VRML技術在CATIA二次開發中的應用

王亞剛，徐萬紅

（沈陽工業大學 機械工程學院，沈陽110870）

0 引言

在汽車產業轉型升級的過程中，車型換代速度加快，對汽車制造領域相關技術有了更高的要求，汽車零部件的設計在汽車制造的整個流程中作用更加廣泛和重要，更短的設計周期和更可靠的設計方法是快速發展的根本保障[1]。因此，面向設計環節開發具有針對性的定制化設計軟件具有一定的實際意義。目前實現三維設計軟件的定制化設計主要是指對基礎建模軟件進行二次開發，以此來滿足不同企業和用戶的特定需求。

CATIA V5作為一款汽車產品設計領域應用較為廣泛的三維設計軟件，為用戶提供了多種二次開發方式，主要包括應用編程接口和自動化對象編程即CAA 和Automation，采用Automation方式可以更好地縮短二次開發周期，提供簡單穩定的開發流程[2]。但通過常規的二次開發流程得到的參數化設計軟件往往只能提供二維零件圖和尺寸參數之間的對照，這在一定程度上限制了二次開發技術在提高設計準確性方面優勢的發揮。針對該問題，本文提出了一種將基于Automation的二次開發方式與VRML技術相融合的設計方法，以三球銷式萬向節為例進行了實際運用。通過將帶有標注的三維零件模型與尺寸參數一同展現，可以為實際設計建模過程提供直觀化參考，有效提高了設計效率和準確性。

1 創建三維模型

1.1 建模及標注

三球銷式萬向節主要由滾針、三銷架、擋圈、卡簧、球環及三柱槽殼組成，各部分之間的參數關系如表1所示[3]。

結合上述參數關系，取三柱槽殼最大外徑Dk=100 mm，利用CATIA V5進行各部分建模和三維標注，其中擋圈和卡簧未單獨列出，歸入三銷架部分。首先在CATIA V5的零件設計模塊中完成零件主體，然后在三維標注模塊中完成參數標注。創建三銷架模型如圖1所示。

表1 三球銷式萬向節參數關系

各部分零件建模完成后，進入CATIA V5的裝配設計模塊，對三球銷式萬向節進行裝配并進行干涉檢查，其裝配圖如圖2所示。

1.2 生成VRML運行文件

VRML即虛擬現實建模語言，全稱為Virtual Reality Modeling Language，是一種通過對三維模型和渲染圖形進行描述來創建出虛擬場景的解釋性標準語言[4]。VRML運行文件的擴展名為*.wrl，VRML 2.0文件必須包含文件頭，內容為#VRML V2.0 utf8，該語句位于文件的第一行，其作用是對文件進行定義和說明。除了利用編輯器進行造型外，對于一些復雜三維模型還可以使用三維設計軟件生成，使用該方法可以較為便捷地將上述模型轉化為VRML運行文件，作為資源文件供后續調用。

圖1 三銷架模型

圖2 三球銷式萬向節裝配模型

2 創建界面

WPF 即Windows 呈現基礎，其全稱為Windows Presentation Foundation，是微軟推出的一套圖形設計平臺[5]。WPF很好地將界面交互設計和程序邏輯設計進行了區分，各部分代碼更易梳理，使用對象描述語言XAML，實現開發工具的可視化編輯，加快了調試速度。在Microsoft Visual Studio 2019平臺中新建程序語言為VB的WPF應用，根據功能需求完成交互界面設計。主界面如圖3所示。

圖3 主界面

1）界面主體。用于展示窗口的基本信息，也用于存放窗口的基本功能，包括圖標、標題、分隔線、落款、最小化按鈕、退出按鈕等。

2）功能選擇區。以橫向選項卡的形式提供三球銷式萬向節建模與裝配和選項兩個項目之間的切換，根據需求選擇不同的項目來查看對應頁面。

3）零件功能選擇區。此區域設計為縱向選項卡，縱向排列的項目更有流程性，從上到下共有5個項目。

4）模型展示區。此區包含于每個零件項目及裝配項目的頁面內，居中，主體為瀏覽器，結合BS Contact瀏覽插件，提供三維模型的瀏覽、旋轉、縮放等交互操作。

5）參數輸入區。此區包含于每個零件項目及裝配項目的頁面內，居右，由尺寸提示標簽、尺寸輸入框和尺寸生成按鈕構成。

6）零件建模與裝配。由開始建模命令按鈕和開始裝配命令按鈕構成，包含于對應項目內。

選項項目中包含了使用該平臺時可用的快捷功能，包括尺寸關系展示和文件管理。窗口作為主界面的主體框架，具有多個屬性，通過編輯語句可以修改參數，從而改變視覺效果和完成交互動作。主界面窗口的部分XAML語言代碼如下：

3 功能實現與驗證

3.1 建模相關功能

模型的相關參數通過讀取文本框內容確定，故要求只有當全部文本框的內容都是數字時，才能激活命令按鈕，否則會導致程序出錯崩潰。模型的相關參數計算命令由相應按鈕的點擊事件觸發，本質上是根據參數間的數學關系改變文本框的值。建模命令由建模按鈕的點擊事件觸發，開始建模后程序將與CATIA V5建立通訊。要將程序與CATIA V5聯系起來，首先要為程序添加CATIA V5的相關引用，然后將CATIA V5的原生建模代碼進行適配性修改并加入相關參數。以球環模型為例，其部分建模代碼如下：

3.2 裝配相關功能

在建模完成的基礎上，繼續進行模型裝配。為保證程序穩定運行，在發出裝配命令前應對各零件模型進行存在性檢查，若檢查通過，則可進行裝配，否則命令按鈕無法激活，此功能通過多個復選框的選擇與否來實現。

3.3 功能驗證

經驗證，程序可按設計正常顯示界面，按需求完整實現功能，取三柱槽殼最大外徑Dk=90 mm，生成的三球銷式萬向節裝配模型如圖4所示。

4 結語

為了改善基于CATIA二次開發的設計平臺存在的尺寸關系與零件模型對照不夠直觀、設計過程與建模過程不夠緊密等問題，本文結合WPF軟件設計平臺，將VRML技術與CATIA二次開發相融合，提出了一種新的設計方法，此方法聯系了界面設計與功能實現，將設計數據直觀化展現，實現了建模過程中數據與模型的緊密結合，進而提高了設計準確性與效率。以此設計方法開發并驗證了三球銷式萬向節參數化設計軟件，該軟件除了能夠實現零件三維模型的實時瀏覽與對照、零件設計、零件建模、裝配及其它所需功能外，還具有友好的人機交互界面，提供了更好的綜合使用體驗。

圖4 驗證裝配圖