基于Pro/E軟件的參數化設計方法

王卓顯++趙蓓芳

摘 要：參數化設計是目前三維機械設計應用技術中最重要的技術之一，已被工業界所廣泛采用，而參數化特征設計是Pro/E軟件主要功能之一。該文根據參數化設計概念及優點，總結了三維機械設計軟件—Pro/E軟件的參數化技術特點及常用參數化設計方法，并以機箱為例介紹了Pro/E軟件參數化設計方法在產品設計過程中的應用方法和步驟，通過機箱參數化設計可在定制的用戶交互界面進行設計參數的輸入并直接生成模型，從而縮短產品研發和設計周期，提高設計質量。該實例對Pro/E軟件參數化設計方法在產品設計方面的應用有一定的借鑒參考。

關鍵詞：參數化設計 族表 UDF 程序（Pro/Program） Pro/Toolkit

中圖分類號：TP391.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（b）-0032-02

三維機械設計已經成為機械設計的潮流和趨勢，它能反映實際產品的設計、構造及制造過程。采用三維機械設計方法可以在設計之初建立三維立體模型，方便地進行產品設計，縮短了產品和研發設計周期，提高了設計質量。參數化設計是目前維機械設計應用技術中最重要的技術之一。

作為應用最廣泛的三維機械設計軟件—Pro/E軟件，是美國PTC公司開發的CAD/CAE/CAM三維軟件，它具有參數化造型、模塊化結構、基于特征的實體模型、3D實體模型、單一數據庫及其全相關性等功能，可使產品設計開發流程大大簡化，使設計工作直觀化、高效化、精確化和系統化。Pro/E軟件在參數化設計方面的優點使其在產品參數化設計應用中發揮了巨大作用。

1 參數化設計概念及優點

參數化設計指在已對圖形所建立的幾何約束（尺寸約束和拓撲約束）基礎上，通過調整參數來修改和控制幾何形狀，從而自動實現產品的精確造型[1]。

參數化設計方法更符合和貼近現代CAD中概念設計以及并行設計思想，它與傳統設計方法相比，不僅僅局限于產品的詳細設計階段，可支持設計過程的完整階段；可以快速地進行設計修改并有效地利用以前的設計結果；支持并行設計符合設計人員的習慣。除此之外，參數化設計還能夠使設計人員在設計的同時實現參數化建庫，極大的方便后續設計工作。

參數化設計極大的改善了圖形的修改手段，提高了設計的柔性，在概念設計、動態設計、實體造型、裝配，公差分析與綜合、機構方針、優化設計等領域發揮著越來越大的作用，體現出很高的應用價值。

2 Pro/E軟件的參數化技術特點

參數化特征設計是Pro/E軟件主要功能之一。通過有機地結合參數化設計和特征建模，Pro/E軟件可方便地進行參數化建模。模型中的每一特征及尺寸都有相應參數一一對應，同時可通過關系將參數建立聯系，使各模型及模型的特征及尺寸具有全相關性，實現對模型的控制。同時設計人員對其中一個特征或尺寸進行修改后，全局設計的相關修改可自動實現，以確保所有零件和多個環節的數據一致性。

3 Pro/E軟件的參數化常用設計方法

Pro/E軟件為用戶提供了豐富的參數化設計方法和工具，常用的有：族表（Family Table）、用戶自定義特征（User Define Feature，UDF）、程序（Pro/Program）、開發工具包（Pro/Toolkit）等。

3.1 族表

族表是Pro/E軟件提供的一種可以復制特征的高級工具[2]。族表是本質上相似零件（或組件或特征）的集合，使用族表功能可以將產品開發中用到的標準件或結構相似的零部件生成產品庫，從而可以在設計中方便選用。在產品裝配模型中，族表使得組件中的零件更加容易互換。

創建族表首先要創建一個基本的類屬零件，該零件需具有代表性并盡可能包括所有特征和尺寸參數。以類屬零件作為基礎，根據設計需要，確定需要變化的特征和尺寸等參數并將其寫入族表，Pro/E軟件通過讀取族表內容從而生成系列化的衍生零件。也可以創建裝配族表。整個族表可使用Microsoft Excel電子表格來管理并方便地修改參數。

3.2 UDF

用戶自定義特征是把產品設計中常用的一些特征組合成為一個群組特征，對放置參考、可變化的尺寸特征進行定義并加以標注命名后保存起來，在設計需要時調出來使用生成設計衍生件的特征參數化建立方法。

UDF的使用流程主要有以下步驟：規劃并創建參照模型，建立UDF，放置UDF[3]。

在建立UDF時，應保證UDF組外的特征和尺寸盡可能少，并在參照模型內盡可能建立特征和尺寸之間的關系。同過對UDF時的定義進行清楚的標注使UDF庫的創建者和使用者根據定義能順利地建立新特征并生成設計衍生件。

3.3 程序（Pro/Program）

程序（Pro/Program）是Pro/E軟件中的一個可程序化模塊，它將模型的整個創建過程記錄下來，包括特征類型及建立過程、尺寸參數設置、關系等創建特征所需要的所有信息，以類似于BASIC語言的簡單程序來表示。程序經過適當修改后運行，Pro/E軟件可以通過提問的方式完成手動的刪除、特征顯示和隱含、特征和尺寸的修改、暫停再生過程和附加特征等。設計人員可以根據產品研發需要編輯修改模型的Program以實現模型的建立和修改，可以方便地生成一族外型類似的模型及特征，這將大大加快建模速度，提高設計效率。

