在雷达结构设计领域，Pro/E软件得到了广泛的应用，但随着工程技术人员对Pro/E应用层次的不断加深，对软件的个性化、专业化功能提出了更高的要求。通过定制开发，可以开发出适合企业产品的应用程序，提高产品的设计效率，加快产品的更新速度，从而提高企业的市场竞争能力。文中首先分析了Pro/E二次开发的必要性和存在的问题，之后结合自身的使用经验和体会，讨论了Pro/E软件在雷达结构设计领域定制开发的功能和实现途径，提出了定制开发的方向和基本思路，为Pro/E软件的推广与高效应用提供了参考。

　　引言

　　随着工程技术人员对Pro/E应用层次的不断加深，对软件的个性化、专业化功能提出了更高的要求。因此，如何根据企业特点，通过二次开发技术，定制适合本企业特点和使用要求的软件，增强软件的可用性，提高设计效率，缩短产品开发周期就显得尤为重要。

　　目前针对基于Pro/E二次开发，许多文献在参数化零件建模、参数化装配设计、数据集成管理、界面操作流程等方面进行了研究。王建强基于Pro/E支撑平台，开发出常用同类零件的参数化设计模块系统，通过该模块系统可以对同类零件实现设计与绘图一体化操作;顾翠等基于Pro/E二次开发，实现了卫星型号设计的快速建模与装配，通过系统运行实例表明了参数化装配设计的准确性和高效性;胡育辉基于Pro/E参数管理部分的二次开发，实现了Pro/E的集成、工艺手册与经验数据的查询及管理，增强了新产品研发功能;王力超等通过对Pro/E的二次开发，实现了对Pro/E现有功能的整合，将原有较烦琐的操作合并成简单的操作，方便了用户的使用。

　　但是由于各行业的业务流程不同，各自二次开发适用的原则、方向不一样，一些二次开发缺乏对企业需求的全面而系统的分析，不能真正满足实际的工程需求和发挥二次开发的作用。为了能够快速进行全面、系统且有针对性的二次开发，本文首先分析了二次开发的必要性和开发过程中存在的问题，之后结合自身多年的使用经验和体会，提出了Pro/E软件在雷达应用领域二次开发的方向和基本思路，为Pro/E软件的推广与应用提供了参考。

1、通用Pro/E软件的常见问题

　　Pro/E三维设计软件是通用的大型结构设计软件系统，因其具有直观、所见即所得、参数化等优点，在结构设计方面得到了广泛应用。但在实际的使用中尚存在一些问题，主要表现在:

　　1)部分界面不友好，操作繁琐，学习掌握困难;特定领域设计缺乏有效工具，对设计师软件水平要求高，如大装配问题、线缆铺设问题等。

　　2)缺少符合企业要求的快速设计工具，一切建模从零开始，重复劳动多，效率低下;对于一般的用户，大部分时间仅用到拉伸、打孔、旋转等功能，而对于许多中高级功能，因其操作繁琐、使用频率不高等原因，往往使用不熟、应用不多。

　　3)缺少智能化的模型检查工具，对建模规范、企业规范等的执行需要人工干预，效率低下;模型简化、干涉检查等工具使用效果不明显，与企业的实际要求有差距。

　　4)在全三维研制模式下，缺乏从设计到制造的数字化应用支撑平台。

　　由此可见，单纯依靠Pro/E软件自身的更新、完善和版本升级已不能满足设计工作的需求，须使用二次开发的方式，使软件能够更加符合企业日常设计工作的需要。如果能在此类通用软件的基础上，根据企业特点，定制开发出适合本单位产品设计的应用程序，减少重复劳动，无疑会大大提高本单位产品的设计效率，缩短产品的开发周期。

2、传统二次开发存在的问题

　　在进行Pro/E软件二次开发前，由于对企业特点、研发流程、设计需求、实现途径等内容缺乏全面的调查与分析，Pro/E软件二次开发的方向与重点常常与实际需求存在一定的偏差，开发出的软件往往不能真正发挥作用，主要表现在:

