基于Pro/E二次开发的光纤线包参数化设计*

马保吉，刘　涛

(西安工业大学 机电工程学院，陕西 西安 710021)



基于Pro/E二次开发的光纤线包参数化设计*

马保吉，刘涛

(西安工业大学 机电工程学院，陕西 西安 710021)

由于几何参数不同的光纤线包结构相似，所以在设计过程中会造成不必要的重复劳动，设计周期较长，成本高，而且设计过程中出现错误的概率比较大，可能使相同的问题反复出现。这不仅导致人力资源的浪费，而且制造的零件存在不能装配等一系列后续问题，该类问题的存在，严重阻碍了新产品的研究与开发。基于Pro/E二次开发可以解决上述问题，为光纤线包的设计提供了软件支持，并为光纤线包后续的有限元分析奠定了基础。

参数化；Pro/E；二次开发

光纤线包由于光纤具有信息量大、频带宽、功耗低、自身辐射小和抗干扰能力强等优点而被广泛应用于光纤制武器[1-2]。由于光纤线包在使用过程中不能发生线包整体滑脱、线间纠缠和断裂等问题，所以上述问题是光纤线包设计过程中应主要考虑和解决的。

光纤线包通常需要紧凑的结构和较高的质量，因此，根据不同的要求，灵活地改变光纤线包的结构显得尤为重要。这就需要经常查阅相关的理论、方法和数据等资料，其中大部分理论、方法和数据都是经过了大量的实验以及工程归纳，这些方法不仅浪费人力物力，而且效率低。基于Pro/E软件二次开发的参数化建模不仅可以方便相关参数的修改来满足不同的要求[3-4]，而且可以联合使用ANSYS强大的热力学分析功能，以进一步改善结构来满足相应的要求。Pro/E软件与ANSYS软件分别是CAD和CAE领域的典型代表，Pro/E软件的机械设计模块是一种高效的三维建模工具，ANSYS软件具有强大的网格划分、施加载荷、求解和后处理功能以及良好的开放性，但ANSYS功能的几何模型相对较弱；因此，应用ANSYS软件建立光纤线包装配模型将是一个非常繁琐的过程。

借助Pro/E软件强大的建模功能和其二次开发模块对光纤线包进行参数化建模，通过修改参数变量中相应的参数来快速生成一个新模型，很适合光纤线包以及其他零件的设计，有利于后续的热力学分析，可以大大提高设计效率。

1　Pro/E软件的参数化设计原理及方法

Pro/E软件通过标准数据交换格式，使用户可以获得更多其他的功能模块来增强软件的功能。该系统的参数化功能采用符号类型字符来构成尺寸，不像其他系统直接指定一些固定值形式，使设计者可以任意建立形状和大小之间的关系功能。当任意参数改变时，同时其他相关特征也会得到修正，该功能更方便于几何模型的修改。

1.1设计特点以及参数化设计

通常而言，参数化技术是指零件模型的结构的设计，通过改变模型结构中1个或多个几何尺寸，自动实现模型中的其余相关部分修改，进而完成对整个模型的创建过程。大多数模型大小的控制是通过修改尺寸来驱动的，因此，参数化设计也叫尺寸驱动。参数化设计技术以其强大的草图设计、尺寸驱动和图形修改功能，使得系列化设计、初始设计、产品建模与改进方案对比以及动态设计成为更有效的设计手段。工程类设计人员采用参数化技术，可通过改变几何尺寸生成新的模型提高设计效率，避免繁琐的重复工作，因此，参数化技术成为专业化设计中的重要研究内容。

1.2基于特征的参数化建模

直接用特征来定义零件的几何结构，模型由特征生成。用户可以利用Pro/E软件的基本特征，由二维轮廓生成三维模型，再利用弧、拔模等特征对三维模型进行更进一步的修改，得到最终结果。通过给出的特征参数集，对参数进行修改来驱动三维模型的变化，最终成功达到参数化设计的功能，实现产品的研发。

Pro/E软件使用用户熟悉的元素作为产品几何模型的结构，这些特性是一些常见的机械结构，很容易根据预置来修改。

1.3Pro/E装配与动态仿真[5]

零件装配和机构仿真是Pro/E软件的重要功能。零件装配与机构仿真是对设计者设计意图的直观表达，可以通过动态仿真来检验机构是否合理。总之，这些功能为设计者提供了重要的帮助。在产品装配模块中，Pro/E软件对产品的装配和机构进行仿真分析提供了约束装配和连接总成[6]等2种不同的装配方法。

1)约束装配。对普通产品进行装配时，不管相关机构运动的参照或某些组件是否经过修正，都可以使用组件之间的约束进行装配。

2)连接总成。连接与装配中的约束不同，连接具有一定的自由度。连接的目的是定义组件采用的放置约束类型，限制主体间的相对运动，确定一个组件在机构中可能出现的运动类型，进而实现装配环境下各组件之间连接后机构的运动仿真。

1.4装配管理

装配也是二次开发中一个非常重要的内容。Pro/E软件的基本结构简单，很容易使用一些直观的命令，例如接触、插入和对齐等，根据设计要求很容易把零件装配到一起。Pro/E软件先进的功能，支持大型复杂零件装配，并且装配中的零件也不受限制，这是Pro/E软件装配中最基本的内容。Pro/E软件的装配功能有选择装配和自动装配等2种类型。选择装配就是在装配过程中，手动选择元件装配到当前组立中，并选取若干参照、约束以便成功装配；自动装配就是2个部分的综合，其主要运用了装配，然后用程序来实现元件约束的自动选取，来提高装配效率，而组立中约束的选取仍要采用手动选取。自动装配的应用比较广泛，也是标准化设计全自动化的基础。

