面向?qū)ο蟮闹悄芑疐BM CAD系統(tǒng)

　　1 引 言

　　目前，耐火磚的模具設(shè)計(jì)方法一般分為：

　　(1)根據(jù)用戶的需求及工藝處理的要求手工設(shè)計(jì)模具零件的工作圖。該方法導(dǎo)致設(shè)計(jì)質(zhì)量取決于設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)，不但降低了模具設(shè)計(jì)的精度等要求，而且質(zhì)量不穩(wěn)定;

　　(2)采用先進(jìn)的制造設(shè)備和工藝方法提高模具制造的效率和精度。

　　在FBM CAD(Firebriek Mould CAD)系統(tǒng)開發(fā)中，作者提出一種基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的耐火磚模具智能化設(shè)計(jì)方法，使用UML作為建模語(yǔ)言，運(yùn)用Rational Rose作為CASE工具，將其貫穿于耐火磚模具CAD系統(tǒng)的需求分析、系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)等各個(gè)階段。實(shí)現(xiàn)了在用戶僅輸入成品耐火磚各項(xiàng)參數(shù)的情況下，系統(tǒng)自動(dòng)生成零件工作圖，從而實(shí)現(xiàn)耐火磚模具設(shè)計(jì)的智能化。

    2 FBM CAD系統(tǒng)用例分析

　　用例是UML的一個(gè)重要模型元素。他定義和描述了系統(tǒng)的外部可見行為，是分析、設(shè)計(jì)直至組裝測(cè)試的重要依據(jù)。

　　2.1 FBM CAD系統(tǒng)角色、用例的識(shí)別

　　通過與用戶的密切合作及一系列的分析與調(diào)查識(shí)別耐火磚模具CAD系統(tǒng)的角色主要有：用戶、設(shè)計(jì)者、管理者、制造者、CAM系統(tǒng)及PDM系統(tǒng)等組成。用例主要包括：提出磚型要求、設(shè)置磚型參數(shù)、工藝處理、繪制板圖、圖形輸出、提供幫助、文檔輸出及人員信息管理等[1]。耐火磚模具CAD系統(tǒng)用例圖如圖1所示。

　　2.2 用活動(dòng)圖建模事件流

　　為了進(jìn)一步說明耐火磚模具CAD系統(tǒng)中的各用例的實(shí)現(xiàn)過程，對(duì)設(shè)置磚型參數(shù)、工藝處理、繪制板圖、圖形輸出等幾個(gè)典型用例通過其活動(dòng)框圖建模事件流。受篇幅所限，這里僅列出工藝處理用例活動(dòng)圖，如圖2所示。

　　3 "對(duì)象-&-類"的識(shí)別及FBM CAD系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析

　　耐火磚模具的設(shè)計(jì)是基于耐火磚原型的，由于耐火磚系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，使得能夠充分利用面向?qū)ο蟮臋C(jī)制。通過對(duì)問題描述、系統(tǒng)需求、用例模型、各用例活動(dòng)圖(事件流)及耐火磚模具常規(guī)設(shè)計(jì)過程的分析，可以獲得FBMCAD系統(tǒng)包含以下類-&-對(duì)象：

　　(1)人員類-&-對(duì)象：設(shè)計(jì)者、制造者、管理者(銷售科)等。

　　(2)實(shí)體類-&-對(duì)象：耐火磚、耐火磚模具、邊板、堵板、底板、蓋板、凸塊、斜鐵等。

　　(3)邊界類-&-對(duì)象：耐火磚分類窗口、磚型選擇窗口、耐火磚參數(shù)窗口等。

　　(4)設(shè)計(jì)參考類-&-對(duì)象設(shè)計(jì)中需要用到的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)象，如磚型判定文件等。

　　對(duì)于文檔類(對(duì)象)，也可以將其作為實(shí)體類或設(shè)計(jì)參考類(對(duì)象)的屬性來處理。

　　在耐火磚模具CAD系統(tǒng)分析中，采用先建立順序圖和合作圖，然后建立類圖的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。UML使用順序模型和合作模型來表示交互模型。其中順序模型側(cè)重于描述對(duì)象交互的時(shí)間特性，而合作模型則關(guān)注交互的對(duì)象的空間特性。采用Rational rose建立順序圖(合作圖)的同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)建立了與之對(duì)應(yīng)的合作圖(順序圖)，并且可以在兩者之間進(jìn)行任意切換。這里僅以"工藝處理"順序圖說明對(duì)FBM CAD系統(tǒng)中工藝處理部分的動(dòng)態(tài)分析，如圖3所示。

　　4 類模型的建立

　　經(jīng)過分析可以得出，在FBM CAD系統(tǒng)中存在以下主要的類：耐火磚類、模板類(包括蓋板類、底板類、邊板1類、邊板2類、堵板1類和堵板2類等)、各種窗口類、接口類及圖表、文檔類等。

　　從整個(gè)分析過程中，耐火磚類在系統(tǒng)中處于主導(dǎo)地位，按照拓?fù)渫瑯?gòu)理論對(duì)耐火磚的磚型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，并將成品耐火磚和半成品耐火磚劃歸為同一個(gè)類--耐火磚類，根據(jù)接收消息的不同，分別由生成半成品磚的函數(shù)和生成成品磚的函數(shù)產(chǎn)生成品磚和半成品磚的實(shí)體[2]。

