1 引言

    CATIA是一款集計算機輔助設(shè)計、制造、分析于一體的功能強大的軟件，其設(shè)計平臺多達(dá)60多個，貫穿了產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程，廣泛應(yīng)用于機械、飛機、汽車、造船和其他電子機械產(chǎn)品行業(yè)。二次開發(fā)技術(shù)提高了軟件的用戶化和專業(yè)化程度，它可以利用軟件的擴展功能，更好地為客戶服務(wù)，提高了工作效率的同時，也提升了產(chǎn)品的質(zhì)量。CATIA提供了諸多的二次開發(fā)接口，以及支撐這些接口的開放式的內(nèi)部程序，給用戶進(jìn)行產(chǎn)品的二次開發(fā)帶來了方便。本文結(jié)合CATIA的二次開發(fā)技術(shù)，以齒輪為實例，采用VB系統(tǒng)設(shè)計符合用戶工作習(xí)慣的界面，完成宏程序的執(zhí)行，可以方便快速地生成幾何形體。

2 CATIA二次開發(fā)技術(shù)介紹

    CATIA提供的二次開發(fā)的接口包括自動化編程(v5 Automation)和開放的基于構(gòu)件的應(yīng)用編程接口(CAA)。CATIA提供的二次接口通過兩種方式與外部程序進(jìn)行通信：一種是進(jìn)程內(nèi)的應(yīng)用程序方式(In-Process Application)，另一種是進(jìn)程外的應(yīng)用程序方式(Out-Process Application)。

    2.1 進(jìn)程內(nèi)的應(yīng)用程序方式

    進(jìn)程內(nèi)訪問就是程序腳本和CATIA是在同一個進(jìn)程內(nèi)運行的，簡單地說，是由CATIA自身的腳本來分析并執(zhí)行宏腳本命令的。宏腳本有3種類型：VBScript、CATScript和VBA腳本。進(jìn)程內(nèi)的腳本可以兼容Unix和Windows平臺。使用宏的方法為小型項目提供了一個快捷的途徑，可以完成一些比較簡單的二次開發(fā)，但是也具有一些局限性，比如功能有限，運行不方便，對話框等與CATIA界面風(fēng)格結(jié)合的不好等。基于CAA組件應(yīng)用架構(gòu)的開發(fā)方式則可以解決這些問題。

    2.2 進(jìn)程外的應(yīng)用程序方式

    進(jìn)程外訪問就是CATIA作為一個OLE(Object Linking and Embedding，對象連接與嵌入)自動化服務(wù)器，不調(diào)用程序腳本的運行。外部程序通過COM接口與CATIA進(jìn)行通信，可以用VBA腳本來訪問CATIA，也可以在VB程序中訪問CATIA。COM接口(Component Object Model，部件對象模型)）是一種二進(jìn)制語言兼容規(guī)范，它可以實現(xiàn)不同語言開發(fā)的組件之間的相互通信，使代碼可以重復(fù)使用，提高了編程效率。采用CATIA V5的自動化應(yīng)用接口和CAA V5的C++、Java應(yīng)用接口，可以實現(xiàn)人工交互功能。自動化應(yīng)用接口可以在操作界面調(diào)用VisualBasic系統(tǒng)的“InputBox”和“MsgBox”函數(shù)來獲取用戶的輸入信息和輸出結(jié)果，CAA V5則可以執(zhí)行更多的交互命令，并在工作臺將這些命令進(jìn)行分組，給用戶呈現(xiàn)一個快捷、精美的工作界面。

