目前計算機輔助設計制造領域的熱點問題是將參數化設計技術與CAD軟件二次開發技術相結合，根據具體產品設計需求對通用CAD系統進行專用化的研究與開發，開發自主的CAD系統。它能夠極大地提高產品設計效率，實現快速設計，提高產品競爭力。有關這方面技術的研究，國內外已經廣泛地展開。
韓國Y. J. Chang等人運用AutoLISP及Visual Basic開發語言，基于AUTOCAD平臺開發出了用于內齒輪油泵集成快速設計的二維設計平臺[1]；楊海飛等人利用Visual Basic語言開發了一個基于SolidWorks的螺紋連接標準件庫，用于實現螺紋連接件的快速自動設計[2]；李宇彤采用VBA、Visual Basic開發語言，開發出了一套基于AutoCAD軟件的專用液壓缸智能計算機輔助設計系統，可以實現液壓缸主要尺寸參數的初始估算、零部件結構的參數化設計及設計結果的工程分析校核等工作[3]；鄧春曉采用Visual Basic開發語言，研制開發了基于AutoCAD軟件的DT Π型帶式輸送機計算機輔助設計系統，可以實現選型設計過程的程序化與零部件的參數化繪圖[4]；安向東基于AUTOCAD 平臺研制了用于紡織機械設計的液壓傳動CAD 系統，可以實現液壓元件的流體靜力學計算、流體動力學計算、液壓元件計算、液壓元件查詢、液壓系統圖繪制等功能[5]。
從研究的現狀來看，大多集中在模具、汽車等標準比較完善、機電一體化水平較高的行業，取得了一系列的良好收益，而在紡織機械行業的研究與應用很少，很自然就在一定程度上制約著整個行業的進一步發展。計算機輔助設計技術已較好地實現了特定零件的參數化設計，但針對部件級的參數化設計方法的研究還很少；系統的開發主要是針對二維的，三維系統的開發還很少；直接面向紡織機械行業的研究與應用更少，面向織機行業的專用CAD系統的研發未見報道。安向東基于AUTOCAD 平臺研制了用于紡織機械設計的液壓傳動CAD 系統，屬于傳統二維CAD系統。隨著設計方法與設計工具的極大進步，2D設計系統由于效率低下、功能單一及兼容性差等諸多問題，終將被有著眾多優點的3D系統所取代；同時，目前所開發的絕大多數專用CAD，功能單一，僅僅停留在設計建模這一塊，沒有形成一種包含已有設計資源、可實現快速變型設計、分析仿真等更多功能的集成專用CAD系統，以更好地提升織機設計制造水平[6]。 2 現狀分析與解決思路為解決上述問題造成的織機設計中所面臨的不利局面，提升織機設計效率與質量，本文提出建立一種針對零、部件級，面向三維的織機零部件專用CAD系統的思路與實現方法。
本系統通過集成與再利用已有織機設計資源、自動調用SolidWorks這一高效的三維設計軟件并在此平臺上進行局部修改回代、進行基于原型推理輔助設計及對關鍵部位進行分析仿真等工作，可以有效提高織機設計的效率與質量。 3 研究內容
3.1 主要研究內容對各種典型無梭織機(有梭織機)進行系統化研究與分析，分門別類對織機零部件進行歸納整理，提取出各類別關鍵零部件通用特征，對其進行模塊化處理，建立織機專用三維零部件模型數據庫；以參數化設計軟件SolidWorks為開發平臺，運用編程語言Visual Basic進行二次開發，開發出集成的織機零部件庫，并通過編程實現與SolidWorks開發平臺的鏈接與交互，實現調用SolidWorks進行快速設計的目的；在此基礎上優化人機交互界面及添加常用零件向導等功能，集成基于原型推理的輔助設計方法；添加后續的分析仿真模塊，形成一個集向導式交互設計界面，三維織機零部件3D圖庫、基于原型推理輔助設計模塊與分析仿真模塊于一體的織機零部件專用集成CAD系統[7-11]。
3.2 關鍵技術本系統主要是為實現織機零部件信息的集成與高效設計而開發的。系統主要由3D圖庫、基于原型推理輔助設計模塊、分析仿真模塊這三大功能模塊組成。系統實現的關鍵技術集中在對上述三大模塊的研究與開發上，在此基礎上通過三者之間及與主系統面板的有機聯系與鏈接實現系統的基本功能。