　　1)软件开发与实际工程应用脱节:软件开发者具有较强的软件编程水平和二次开发能力，但不了解实际的工程应用需求，只能泛泛地对一些通用功能进行开发，或者为了开发而开发，开发出的作品无真正的实用价值。工程实际设计者对软件的功能和工程实践了解深入，对二次开发的要求和方向十分清楚，但往往缺少时间、精力和专业的编程水平进行二次开发。因此需要两者结合，有效沟通，确定开发的内容和方向。

　　2)缺乏对本企业特点的系统分析和规划:二次开发存在零打碎敲的现象，开发的作品不系统、不全面，二次开发的方向与目标不明确。

　　3)不能适应不同的企业战略:在具体实施Pro/E二次开发前，缺乏对企业特点、企业所处行业的特点、企业的客户需求等因素进行具体分析，通过二次开发来满足企业需求的效果不明显。

　　4)用户企业特殊需要的开发不够深入:每个企业的研制过程、数字化应用平台不一样，对研制过程的管理与控制也是千差万别，对通用软件进行二次开发时往往对本企业的一些特殊要求开发不够深入，不能适应企业独特的需要。

　　不同行业对三维设计软件有着不同的需求，为提高Pro/E软件二次开发在雷达结构设计领域的应用价值，需对其二次开发方向进行针对性的实现性分析，以此促进Pro/E软件在设计质量上的提高和功能上的丰富，为现代雷达结构设计工作提供更加完善的、具有行业特点和针对性价值的工作平台。

3、雷达产品定制开发的方向

　　本文主要针对结构设计行业，尤其是雷达结构设计行业，对Pro/E软件定制开发的方向与实现途径进行分析和展望，希望能够通过定制开发，结合工程实际，提高设计效率，减少学习软件、掌握技巧等事务性工作在研发工作中的比例，让设计师有更多的时间从事技术上的思考、设计和创新。具体体现在以下几个方面。

　　3.1、快速设计类

　　在雷达结构设计领域，转接板、波导、铭牌、面板、齿轮、弹簧、轴承、型材以及标准件、外购件、通用件等是很常见的结构件，结构不复杂，设计简单。但由于缺乏必要的快速设计工具和手段，设计师在实际建模过程中往往需要从最基本的拉伸、切削等零起点开始，工作量往往不小，重复劳动现象严重。

　　3.1.1、转接板类

　　(1)问题分析

　　转接板是雷达上常见的部件，具有结构形式简单、开孔数量多，字符标识多等特点。转接板的设计本身没有什么难度，但工作量较大，其中孔的大小和位置、接插件代号和标识、接插件型号等需要一一对应，而Pro/E软件在处理文字方面的功能并不强，这些往往成为设计中最耗时的因素，而且容易出错，任何的差错既影响产品质量又影响产品的计划进度。典型转接板示例如图1所示。

　　(2)开发思路

　　若能通过软件二次开发，无需在板上事先开孔，只需在装配接插件时输入英文代号、中文标识，装配完后系统自动在板的指定位置开出与接插件型号对应的孔口，则能大大提高设计效率，降低重复劳动的比重。其他同类设备，如机箱、插件面板等同样可采取类似的方式，提高设计效率。

5、结束语

　　Pro/E软件二次开发对于提高设计效率、缩短产品研发周期等具有十分重要的意义。通过对Pro/E软件二次开发现状和雷达结构设计领域二次开发实现途径的分析与探讨，本文提出了雷达结构设计中Pro/E二次开发的重点、方向和实现方法，并从中总结出一些普遍性的经验。雷达产品二次开发实现方法的分析对提高Pro/E软件使用的效率、真正发挥二次开发的作用等方面具有重要的参考价值，使得Pro/E能够快速高效地发挥作用，使二次开发与实际工程应用相适应，对提高本企业产品的设计效率、缩短产品的研发周期、提高企业的市场竞争力等具有重要的意义。

　　分析了曲轴的结构和工艺特点，使用Pro/E软件进行了133型汽车曲轴的锻造工艺和模具结构的设计。该研究提高了生产效率，节省了材料，降低了生产成本。这能为同类曲轴锻模的设计提供理论依据。

