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摘 要 根据系统预定要实现的功能及其用户的需求，在系统设计之前先做了系统需求分析，分为功能需求分析和数据需求分析两部分。本文系统分析为系统设计提供参考，在设计和实现过程中，可以根据实际情况略加改动。
关键词 系统设计 模具教学 虚拟实验室 UG
中图分类号：TP391 文献标识码：A近年来，我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求和世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。
模具业的快速发展和模具行业信息化进程的迅速推进，为就业提供了许多岗位，并产生了一些新型岗位，对技术队伍和从业人员的要求也发生了质的变化，传统模具技术从业人员已难以胜任。目前，模具企业十分缺乏掌握和运用模具新技术的设计人才、胜任现代模具制造设备操作与维护的高技能人才和现代模具企业的管理人才。模具技术应用性人才已是制造业技能型紧缺人才，而这方面的人才非常紧缺，大部分的从事模具专业的人只有高中学历，无法适应不断加快的行业发展。因此，培训模具高技术人才越来越重要。近年来，模具高职培训成为很多学生和在职模具工人的选择。
一、模具教学虚拟实验室系统功能分析
系统功能总体可以概括两个部分，一部分直接面向最终用户，比如学生，包括三个虚拟实验室模块环境、六个工具箱；另一部分面向模具工程师和教师，提供模具知识库和标准部件的数据添加、管理和维护功能，供拆装实训功能（拆装移动矢量和拆装工具信息）后台数据添加、查看、修改功能，以及虚拟实验室入口菜单的条目查看、添加、修改等功能。本系统的菜单主要是根据模具类型来分类的，目前分为注塑模、冷冲模、压铸模和锻模四部分，每一部分又分为简单供拆装实训的模型，如两板模，三板模等，和复杂一些的供查看结构的工程实例模型。选择一种模具，则会打开此类别的标准模具，可以进行学习。
三个虚拟实验室模块包括模具结构认知实验室、模具拆装实训实验室、模具系统运动仿真实验室。六个工具箱包括结构认知工具箱、拆装认知工具箱、运动仿真控制工具箱、显示控制工具箱、参数配置工具箱和系统帮助工具箱。这些功能都面向最终用户。
后台数据添加功能构成一个工具箱，以及一个可执行文件。工具箱里包含供查看知识及标准件使用的类别添加、修改功能，拆装实训使用的矢量添加、修改、自动爆炸功能，以及拆装辅助工具数据的添加、修改功能。可执行文件是用于实现虚拟实验室入口菜单的条目查看、添加、修改等功能。这些功能面向做数据准备工作的专业工程师及高职院校教师。
数据的存储独立于UG软件，以注册表、文本文件、Excel表格等多种形式，面向模具工程师或教师，通过以模具类别构成的文档树形结构，虚拟实验室环境中的部件将检索到部件的相关知识和标准部件，反馈给最终用户。另外，一个数据准备方面很重要的一部分就是三维模具数字模型。模具数模包括每一个零件数模，以及把它们装配起来的装配体数模。
用户在UGNX6.0环境中，通过本虚拟实验室环境选择所要了解的标准和典型模具系统，通过几个认知导引工具，查看结构、学习拆卸装配、了解工作运动过程、检索数据查看某一个结构的设计和制造相关知识及标准部件。
二、模具教学虚拟实验室系统数据需求分析
数据库包括：A、模具结构分类表：确立模具结构之间的层次关系，按照模具的组成分类，如模具包含几大系统，每个系统包含什么部件等。B、部件结构表：确立每一个部件在模具系统中的层次关系。C、部件知识点表：每一个部件可以有若干个知识点文件，所以要建立部件知识点表。D、相关部件表：每个部件有几个相关部件，建立相关部件表可以实现在查看知识过程中建立相关部件知识的链接功能。模具知识包括模具结构设计知识：型芯、型腔、上板、下板、抽芯、滑块、冷却系统、浇注系统、顶出系统、限位系统、合模结构、脱模结构及其它结构的设计原则、注意事项等。
数据准备方面很重要的内容就是三维模具数字模型。模具数模包括每一个零件数模，以及把它们装配起来的装配体数模。装配体数模可以显示每个组件间的装配层次结构，所以我们计划设计两套装配体数字模型，一个符合真实的装配层次结构，供用户了解模具装配系统各部件的层次组织结构。另一套装配体数据主要用来作为自主拆装实训功能的正确答案判断依据。