    2.2.1 CATIA V5的自動化應(yīng)用接口

    Automation技術(shù)是建立在COM基礎(chǔ)之上，由OLEAutomation發(fā)展而來的。Automation技術(shù)并不是直接獲取和處理數(shù)據(jù)，而是利用一個應(yīng)用程序?qū)α硪粋�應(yīng)用程序進(jìn)行操作，從而間接地利用組件對象的屬性獲取和處理數(shù)據(jù)。Automation技術(shù)包括server和client兩個方面。Automation server是一個提供了Dispatch接口的COM組件，而Automation client則是一個通過Dispatch接口與自動化服務(wù)器進(jìn)行通信的COM客戶。如果我們把CATIA看成是一個server，那么應(yīng)用程序則是client。CATIA Automation提供了許多進(jìn)行二次開發(fā)的API函數(shù)，還有一些專用數(shù)據(jù)常量。API(Application Programing Interface，應(yīng)用程序編程接口)是CATIA平臺內(nèi)預(yù)先編好的一組函數(shù)，實現(xiàn)與外界的通信功能，在Xl：Program Files\Dassauh Systemes\Bx2\iutel_a\code\bin目錄下可以找到這些文件（X1為CATIA安裝的盤符名稱，X2為CATIA的版本號）。不同類型的CATIA文檔對應(yīng)不同的API函數(shù)。借助自動化技術(shù)，數(shù)據(jù)常量在外部應(yīng)用程序和CATIA之間的傳遞過程，對應(yīng)用程序來說是不可見的。

    2.2.2 CAA V5技術(shù)

    CAA采用面向?qū)ο蟮某绦蛘Z言，而面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計因為其具有可復(fù)用性、抽象性、封裝性等優(yōu)點，已逐漸在軟件開發(fā)領(lǐng)域中占據(jù)主導(dǎo)地位。CAA采用COM技術(shù)，它首先連接到CATIA的COM接口，然后調(diào)用CATIA最底層的API，運用OLE技術(shù)對組件對象進(jìn)行程序集成并彼此進(jìn)行連接，使COM對象具備了更好的模塊獨立性和可擴展性，使CAA的程序設(shè)計趨于標(biāo)準(zhǔn)化，程序的代碼更加簡潔。

3 齒輪的參數(shù)化設(shè)計

    利用Visual Basic進(jìn)行CATIA二次開發(fā)時，為了簡化程序的編制，以及充分利用CATIA提供的二次開發(fā)功能，往往需針對零件利用CATIA的宏錄制方法獲取零件建模所需的宏命令，然后對所錄制的宏命令進(jìn)行相應(yīng)的修改，例如增加零件參數(shù)變量設(shè)置、與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接以獲取零件結(jié)構(gòu)參數(shù)等，這會節(jié)省很多時間。

    3.1 齒輪參數(shù)化建模

    齒輪的整個建模過程是基于參數(shù)化設(shè)計理念的，即將具有代表性的幾何形狀定義為特征，并將其所有尺寸設(shè)為參數(shù)變量，通過特征尺寸參數(shù)來生成特征實體，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)造更加復(fù)雜的零件模型。參數(shù)化設(shè)計通常采用尺寸驅(qū)動法，即在保證零件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變的情況下，把零件的尺寸參數(shù)定義為尺寸變量，并給出變量之間的約束關(guān)系。當(dāng)給定不同的尺寸值時，便可得到一組結(jié)構(gòu)相同而尺寸不同的零件。首先，將齒輪進(jìn)行特征分解，根據(jù)CATIA的功能特點，確定各特征結(jié)構(gòu)建立的順序，每一次所建立的特征結(jié)構(gòu)盡可能要簡單、規(guī)范，從而使復(fù)雜的零件由一系列基本特征結(jié)構(gòu)表示出來。在齒輪的參數(shù)化過程中，要按正確的順序建立各個特征，否則可能導(dǎo)致在CATIA中生成的參數(shù)驅(qū)動的模型與實際產(chǎn)品的尺寸不符。在進(jìn)行建模之前需要激活CATIA中的宏命令錄制功能，即“工具——宏——啟動錄制”，以獲得整個齒輪建模所需的宏命令流。模型建立完畢后．打開宏命令，并對其中涉及到的驅(qū)動尺寸進(jìn)行參數(shù)變量設(shè)定，使程序通過用戶自定義界面獲得驅(qū)動尺寸參數(shù)值后，對標(biāo)準(zhǔn)模型之間的約束關(guān)系進(jìn)行修改，從而改變特征的幾何或拓?fù)湫畔�，進(jìn)而修改相關(guān)模型及其之間的關(guān)系，生成所需要的零件。

