基于Open CASCADE的三维机电集成计算机辅助设计系统——MECAD

摘要

今天，几乎所有的产品和应用都受到机电一体化技术的影响，机电一体化产品对所应用的计算机辅助设计系统提出了崭新的要求，需要机械设计和电子设计方面具有良好交互性。特别是在机电一体化领域一个创新性的工艺技术是抛弃传统的PCB电路板，直接在三维基体材料上集成机械和电子功能，形成三维电路结构，这个所谓的MID（Molded Interconnect Devices，模塑互连器件）工艺技术既可以在三维热注塑材料实现，也可以应用在柔性薄膜和陶瓷基体上。设计开发这种具有三维电路的器件，不仅要求所应用的辅助设计系统是一个三维的机电集成设计环境，而且需要提供集成设计的功能和MID工艺技术对应的特殊功能。
　　本文在分析国内外现有的MCAD软件与ECAD软件的不足以及集成设计软件的缺陷的基础上，设计开发了一种三维机电集成器件的计算机辅助设计系统(MECAD)，该系统基于三维几何造型核心OpenCASCADE，支持在三维环境中进行机电集成产品的数字化设计。系统提供了一系列与机电一体化设计相关的功能，这些功能不仅包括现有的三维机械设计MCAD系统中的基本功能，如三维建模，视角变换，零件移动等，而且还拥有现有的二维电子设计系统ECAD中的核心功能，如电子元件逻辑线路布置，逻辑关系计算等。因为这两个功能模块集成在一个系统中，使得三维的机械结构设计与二维的电子逻辑设计能直接在软件内部进行信息的交互和共享。除此之外系统为了保证机电集成产品开发的需要，还开发了目前机械和电子的CAD系统中不存在的机电集成设计功能，如三维元件布局，三维电路布线等。通过多个例子表明使用该设计系统不仅为传统的机电产品提供有效的设计方式，还支持MID器件的数字化设计，满足其崭新的要求，而且使设计者减轻工作量，大大的提高了设计效率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源及研究背景

1．2 本课题的国内外研究现状

1．2．1 集成设计系统的研究现状

1．2．2 MID产品设计系统的研究现状

1．3 课题研究的意义及目标

1．4 本文研究的主要内容

第二章 MECAD系统框架设计

2．1 MECAD系统开发平台确定

2．1．1 开发平台分析

2．1．2 Visual Studio 2010

2．1．3 Open CASCADE几何内核

2．2 基于MFC的OCAF应用程序框架生成

2．2．1 OCAF介绍

2．2．2 基于MFC的OCAF应用程序框架生成

2．3 MECAD系统设计

2．3．1 MECAD系统功能需求分析

2．3．2 MECAD系统结构设计

2．3．3 MECAD系统用户界面设计

2．4 本章小结

第三章 MECAD系统机械设计模块

3．1 可视化技术

3．1．1 可视化技术的基本组成

3．1．2 视角变换操作

3．1．3 实体选取操作

3．2 几何实体建模

3．2．1 基本体建模

3．2．2 布尔运算

3．2．3 拉伸建模

3．3 实体模型描述与编辑

3．3．1 零件模型的描述

3．3．2 模型的储存

3．3．3 模型的编辑

3．4 系统数据交换

3．4．1 CAD模型数据交换标准

3．4．2 STEP格式文件交换

3．5 本章小结

第四章 MECAD系统电子设计模块

4．1 创建二维设计环境

4．1．1 OCC中的二维术语

4．1．2 采用OCC创建二维环境

4．1．3 创建基元

4．2 元件符号的表达

4．2．1 电子元件数据库的调用

4．2．2 DXF文件读取

4．3 逻辑电路设计

4．3．1 二维元件符号描述

4．3．2 电子设计环境中元件符号的布局

4．3．3 逻辑线路绘制

4．3．4 逻辑关系计算

4．4 本章小结

第五章 MEOAD系统的集成设计

5．1 三维电子元件的表达

5．1．1 三维电子元件的描述

5．1．2 三维电子元件管脚定位

5．2 ECAD文件导入与建模

5．2．1 IDF文件格式介绍

5．2．2 IDF文件读取

5．2．3 电子元件的准确建模

5．2．4 逻辑信息的获取与电路的生成

5．3 二维平面布局布线

5．3．1 根据机械外壳设计电路板

5．3．2 电子元件交互式布局

5．3．3 二维平面交互式布线

5．4 平面最短路径算法的研究

5．4．1 Dijkstra算法

5．4．2 迷宫算法

5．4．3 线探索算法

5．4．4 A*算法

5．5 基于A*算法无网格的二维自动布线

5．5．1 可布置区域表示

5．5．2 障碍物判断

5．5．3 A*算法的实现

5．5．4 根据路径点生成电路

5．6 本章小结

第六章 MECAD系统MID设计模块

6．1 元件三维交互式布局

6．1．1 布线基体几何信息的获取

6．1．2 交互式三维布局

6．2 交互式三维布线

6．2．1 基体面关系

6．2．2 鼠标点击获取基体上的点

6．2．3 交互式布线

6．3 三维自动布线

6．3．1 三维最短路径搜索算法的研究

6．3．2 面展开法的A*算法

6．3．3 三维探索的A*算法

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果