车辆工程毕业设计(论文)开题报告基于CATIA二次开发下的车用弹簧建模设计.doc

南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：学 号：专 业：车辆工程专业设计(论文)题目：基于CATIA二次开发的车用弹簧建模设计指 导 教 师: 2011年 3 月 19 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1 CATIA二次开发1.1简介 CATIA是一个通用的计算机辅助设计软件系统，在某个专业的特定应用时，可能显得繁琐。如果能在CATIA软件通用系统基础上，针对行业标准规范和具体应用需求，进行二次开发，并融合公司的经验、标准将会显著提高CATIA软件的使用效率和工程设计人员的CATIA系统应用水平， 实现产品数字化设计的一致性和规范性。最初CATIA V5提供Macro工具来做二次开发。R7及以前版本只支持用脚本语言(CATIA Script和 Script)作为其开发语言，这些语言的最大缺陷是难以定制丰富的交互界面。从R8开始，CATIA V5融合了VBA 编辑器。正式提供对VBA的支持，使得二次开发变得有意义。之后推出的CAA（Component Application Architecture，组件应用架构）是Dassault Systemes产品扩展和客户进行二次开发的又一强有力的工具。其实二次开发的底层运行实质是调用CATIA V5 API。随着CATIA软件应用领域的日益普及和深入，用户对软件功能和性能的要求不断提高，以及增加了对软件个性化服务要求。CATIA V5开放了大部分接口，公开的类有474个，几千个函数1，这些函数是对CATIA V5进行二次开发的核心，提供了很好的二次开发平台。1.2 CATIA二次开发的几种方式 作为一种大型工程应用软件，CATIA V5 先后具备了以下5个开放性能2，从而使其用户能够方便地对CATIA进行定制开发:(1)标准格式的输入输出： 用于跨CAD 平台、跨PDM、标准格式的输入输出，以便进行数据格式的转化。(2) Automation API 使用自动化应用接口的宏： 用于自动化（Automation）组件，日志（Journaling），Visual Basic和JavaScript/Html的开发，这是一种交互方式的定制。该定制方式允许用户获取CATIA的数据模型。通过提供交互的方式，让用户记录操作过程，通过VB Script or Java Script 来录制宏，从而自动生成代码。Automation API具备了与任何OLE所兼容的平台进行通讯的能力。(3) KnowledgeWare 智能构件： 一种反应式的，基于规则的，面向目标的客户化方式。它是一种高效的规范重用，像应用公式一样简单的，实现团体的知识库准则集，并且和V5紧密集成以提升处理能力。它能通过相关的稳定不变的规范定义来实现交互的知识捕捉。智能构件是一套预定义的易用服务，它驱动的管理和重用是从函数、规范到组件和系统来一步一步实现的。它允许定制和外部代码的集成。它用于三个方面：知识顾问、知识专家和产品工程优化。知识顾问是用于参与设计定义的嵌入知识，包含规则集、检查、审查和预定义行为（Behavior）。知识专家则是基于规则的过程，可以实现规则集、检查和报告。产品工程优化是面向设计目标的，它包含优化目标、准则和求解方案。(4) Interactive User Defined Feature 交互式的用户定义特征： 一种编制式的定制开发。通过聚合现存的特征来交互的定义新的数据类型。收集现存规范，指定输入，从而创建一个“IUDF”（用户定义特征）。“IUDF”可以通过引用一个目录文件（Catalog）保存在.CATPart文档中。它可以交互的被客户使用。(5)CAA V5 的C+ 和Java 应用接口： 这是基于组件的定制开发。CAA 是组件应用架构（Component Application Architecture）的缩写，是 Dassault Systemes产品扩展和客户进行定制开发的平台，它使全球诸多开发商可参与Dassault Systemes 的研发。利用CAA 可以进行从简单到复杂的二次开发工作，而且和原系统的结合非常紧密，如果没有特别的说明，无法把客户所研发的功能从原系统中区分出来，这非常有利于用户的使用和集成。作为CATIA最强大的二次开发工具，在国外，无论是在法国还是日本等国，对CAA 的研究和应用相对比较早，也比较深入。