　　在内燃机中，曲轴是承受冲击载荷、传递动力和转矩的关键零件。与内燃机的其他主要零件如机体、缸盖、连杆、凸轮轴等相比，曲轴零件在加工中也更加难以保证精度和质量。在使用过程中，因为曲轴随载荷不断变化，在高速运转中既要承受交变的应力，还要传递较大的扭矩，一旦损坏时，就会造成较为严重的事故。所以，对曲轴的生产，从材质的选择、加工方法、精度、热处理以及表面强化、动平衡等各个方面的要求都要十分严格。因此，不断改进曲轴的加工工艺和模具制造方法，最大程度上提高曲轴的寿命，具有非常重要的现实意义。

　　本文主要借助于Pro/E 这一大型的CAD/CAM/CAE 集成软件讨论某微型车上所用的133 曲轴的锻造工艺和模具设计方法。

1、曲轴锻造工艺概述

　　成形曲轴毛坯的方法有很多，具体根据曲轴零件的结构、大小、选用材料以及生产的批量、制造设备条件等因素来决定。无论整体式曲轴、曲柄组合式、半组合式等，零件毛坯的生产都是以锻造或铸造为主。一般说来，铸造可以得到形状较为复杂的曲轴，但是铸造曲轴在内部组织以及力学性能等都难以和锻造成形的曲轴相提并论。所以，要想得到强度高、使用寿命长的曲轴，选择锻造方式是必须的。其中采用热模锻压力机进行锻造是应用最为广泛的一种，因为这种手段能够节省材料和加工时间，有效提高曲轴的质量。

　　广泛应用于桑塔纳汽车发动机的133曲轴，材料为49MnVS3。它是一种非调质钢,由于其中含有较高的硫，组织结构较为稳定，硬度也十分均匀，而表面的硬度差别却很小，能够有效地改善切削加工性能，提高生产效率，延长切削刀具的寿命，大大降低加工成本。

　　133曲轴是一种形状较为复杂的四拐曲轴，带4个平衡块，机械加工后的零件形状及主要尺寸如图1。

图1 133 曲轴的三维模型图

　　这种曲轴适宜采用水平分模。由于其中的4个平衡块都不需要机加工，需要机加工的位置只有连杆颈、主轴颈和大小头的台阶轴等部位。但由于曲轴的锻造精度要求高，一般上下模的对称度要求臆0.3mm，甚至更高，所以锻造难度比较大。

　　由于大部分曲轴形状较为复杂，自成体系，在制造上和其他锻件的生产有着很大的区别，如果采用人工计算、设计曲轴锻件和锻模的方法，难度大、工序多，已经不能满足设计精度要求和市场的要求。特别是因为当前的生产不断向着高复杂、高精密、多品种以及设计制造的短周期方向发展，锻模CAD/CAM 技术越来越受到了重视和应用。本文采用Pro/E软件对133 曲轴的锻模进行设计。

4、结论

　　由于曲轴结构的复杂性，在锻模制造上也具有一定的特殊性。借助于Pro/E设计加工平台，不仅能够很方便地进行产品的造型，还能很方便地进行加工和制造。使用Pro/E 对以上曲轴锻模进行造型并进行数控加工，大大缩短了生产工期，在模具产品的质量上也有了相当大的提高，对于提高数控加工水平和生产效率具有十分重要的意义。

　　介绍了一种在Proe中设计柔性软管，使其更符合工程习惯的方法，该方法能使同一型号的软管总成在Proe中拥有多种弯曲形状，且明细表中只出现一个代号，而数量与实际使用相符。

　　Proe三维模型软件功能强大，在工程设计中应用越来越广。在设计过程中，感觉其管路模块，尤其是外购的柔性软管总成，使用不是很方便。对于扰性软管总成来说，某们大多是外购来装配使用的，同一型号的软管总成在同一装配图中可能会使用不止一根，而且位置和弯曲形状也不同。Proe中的管路模块并没有适合这种挠性软管的装配模块，装配过程比较麻烦，且该装配图生成的工程图的明细表中不能出现外购的该管总成，对负责采购的人员会造成困扰。笔者经过多方摸索，想出了一种解决这个问题的办法，供大家参考。

