面向對象方法在專用CAD系統建模中的應用
1 設計實例——空調機柜CAD系統
空調機柜是大型中央空調機必不可少的組成部分。它主要由風機室、盤管室、混氣室等組成，并為空調機提供一整套熱交換設施。通過風機室抽取外部空氣，在混氣室混合，然后在盤管室中與空調機進行熱交換。大型空調不同于家用空調，它不是批量生產的產品，往往是單件產品，一般由空調機柜生產廠家根據用戶的不同需求，去設計定制和組裝。由于不同的安裝形式和安裝地點、不同的設計參數（如功率等的要求），形成了產品圖形基本相似，但局部小結構有所不同，尺寸也是各異，規格品種復雜多樣的特定設計過程。對于每一個用戶，企業必須設計多套全新的圖紙，費時費力，使得設計能力往往跟不上實際生產能力，無法滿足用戶需求。為此廠家希望能有一個專用的基于產品模型的CAD系統，達到以下的功能：
。 根據用戶的需求自動生成原始裝配圖；
。 能夠在裝配圖上以零件為基本元素進行交互式的修改，并自動維護裝配關系的一致性，三維視圖的一致性；
。 能夠根據修改后的裝配圖，自動生成加工信息，如工藝卡、NC代碼等。
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2 面向對象方法的選擇 面向對象方法建立在任何事物都可以用對象來表示的基礎上。在系統分析和設計時，對象將數據和對數據操作行為結合起來，作為一個集成的整體來對待。對系統的修改只需改變和增刪一些操作，其基本的對象結構并不發生變化。面向對象分析方法中的對象是客觀世界對象的直接映射，采用面向對象方法進行分析、設計的系統，比采用面向過程的分析方法設計的系統更易理解，增強了系統的可維護性。 3 專用CAD系統的設計 3.1 系統的原理結構 |
圖1 空調機框專用CAD系統示意圖
推理器：從規則庫中提取規則，進行分析，并生成零部件的三維模型。
三維模型：它是整個專用CAD系統的核心，不僅包含零件的幾何信息，還必須包含零部件的裝配信息、生產信息等一切有用的信息，是零部件在計算機中的映射。
二維視圖：它是零部件在一個平面上的投影，是在圖紙上進行交互修改的基本單元，三維模型與它形成一對多的關系。
消隱模塊：根據三維模型，對于靈便的二維視圖進行通用消隱和特殊消隱。
加工信息產生模塊：根據三維模塊產生加工信息，如CN代碼。
3.2 建模部分的具體實現
以下對于設計和實現中的一些關鍵點分別進行論述。
(a) 規則庫的建立
規則庫是圖紙自動生成的關鍵，也是廠家多年生產資料的建庫，這些資料以實例的形式存儲（關于實例的查詢，限于篇幅在此不作討論)。下面以經簡化的空調機柜的主要零件——角鐵為例，說明本系統組建實例的基本思想：
實例名：實例的名稱。
室類型名：空調機柜室名，如前面提到的風機室、盤管室等等。
生成規則：相當于規則的IF語名，當條件滿足時，才根據規則中的信息建立角鐵實體。
角鐵ID:紀錄要生成的角鐵的ID號，供其它角鐵(面板或其他零件)對它進行引用。
頭部相連角鐵ID，尾部相連角鐵ID：記錄角鐵的裝配關系。
尺寸計算式：記錄角鐵的各個尺寸的表達式。
經檢索后的實例，根據其中每一個零件的信息生成裝配圖。
(b)三維模型
三維模型是整個CAD系統的核心，是連接各個模塊的樞紐。是計算機語言對零件的抽象描述。三維模型所需要紀錄的信息分為以下幾類：
幾何信息：記錄零件的空間位置；
裝配信息：記錄零件與其他零件的裝配關系；
生產信息：記錄零件的加工信息，如尺寸等；
繪圖信息：說明零件如何在圖紙上表達自身。
三維模型不僅是信息的記錄者，更是信息的維護者。各種信息之間存在著復雜的約束關系，它們之間一致性的維護理所當然地由三維模型負責。例如，當用戶在圖紙上改變了零部件中一個視圖的位置，其他兩個視圖也必須作出相應的修改，這必須通過維護繪圖信息與幾何信息的一致性來完成。再如當一個零件的位置或尺寸改變時，與它有裝配關系的零部件也必須作出相應的修改，使裝配關系繼續得以保持。這就必須維護裝配信息與生產信息的一致性。下面以經簡化的角鐵對象為例，說明角鐵三維模型的設計：
class JT
{
幾何信息：
Point1,Point2：角鐵的兩個定位點在空間的位置
Rotation：角鐵在空間的旋轉角度
裝配信息：
HeadID，TailID： 與角鐵頭尾相連的角鐵的ID號
JointIDArray：與角鐵中部相連的角鐵的ID號序列
生產模型：
Width，Length，Thick：角鐵的三個最基本的尺寸參數，寬度、長度與厚度
繪圖信息：
ViewID［3］：角鐵的三個視圖（頂視、俯視、左視）的ID號
維護幾何信息與繪圖信息的操作：
TranslateViewToModal()：將模型中的一個點轉換為某一視圖中的一個平面點
TranslateModalToView()：將視圖中的一個點轉化為三維空間點
…
｝(c) 裝配關系的表達
零部件之間的裝配組成關系可以通過對象間的關聯、繼承、包容加以抽象表示。角鐵之間的連接關系是一種關聯，室與角鐵之間的關系是包容等等。
(d) 系統模型的建立
圖2 面向對象系統建模圖
通過上面的分析，系統建模如圖2所示（已予簡化)。
4 結語
真正完全實現產品裝配的CAD系統，在理論上與實際上都存在著很大的困難；為某一設計定制的專用CAD系統成為了許多廠家自然的選擇。本文用成功的設計實例闡明了如何通過面向對象的方法來對專用CAD系統建模，供準備從事面向產品的專用CAD系統設計的專業人員參考。
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