一、引言

　　CATIA(Computer Aided Three & Two Dimensional Interaction Application System，計算機輔助三維/二維交互式應(yīng)用系統(tǒng))V5是IBM/DS基于Windows核心開發(fā)的高端CAD/CAM軟件系統(tǒng)。目前CATIA最新的版本為V5R14。CATIA系統(tǒng)如今已經(jīng)發(fā)展為集成化的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)，它具有統(tǒng)一的用戶界面、數(shù)據(jù)管理以及兼容的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序接口，并擁有20多個獨立的模塊。

　　在國內(nèi)，CATIA應(yīng)用CAA 組件應(yīng)用架構(gòu)進行二次開發(fā)剛剛開始不久，相對人員比較少，資料不多，由于CATIA軟件功能的強大以及CAA二次開發(fā)功能的強大，探索和實現(xiàn)基于CATIA的二次開發(fā)技術(shù)具有很好的應(yīng)用價值。

　　二、CATIA的二次開發(fā)方式

　　作為強大的工程軟件，CATIA具有很強的開放性能。用戶可以按照自己的需要，采用不同方式進行各種程度上的開發(fā)。

　　CATIA二次開發(fā)接口是通過兩種方式與外部程序通信：進程內(nèi)應(yīng)用程序(In-process Application)方式和進程外應(yīng)用程序(Out-Process Application)方式。進程內(nèi)應(yīng)用程序方式下，CATIA軟件與腳本運行在同一進程地址空間，比如宏方式(Macro)。在CATIA環(huán)境下通過菜單記錄宏(Record Macro)，宏記錄后，生成VB腳本(Visual Basic Script)序列，當宏開始運行，CATIA就處于非激活狀態(tài)，因此不能宏調(diào)用之間存儲變量的值，這種方式比較簡單，在CATIA環(huán)境就中可完成。進程外應(yīng)用程序方式下，CATIA與外部應(yīng)用程序在不同進程地址空間運行。在CATIA運行的情況下，外部進程可以通過接口駕馭CATIA，創(chuàng)建、修改CATIA環(huán)境和幾何形體的數(shù)據(jù)、尺寸等，同時支持對象連接與嵌入(OLE，Object Linking and Enbedding)。

　　具體來說，CATIA的二次開發(fā)主要有兩種方法：使用宏對CATIA進行二次開發(fā)和使用組件應(yīng)用架構(gòu)(CAA–RADE)對CATIA進行二次開發(fā)。

　　1、 使用宏(Macro)對CATIA進行二次開發(fā)。

　　可以用于自動化(Automation)組件，使用VBScript作為編輯工具，這是一種交互方式的定制。可以記錄用戶的操作過程，自動生成代碼。CATIA提供了Automation API用于VBScript對CATIA的二次開發(fā)，Automation API具備了與任何OLE所兼容的平臺進行通訊能力。自動化應(yīng)用接口可以調(diào)用“InputBox”和“MsgBox”函數(shù)獲取用戶輸入信息和進行輸出，而對于NT用戶則可以應(yīng)用Visual Basic來定義更為復(fù)雜的輸入輸出面板。運行的時候可以給宏關(guān)聯(lián)一個圖標，并置入CATIA顯示框架。這種方式的開發(fā)流程如圖1中所示。

　　圖1 使用VB進行CATIA二次開發(fā)的基本流程

　　2、使用組件應(yīng)用架構(gòu)(CAA–RADE)對CATIA進行二次開發(fā)

　　Component Application Architecture (CAA) 組件應(yīng)用架構(gòu)，是Dassault Systemes產(chǎn)品擴展和客戶進行二次開發(fā)的強有力工具。Dassault Systemes提供的CAA產(chǎn)品包括如下內(nèi)容：

　　CAA RADE 快速開發(fā)環(huán)境，基于Microsoft Visual Studio　　& #61548;

　　CAA CATIA V5 API， CATIA V5應(yīng)用開發(fā)工具　　& #61548;

　　CAA ENOVIA LCA V5 API，ENOVIA LCA應(yīng)用開發(fā)工具　　& #61548;

