面向MBD模型的Creo尺寸精度信息查詢及標注模塊開發

張坤鵬，趙鳳霞，張琳娜

(鄭州大學機械工程學院，河南鄭州450001)

隨著數字化設計與制造技術的飛速發展，MBD技術(Model Based Definition，基于模型的產品定義)已成為CAD 技術的新趨勢。MBD 技術以全三維數字化模型為基礎，用集成的三維實體模型完整表達產品定義信息，從而消除或者減少二維圖紙的使用［1］。MBD 模型是一個真正的三維模型，它既包括產品的形狀、尺寸信息，同時也包括制造、檢驗等所需的信息，為一個完整的產品定義模型［2］。因此，MBD 技術將設計信息和制造信息共同定義到產品模型中，實現了面向制造的設計，既保證了數據的唯一性，又使三維實體模型作為生產制造過程中的唯一依據。

美國PTC 公司最新推出的Creo 作為一款集CAD/CAM/CAE 為一體的新型三維軟件，以參數化著稱，對MBD 技術有一定的支持。但是采用Creo 進行尺寸精度信息標注時其操作過程較為繁瑣，且系統沒有精度信息的國家標準數據庫，需要設計人員人工查詢手冊確定，這無疑給設計工作帶來了很大的不便。另外，隨著新一代GPS(Geometrical Product Specifications)標準的頒布實施，在MBD 模型上進行尺寸精度標注時，設計人員不但要給出尺寸的上、下極限偏差值，如φ30 ±0.1，而且還應標注出該尺寸所使用的檢驗認證方法，如、，但是目前Creo 系統還不具有這些規范的標注功能。為解決這一問題，基于新一代GPS 標準體系，開發了Creo 環境下的線性尺寸精度信息查詢及標注模塊，該模塊可在MBD 模型下實現尺寸精度信息的提取、查詢和標注，完善了Creo 在尺寸精度設計方面的功能。

1 尺寸精度信息模塊的功能要求

在Creo 環境下開發的面向MBD 模型的尺寸精度信息查詢及標注模塊應具備如下特點:

所開發的尺寸精度信息模塊應與Creo 平臺實現無縫集成，使得設計人員在利用Creo 進行機械產品設計過程中可以實時進行尺寸精度信息的查詢和標注。

(2)自動提取尺寸精度信息

所開發模塊應該具備自動提取MBD 模型中尺寸及其尺寸精度信息的功能，方便尺寸精度查詢的實現。

(3)高效查詢、方便標注

所開發的模塊能快速、高效、準確地實現尺寸精度信息查詢，并將查詢得到的結果實時標注到產品MBD 模型的相應位置，完善Creo 的尺寸精度信息查詢及標注功能，減輕設計人員的勞動強度，提高設計效率。

(4)符合新一代GPS 標準

新一代GPS 標準體系要求在進行產品設計時，設計人員應根據產品的功能要求給出一整套的產品加工、測量及評定的規范和方法，即在原有的尺寸上、下極限偏差值設計信息的基礎上，增加制造、檢驗等所需的信息［3］。如該設計要求是線性尺寸30 mm 的全局尺寸采用最小外接法評定，大小不允許超越30 mm，局部實際尺寸采用兩點法評定，大小不允許超越29.9 mm。新一代GPS 給出了一系列線性尺寸的相關符號，如表1所示，這要求所開發的尺寸精度信息模塊具備該內容的標注功能。

表1 線性尺寸的類型及符號

2 尺寸精度信息模塊的開發方案

由前述可知，尺寸精度信息模塊的軟件設計內容主要包括:與Creo 軟件系統無縫集成的應用程序開發;尺寸精度信息查詢中涉及到的標準公差、極限偏差數據庫的建立;尺寸精度信息模塊與數據庫之間的通信。

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尺寸精度信息模塊開發過程中應用程序的編寫是整個模塊開發的基礎和關鍵。Creo 軟件系統提供了多種二次開發工具，常用的包括Creo/TOOLKIT、Automation GATEWAY、J-Link 和VB API。其中Creo/TOOLKIT 是Creo 自帶的二次開發模塊，封裝了大量針對Creo 底層資源調用的庫函數和頭文件，相對其他開發方式能夠訪問更多的Creo 資源，是進行Creo二次開發的根本方法［4］。文中尺寸精度信息模塊的主要功能是自動提取產品MBD 模型中尺寸精度信息，查詢國家標準的尺寸精度信息數據庫，進而驅動Creo系統進行尺寸精度信息的標注，最終將設計結果保存到MBD 模型中。程序執行過程中需要同Creo 系統進行大量的底層數據信息的交互操作，因此模塊開發選用Creo/TOOLKIT 作為開發工具。

Creo/TOOLKIT 應用程序有兩種工作模式:一種為同步模式(Synchronous Mode);另一種為異步模式(Asynchronous Mode)［5］。同步模式的動態連接模式(DLL Mode)是將Creo/TOOLKIT 應用程序集成到Creo 軟件系統的標準方法，此模式與Creo 共享進程，執行速度較快;同步模式的多進程模式(Multiprocess Mode)的應用程序作為Creo 的子進程運行，包含較多交互過程，執行速度較慢。異步模式代碼復雜、執行速度慢，非特殊要求一般不予采用。

使用Creo/TOOLKIT 開發應用程序需要借助第三方編譯環境(C 語言、VC+ +語言等)進行調試［6］。模塊開發選擇在Microsoft Visual Studio 2010 環境下進行代碼的編寫和調試，采用微軟基礎類庫(Microsoft Foundation Class，MFC)編程技術實現對話框界面的設計，并最終編譯生成Creo/TOOLKIT 應用程序。所采用的軟件結構方案如圖1所示。