　　本文以液压的软管总成2SN18X1000DKOL-18-DN16/DKOL90-18-DN16(橡胶软管型号为2SN18，两端接头分别为DKOL-18-DN16和DN16/DKOL90-18-DN16，软管总成长度为1 000)为例，介绍一种方法，使同一型号的软管总成能在装配图中出现多次，且生成的工程图明细表中同一种软管总成只出现一次，而且数量为实际使用的数量。

　　文中的方法虽然以比较简单的方法使含柔性软管的工程图更符合工程习惯，但实际工程中，当柔性软管较短时，其两端的接头和受力状态固定后，软管的弯曲形状应是固定的，如何表现出自然的弯曲形状，需引入力学仿真分析，这需要继续深入研究，希望广大Proe 爱好者共同分享经验。

　　以直齿圆柱齿轮二级减速器为研究对象，在Pro/E平台上通过“自下而上”的模式建立其模型样板。在Visual Studio 2008编译环境下，以Pro/TOOLKIT和Visual C++9.0作为二次开发工具，创建了各主要零部件的参数化设计对话框，在此基础上，采用动态链接库方式成功开发出了基于Pro/E的人机交互主界面，增强了减速器产品设计的灵活性，为减速器参数化通用设计平台的实现奠定了基础。

　　引言

　　随着CAD/CAE/CAM技术的飞速发展，三维造型、参数化设计和虚拟现实技术等新概念、新方法已渗透到工程设计领域，使传统的结构设计模式正在发生深刻变化。减速器是一种典型的传动装置，在机械、汽车、电子、航空航天等领域被广泛应用。减速器结构复杂，研发过程涉及多个零部件的设计、制造及装配，传统方法只是一种针对固定结构尺寸的单一设计模式，一旦涉及到减速器的结构改进或产品改型，这种固有的设计模式不仅会大量地增加成本和人工，而且不能在较短时间内响应市场要求，在一定程度上制约了企业利润的增长。为了使减速器的设计更具灵活性，更好的适应产品改型及市场要求，本文以Pro/E提供的二次开发工具Pro/TOOLKIT为平台，在Visual C++环境下进行编程，成功开发出了一套基于Pro/E的减速器参数化设计人机交互界面。

1、参数化设计基本思路

　　参数化设计是一种使用几何参数快速构建和修改产品结构模型的方法。通过参数化设计技术，只要改变一个或多个重要参数就可以实现模型的更改和重建，与传统设计方法相比，参数化设计最大的不同在于存储了整个设计过程，能设计出一族而不是单一的产品模型。

　　Pro/E最早提出的全参数化设计(单一数据库)理念一直沿用至今，同时也被多款三维设计软件所借鉴，如UG、SolidWorks等。Pro/E具有十分强大的参数化设计功能，其主要特点是全数据相关、尺寸驱动设计修改、全尺寸约束。对于单一零件实体，可通过修改一个或多个设计参数来实现模型的驱动;对于由多个零部件组成的机械系统，可通过设立关系式及编写程序对其进行参数控制，从而实现对于装配体的参数化设计。

图1 参数化设计基本原理

　　如图1所示，Pro/E参数化设计的基本原理是采用三维模型与程序控制相结合的方式，在已有零件三维模型(原始模型)基础上，根据设计要求建立一组可以完全控制零件实体形状及几何尺寸的设计参数，同时建立模型参数数据库，并在Relation命令下定义各参数的约束关系。模型的重建不是由程序控制的，而是通过人机交互方式生成。利用Pro/E提供的用户化工具箱Pro/TOOLKIT开发出可视化用户界面，然后参数化程序对模型的设计参数进行编程，通过交互对话框实现模型数据的检索、修改和更新，最后生成新的模型。

2、二次开发流程

　　2.1、参数化设计的实现

　　要实现模型的参数化驱动，首先必须建立一个模型样板，对其设置合理的参数，并对这些参数进行命名和初始赋值，通过正确分析模型各参数之间的关联性来定义参数驱动关系，最后存模型作为参数化设计系统的原始模型。直齿圆柱齿轮二级减速器包含多个零部件，限于篇幅，本文仅以高速齿轮轴为例，对其参数化设计基本过程及交互界面的二次开发进行介绍。高速齿轮轴由轴和齿轮两部分构成，其模型样板如图2所示。