　　圖4為削角磚基類與派生類原理圖。

　　據(jù)此，建立了耐火磚類模型，如圖5所示(限于篇幅此處僅為縮略圖)。其他類模型，如半成品磚類模型、模具及其邊、堵、底、蓋、凸塊、斜鐵類模型可按照耐火磚類模型的建立方法及過程進(jìn)行。

　　"耐火磚"類定義如下：

　　5 FBM CAD系統(tǒng)智能化的實(shí)現(xiàn)

　　在耐火磚模具的設(shè)計(jì)過程中，涉及到邊、堵、底、蓋等零件實(shí)體的生成，這些實(shí)體的生成都是以耐火磚的三維模型為基礎(chǔ)的。為了實(shí)現(xiàn)耐火磚模具設(shè)計(jì)過程的智能化，通過提取耐火磚相關(guān)面域信息來自動(dòng)生成其模板的三維實(shí)體，進(jìn)而生成模板的零件圖。為此，需建立耐火磚的頂點(diǎn)表和邊表，并按照模具設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，借助鏈表指針建立各個(gè)面域的環(huán)狀鏈表，從而建立面域的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用指針來獲得生成耐火磚各模板的面域，經(jīng)規(guī)則庫(kù)和推理器的分析和約束，由成品磚面域生成半成品磚的各模板的3D模型。本系統(tǒng)的模型圖如圖6所示。

　　規(guī)則庫(kù)是由廠家多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和行業(yè)規(guī)范構(gòu)成的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括在不同型號(hào)、不同材質(zhì)下，各類耐火磚的成品磚與半成品磚的幾何關(guān)系，模具邊、堵、底、蓋板與半成品磚幾何尺寸問的關(guān)系，材質(zhì)熱處理參數(shù)以及在各種情況下根據(jù)工藝要求計(jì)算各模板厚度的計(jì)算方法，各模板之間的裝配關(guān)系。規(guī)則庫(kù)是工藝計(jì)算的關(guān)鍵，推理器從規(guī)則庫(kù)中提取各模板的生成規(guī)則，分析模具的裝配關(guān)系，進(jìn)而生成各模板的三維模型。三維模型不僅包含各模板的幾何信息，還必須包含各模板之間的裝配信息，是各模板在計(jì)算機(jī)中的映像。三維模型不僅是信息的記錄者，也是信息的維護(hù)者。各種信息之間存在著復(fù)雜的約束關(guān)系，他們之間的一致性由三維模型負(fù)責(zé)，當(dāng)耐火磚的幾何尺寸改變時(shí)，與他有裝配關(guān)系的各模板也必須作出相應(yīng)的修改，使裝配關(guān)系得以繼續(xù)保持。當(dāng)然，這種裝配關(guān)系依靠程序設(shè)計(jì)者如何進(jìn)行三維構(gòu)造，以及工藝要求進(jìn)行編程自動(dòng)實(shí)現(xiàn)?？傊?，規(guī)則庫(kù)和推理器是本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化的核心。

　　由于在生產(chǎn)中每一基類磚的腔形模具的各模板加工工藝相同，其零件圖尺寸標(biāo)注的設(shè)計(jì)、工藝、測(cè)量基準(zhǔn)也相同，故系統(tǒng)針對(duì)每一基類設(shè)計(jì)了由其三維實(shí)體自動(dòng)生成該類半成品磚模具各零件工作圖的程序，從而實(shí)現(xiàn)模具零件圖的自動(dòng)生成。

　　最后，按照耐火磚的分類建立各基類的圖像塊菜單如圖7所示，用圖像塊菜單的形式讓用戶直觀地選取要設(shè)計(jì)的耐火磚模具。選取相應(yīng)耐火磚類的處理圖像塊菜單，可以得到如圖8所示的耐火磚模具設(shè)計(jì)對(duì)話框。該對(duì)話框直觀的表明了這類耐火磚的處理方法，他包含了基本參數(shù)輸入、材質(zhì)選擇、各模板繪制及該類磚的視圖等一些信息。用戶只需輸入相應(yīng)的幾何參數(shù)和選取相應(yīng)的材質(zhì)，通過選取繪制各個(gè)板的按鈕，就可以得到一整套的模具零件工作圖，從而使得在設(shè)計(jì)過程盡可能地減少人工參與。

　　6 結(jié) 語(yǔ)

　　本系統(tǒng)以AutoCAD 2000為開發(fā)平臺(tái)，以RationalRose作為CASE工具，采用了面向?qū)ο蟮腛bjectARX編程技術(shù)開發(fā)的開放型CAD系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對(duì)各種耐火磚的幾何及物理屬性進(jìn)行了分類后，建立了系統(tǒng)整體框架。模具設(shè)計(jì)過程中，最大限度地減少了人工參與，初步實(shí)現(xiàn)了模具設(shè)計(jì)的智能化，并通過利用繼承與派生，使系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)充性。