三、模具教学虚拟实验室系统的设计
（一）系统界面设计。
模具教学虚拟实验室所需的系统环境和六个工具箱就是利用UG Open Menuscript开发的。利用它可以自定义菜单的名称，快捷键等。最大的优点是可以利用它调用现有的UG功能，也可以自定义功能。工具条的图标，名称，注释，快捷键以及功能也都可以自定义，具有很大的灵活性。
在系统工具箱的功能开发中，大部分功能是利用UG现有的功能，但有的功能比如调节透明度，查看知识，后台数据录入等功能，在UG中没有现有的功能，需要自己编程开发。例如在调节透明度功能里，需要在用户选定要调节透明度的实体后，弹出调节透明度的对话框.这样的对话框就需要利用UG Openulstyler来建立。通过对其回调函数的编辑，就可以将它与UG openAPI编程结合，实现自定义的功能。
（二）系统前台功能设计。
UG openAPI是系统采用的编程语言，利用妙I语言可以调用对话框，访问其中的控件，也可以调用uGoPen函数，实现自定义的功能。在系统的开发过程中，除了有一些功能可以直接调用UG现有功能之外，都需要利用UG OPenAPI在Visualc一软件下编程实现，例如结构认知工具箱里的调节透明度功能就是利用UG openAPI调用UG openUIStyler建立的对话框，并通过编辑对话框的回调函数来设置或取用对话框中控件的值。编好的程序组建后再通过UG OpenMc皿ScriPt将其与菜单或工具条结合。再例如后台部件移动矢量添加功能，就是利用UG OPenAPI实现部件信息的读取及部件的移动，调用UG open UIStyler建立的对话框，并通过编辑对话框的回调函数来设置或取用对话框中控件的值，得到用户输入的部件移动矢量，利用VC平台将移动矢量存入数据文件中，编好的程序组建后再通过 UGoPenMenuscriPt将其与菜单或工具条结合。 系统以 visualc+十6.0为开发平台。visualc十+作为一个功能非常强大的可视化应用程序开发工具，是计算机界公认的最优秀的应用开发工具之一。Microsoft的基本类库MFC使得开发WindowS应用程序比以往任何时候都要容易。在visualC+十环境下，利用微软的基本类库MFC可以开发出功能强大的Windows应用程序。虽然微软公司推出了VisualC++.NET（VisualC++7.0），但它的应用的很大的局限性，只适用于 windows2000， windows xP和 windows NT4.0。所以实际中，更多的是以visualC++6.0为平台。
MFC借助C++的优势为WindowS开发开辟了一片新天地，同时也借助APPlicatfonwizard使开发者摆脱离了那些每次都必写基本代码，借助class Wizard和消息映射使开发者摆脱了定义消息处理时那种混乱和冗长的代码段。更令人兴奋的是利用C++的封装功能使开发者摆脱WindowS中各种句柄的困扰，只需要面对C++中的对象，这样一来使开发更接近开发语言而远离系统。
正因为MFC是建立在C++的基础上，所以C/C++语言基础对开发的重要性。利用C+十的封装性开发者可以更容易理解和操作各种窗口对象；利用C++的派生性开发者可以减少开发自定义窗口的时间和创造出可重用的代码；利用虚拟性可以在必要时更好的控制窗口的活动。而且C+十本身所具备的超越C语言的特性都可以使开发者编写出更易用，更灵活的代码。
虚拟实验室系统绝大部分功能都是利用UG OpenAPI与VC平台的结合，利用UG OpenAPI调用与UG操作所有相关的功能，例如打开部件、得到装配树信息等。其它的面向WindowS平台的操作就利用VC平台来完成，例如利用MFC库建立的窗口及其中各种控件，读取写入文件，控制鼠标光标显示风格等。以自主装配功能为例，它的成功执行需要利用 UG openAPI在VC平台下实现部件爆炸、接收用户选择、判断等功能，选择错误时，调用MFC建立的对话框，实现与用户交互信息，提示用户，接收用户辅助工具选择等，如果加入了拆装实训考核功能，也要利用VC平台写入Excel表格考试的过程及考试成绩，编好的程序组建后再通过UG openMenuScriPt将其与菜单或工具条结合。
