CN1928815A

CN1928815A - 基于模板的快速工程设计方法

Info

Publication number: CN1928815A
Application number: CNA2006101094444A
Authority: CN
Inventors: 陈海东; 张冶; 沈重; 赵雯; 李烁; 孔文秦
Original assignee: First Research Institute Of China Aerospace Science And Technology Corp
Current assignee: First Research Institute Of China Aerospace Science And Technology Corp
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2026-08-16
Also published as: CN100419677C

Abstract

基于模板的快速工程设计方法，通过二次封装实现对各类工程应用软件(或自研软件)的集成，构建工程应用软件类库，实现对工程应用软件的控制和调用；利用数据库技术和知识工程方法获取工程数据(包括工程规则、历史数据、工程方法、工程实例)，建立工程数据库，实现历史数据和工程经验与知识的固化。建立由模板代码和模板对话框构成的设计分析模板，模板代码负责调用工程应用软件类库和工程数据库，模板对话框负责进行人机交互，最终实现设计分析过程的自动化。由设计分析模板产生的统一模型具有统一的数据结构，同时与设计分析模板关联，受类库和数据库的约束。本发明提高了设计效率和质量，降低了研发成本。

Description

基于模板的快速工程设计方法

技术领域

本发明涉及一种基于工程应用软件二次封装技术与设计分析模板技术实现的快速工程设计方法，主要用于工程研发工作的设计和工程分析环节。

背景技术

目前产品的研发已经步入数字化阶段，方案设计和详细设计均在各类设计分析软件(CAD、CAE、CFD等)的辅助下完成，然而这些软件不能将工程经验、工程规则、工程方法等历史数据作为设计分析过程的依据。设计人员需要依照设计输入条件，查阅历史数据、文献、规范等技术资料，进行技术准备；归纳、总结、推理、分析，形成可选方案、进行方案优选和方案细化，采用设计分析软件建立设计模型和分析模型，开展工程设计工作，完成符合输入条件的最终产品设计。这一繁琐的设计分析流程已经成为研发效率进一步提高的障碍，另外不可避免产生人为差错，造成产品设计质量不稳定。

目前产品设计分析过程采用的工程应用软件均没有统一的模型表达方法，模型由工程设计人员自由构建，使得模型的共享和集成困难，造成了大量的低水平重复性劳动。许多成熟产品的设计分析仍需从头开始，工程技术人员无法从繁琐的低水平劳动中解放出来，用于产品技术创新的精力得不到保证。

为表达产品的多方面(结构学、动力学、气动学等等)特性，需要集成不同的工程应用软件。目前用于产品设计分析的应用软件集成方法分为两类：一是基于输入输出的功能集成，通过求解过程的连接实现模型的功能集成，该方法已经广泛应用于工程实践，取得了良好的效果，其缺陷在于：只能将模型作为整体实现集成，无法实现对建模过程、分析过程的控制；二是基于标准模型格式的模型集成，该方法广泛应用于CAX系统间模型映射，其缺点是必然造成数据丢失，无法实现模型的重构。

发明内容

本发明解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种用于产品开发的基于模板的快速工程设计方法，以提高产品研发质量和效率，降低成本。

本发明的技术解决方案是：基于模板的快速工程设计方法，其特征在于：主要包括工程应用程序类库和工程数据库、设计分析模板、统一关联模型三个步骤的构建，步骤如下：

(1)通过面向对象技术实现对各类应用程序(包括工程应用软件或自研软件)的二次封装。首先通过函数封装将工程应用程序函数转换为系统函数，实现对应用程序的驱动控制，包括应用程序的启动、建模、分析、输出过程，然后采用面向对象的方法将系统函数封装为对象类，并将封装好的对象类进行分类存储，构建工程应用软件类库；利用数据库技术和知识工程方法建立工程数据库(包括工程规则、历史数据、工程方法、工程实例)，实现各类工程知识和经验的获取，构建可扩展的工程数据库。

(2)建立由模板代码和模板对话框构成的设计分析模板，进行工程应用软件对象类和各类工程数据的运用，针对具体工程问题定义设计分析流程，实现设计分析过程的模板驱动自动化；

(3)调用已经建立的设计分析模板，给定设计分析模板的输入参数，执行模板的设计分析过程，根据模板的提示进行人机交互，最终生成统一关联模型，统一关联模型具有统一的数据结构，始终与设计分析模板关联，受设计分析模板的约束，可快速响应设计输入的变化。