而在国内，南京航空航天大学在2004 年初才成为CAA 的第一个正式用户。但国内的北京航空航天大学、西北工业大学、第一飞机设计院等许多大学和研究所，都在关注CAA的应用研究。 对于需要捕捉用户的一系列交互操作的应用，可以采用CATIA V5 的自动化应用接口和CAA V5 的C+、Java 应用接口。自动化应用接口可以调用“InputBox”和“MsgBox”函数获取用户输入信息和进行输出，而对于NT 用户还可以应用Visual Basic来定义更为复杂成熟的输入输出面板，还可以给宏关联一个图标，并置入CATIA 显示框架。CAA V5 可以做精致的交互命令，这些命令可以分组归入工作台（workbench）并展示精美的面板，且能够实现Undo/Redo。智能构件和CAA V5可以用来实现企业标准的约束检查。用户定义特征和CAA V5 都可以事后定义新的特征，而产生和其它DS特征平等的特征。要扩展已经存在对象的行为，则要CAA V5 才能实现。和外部系统通讯可以通过格式输入输出实现。而CATIA 也是自动化的服务器，在NT 下，可以通过自动化接口进行与外部通讯。CAA V5 提供一个称为Backbone 的通讯总线结构，该总线通过封装底层的通讯技术实现高层异步通讯。 对于用户定义特征和智能构件，只需要用户具备CATIA V5的知识就可以进行开发；而对于自动化应用接口和CAA V5，还需要用户分别具备VB的开发能力、C+(或Java)的开发能力，同时还需具备COM 的基本知识。 CATIA的几种二次开发方式中主要用到的是后四种，它们对开发人员的要求层次大致如图113所示：图11 CATIA不同二次开发方法2 软件介绍2.1 CATIA介绍 CATIA（Computer Aided Three & Two Dimensional Interaction Application System，计算机辅助三维/二维交互式应用系统）是法国达索飞机公司开发的高档CAD/CAM软件。目前在中国由IBM公司代理销售。CATIA软件以其强大的曲面设计功能在飞机、汽车、轮船、机械制造、电子、电器、消费品行业被广泛应用它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，满足了工业领域各类大、中、小型企业的需要。世界前20名的汽车企业有18家采用CATIA作为其核心设计软件。世界上已有超过13 000个用户选择了CATIA，其中包括波音、克劳斯勒、宝马、奔驰、本田、丰田等著名企业。波音公司用CATIA完成整个波音777的零件设计和电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而业确定了CATIA在CAD/CAE/CAM行业的领先地位4。 CATIA软件运行在工作站的版本系列为4版本，由于其许多造型工具能利用不同的方法实现类似的造型效果，使用户必须在严格掌握各种工具的细微差别的基础上才能正确的选择。所以对于工作站版本，往往需要专业的培训才能掌握。达索公司也通过推出一些更专业的软件包方便用户使用。 如今达索公司又推出了CATIA V5版本，该版本能够运行于多种平台，特别是微机平台。这不仅使用户能够节省大量的硬件成本，而且其友好的用户界面，使用户更容易使用。从CATIA软件的发展，我们可以发现现在的CAD/CAM软件更多的向智能化、支持数字化制造企业和产品的整个生命周期的方向发展。 CATIA V5系统特点参数变量化建模器，CATIA V5是3D参数变量化建模软件，它允许用户添加参数或尺寸以驱动模型的创建和加工，以此来捕捉设计意图。通过捕捉和维护用于定义模型的元素，参数和尺寸之间的关系的设计意图，参数化可增零件的智能化水平。这有利于新设置更新模型，但仍然保持设计的初始意图不变。 在CATIA V5的强大功能支持下，用户可以对几何体进行参数化，包括实体，曲面，线框和结构特征。整体设计或部分设计都进行参数化，这在快速设计开发中具有更大的灵活性。在产品的设计过程中，用户随时可以添加或者删除尺寸。为模型标注尺寸和施加约束时，用户的选择是开发健壮模型的关键。 一旦对模型进行了参数化，用户就可以输入新的参数值并更新模型，以此来已有设计的几何形状。模型更新就会将几何体驱动到新的位置。另外，基于参数的建模方式允许由实体建模实体，诸如孔，圆角，凸饰，型腔等，与指定的边或面关联。当这些边或面因为某次更新而移动时，这些部件会跟随移动，从而维持初始的关系。 