    3.2 CATIA中齒輪參數(shù)化建模的實現(xiàn)

    CATIA中實現(xiàn)參數(shù)化建�？梢杂脜�數(shù)、公式、表格、特征等驅(qū)動方式。在本文中利用用戶參數(shù)和公式方法驅(qū)動圖形。CATIA不僅具有系統(tǒng)默認(rèn)的參數(shù)，還有用戶自定義參數(shù)。開發(fā)人員通過用戶自定義參數(shù)和公式的工具，可以方便、快捷地制定出滿足客戶個性化需求的各種各樣的參數(shù)以及聯(lián)系這些參數(shù)之間的公式。CATIA提供了以下諸多可供用戶選擇使用的參數(shù)：幾何參數(shù)（如：點、線、曲線、曲面等）、物理參數(shù)（如：長度、質(zhì)量、速度、溫度、密度等）、無量綱參數(shù)（如：整數(shù)、實數(shù)）、字符型參數(shù)及布爾型參數(shù)等40多種類型的參數(shù)。用戶自定義公式為CATIA中系統(tǒng)參數(shù)與用戶參數(shù)之間的通信建立了樞紐。開發(fā)人員者可以通過創(chuàng)建用戶自定義參數(shù)與三維模型特征參數(shù)之間的公式，使用戶自定義參數(shù)驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)而控制圖形的尺寸。

    3.3 用戶工作界面的設(shè)計

    用戶界面是實現(xiàn)人機交互的媒介，而一個友好的用戶界面，能夠使用戶方便快捷地進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)。使用VBA編程時，要按所實現(xiàn)的功能選擇合適的控件對象，也要合理布局控件對象在窗體中的位置。進(jìn)行界面設(shè)計時，主要就是把合適的控件按功能需要放到合適的位置并設(shè)置合適的屬性，用戶既可以保留VisualBasic系統(tǒng)為新創(chuàng)建的對象設(shè)置的屬性默認(rèn)值，包括對象的名稱、顏色、大小、位置等，也可以根據(jù)自己的需要，通過屬性窗口和代碼窗口對屬性進(jìn)行修改。完成界面的設(shè)計后，對那些需要與外部信息進(jìn)行交互的對象，如命令按鈕、單選按鈕、檢查框、文本框等，就可以在代碼窗口中編寫程序，以此來告訴控件對象需要響應(yīng)的事件。

    3.4 齒輪參數(shù)化設(shè)計程序開發(fā)

    首先，通過CATIA的知識工程模塊，利用系統(tǒng)參數(shù)和公式，建立齒輪三維模型與數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和整理，把那些能夠控制齒輪形狀的數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)化，通過對這些數(shù)據(jù)的更改實現(xiàn)齒輪模型的改變。采用VB語言編寫控制程序，通過人工輸入用戶自定義參數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞，以生成滿足條件的齒輪三維模型。齒輪設(shè)計程序界面如圖1和圖2。

圖1 界面設(shè)計

圖2 齒輪設(shè)計程序界面

    生成的齒輪模型通過上述方法編寫程序運行界面，輸入齒輪的主要控制參數(shù)，就可在CATIA運行環(huán)境中生成齒輪的三維實體模型。

4 結(jié)語

    在VBA語言的支持下，CATIA的所有模塊的基本功能，都可以通過自身豐富的二次開發(fā)的接口實現(xiàn)，在產(chǎn)品的虛擬建模方面具有很大優(yōu)勢。從上述實例中也可以看出，基于CATIA二次開發(fā)平臺的的齒輪參數(shù)化設(shè)計是完全可行的。用戶確定好齒輪的主要參數(shù)后，通過對設(shè)計界面的簡單操作，就可以實現(xiàn)齒輪三維模型的自動生成，省去了在CATIA中進(jìn)行重復(fù)的手工操作，縮短了產(chǎn)品造型設(shè)計周期，提高了工作效率。 

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