所述的二次封装方法如下：通过函数封装将应用软件的API函数(或自研软件代码)转换为系统的内部函数，内部函数可供系统调用；利用面向对象的描述性语言建立对象类，并将系统的内部函数作为对象类的行为函数封装到对象类中。封装后的对象类可通过调用系统的内部函数间接访问应用软件的API函数(或自研代码)，进而实现设计分析过程的定义。

所述的模板代码主要由四个部分组成：加载部分，将本模板需要的类库和数据库单元加载到内存中；引用部分，将已存在的模板引用到本模板中，实现模板的重用；交互变量的定义，定义需要用户控制的变量；设计分析过程代码部分，调用对象类库和工程数据库，定义设计分析过程；模板对话框用来实现用户与模板代码间的交互，可以通过模板对话框查询和修改模型参数，驱动设计分析过程的重新运行。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明给出的二次封装方法可对工程应用软件的设计和分析过程进行控制，可根据需要集成各类工程应用软件，不是局限于某个学科领域，适用性和扩展性强。

(2)本发明给出的设计分析模板实现了对工程设计分析过程的封装和定义，通过对话框界面与最终用户交互，用户不必了解具体的设计分析过程，只需按提示给出相应的交互变量即可，系统将自动实现设计与分析，并建立符合输入条件的统一模型。可以辅助经验不足的工程技术人员顺利开展工作。

(3)通过建立包括应用程序对象类库、工程数据库以及设计分析模板，实现成熟方法与专家经验的固化，实现快速的设计与分析。一方面提高了工作的稳定性和质量，避免人为差错，另一方面提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明的系统构成示意图；

图2为本发明的二次封装示意图；

图3为本发明的模板代码示意图；

图4为本发明的实例1模板对话框；

图5为本发明的实例1统一模型；

图6为本发明的实例2模板对话框；

图7为本发明的实例2统一模型。

具体实施方式

如图1所示，本发明的系统由三个主要构件组成，利用面向对象程序设计方法进行应用程序或自研软件的二次封装，实现对应用程序或自研软件的驱动，包括应用程序的启动、设计过程、分析过程、输出等，并将封装好的对象类代码分单元存储，构建应用程序对象类库；同时利用数据库技术和知识工程方法建立工程数据库(包括工程规则、历史数据、工程方法、工程实例)；建立由模板代码和模板对话框构成的设计分析模板，进行对象类和工程数据库的运用，利用模板对话框进行人机交互，实现设计分析过程的知识驱动自动化。由模板产生的模型具有统一的数据结构，同时与设计分析模板关联，受其中对象类库和工程数据库的约束。

本发明以产品的快速概念设计和快速详细设计为目标，以VC++6.0为系统开发平台，集成了CLIPS6.23的描述性面向对象语言，以UG NX3.0为应用软件，按照给出的技术解决方案建立应用系统，建立快速工程设计系统的实施步骤如下：

(1)建立应用程序开发环境

软件系统框架以VC6.0为开发平台，负责各个模块的配置和管理；将CLIPS6.23源代码加入到开发环境中，CLIPS6.23提供描述性的面向对象语言，负责建立对象类；配置UGNX3二次开发环境，并利用API初始化函数进行初始化，UGNX3负责执行建模行为；

(2)对UG NX3中Open API函数进行二次封装，建立应用程序类库。工程数据库可采用各类商用数据库建立。应用程序采用API二次封装方法，以封装长方体建模函数为例说明API封装方法。首先通过函数封装将UG/API函数(UF_MODL_create_block1)转化为系统函数(block)，然后通过面向对象的类封装将系统函数(block)作为知识类的行为函数，建立block对象类，这样即可通过对象类的实例化驱动UG实现建模。

长方体的UG/API函数封装过程如图2所示，C++程序代码如下：

extern int block()

　　{

　　∥定义变量：

　　DATA_OBJECT temp；tag_t block_tag＝NULL_TAG；tag_t name_to_tag＝
        <!-- SIPO <DP n="4"> -->
        <dp n="d4"/>
　　NULL_TAG；

　　int err；

　　double origin[3]＝{0.0，0.0，0.0}；

　　char*sizes[3]＝{″5.0″，″5.0″，″5.0″}；

　　char*name_obj；

　　char*type_geo；

　　∥检查变量数目，是否与本函数变量数(8)匹配：

　　if(ArgCountCheck(″block″，EXACTLY，8)＝＝-1)

　　{return(1L)；}

　　∥获取第1个变量，为几何对象名称(name_obj)赋值：

　　if(ArgTypeCheck(″block″，1，SYMBOL_OR_STRING，&temp)＝＝0)