工作台产品，在CATIA V5环境中经常使用工作台（Workbench）这个术语。工作台就是应用模块中的工作环境，用户可以使用一些独特的功能来创建几何体并对几何体进行操作。多数的工作平台就是应用模块的特例。但是，某些工作台（如草图工作台）却结合在多个应用模块中。 CATIA V5采用了多种支持组件技术的软件技术如：JAVA、COM/DCOM、CORBA等，内部模块全部用CNEXT（CATIA 内部使用的一种C+语言）实现，结构单一。提供了多种开发接口，支持C+/JAVA、Automation API ，支持各种开发工具：CAA C+，JAVA ，VB，脚本语言。采用单继承，对象之间关系明确，体系结构严谨，维护容易。根据CAD软件的特点和实际需要，CATIA 的设计模式比较简单，主要有工厂模式、层模式等。在面向对象的编程中，工厂模式是一种经常被使用到的模式。根据工厂模式实现的类可以根据提供的数据生成一组类中某一个类的实例，通常这一组类有一个公共的抽象父类并且实现了相同的方法，但是这些方法针对不同的数据进行了不同的操作5。 CATIA中的具体实现如下例所示： 如要做一条垂直于曲面的线，由对象继承关系如下 CATBaseUnknown       CATBaseDispatch        AnyObject           HybridShape          Line          HybridShapeLineNormal CATIA V5所提供的工作台与相关产品远远超出了本文的介绍范围。主要的平台有如下：产品结构（Product Structure），草图（Sketch）， 零件设计(Part Design)， 线框和曲面(Wireframe and Surface Design) ，装配设计(Assembly)，工程图(Drawing)。CATIA V5的设计理念是基于将数字化产品和产品开发的生命周期结合在一起的概念。这款软件已经被彻底的重新设计，并将主要的技术提供给工业。CATIA V5提供了全新的过程结构，该结构利用一套独特的软件开发工具进行开发，和针对Microsoft Windows环境进行优化。用户界面全部重新设计为基于工具栏，图标和驱动式快捷菜单的样式。这种基于图标的新菜单结构有利于缩短用户的学习周期。 CATIA V5最成功的地方在于各种工作台的相互结合与GUI的无缝集成。实体主要是由草图的特征和修饰特征进行创创建，从而它比CATIA以前的版本具有强大的功能。2.2 Visual Basic介绍 Visual Basic的简介Visual Basic,简称VB，是Microsoft公司推出的一种Windows应用程序开发工具。是当今世界上使用最广泛的编程语言之一，它也被公认为是编程效率最高的编程方法之一。无论是开发功能强大、性能可靠的商务软件，还是编写能处理实际问题的实用小程序，VB都是最快速、最简便的方法6。 Visual Basic 中的“Visual”指的是采用可视化的开发图形用户界面（GUI）的方法，一般不需要编写大量代码去描述界面元素的外观和位置，而只要把需要的控件拖放到屏幕上的相应位置即可；“Basic”指的是BASIC语言，因为VB是在原有的BASIC语言的基础上发展起来的，至今包含了数百条语句、函数及关键词，其中很多和Windows GUI 有直接关系。专业人员可以用 Visual Basic 实现其它任何 Windows 编程语言的功能，而初学者只要掌握几个关键词就可以建立实用的应用程序。 VB提供了学习版、专业版和企业版，用以满足不同的开发需要。学习版使编程人员很容易地开发Windows和Windows NT的应用程序；专业版为专业编程人员提供了功能完备的开发工具；企业版允许专业人员以小组的形式来创建强健的分布式应用程序。 Visual Basic的功能十分强大，它是一种强大的语言，即您所能想到的编程任务，它基本都能完成。从设计新型的用户界面到利用其它应用程序的对象；从处理文字图象到使用数据库；从开发个人或小组使用的小工具，到大型企业应用系统，甚至通过 Internet 的遍及全球分布式应用程序，都可在 Visual Basic 提供的工具中各取所需。 VB是微软公司的一种通用程序设计语言，包含在Microsoft Excel、Microsoft Access等众多Windows应用软件中的VBA都使用VB语言，以供用户二次开发；目前制作网页使用较多的VBScript脚本语言也是VB的子集6。 