圖1 軟件結構方案

3 尺寸精度信息模塊的軟件設計

3.1 尺寸精度信息查詢模塊的設計

MBD 模型分零件模型和裝配模型。在MBD 零件模型中，尺寸精度信息的查詢主要是常用線性尺寸段(3 ～500 mm)和大尺寸段(500 ～3 150 mm)的公差及極限偏差的查詢。在MBD 裝配模型中，尺寸精度信息的查詢主要是常用和優先采用的基孔制、基軸制配合信息的查詢。

在MBD 零件模型中，線性尺寸精度信息查詢的入口參數為基本尺寸和公差帶代號，出口參數為標準公差、上偏差、下偏差和檢驗方法。當用戶輸入了基本尺寸和公差帶代號，點擊“查詢”按鈕，系統即可智能地檢索出相應的尺寸精度信息值。其中，基本尺寸和公差帶代號用戶可直接輸入，也可從Creo 環境下產品模型中提取得到。選擇公差帶代號時，系統以按鈕顏色提示其選用情況是常用、優先或是一般公差帶或配合，具有一定的智能性。“檢驗方法”下拉菜單列舉了合理的檢驗方法符號，以供用戶選擇。如圖2所示是軸公差查詢界面。

圖2 軸公差查詢界面

在MBD 裝配模型中，需要標注基本尺寸相同的兩個零件結合在一起的情況，信息查詢的入口參數是基本尺寸和配合代號，出口參數是配合性質以及最大(小)間隙或過盈。其中配合代號用戶可手動輸入，也可從界面中選擇國家標準中推薦的常用或優先配合，選擇時系統將提示該配合的適合條件，幫助用戶合理選用配合代號。

3.2 尺寸精度信息數據庫的建立及訪問

在尺寸精度信息提取、查詢及標注過程中要涉及到大量的精度數據(如標準公差、基本偏差)，需要采用數據庫技術進行組織、管理和調用。文中采用Microsoft Access 2007 建立尺寸精度信息數據庫。

數據庫訪問是檢索數據庫中的數據，并通過相應的計算求出標準公差和極限偏差。系統采用VC ++代碼通過ADO(ActiveX Data Objects)方式訪問數據庫。

3.3 尺寸精度信息的提取及標注

尺寸及其尺寸精度信息的提取是采用Creo 二次開發工具Creo/TOOLKIT 函數對產品MBD 模型中的尺寸及其精度信息進行自動提取。實現過程為:函數獲取尺寸對象的句柄，根據該尺寸對象的句柄獲取尺寸值及其上、下偏差。程序的關鍵代碼如下:

ProDimensionValueGet(ProDimension * dimension，double* value);

ProDimensionToleranceGet(ProDimension * dimension，double* upper_limit，double* lower_limit);

所開發的尺寸精度信息模塊嵌入Creo 系統，實現與Creo 系統的無縫集成，如圖3所示。

圖3 尺寸精度信息模塊與Creo 系統的集成

圖4 尺寸信息提取、查詢、標注界面

應用時，點擊尺寸精度信息模塊中的“尺寸精度”菜單項，調出“尺寸對象”對話框，尺寸精度模塊將自動提取出產品MBD 模型下的尺寸及精度信息，并將尺寸及其精度信息顯示到對話框界面的ListContrl 控件中，如圖4所示是系統自動提取出的圖3所示軸的尺寸及其精度信息。

在尺寸對象對話框中，根據MBD 模型中的設計對象是孔或軸點擊“軸公差”或“孔公差”按鈕，調出尺寸精度查詢界面(如圖2所示);根據設計要求，點擊相應的公差代號按鈕進行查詢;點擊“檢驗方法”下拉框選取合理的檢驗方法;然后點擊“標注”按鈕，將結果標注到產品MBD 模型中(如圖4所示軸段φ30 的標注)，完成操作。

在進行尺寸精度信息的標注時，需要確定標注的目標平面、參考平面以及尺寸放置位置等信息，這些信息需要采用人工交互方式由用戶確定。確定好標注的位置后，在MBD 模型中將顯示出該尺寸對象。尺寸精度信息標注和顯示的關鍵代碼如下:

ProDimensionCreate(ProSolid model，ProType dimension_type，ProAnnotationPlane* annotation_plane，ProDimAttachment* attachments_arr，ProDimSense*dsense_arr，ProDimOrient orient_hint，Pro3dPnt location，ProDimension* dimension);

ProAnnotationShow(ProAnnotation * annotation，ProAsmcomppath* comp_path，ProView view);

4 結論

面向MBD 模型所開發的Creo 環境下的尺寸精度信息模塊，解決了尺寸精度信息在設計過程中的查詢問題，避免了精度取值的隨意性，實現了尺寸精度信息提取、查詢和標注的自動化和智能化。擴展了Creo軟件系統的應用功能，完善和增強了Creo 軟件系統對MBD 技術的支持，提升了軟件性能，提高了設計效率，有利于進一步發揮CAD 的優越性。

［1］潘康華.基于MBD 的機械產品三維設計標準關鍵技術與應用研究［D］.北京:機械科學研究總院，2012.

［2］盧鵠，韓爽，范玉青.基于模型的數字化定義技術［J］.航空制造技術，2008(3):78－81.

［3］張琳娜.精度設計與質量控制基礎［M］.北京:中國質檢出版社，2011:3－43.

［5］李世國.Pro/TOOLKIT 程序設計［M］.北京:機械工業出版社，2003.

［6］何培英，李月琴.基于Pro/Toolkit 的Pro/E 二次開發及應用［J］.機械設計與制造，2005(4):35－37.