（三）系统后台功能设计。
参数配置窗口使用多选项卡窗口样式，安装功能不同把不同类别的功能放在不同选项卡中。其中包括的参数包括是否进入考核模式、是否考核工具信息、进入设置菜单和设置工具信息的按钮、考核功能中允许重新选择部件和工具的次数，以及是否记录工具信息等。
菜单编辑功能主要针对系统菜单环境的查看、添加和修改。这个功能脱UG openAPI也可以实现，而脱离UG OpenAPI语言也就脱离了UG平台，在何情况下都可以打开此功能调整菜单环境内容。利用菜单编辑功能可查看菜单种信息，末级菜单需要链接一个模具装配数模文件，可设置或更改此链接文件设置菜单显示名称、添加各级菜单项、删除某级菜单项等。后台数据录入功能将会占研发量的一半左右，虽然是用户看不到的，但是从系统开发角度确实非常重要的一环。后台数据开发做的越自动化，就会给后台工程师和教师用户准备数据提供越大便利，如果后台数据开发完全靠手动添加的话，将会在后续添加几十，甚至上百套数模数据时，造成非常大的工作量。
后台辅助工具信息录入程序与上节的后台数据录入范畴的部件拆装辅助信息录入是不同的功能，设计的后台工具信息录入是为上节的部件添加数据信息提供数据准备，简单的说，就是提供部件拆装辅助工具的备选答案信息。工具信息的后台录入功能提供添加、查看、修改和删除工具信息的名称和图片，并在后台为每个工具设置一个随机的ID作为标记。工具信息添加好后，建议不要随便删除工具，但是可以修改工具名称或者图片信息。要等工具信息添加完毕，才能完成上节的部件拆装辅助工具信息录入，以及拆装实训过程中的辅助工具考核功能。□
（作者单位：广西英华国际职业学院工业与信息学院）
参考文献：
[1]潘红莲.虚拟现实技术在模具设计教学课程中的应用.教育教学论坛， 2010，26，239-240.
[2]杜代鹏，汪智勇.珠三角地区模具人才现状及职业培训发展前景.模具工程，2010，05，42-44.
[3]花杏华.CAD/CAM软件在模具行业中的应用.模具工程，2010，8，78-82.
关键词 系统设计 模具教学 虚拟实验室 UG
中图分类号：TP391 文献标识码：A近年来，我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求和世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。
模具业的快速发展和模具行业信息化进程的迅速推进，为就业提供了许多岗位，并产生了一些新型岗位，对技术队伍和从业人员的要求也发生了质的变化，传统模具技术从业人员已难以胜任。目前，模具企业十分缺乏掌握和运用模具新技术的设计人才、胜任现代模具制造设备操作与维护的高技能人才和现代模具企业的管理人才。模具技术应用性人才已是制造业技能型紧缺人才，而这方面的人才非常紧缺，大部分的从事模具专业的人只有高中学历，无法适应不断加快的行业发展。因此，培训模具高技术人才越来越重要。近年来，模具高职培训成为很多学生和在职模具工人的选择。
一、模具教学虚拟实验室系统功能分析
系统功能总体可以概括两个部分，一部分直接面向最终用户，比如学生，包括三个虚拟实验室模块环境、六个工具箱；另一部分面向模具工程师和教师，提供模具知识库和标准部件的数据添加、管理和维护功能，供拆装实训功能（拆装移动矢量和拆装工具信息）后台数据添加、查看、修改功能，以及虚拟实验室入口菜单的条目查看、添加、修改等功能。本系统的菜单主要是根据模具类型来分类的，目前分为注塑模、冷冲模、压铸模和锻模四部分，每一部分又分为简单供拆装实训的模型，如两板模，三板模等，和复杂一些的供查看结构的工程实例模型。选择一种模具，则会打开此类别的标准模具，可以进行学习。
三个虚拟实验室模块包括模具结构认知实验室、模具拆装实训实验室、模具系统运动仿真实验室。六个工具箱包括结构认知工具箱、拆装认知工具箱、运动仿真控制工具箱、显示控制工具箱、参数配置工具箱和系统帮助工具箱。这些功能都面向最终用户。