VB在目前各种编程语言共存的时代仍然以其出色的性能和长久以来积累下的大量用户而在同行业中占据重要地位。VB从1991年诞生之日起到现在已经有七个版本了（最新.NET版）这么高的更新率，不外乎说明两个问题：用户对VB的热衷，微软对VB的重视。不可否认微软对市场的预测能力是极为高明的，而它强大的技术、财力支持也使它在许多以前未进入的领域，在不长的时间内有成为最有力的竞争对手。 VB语言在学习上更是有其独特的优势，特别是对初学电脑编程或者这是利用编程做一些其他工作的辅助工作。如果你是一个对编程一无所知，而又迫切希望掌握一种快捷实用的编程语言的初学者，那选择Visual Basic没错的。它的快捷的开发速度，简单易学的语法，体贴便利的开发环境，是初学者的首选。VB的语法的和QBASIB语言是基本相同的，也就是说它的语法是最容易被初学者所接受的。另外VB提供的是可视化的开发环境，我们可以象搭积木一样构建出程序的界面，而且VB提供了丰富的控件组，省去了我们自己写代码实现这些效果的麻烦，这样我们就能把更多的精力放在程序功能的实现上，所以VB学起来简单，用起来方便6。 CAD软件的二次开发对工程师的综合能力要求很高，但是通常具备CAD应用经验的工程师往往不具备软件开发经验和软件开发语言，这也是现在CAD软件二次开发方面发展多集中在少数高校和研究所的原因。而VB的简单易学，以及其可视化的开发界面对参与CAD二次开发的人士而言是个很不错的选择。 Visual Basic的特点 Visual Basic极大地简化了界面的设计，它使程序员可以直观地设计应用程序的用户界面。通过事件驱动机制，用户在界面上的任何操作都自动被映射到了相应的处理代码上。这样，程序员可以将精力集中在程序功能的实现上，无须像以前那样需要耗费大量的精力为界面编写代码。例如：当用鼠标单击一个按钮时，用户并不需要知道这个过程是怎样发生的，或者这个过程的代码是什么，而只需写一段代码来告诉计算机单击按钮时要执行什么命令。因此，在程序设计中Visual Basic比以往的各种工具都简便，快速。 Visual Basic还提供了OLE(Object Linking and Embedding,对象的链接与嵌入)功能。也就是在应用程序里，可以通过控制其它应用程序中的对象来借用他们的某些功能。例如，建立一个Visual Basic应用程序，在这个程序中，可以使用Microsoft Excel建立一个计算器，用Microsoft Word 建立一个报表。 另外，Visual Basic6.0中的数据访问特性，允许对SQL Server 和其他企业数据在内的大部分数据库格式和前端应用程序，以及可调整的服务器端软件。Visual Basic是一种基于对象的程序设计语言。一个Visual Basic程序由众多的对象以及各种事件的代码组成。当用户对对象进行操作时，就产生特定的事件。对象在某些特定的条件下也会自动产生事件。当事件产生时，Visual Basic程序就自动调用相应的代码来处理。可以说，应用程序在运行的过程当中，始终在等候事件的产生并做出响应，直到用户结束整个程序为止6。 Visual Basic程序的主体是众多的对象，也就是窗体、控件、菜单等。当用户在某个对象上进行某些操作时，比如在命令按钮上进行单击鼠标，就会在这个命令按钮的对象上激发一个鼠标单击事件。一般来说，用户的操作都是有目的的，应用程序该响应用户的操作，也就是说，程序员应该编写代码处理这些事件。3 车用弹簧的设计和加工技术 车辆悬架弹簧的特征是除足够的疲劳寿命外，其永久变形要小，即抗松弛性能要在规定的范围内，否则将发生车身重心偏移。同时，要考虑环境腐蚀对其疲劳寿命的影响。随着车辆保养期的增大，对永久变形和疲劳寿命都提出了更严格的要求，为此必须采用高精度的设计方法。有限元法可以详细预测弹簧应力对疲劳寿命和永久变形的影响，能准确反映材料对弹簧疲劳寿命和永久变形的关系。近年来，弹簧的有限元法设计方法进入实用化阶段，出现了不少有实用价值的报告，如螺旋角对弹簧应力的影响；用有限元法计算的应力和疲劳寿命的关系等7。 对于相同结构的弹簧，在相同载荷作用下，有效圈少的或螺旋角大的应力弹簧的应力，两种方法得出的结果差别比较大。这是因为随着螺旋角的增大，加之载荷偏心，使弹簧外径或横向变形较大，因而应力也较大。用现行的设计计算方法不能确切地反映，而有限元法则以较为确切地反映出来。另外，在弹簧的设计过程中还引进了优化设计。