　　{return(1L)；}

　　name_obj＝DO To String(temp)；

　　∥获取第2个变量，为几何对象类型(type_geo)赋值：

　　RtnUnknown(2，&temp)；

　　type_geo＝DOToString(temp)；

　　∥获取第3-5个变量，为几何对象中心位置(origin[0，1，2])赋值：

　　RtnUnknown(3，&temp)；∥获取弟3个变量

　　origin[0]＝DOToDouble(temp)；

　　RtnUnknown(4，&temp)；∥获取弟4个变量

　　origin[1]＝DOToDouble(temp)；

　　RtnUnknown(5，&temp)；∥获取弟5个变量

　　origin[2]＝DOToDouble(temp)；

　　∥获取第6-8个变量，为几何对象尺寸参数(sizes[0，1，2])赋值：

　　RtnUnknown(6，&temp)；∥获取弟6个变量

　　sizes[0]＝DOToString(temp)；

　　RtnUnknown(7，&temp)；∥获取弟7个变量

　　sizes[1]＝DOToString(temp)；

　　RtnUnknown(8，&temp)；∥获取弟8个变量

　　sizes[2]＝DOToString(temp)；

　　∥利用已经获取的参数，调用UG/API函数实现长方体建模，并返回：

　　err＝UF_MODL_create_block1(UF_NULLSIGN，origin，sizes，&block_tag)；

　　err＝UF_OBJ_set_name(block_tag，name_obj)；

　　err＝UF_OBJ_cycle_by_name(name_obj，&name_to_tag)；

　　return(name_to_tag)；

　　}

经过长方体的函数封装，将UG/API函数(UF_MODL_create_block1)转换为系统可识别的系统函数(block)，然后将系统函数(block)作为对象类的行为函数，建立block对象类。对象类封装的代码如下：

(defclass block(is-a UGOBJ)        ∥定义类名称，block对象类

　　(multislot origin(default 000))    ∥位置参数声明
        <!-- SIPO <DP n="5"> -->
        <dp n="d5"/>
　　(multislot para(default 111))            ∥尺寸参数声明

　　)

　　(defmessage-handler block create()(block  ∥调用系统函数(block)

　　(dynamic-get name_obj)

　　(dynamic-get type_geo)

　　(nth$1dynamic-get origin)

　　(nth$2dynamic-get origin)

　　(nth$3dynamic-get origin)

　　(nth$1dynamic-get para)

　　(nth$2dynamic-get para)

　　(nth$3dynamic-get para)

　　))

(3)确定设计分析模板的数据结构，建立与之匹配的对话框，建立设计分析模板，具体方法在实例1中详细说明。

(4)系统建立后，可以通过封装不同的应用软件、加载不同的类库和数据库、设计不同的设计分析模板，执行不同的设计分析任务。以本系统为基础，构建如下两个应用实例。

实施例1

(1)类库扩展

利用API函数封装和对象类封装方法实现对象类库的扩展，使系统具有长方体、球体、圆锥、圆柱的建模能力。

首先利用函数封装方法建立如下系统函数：

extern int block(){……} ∥长方体函数

extern int sphere(){……} ∥球体函数

extern int cone(){……} ∥圆锥体函数

extern int cylinder(){……}∥圆柱体函数

……

在函数封装的基础上，利用对象类封装方法建立对象类：

(defclass block(is-a UGOBJ)(……)) ∥长方体block对象类

(defclass sphere(is-a UGOBJ(……)) ∥球体sphere对象类

(defclass cone(is-a UGOBJ(……)) ∥圆锥体cone对象类

(defclass cylinder(is-a UGOBJ(……))∥圆柱体cylinder对象类

……

(2)建立设计分析模板

设计分析模板包括设计分析模板代码和模板对话框。模板代码主要由四个部分组成：加载部分，用于加载本模板需要的类库和工程数据库单元；引用部分，将已存在的模板引用到本模板中，作为本模板的子模板实现模板的重用；交互变量的定义，定义需要用户控制的变量，这些变量将在模板对话框中供用户设定，或在模板执行设计分析过程中要求用户输入；设计分析过程定义部分，设计分析过程代码部分，调用对象类库和工程数据库，定义设计分析过程。

模板代码各个部分作用如图3所示，模板对话框与模板代码相对应，如图4所示。模板的代码结构如下：

∥模板名称：

　　Template Exa1

　　∥加载部分：

　　Load Exa1_cls.clp

　　Load Rule1.clp

　　Load Rule2.clp

　　……

　　∥引用部分：

　　Load Null  ∥Null表示为加载任何子模板

　　∥定义全局变量：

　　Double Dia_cyl 10-200

　　Double Lang_cyl 300-600

　　Double Lang_box 10-200

　　Double Weight_box 100-500

　　Double Height_box 10-100

　　∥设计分析过程定义部分：

　　(make-instance Missile_body_ch of cylinder    ∥建立圆柱体模型

　　(name_obj missile_body_ch)