1.5元素的遍历与干涉

在一个装配体中，元素的遍历是很常见的，遍历时的主要问题是应正确区分子装配和元件，从而保证总装配体下的每一个元件都能被有效地访问到。

零件的干涉检查也是一项重要的内容，虽然Pro/E软件提供了相关功能，但对于某些模型还不够，此时就需要自己编写干涉检查的函数。

2　参数化建模与尺寸驱动[7]

约束也是参数化技术中重要的一部分，它在参数化设计中表现为某些元素之间必须满足的1组或多组关系，分为工程约束和几何约束。工程约束被定义为几何元素之间固有的某种约束关系，它包括制造、功能以及逻辑约束关系等，在表达设计过程和设计要求上有着重要意义。几何约束又可分为尺寸约束和结构约束。结构约束被认为是几何元素之间的一种拓扑关系，如平行、垂直等；尺寸约束意思是几何元素的位置和大小，包括长度、距离等，它也是参数化设计过程中的驱动对象，通过改变参数值来驱动，从而实现参数化设计，因此尺寸约束是可变的，对尺寸约束可以进行标注，并且能够显示出来。

对于参数化生成的特征模型，不仅表达了形状特征信息，而且还记录了特征依存关系与生产方法。尺寸和公差即包含在特征中的特征属性信息，形状和位置特征即形状特征参数修改和定位。根据设计意图，它会通过改变其他特征来实现整个模型的修改，这就是基于特征参数化设计[8]的基本思想。

特征参数是隐藏的，当参数被修改，它就会从隐藏到显示自动生成，当特征表面生成时，可以设置依赖项、尺寸和公差。由于位置特征、形状和尺寸被定义为参数，通过依赖修改尺寸参数，系统会根据约束自动检索出对应的参数值和相应的数据结构，根据给定的相关参数方程组，计算出所需的尺寸，然后驱动几何图形发生改变，从而达到修改形状和位置特征的目的。

3　Pro/E与传统二维CAD软件的比较

传统的计算机辅助设计系统[9]主要是为提供设计工具，但它缺乏分析问题和解决问题的能力，并且只适用于解决算法问题或确定任务类型。机械产品设计不仅涉及一系列的公式、许多设计标准和规格以及映射技术，而且使用在许多非数字的经验知识中。传统的二维CAD系统起源于计算机图形学，其智能模式并没有从自身的需要中吸取经验，大部分停留在电子板阶段。设计者使用二维CAD系统记录结果，但设计活动被限制在设计者的头脑中，当设计者使用二维CAD软件时，设计几乎结束了；因此，传统的二维CAD软件有很大的局限性，例如不能定义模型的约束关系，不能进行简单模型的分析等，恰好这些是Pro/E等三维软件的优点。

4　结语

在CAD软件的应用中，Pro/E软件的应用已取得了很大的进步，并广泛应用于各种行业，Pro/E软件的开发已达到国际领先水平，也受到了不同领域工程人士的青睐。在参数化设计方面，Pro/E软件提供了二次开发接口，大大提高了工作效率。

[1] 曹自强. 光纤制导技术及其应用[J]. 光子学报，2007，36(6):53-55.

[2] 吴顺正. 光纤特性与应用[M]. 台北：全华科技图书出版公司，1987.

[3] 张继春. Pro/ENGINEER二次开发实用教程[M]. 北京：北京大学出版社，2003.

[4] 吴立军，陈波. Pro/ENGINEER二次开发技术基础[M]. 北京：电子工业出版社，2006.

[5] 高霄汉，张予川.基于Pro/E二次开发技术的通用装配仿真过程的研究[J].计算机辅助工程，2004，12(1):50-54.

[6] 黄恺，李雷，刘杰. Pro/E参数化高级应用教程[M]. 北京：化学工业出版社，2008.

[7] 王新亮，杜玉红. 基于Pro/E的参数化设计[J]. 机电工程技术，2009，38(4):37-39.

[8] 金涛，陈敏，匡勇. Pro/ENGINEER软件的二次开发技术[J]. 昆明：昆明理工大学学报:自然科学版，2004，37(13):69-72.

[9] 李咏红. Pro/Engineer的参数化零件二次开发研究与实现[J]. 中国测试技术，2005(1):101-103.

*兵器预研基金项目

责任编辑郑练

The Overview of Optic Fiber Cable Package Parametric Design based on the Secondary Development of Pro/E

MA Baoji, LIU Tao

(Institute of Mechanical and Electrical Engineering, Xi’an Technological University, Xi’an 710021, China)

Due to the different geometric parameters of optic fiber cable package structure similar, designing through different designers will cause unnecessary duplication of labor, long design cycle, high cost, and the larger probability of error, probably the same problem recurring. It causes not only the waste of manpower and resources, but also the existence of manufactured parts cannot be assembling and a series of follow-up problems. These problems will cause great resistance to the research and development of new products. The above problems can be solved by the secondary development of Pro/E. It will provide software support for the design of the optical fiber cable package, and lay the foundation for the subsequent finite element analysis of the fiber optic cable package.

parametric, Pro/E, the secondary development

TP 391.7

A

马保吉(1964-)，男，博士，教授，主要从事制导光纤技术等方面的研究。

2016-01-13