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1、第1章 绪 论1.1 选题的背景1.1.1 工程CAD技术的应用计算机辅助设计是用计算机硬件、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计、修改及显示输出的一种设计方法。同时它也是一门多学科的综合性应用新技术。直到90年代早期,使应用程序自动化还是充满挑战性的领域.对每个需要自动化的应用程序,人们不得不学习一种不同的自动化语言.例如:可以用EXCEL的宏语言来使EXCEL自动化,使用WORD BASIC使WORD自动化,等等.微软决定让它开发出来的应用程序共享一种通用的自动化语言-Visual Basic For Application(VBA),可以认为VBA是非常流行的应用程序开发语言VISUAL
2、 BASIC 的子集.实际上VBA是寄生于VB应用程序的版本。在CAD中，人与计算机密切合作，在决定设计策略、信息处理、修改设计及分析与计算等方面充分发挥各自的特长。例如计算机在信息存储与检索、分析与计算、图形作图与文字处理、以及代替人作大量重复枯燥工作等方面有特殊优点；但在设计策略、逻辑控制、信息组织及发挥经验和创造性方面，人将起主导作用。因此二者的有机结合必然能提高设计质量、缩短设计周期、降低设计费用。工程设计CAD是CAD技术的重要领域。目前，工程CAD过程是，把人的主导性和创造性放在首位，同时充分发挥计算机的优势，把二者结合起来，实行人机交互工作方式。1.1.1.1CAD技术在工程行业
3、的应用CAD即计算机辅助设计与制图，是指运用计算机系统辅助一项设计的建立、修改、分析或优化的过程。它是一个功能强大、易学易用、具有开放型结构的软件口不仅便于用户使用，而且系统本身可不断地扩充和完善。随着CAD技术的不断发展，其覆盖的工作领域也不断地扩大，如工程设计CAD项目的管理、初步设计、分析计算、绘制工程、统计优化等。1.1.1.2 CAD在钢结构上的应用目前在我国钢结构设计往往采用两步设计法，在完成结构分析和设计后还必须进行手工制图或借助于AutoCAD等通用绘图系统完成结构设计详图。节点设计还要由手工完成。研制钢结构CAD的关键是结构详图生成系统。国内已经开发的钢结构CAD系统大多用于
4、构件和节点较规则的桁架、网架设计，多高层钢结构CAD系统的研究还处于起步阶段，尚未出现较成熟的商品化系统。在欧美国家，钢结构CAD系统的研究已经进入计算机辅助设计与制造集成化的时代利用三维建模技术。可以生成复杂的结构实体，并能自动实现构件和标准节点的设计。生成用于车间加工下料的模板图、材料清单。1.1.2 CAD技术的发展趋势CAD技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用，并已成为企业的现实生产力。围绕企业创新设计能力的提高和网络计算环境的普及，CAD技术的发展趋势主要围绕在标准化、开放式、集成化、智能化四方面。1.1.2.1标准化除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准和工业标准外，面向应用的标
5、准构件（零部件库）、标准化方法也已成为CAD系统中的必备内容，且向着合理化工程设计的应用方向发展。CAD软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，为了支持异构跨平台的环境，就要求它应是一个开放的系统，这里主要是靠标准化技术来解决这个问题。1.1.2.2开放性 CAD系统目前广泛建立在开放式操作系统窗口9598NT和UNIX平台上，在JavaLINUX平台上也有CAD产品，此外CAD系统都为最终用户提供二次开发环境，甚至这类环境可开发其内核源码，使用户可定制自已的CAD系统.1.1.2.3集成化 CAD技术的集成化体现在三个层次上：其一是广义CAD功能CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PD