后台数据添加功能构成一个工具箱，以及一个可执行文件。工具箱里包含供查看知识及标准件使用的类别添加、修改功能，拆装实训使用的矢量添加、修改、自动爆炸功能，以及拆装辅助工具数据的添加、修改功能。可执行文件是用于实现虚拟实验室入口菜单的条目查看、添加、修改等功能。这些功能面向做数据准备工作的专业工程师及高职院校教师。
数据的存储独立于UG软件，以注册表、文本文件、Excel表格等多种形式，面向模具工程师或教师，通过以模具类别构成的文档树形结构，虚拟实验室环境中的部件将检索到部件的相关知识和标准部件，反馈给最终用户。另外，一个数据准备方面很重要的一部分就是三维模具数字模型。模具数模包括每一个零件数模，以及把它们装配起来的装配体数模。
用户在UGNX6.0环境中，通过本虚拟实验室环境选择所要了解的标准和典型模具系统，通过几个认知导引工具，查看结构、学习拆卸装配、了解工作运动过程、检索数据查看某一个结构的设计和制造相关知识及标准部件。
二、模具教学虚拟实验室系统数据需求分析
数据库包括：A、模具结构分类表：确立模具结构之间的层次关系，按照模具的组成分类，如模具包含几大系统，每个系统包含什么部件等。B、部件结构表：确立每一个部件在模具系统中的层次关系。C、部件知识点表：每一个部件可以有若干个知识点文件，所以要建立部件知识点表。D、相关部件表：每个部件有几个相关部件，建立相关部件表可以实现在查看知识过程中建立相关部件知识的链接功能。模具知识包括模具结构设计知识：型芯、型腔、上板、下板、抽芯、滑块、冷却系统、浇注系统、顶出系统、限位系统、合模结构、脱模结构及其它结构的设计原则、注意事项等。
数据准备方面很重要的内容就是三维模具数字模型。模具数模包括每一个零件数模，以及把它们装配起来的装配体数模。装配体数模可以显示每个组件间的装配层次结构，所以我们计划设计两套装配体数字模型，一个符合真实的装配层次结构，供用户了解模具装配系统各部件的层次组织结构。另一套装配体数据主要用来作为自主拆装实训功能的正确答案判断依据。
三、模具教学虚拟实验室系统的设计
（一）系统界面设计。
模具教学虚拟实验室所需的系统环境和六个工具箱就是利用UG Open Menuscript开发的。利用它可以自定义菜单的名称，快捷键等。最大的优点是可以利用它调用现有的UG功能，也可以自定义功能。工具条的图标，名称，注释，快捷键以及功能也都可以自定义，具有很大的灵活性。
在系统工具箱的功能开发中，大部分功能是利用UG现有的功能，但有的功能比如调节透明度，查看知识，后台数据录入等功能，在UG中没有现有的功能，需要自己编程开发。例如在调节透明度功能里，需要在用户选定要调节透明度的实体后，弹出调节透明度的对话框.这样的对话框就需要利用UG Openulstyler来建立。通过对其回调函数的编辑，就可以将它与UG openAPI编程结合，实现自定义的功能。
（二）系统前台功能设计。
UG openAPI是系统采用的编程语言，利用妙I语言可以调用对话框，访问其中的控件，也可以调用uGoPen函数，实现自定义的功能。在系统的开发过程中，除了有一些功能可以直接调用UG现有功能之外，都需要利用UG OPenAPI在Visualc一软件下编程实现，例如结构认知工具箱里的调节透明度功能就是利用UG openAPI调用UG openUIStyler建立的对话框，并通过编辑对话框的回调函数来设置或取用对话框中控件的值。编好的程序组建后再通过UG OpenMc皿ScriPt将其与菜单或工具条结合。再例如后台部件移动矢量添加功能，就是利用UG OPenAPI实现部件信息的读取及部件的移动，调用UG open UIStyler建立的对话框，并通过编辑对话框的回调函数来设置或取用对话框中控件的值，得到用户输入的部件移动矢量，利用VC平台将移动矢量存入数据文件中，编好的程序组建后再通过 UGoPenMenuscriPt将其与菜单或工具条结合。 系统以 visualc+十6.0为开发平台。visualc十+作为一个功能非常强大的可视化应用程序开发工具，是计算机界公认的最优秀的应用开发工具之一。Microsoft的基本类库MFC使得开发WindowS应用程序比以往任何时候都要容易。在visualC+十环境下，利用微软的基本类库MFC可以开发出功能强大的Windows应用程序。虽然微软公司推出了VisualC++.NET（VisualC++7.0），但它的应用的很大的局限性，只适用于 windows2000， windows xP和 windows NT4.0。所以实际中，更多的是以visualC++6.0为平台。