(1)對各種典型織機進行系統化研究與分析，分門別類對織機零部件進行歸納整理，提取各類別關鍵零部件通用特征。
(2)織機零部件3D圖庫的建立與完善。
(3)基于原型推理的優化設計方法及高效的推理機制等先進理論與方法的研究，基于原型推理輔助設計模塊的設計與開發，及其與3D圖庫的集成研究。
(4)后續的分析仿真模塊的開發及與系統的集成化研究。
課題應用價值及意義《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006—2020年)》中明確表示：“用高新技術改造和提升制造業。大力推進制造業信息化，積極發展基礎原材料，大幅度提高產品檔次、技術含量和附加值，全面提升制造業整體技術水平。”，同時在制造業優先主題中明確提出對于“基礎件和通用部件”及“數字化和智能化設計制造”的重點支持[12]。近期發布的《紡織工業調整和振興規劃》中也明確提出當前我國紡織產業調整和振興的主要任務之一是提高自主創新能力，其中針對提高紡織裝備自主化水平提到以提高專用基礎件、配套件可靠性為切入點，加大紡織機械專用基礎件、配套件的研發和產業化力度[13]。本課題的研究內容符合上述國家重點支持方向，具有很大的應用價值，同時國家的這些方針措施在很大程度上也會有力的促進本課題的深入研究與實現。 具體而言，本課題旨在研究與開發出一個帶有向導式交互設計界面、集三維參數化設計中二次開發技術開發出的零部件3D圖庫、基于原型推理輔助設計模塊與分析仿真模塊于一體的織機零部件專用系統。該系統通過集成的人機交互界面，不需要對織機零部件的所有信息進行關注，只對需要改動的原型的幾個主控參數進行預期的修改，通過系統內部的運作，系統便會調用SolidWorks這一高效的參數化設計軟件進行自動建模，以三維模式展現修改后的模型；通過基于原型推理輔助設計方法進行快速設計；通過人機交互界面，對模型進行分析與仿真等工作以更好地驗證與輔助設計。應用于織機的設計實踐中，可促進我國織機制造行業的發展。織機零部件專用CAD系統的開發，可實現現有織機零部件資源的有效整合和利用，提高織機設計效率與產品質量，縮短產品上市周期，進而提升產品的市場競爭力。與傳統的自下而上設計方法相比，該專用CAD系統可以極大的避免重復繪圖的不利之處，提高設計效率與產品質量，可廣泛應用于織機的創新設計上，能夠改變傳統織機設計的低效率，產生一定的經濟與社會效益。本課題的研究可以為國內織機的研制提供一個高效的研發平臺，對其他行業專用CAD系統的研究與開發也具有很好的借鑒與參考意義。 5 系統分析 5.1 系統需求分析織機分為有梭織機、無梭織機。有梭織機、無梭織機及其內部各類別之間最大的區別在于引緯裝置及工作原理的不同，其他裝置與機構之間具有很大的通用性，可以形成模塊化。而傳統織機產品的研發過程中，設計人員往往陷入重復繪圖的不利狀況之中，耗費了寶貴的研發時間，限制了創新思維的充分發揮，是制約織機設計效率提高的一個不利因素。因此對織機設計制造行業而言，通過有效整合和利用現有織機零部件資源，建立一種包含設計建模、優化設計及分析仿真等更多功能的集成的織機零部件專用系統是十分必要的。 5.2 系統可行性分析 (1) 經濟可行性分析 該系統的主要目的是減輕工程師的工作量，提高設計效率與質量。使用本系統，設計師可方便快捷地進行產品快速設計，以及與之相關的仿真分析及數據管理問題，減少重復性工作，提高設計效率與設計質量。 (2) 技術可行性分析 本系統采用Microsoft公司的Visual Basic 6.0作為主要的開發工具，以SolidWorks軟件作為開發平臺，數據庫選用當前非常流行的Microsoft公司的Access 2003數據庫系統，該系統在安全性、準確性和運行效率上都占有一定優勢。6 系統設計 6.1 系統目標面對織機設計過程的復雜化及專用系統發展過程中的各種情況，經過對織機參數化設計與分析仿真實際要求的分析，確定系統應達到以下目標： (1) 強大的參數化設計與快速變形設計功能。