图2 高速齿轮轴模型样板

图3 【参数】与【关系】选项

　　对于轴的参数化设计主要包括各轴段的长度L、直径D、以及其他相关的特征参数，参数之间的相互约束关系是模型参数化驱动的依据。对于轴上齿轮的参数化设计，需分析多个结构参数之间的关系，包括：齿数、模数、压力角、分度圆直径、基圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、齿顶高系数、顶隙系数和齿宽等，根据这些参数之间的关系来区分设计模型的主动驱动参数和从动驱动参数。齿轮轴的模型样板建立完成后，通过Pro/E的参数选项对其设置约束参数并赋予初值，主动驱动参数设定为在交互界面上需要输入的参数，从动驱动参数与主动驱动参数之间的约束可通过关系选项来定义，如图3所示。

　　2.2、交互界面二次开发

　　选用Visual Studio 2008为编译平台，通过Pro/TOOLKIT与Visual C++9.0开发齿轮轴的交互界面。Visual Studio 2008是目前最流行的Windows平台应用程序开发环境，可以用它来开发多种Windows下的软件项目[6]。Pro/TOOLKIT模块有两种工作模式：同步模式和异步模式。由于异步模式代码复杂、执行速度慢，所以本文采用同步模式进行二次开发设计。在同步模式下，Pro/TOOLKIT必须与Pro/E系统同步运行，同步模式又包含两种运行模式：动态链接模式(DLL Mode)与多进程模式(Multiprocess Mode)。动态链接模式是将用户编写的C程序编译成一个DLL文件，使Pro/TOOLKIT和Pro/E在同一进程中运行，通过直接调用函数实现信息交换。多进程模式是将用户的C程序编译成一个可执行文件，Pro/TOOLKIT和Pro/E运行在各自的进程中，两者之间的信息交换是由消息系统来完成的。由于DLL模式的运行度快，函数调用及信息交换方便，因此本文选用同步模式下的动态链接模式。

图4 参数化设计交互界面

　　低速轴及中间轴的交互界面如图4所示，每个组合框控件都可以在定义范围内输入不同的数值，从而控制轴和齿轮的结构参数，如齿数、模数、轴段长度和直径等，参数设置完成后点“确定”按钮就可更新数据，生成新的齿轮轴模型。

3、人机交互主界面

　　完成各主要零部件的参数化设计及交互界面设计后，可将其集成到一个主界面上统一管理。本文采用“自下而上(Down-Top Design)”的设计模式，首先建立减速器各主要零部件的参数化模型，实现单个零部件的参数化尺寸驱动，在此基础上对其进行装配设计，装配完成的减速器整机模型如图5所示。建模过程考虑了标准齿轮的正确啮合条件及连续传动条件，由此保证了各零部件参数改变后减速器的传动关系及装配关系随之更新，避免了模型在重建时发生干涉及碰撞。

图5 减速器整机模型(Pro/E环境下)

图6 减速器参数化设计系统主界面

　　开发完成的减速器参数化设计系统主界面如图6所示，共包括11个主要零部件：低速齿轮轴、中间轴、高速轴、传动齿轮(3个)、端盖、密封圈、轴承、箱体座和箱体盖，各零部件之间通过单一数据库相互关联。当要更改减速器某个零部件的结构参数时，只需双击主界面上的位图按钮就会弹出相应的参数化设计对话框，例如图6中的标准件轴承，双击打开轴承参数化设计对话框，对于高速轴、中间轴及低速轴可选择不同的轴承型号，每个型号的径向尺寸d1、d2、d3、d4及轴向尺寸b1、b2、b3均不相同，点确定后Pro/E系统会自动更新数据库重建轴承模型，与此同时减速器系统也会自动更改与轴承参数相关联的结构尺寸，如轴颈、密封圈及箱体壁上的孔直径等。其余10个零部件也具有类似的参数化设计与关联性设计功能，鉴于篇幅不再熬述。通过人机交互主界面可以方便、快捷地对减速器多个结构参数进行同步修改，大大提高了工作效率与设计质量，为减速器的系列化设计与结构改进提供了支持，同时也为同类产品的参数化设计系统二次开发积累了经验。