6、M/ERP经过多种集成形式成为企业一体化解决方案，推动企业信息化进程；其二，是将CAD技术能采用的算法，甚至功能模块或系统，做成专用芯片，以提高CAD系统的效率；其三是CAD基于网络计算环境实现异地、异构系统在企业间的集成。1.1.2.4智能化智能CAD不仅仅是简单地将现有的智能技术与CAD技术相结合，更要深入研究人类设计的思维模型，并用信息技术来表达和模拟它。这样不仅会产生高效的CAD系统，而且必将为人工智能领域提供新的理论和方法。CAD的这个发展趋势，将对信息科学的发展产生深刻的影响。1.2课题的提出1.2.1 钢结构CAD制图中存在的问题与解决方法传统的手工绘图被方便、精确的CAD制图取
7、代，极大地提高了设计人员的效率。但AutoCAD的使用者们很快又发现有许多工作是重复、无聊的工作。例如，钢结构设计人员往往会发现，在绘制钢结构设计图时，常常是绘制一些相同的图块，例如：型钢，螺栓等，该基本元件往往是形状相似尺寸不同，而这种工作通常是这样完成的：预先绘制并定义块，而后采用块插入的方法，但自带的复制、图块的插入等编辑功能又有一定的局限性。因而，有必要进行二次开发，建立型材标准件数据库，实现参数化设计，以简化绘图过程，减少重复性工作，充分发挥CAD快速、准确的优势。1.2.2 型材标准化型材是建筑工程设计中的基础部件，由热轧成型的钢板，型钢以及冷弯(或冷压)成型的型钢组成的钢结构在工
8、程实际中具有广泛的用途。建立统一的标准型材数据库来实现CAD系统对型材数据的统一管理与数据共享，在CAD系统设计中提供一套高效的标准数据管理方法是很有必要的，这将会给标准化部件的参数化设计的实施提供最直接的支持。随着计算机硬件价格的下降以及日益增多的数据，用数据库来管理图形参数从而形成图形参数化数据库已是一个必然的趋势。1.3研究内容(1)建立统一的标准型材数据库。包含完备的标准型材尺寸参数数据表、标准型材截面特性参数数据表。(2)在标准型材尺寸参数数据表基础上，进行型材CAD几何图形程序设计。通过对标准型材横断面图、俯视图、侧视图的几何分析，找到上述标准型材CAD几何图形绘制控制点计算算法，
9、编写计算机程序把标准型材尺寸参数数据表转化为标准型材图形参数化数据库。(3)在标准型材截面特性参数数据表基础上，编写计算机程序实现对数据快速查询及有效检索，实现型钢表参数查询的能力。(4)在以上功能的基础上形成可供AutoCAD平台上使用的、可被AutoCADA加载应用与AutoCAD环境相结合的钢结构基本元件的管理与绘制系统。可方便、快捷、精确进行钢结构基本元件三面图(标准型材CAD几何图形)的绘制和型钢参数查询。第2章 系统总体设计2.1 本系统的设计思想 (1)与具体的CAD系统稳定的集成，包括与整个CAD系统平台的集成和与其它功能模的交互。(2)型材数据库具有良好的数据一致性，安全性和
10、可扩充性，即标准化数据不能被无意或有意修改，系统的数据库能进一步扩充，以容纳更多的标准化部件。(3)数据检索系统界面友好，可实现快速查询和有效检索。(4)参数化绘图部分能实现多种几何视图的快速生成显示，动态生成的图形在AutoCAD工作区内，也具有用AutoCAD命令行的坐标的功能。2.1.1 系统综述整个系统是以参数化设计为核心，采用交互式作图方式。当通过界面对某种型材进行调用时，由参数化设计模块分别从图形程序库和标准数据库中获取型材的几何信息与参数信息，经几何约束求解器(控制点求解模块)得到该标准型材在特殊参数下的几何形状，并通过图形传输接口在用户工作区绘制图形。用户CAD系统标准型材数据