充分利用SolidWorks的參數化技術，不但能實現產品中零部件的參數化設計，而且能實現整機的參數化設計；應該擁有完備的參數化零部件庫和設備庫，并且具有完善的數據管理功能；產品的整個設計過程能全部在系統環境中完成，且設計所需信息都可以在設計環境中獲取；充分利用基于原型推理快速變型設計功能，提高設計效率與準確度。 (2) 產品設計的可靠性。本系統通過集成后續分析仿真模塊，對零部件關鍵結構進行必要的分析與仿真，提高零部件的質量與可靠性。 (3) 產品設計的柔性。系統既支持己有模型庫的調用，又能在調用的設計成果上快捷地做出局部的交互式修改來滿足設計要求；同時具備用戶自擴充零部件庫的功能。 (4) 友好的人機交互界面。系統以獨立可執行文件的方式與SolidWorks平臺集成，保持操作界面的實用性與易操作性，并提供必要的操作提示信息和幫助信息。 (5) 其他輔助功能的完善性。為保證系統功能的完善，還應具備其他的一些功能。如保證自動生成的工程圖的實用性；考慮與其他設計管理軟件如PDM (產品數據管理系統)的數據對接。 6.2 系統功能結構簡介系統總體方案設計功能結構圖如圖6-1所示。其中包括四個主要組成部分：通用CAD系統(SolidWorks系統)，定制的用戶界面模塊，程序設計模塊(包括產品選型模塊、基于原型推理輔助設計模塊、分析仿真模塊等)和數據管理模塊。 圖6-1 系統總體方案設計功能結構圖 (1) 通用CAD系統：是產品參數化設計系統的宿主，是實現系統功能的基礎。 (2) 定制的用戶界面模塊：主要是提供給用戶進行交互的設計操作。 (3) 設計計算及分析仿真程序模塊:主要由產品選型模塊、一般設計與計算模塊、基于原型推理輔助設計模塊、分析與仿真模塊及其他功能模塊組成，完成產品設計分析和參數化設計工作。 (4) 數據管理模塊:由數據庫管理系統和數據庫組成，負責對產品設計專用系統的數據的管理。系統數據庫是在參數化零部件庫的基礎上建立的，包括專用基礎件(包括通用件、專用件及標準件)數據庫、部件數據庫、產品設備(裝配件)數據庫和一些輔助信息庫，其中專用基礎件數據庫是實現設備數據庫的基礎。 6.3 系統預覽織機零部件專用CAD系統由多個窗體組成，下面僅對一些典型窗體進行介紹，其他窗體在后續章節中會進行詳細介紹。系統主窗體如圖6-2所示，是一個集成各子功能模塊的系統界面，通過調用各子窗體進行交互操作得以實現系統的所有功能。系統登錄窗體的運行效果圖如圖6-3所示，主要用于防止非法用戶進入系統內部進行非法操作，保障系統操作安全。用戶管理窗體的運行效果如圖6-4所示，主要功能是實現對于用戶信息的增、刪、改、查等操作。操作員權限管理窗體的運行效果如圖6-5所示，主要功能是針對不同的使用者賦予相應權限的操作。系統選項窗體的運行效果如圖6-6所示，主要功能是集成一些常用的系統功能以利于系統的快速操作。織機3D圖庫窗體如圖6-7所示，主要功能在于對系統中存儲的織機基礎信息進行操作、查詢、修改與完善等操作。基于原型推理輔助設計模塊主窗體如圖6-8所示，主要功能在于實現織機零部件的快速變型設計。 圖6-2 系統主窗體 圖6-3 登陸窗體 圖6-4 用戶管理窗體 圖6-5 操作員權限管理窗體 圖6-6 系統選項窗體 圖6-7 織機3D圖庫窗體 圖6-8 基于原型推理輔助設計模塊窗體 6.4 系統業務流程圖依據系統功能及用戶的實際需求，繪制了系統的工作流程，如圖6-9所示。 圖6-9 系統業務流程圖 7 小結闡述了織機設計領域CAD系統應用概況，通過現狀分析指出了相應解決思路，并對課題主要研究內容及其關鍵技術進行了介紹，指出了課題研究意義。對織機零部件專用CAD系統進行了系統分析、經濟可行性分析與技術可行性分析，接下來介紹了系統的開發目標并構建了織機零部件專用CAD系統總體框架，對系統中一些典型的窗體進行了概述。闡明了織機零部件專用CAD系統的工作流程。