弹簧的结构较为简单，功能单纯，影响结构和性能的参变量少，所以设计者很早就运用解析法或图解分析法寻求最优设计方案，取得了一定成效。随着计算技术的发展，利用计算机进行非线性规划的优化设计，取得了成效。可靠性设计是为了保证所设计的产品的可靠性而采用的一系列分析与设计技术，它的任务是在预测和预防产品可能发生故障的基础上，使所设计的产品达到规定的可靠性目标值。是传统设计方法的一种补充和完善。弹簧设计在利用可靠性技术方面取得了一定的进展，但要进一步完善，需要数据的开发和积累。随着弹簧应用技术的开发，也给设计者提出了很多需要注意和解决的新问题。如材料、强压和喷丸处理对疲劳性能和松弛性能的影响，设计时难以确切计算；要靠实验数据来定；又如按现行设计公式求出的圈数，制成的弹簧刚度均比设计刚度值小，需要减少有效圈数，方可达到设计要求7。 目前，机械弹簧的加工设备和加工生产线向着数控(NC)和计算机控制(CNC)化的深度和广度发展。但随着弹簧材料和几何形状的变化，加工工艺亦有发展。变弹簧外径、变节距和变钢丝直径(三变)悬架弹簧实现了无模塑性加工。自三变弹簧开发以来，一直采用锥形钢棒在数控车床上卷绕加工，但成品和价格均不理想。现必为加热状态下通过卷簧机，控制轧辊速度和拉拔力，获得所需要的锥体形状，并用加工余热进行淬火；中空稳定弹簧杆采用低碳硼钢板，卷制焊接成形；扭杆采用高纯度的45 钢，经高频淬火获得表面的高硬度和较大的剩余压缩应力，从而提高疲劳寿命和抗松弛能力；电子产品广泛应用的片弹簧基本上采用冲压和自动弯曲加工成形。目前主要是发展复合材料的接合技术；气门弹簧主要发展多级喷丸和液体氮化工艺，以改善表面剩余压应力，提高疲劳寿命。在汽车上弹簧用量较大。车用弹簧主要是向高强度方向发展，以减轻质量7。 参考文献1龙峰,樊留群.CATIA V5二次开发技术探讨C.计算机应用，20042唐俊,龙坤.CATIA V5 R14 中文版实例教程M.北京：清华大学出版社，2005.53李自胜,朱莹,向中凡.基于CATIA软件的二次开发技术J. 四川工业学院学报，2003.22（1）：16-184胡挺，吴立军CATIA二次开发技术基础M北京：电子工业出版社，20065曹岩CATIA V5 工程应用教程M.西北工业大学出版社，20096刘天惠等.Visual Basic程序设计教程M.北京：清华大学出版社，2006.27陆刚车用弹簧及其发展透视D城市车辆，2008(7)：49-538王宗荣，左敦稳基于CATIA的工程图图框、标题栏和明细栏快速生成技术C中国制造业信息化，2006，（11）：58-619朱玉用VBA编程生成涡轮蜗杆三维实体模型机械研究与应用D2004(8):74-7510王智明，杨旭知识工程及专家系统M北京：化学工业出版社，200611张萌CATIA机械结构设计M北京：机械工业出版社，200612吉林大学汽车工程系编著汽车构造(下册)(第五版)M北京：人民交通出版社，200613许文超，黄翔，李迎光明细表对象化自动生成技术研究A2007(5)：8-1014盛选禹,张宏伟. CATIA机械设计命令详解D. 哈尔滨工业大学出版社，200515汪曾祥,魏先英,刘祥至.弹簧设计手册C.上海科学技术文献出版社，1986.7 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1 要研究或解决的问题（1）车用弹簧设计计算。（2）机械弹簧二维及三维参数化建模。（3）用VB语言对CATIA零件实体设计的语言描述。（4）用CATIA编程实现弹簧的实体建模。（5）用CATIA编程实现零件三维转换工程图。2.2 拟采用的研究手段（途径）（1）多搜索查阅中外文文献，熟练掌握车用弹簧的设计及计算方法。（2）通过深入研究catia二次开发技术基础等参考文献熟练掌握catia三维制图方法及宏的录制和编辑应用。（3）通过认真学习VB程序教程，回顾并深入掌握VB程序的编写及调用。（4）不断练习探究，实现CATIA编程零件三维转换工程图。2.3课题设计思路（1）通过查阅弹簧资料, 熟练掌握机械弹簧二维及三维参数化建模。（2）反复练习VB语言编程，熟练使用VB语言进行CATIA实体设计。（3）使用CATIA编程实现弹簧的实体建模和零件库的程序编写。（4）使用CATIA编程实现车用弹簧三维转换工程图控件的程序编写，完成课题并撰写毕业课题说明书。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 2011年 3月25 日所在专业审查意见： 负责人： 2011年 3 月27 日