MFC借助C++的优势为WindowS开发开辟了一片新天地，同时也借助APPlicatfonwizard使开发者摆脱离了那些每次都必写基本代码，借助class Wizard和消息映射使开发者摆脱了定义消息处理时那种混乱和冗长的代码段。更令人兴奋的是利用C++的封装功能使开发者摆脱WindowS中各种句柄的困扰，只需要面对C++中的对象，这样一来使开发更接近开发语言而远离系统。
正因为MFC是建立在C++的基础上，所以C/C++语言基础对开发的重要性。利用C+十的封装性开发者可以更容易理解和操作各种窗口对象；利用C++的派生性开发者可以减少开发自定义窗口的时间和创造出可重用的代码；利用虚拟性可以在必要时更好的控制窗口的活动。而且C+十本身所具备的超越C语言的特性都可以使开发者编写出更易用，更灵活的代码。
虚拟实验室系统绝大部分功能都是利用UG OpenAPI与VC平台的结合，利用UG OpenAPI调用与UG操作所有相关的功能，例如打开部件、得到装配树信息等。其它的面向WindowS平台的操作就利用VC平台来完成，例如利用MFC库建立的窗口及其中各种控件，读取写入文件，控制鼠标光标显示风格等。以自主装配功能为例，它的成功执行需要利用 UG openAPI在VC平台下实现部件爆炸、接收用户选择、判断等功能，选择错误时，调用MFC建立的对话框，实现与用户交互信息，提示用户，接收用户辅助工具选择等，如果加入了拆装实训考核功能，也要利用VC平台写入Excel表格考试的过程及考试成绩，编好的程序组建后再通过UG openMenuScriPt将其与菜单或工具条结合。
（三）系统后台功能设计。
参数配置窗口使用多选项卡窗口样式，安装功能不同把不同类别的功能放在不同选项卡中。其中包括的参数包括是否进入考核模式、是否考核工具信息、进入设置菜单和设置工具信息的按钮、考核功能中允许重新选择部件和工具的次数，以及是否记录工具信息等。
菜单编辑功能主要针对系统菜单环境的查看、添加和修改。这个功能脱UG openAPI也可以实现，而脱离UG OpenAPI语言也就脱离了UG平台，在何情况下都可以打开此功能调整菜单环境内容。利用菜单编辑功能可查看菜单种信息，末级菜单需要链接一个模具装配数模文件，可设置或更改此链接文件设置菜单显示名称、添加各级菜单项、删除某级菜单项等。后台数据录入功能将会占研发量的一半左右，虽然是用户看不到的，但是从系统开发角度确实非常重要的一环。后台数据开发做的越自动化，就会给后台工程师和教师用户准备数据提供越大便利，如果后台数据开发完全靠手动添加的话，将会在后续添加几十，甚至上百套数模数据时，造成非常大的工作量。
后台辅助工具信息录入程序与上节的后台数据录入范畴的部件拆装辅助信息录入是不同的功能，设计的后台工具信息录入是为上节的部件添加数据信息提供数据准备，简单的说，就是提供部件拆装辅助工具的备选答案信息。工具信息的后台录入功能提供添加、查看、修改和删除工具信息的名称和图片，并在后台为每个工具设置一个随机的ID作为标记。工具信息添加好后，建议不要随便删除工具，但是可以修改工具名称或者图片信息。要等工具信息添加完毕，才能完成上节的部件拆装辅助工具信息录入，以及拆装实训过程中的辅助工具考核功能。□
（作者单位：广西英华国际职业学院工业与信息学院）
参考文献：
[1]潘红莲.虚拟现实技术在模具设计教学课程中的应用.教育教学论坛， 2010，26，239-240.
[2]杜代鹏，汪智勇.珠三角地区模具人才现状及职业培训发展前景.模具工程，2010，05，42-44.
[3]花杏华.CAD/CAM软件在模具行业中的应用.模具工程，2010，8，78-82.