4、结束语

　　本文将Pro/E的参数化技术应用于减速器设计，通过Pro/TOOLKIT工具箱与Visual C++9.0编译平台实现了减速器参数化设计系统的二次开发，成功创建了基于Pro/E的人机交互主界面，简化了减速器的设计流程，可方便、快捷的设计出用户所要求的减速器类型，大大减少了重复性设计工作。本系统运行稳定，可满足减速器零件库快速建模及产品系列化设计要求，为减速器参数化通用设计平台的实现奠定了基础。同时，对其他机械产品的参数化设计与通用平台开发提供了技术参考。

　　STEP中性文件是实现产品全生命周期信息表达与共享的重要方法，该文以旋转机械为研究对象，在对STEP中性文件及其数据结构进行分析的基础上，针对转子机械STEP中性文件，建立了其与c++的映射关系，通过词法分析模块对STEP中性文件进行分析处理，完成转子STEP中性文件c++的实例化，实现Pro/E与旋转机械CAE软件之间的无缝联接。

　　引言

　　STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data)标准是一套关于产品整个生命周期中产品数据的表达和交换的国际标准，通过一种不依赖于具体系统的中性机制，实现产品全生命周期中的产品信息数据表达的一致性和完整性。

　　随着制造业自动化的快速发展，STEP标准已经得到了普遍的重视和应用，特别是在航空航天、船舶、汽车等行业更是有了很大的发展。随着计算机技术的进步，各类CAD、CAM、CAPP、CAE软件促进了制造业自动化的发展。面对多种多样的CAX软件，需要找到一种通用的数据交互模式来解决异构环境下的数据共享问题，而基于STEP标准的中性文件可以很好的解决CAX软件之间的接口问题。国外许多研究单位，如Product Data Integration Technologies公司，Object Management Group等都在进行STEP方面的研究工作，现有专门支持遵循STEP标准的产品建模和产品数据交换的软件系统有Pro STEP和STEP tools。国内对STEP标准的研究处于探索发展阶段，国家技术监督局标准化所、航空625所、一汽和二汽合资创办了STEP产品数据技术中心(C-STEP);哈尔滨工程大学在STEP的AP201应用协议方面取得了一定研究成果;还有一些学者从微观上将STEP应用于Pro/E、有限元等软件进行下游开发。旋转机械是工程中广泛使用的一类设备，其动力学问题的分析方法与一般的机械结构动力学问题不同，为此，作者及其领导的课题组开发了旋转机械CAE系统。这是一款针对旋转机械设备动、静力学问题的特点专门开发的分析软件，可以分析转子的固有频率、临界转速、稳定性、不平衡响应等，也可以进行旋转机械设备的动平衡计算。

　　本文以旋转机械的转子为研究对象，在对基于STEP标准的中性文件进行结构分析的基础上，通过建立中性文件与c++之间的映射关系，实现中性文件c++对象的实例化，最终实现CAD与旋转机械CAE系统分析软件之间的无缝联接。

1、Step中性文件的结构

　　ISO 10303-21规定基于EXPRESS语言(ISO 10303-11)的产品三维模型(ISO 10303-203)的中性文件表达格式。STEP中性文件采用纯正文编码格式，以关键字ISO-10303-21开始，以关键字END-ISO-10301-21结束，由头部段(HEADER)和数据段(DATA)两部分组成[3]：头部段以关键字HEADER开头，以关键字ENDSCE结束，包含所用三维建模软件的相关信息。数据段是由EXPRESS定义的概念模式中实体的实例，以关键字DATA开头，以关键字ENDSCE结束，包含了产品的几何数据信息和拓扑关系。

4、结束语

　　针对特定的转子分析软件，通过对转子模型的STEP中性文件结构分析，建立其与c++之间的映射关系,在词法分析模块预处理后，按照其与c++间的映射关系，通过实例化程序完成中性文件的c++实例化。本文对于实现CAD与旋转机械CAE系统分析软件的集成有重要参考价值。