使用Pro/Program的步驟：對零件進行分析，提取零件的關鍵參數，然后設置參數變量，以便后續建模，并根據需要確定驅動參數；創建零件模型；編制程序；運行程序[4]。

3.4 Pro/Toolkit

Pro/Toolkit是針對Pro/E軟件功能強大的二次開發和參數化設計工具，它裝了許多針對Pro/E軟件底層資源調用的庫函數與頭文件，能夠使外部應用程序安全有效地訪問Pro/E軟件的數據庫和應用程序。由于Pro/E軟件提供了大量的庫函數和定制標準Pro/ENGINEER用戶界面的能力，使用和操作方便簡單，使其在二次開發及參數化應用領域有著較為廣泛的應用基礎和良好的應用前景。

使用Pro/Toolkit開發應用程序進行參數化設計包含以下步驟：編寫源文件（包括資源文件和程序源文件）、編制Pro/Toolkit應用程序、編譯生成可執行文件以及在Pro/E軟件中的注冊和運行可執行文件[5]。

4 基于Pro/E軟件的參數化設計實例

族表、UDF、程序（Pro/Program）是可在交互模式下操作，可用于重復性高、外形特征類似的或結構和特征之間關系較復雜的零部件的參數化設計，對于復雜件很難再生成功。Pro/Toolkit可結合上述方法，利用Pro/Toolkit提供的菜單和可視化界面的定制技術，設計出方便實用的人機交互界面，通過設計參數來控制三維模型，實現產品設計參數化。

以19”機箱為例，介紹基于Pro/Toolkit的Pro/E軟件的參數化設計的實現過程。

4.1 建立基準模型及參數

在Pro/E軟件交互模式下利用Pro/E軟件自頂向下設計工具中的布局和骨架模型建立機箱模型。在布局中定義機箱的參數和尺寸，根據文獻[6]建立參數和尺寸相互之間的關系，并根據設計需要將機箱U數、機箱深度、把手間距和面板厚度作為變量參數輸入。

4.2 創建菜單

在主程序中使用Pro/Toolkit里的ProMenubarMenuAdd（）函數在Pro/E軟件菜單欄里增加“機箱參數化設計系統”的菜單條。使用ProMenubarmenuPushbuttonAd（）函數在“機箱參數化設計系統”菜單條下添加“鈑金機箱設計”、“鋁板拼接機箱設計”、“鋁板焊接機箱設計”、“非金屬機箱設計”、“非標機箱設計”及“幫助”等菜單按鈕，同時對應建立與之對應的“message. Txt”文件。使用ProCmdActionAdd（）函數設計各菜單按鈕的動作函數，實現通過單擊按鈕打開對應對話框的功能。通過Pro/Toolkit創建的菜單結構如圖1所示。

4.3 可視化界面設計

在VC++開發環境下建立MFC App Wizard（dll）工程，通過VC++開發環境提供的可視化界面設計對界面進行布局、修改和調試。可視化界面的設計涉及兩個方面：一是按界面的布局編寫資源文件；二是針對UI對話框的功能編寫相應的控制程序[7]。

4.4 主程序設計

在工程文件中加入并編寫開始函數use_initialize（）和結束函數use_terminate（）。利用ProParameterValueGet（）函數遍歷獲得機箱的參數值，然后利用ProParameter Valueset（）函數對變量參數設置成輸入的參數值。建立參數與可視化界面之間的傳遞和界面中對話框按鈕的動作函數。利用ProSolidRegenerate（）函數進行模型再生。

4.5 編譯連接

通過設置好包含頭文件的路徑和連接所需庫文件的路徑完成編譯環境設置后，用VC++6.0進行編譯連接生成動態鏈接庫文件。

4.6 注冊和運行程序

編譯連接成功后，制作一個（*.Dat）的注冊文件，采取手動注冊的方式進行Pro/Toolkit應用程序的注冊。完成注冊后就可以選取啟動命令選項運行應用程序。如圖2所示，程序運行顯示參數輸入對話框， Pro/E軟件根據輸入的參數生成所需的模型。

5 結語

該文介紹了Pro/E軟件的參數化技術特點及常用參數化設計方法，給出了部分設計方法的基本步驟，并通過機箱設計的實例來對Pro/E軟件參數化設計的基本步驟作進一步的說明。設計實例說明Pro/E軟件在參數化設計方面具有廣泛的應用前景，通過Pro/E軟件進行參數化設計可大大提高產品的設計效率。

參考文獻

[1] 孟祥旭.參數化設計模型的研究與實現[D].北京：中科院計算機技術研究所，1998.

[2] 文熙.Pro/ENGINEER野火版4.0實例寶典[M].北京：電子工業出版社，2008.

[3] 吳禮征.基于Pro/E的零件庫建庫工具的研究與開發[D].武漢：華中科技大學，2005.

[4] 林清安.PRO/ENGINEER零件設計：高級篇（上）[M].北京：清華大學出版社，2003.

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

[6] GB/T3047.1-1995.面板、架和柜的基本尺寸系列[S].北京：中國標準出版社，1995.

[7] 張繼春.Pro/ENGINEER二次開發實用教程[M].北京：北京大學出版社，2007.