的基础上形成可供 AutoCAD 平台上使用的、可被 AutoCADA 加载应
用与 AutoCAD 环境相结合的钢结构基本元件的管理与绘制系统。可方便、快捷、精确
进行钢结构基本元件三面图(标准型材 CAD 几何图形)的绘制和型钢参数查询。
第 2 章 系统总体设计
2.1 本系统的设计思想
(1)与具体的 CAD 系统稳定的集成,包括与整个 CAD 系统平台的集成和与其它功
能模的交互。
(2)型材数据库具有良好的数据一致性,安全性和可扩充性,即标准化数据不能
被无意或有意修改,系统的数据库能进一步扩充,以容纳更多的标准化部件。
(3)数据检索系统界面友好,可实现快速查询和有效检索。
(4)参数化绘图部分能实现多种几何视图的快速生成显示,动态生成的图形在 Au
toCAD 工作区内,也具有用 AutoCAD 命令行的坐标的功能。
2.1.1 系统综述
整个系统是以参数化设计为核心,采用交互式作图方式。当通过界面对某种型材
进行调用时,由参数化设计模块分别从图形程序库和标准数据库中获取型材的几何信
息与参数信息,经几何约束求解器(控制点求解模块)得到该标准型材在特殊参数下的
几何形状,并通过图形传输接口在用户工作区绘制图形。
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