　　(type_geo cylinder)

　　(origin 000)

　　(para Dia_cyl Lang_cyl)

　　)

　　(sand[Missile_body_ch]create)
　　
　　(make-instance Missile_nose of cone    ∥建立圆锥体模型

　　(name_obj missile_nose_ch)

　　(type_geo cone)

　　(origin 00(+(nth$2(send[Missle_body_ch](get-para))(nth$ 3 send

　　[Missle_body_ch](get-origin))))

　　(para(nth$2(send[Missle_body_ch](get-para))))

　　)

　　(send[Missile_nose_ch]create)

　　(make-instance Missile_nose of sphere    ∥建立球体模型

　　(name_geo missile_nose_ch)

　　(type_obj sphere)

　　(origin 00(+(nth$2(send[Missle_body_ch](get_para))(nth$ 3 send
        <!-- SIPO <DP n="7"> -->
        <dp n="d7"/>
[Missle_body_ch](get-origin))))

(para(nth$2(send[Missle_body_ch](get-para))))

)

(send[Missile_nose_ch]create)

(make-instance Missile_wing of block    ∥建立长方体模型

(name_geo missile_wing_block)

(type_obj block)

(origin 000)

(para(Lang_box Weight Height))

)

∥设定参数间关系

(send[Missile_wing_ch]put-origin(*-0.5(nth$1(send[Missile_wing_ch]

get-para)))(*-0.5(nth$2(send[Missile_wing_ch]get-para)))(+(nth$3(send

[Missile_body_ch]get-para))50)))

(send[Missile_wing_ch]create)

(3)交互式生成统一关联模型，模型可随着设计输入的改变而自动重新建模。统一关联模型的几何造型如图5所示。

实施例2

(1)对象类库和工程数据库的扩展，在系统基础上，实现对圆柱、孔、圆锥、布尔运算等建模特征的封装，同时建立设计过程中的算法库和规则库。

(2)建立设计分析模板，按照建模过程编写模板代码，并完成如图6所示的模板对话框。

(3)交互式生成统一关联模型，模型可随着设计输入的改变而自动重新建模。统一关联模型的几何造型如图7所示。

Claims

1、基于模板的快速工程设计方法，其特征在于：包括工程应用程序类库和工程数据库、设计分析模板、统一关联模型三个步骤的构建，具体步骤如下：

(1)通过面向对象技术实现对各类应用程序，包括工程应用软件或自研软件的二次封装，构建工程应用程序类库；利用数据库技术和知识工程方法建立工程数据库，包括工程规则、历史数据、工程方法、工程实例；

(2)建立由模板代码和模板对话框构成的设计分析模板，模板代码采用面向对象的描述语言，主要负责与模板对话框交换数据、利用工程应用程序类库和工程数据库实现模型实例化和设计分析过程的定义；模板对话框负责用户与系统间的各类交互；

(3)通过模板对话框，给定设计分析模板的输入参数，模板将自动执行已经定义的设计分析过程，并生成统一关联模型，实现基于模板的快速工程设计。

2、根据权利要求1所述的基于模板的快速工程设计方法，其特征在于：所述的二次封装方法如下：通过函数封装将工程应用软件的API函数或自研软件代码转换为系统函数，利用描述性的面向对象语言再将系统函数封装为对象类，在此基础上建立工程应用程序类库，封装后的对象类可访问工程应用软件的API函数或自研软件代码，实现对工程应用软件或自研软件代码的控制。

3、根据权利要求1所述的基于模板的快速工程设计方法，其特征在于：所述的模板代码主要由四个部分组成：加载部分，将本模板需要的类库和数据库单元加载到内存中；引用部分，将已存在的模板引用到本模板中，实现模板的重用；交互变量的定义，定义需要用户控制的变量；设计分析过程代码部分，调用对象类库和工程数据库，定义设计分析过程；模板对话框用来实现用户与模板代码间的交互，可以通过模板对话框查询和修改模型参数，驱动设计分析过程的重新运行。

4、根据权利要求1所述的基于模板的快速工程设计方法，其特征在于：所述的统一关联模型由设计分析模板产生，具有统一的数据结构，始终与设计分析模板关联，受设计分析模板的约束。