11、库参数化处理技术ADOVBA检索用户界面几何图形输出接口图形参数化数据库尺寸参数图2-1系统体系结构2.1.2 系统模块设计(1)主控模块：利用鼠标激活下拉式菜单后工具，进行型钢及绘图的选择。(2)基本选择模块：通过调用数据检索模块获得钢结构基本元件(型钢)标准型材数据值。(3)数据处理(检索)模块：主要功能是为后面的绘图模块、参数查询模块提供有用的数据。(4)参数设计模块：进行数据处理，计算出绘制型钢三面图(横断面图、俯视图、侧视图)所需要的各控制点的坐标。(5)绘图模块：根据参数设计模块计算的控制点坐标调用绘图函数在当前绘图区中绘制相应的标准件。(6)型钢表模块：主要根据用户选择的型钢型号
12、，查询和检索数据库文件中的型钢参数尺寸和截面特性参数值。2.2 用户界面的开发菜单文件的开发有两种方法；一是在AutoCAD的标准菜单文件ACADMNU中增加用户开发的新内容；另一是建立用户自己的菜单文件。CAD的ActiveX提供了来个非常重要的、用来操作菜单和工具条的对象，他们分别是MenuBar和MenuGroups的对象集合。关系如图2-4 MenuBar和MenuGroups关系。MenuBar集合包含显示在AutoCAD菜单栏中的所有菜单。MenuGroups集合包含在当前AutoCAD任务中加载的菜单组。(1)Menugroups代表了菜单组中的一菜单条。(2)Popupmenu
13、则代表着下拉(Pull-Down)和右单击弹出(Right-Click)两种菜单形式。(3)PopupMenuitem则是下拉和弹出菜单的选择项。图2-4MenuBar和 MenuGroups关系(4)Toolbar代表着存放于Toolbars中的一个工具条。(5)ToolbarItem则代表着该工具条上的各种选择按钮。AutoCAD在初次运行时，总会自动加载菜单文件acad.mnc。该文件包含了AutoCAD定制的标准菜单和各种工具条。所有这些AutoCAD定制的菜单条和工具条，从ActiveX编程的角度理解，就是被加载到了MenuGroups集合中了。在AutoCAD中，我们选择“工具(T
14、)”下的“宏(M)”下的“加载工程(L)”项，加载AutoCAD主运行文件夹下“ Support”文件夹下的acad. dvb 文件，在VBA编辑器中编辑acad. dvb工程文件的ACADStartup过程，添加如下语句：Call AcadApplication. LoadDVB ( ”钢结构基本元件管理与绘制. dvb”)，其中“钢结构基本元件管理与绘制” 为编制的工程文件名。当运行AutoCAD时，它将按程序中的路径自动寻找并加载源程序。因此本系统在CAD界面启动功能模块式采用图形工具栏按钮和标题栏下拉菜单两种方式来实现。(1)图形工具栏设计在CAD打开运行后在CAD界面生成如图2-5所
15、示的图形工具栏按钮，方便用户使用。(2)下拉菜单的设计图2-5系统工具栏图 2-6系统下拉菜单在CAD打开运行后在CAD界面生成如图2-6所示的下拉菜单，方便用户条用各功能模块。2.3界面设计2.3.1 绘图窗体设计选择流程：型钢类型型钢型号显示型钢几何参数确定绘图比例选择绘图类型绘制CAD几何图形。首先在VB编辑环境中添加绘图窗体，名成为：frmmain。其设置如表2-1所示。表2-1 frmmain窗体控件设置及说明控件类型控件名称说明复合框ComboBox1在窗体初始化时自动添加型钢类型，用于用户选择型钢类型图像Image1显示型钢示意图，在用户选中型钢类型时自动显示出来列表框ListBox1显示某一类型型钢的系列型号，供用户选择标签Label1在用户确定型钢型号后显示型钢截面的几何参数，供用户检验标签Label2为Label1的说明，其caption设置为“截面参数:(单位:mm)“标签Label3为TextBox1的说明，其caption设置为“请输入绘图比例：“文本框TextBox1绘图比例的输入口按钮CommandButton1“绘俯视图“按钮按钮CommandButton2“绘侧视图“按钮按钮CommandButto