　　CAA DELMIA V5 API，DELMIA V5應(yīng)用開發(fā)工具　　& #61548;

　　CAA ENOVIA PORTAL V5 API ，ENOVIA PORTAL V5應(yīng)用開發(fā)工具

　　快速應(yīng)用研發(fā)環(huán)境Rapid Application Development Environment(RADE)是一個可視化的集成開發(fā)環(huán)境，它提供完整的編程工具組。RADE以Microsoft Visual C++6.0為載體，開發(fā)工具完全集成在了VC++環(huán)境中，并且提供了一個CAA框架程序編譯器，但同時也限制了VC++的部分功能。可以說CATIA CAA–RADE是目前所有高端CAD/CAM開發(fā)環(huán)境中最為復(fù)雜、同時也是功能最為強大的一個。

　　CAA采用面向?qū)ο蟮某绦蛘Z言，開發(fā)過程可看作是其組件對象的組合和擴展。CAA采用組件對象模型CAA采用面向?qū)ο蟮某绦蛘Z言，開發(fā)過程可看作是其組件對象的組合和擴展。CAA采用組件對象模型(COM)和對象的連接和嵌入(OLE)技術(shù)，CAA的架構(gòu)如圖2所示。

　　圖2 CAA架構(gòu)

　　三、使用組件應(yīng)用架構(gòu)的CATIA界面二次開發(fā)方法

　　下面的例子說明了如何使用CAA C++開發(fā)方式來建立一個CATIA內(nèi)部程序。實現(xiàn)的功能是新建一個獨立的工作臺(workbench)，并在其下面實現(xiàn)添加自定義菜單，添加工具條以及按鈕圖標，插入CATIA風(fēng)格的對話框。并生成對界面功能的響應(yīng)，建立command，實現(xiàn)調(diào)用對話框，以及通過輸入?yún)?shù)直接用代碼生成一個三維模型，并在CATIA主窗口中顯示。

　　1、 新建獨立的workbench

　　CATIA V5將某類包含一系列交互命令的一些工具條分組顯示在不同的工作臺(workbench)中，這樣有利于工具的查找和使用。通過自己新建的workbench可以將自己二次開發(fā)形成的一系列命令集中顯示在一個工作臺中，便于以后的操作。工作臺的建立需要以下幾個步驟。

　　創(chuàng)建工作臺廠(factory)的接口(interface);

　　創(chuàng)建工作臺廠;

　　創(chuàng)建工作臺描述類;

　　創(chuàng)建響應(yīng)命令(command)的標題;

　　創(chuàng)建工作臺并排列圖標按鈕響應(yīng);

　　提供圖片及提示等資源并將新建的工作臺插入開始菜單;

　　創(chuàng)建工作臺的顯示界面。

　　插入新建的工作臺MyWorkBench后的CATIA開始菜單如圖3所示，它與CATIA現(xiàn)有的模塊成為并列關(guān)系。現(xiàn)在進入MyWorkBench工作臺里面沒有任何工具條及按鈕，下面添加這部分工具。

　　圖3 生成的新的工作臺

　　2、 添加工具條及按鈕

　　首先創(chuàng)建按鈕的描述類CAAAfrGeoCreationWkb，派生于CATBaseUnknown類。CATBaseUnknown是創(chuàng)建用戶界面并實現(xiàn)界面的基類，所有的接口都是從IUnknown/CATBaseUnknown繼承的。這個類中建立了兩個函數(shù)分別為CATCmdWorkbench *的CreateWorkbench()函數(shù)和無返回值類型的CreateCommands()。前面的函數(shù)是用來實現(xiàn)順序插入工具條、按鈕圖標以及菜單，后面的函數(shù)是實現(xiàn)對插入按鈕以及菜單和響應(yīng)函數(shù)的關(guān)聯(lián)。

　　在CreateWorkbench()函數(shù)中用到了宏NewAccess(className,variableName,objectName)。CATIA的工作場(workshop)或者工作臺(workbench)可以被看作是一個入口的集合包，使用NewAccess宏可以創(chuàng)建一個這樣的入口。使用SetAccessChild(variableName,childName)以及SetAccessNext (variableName,nextName)這兩個宏則可以連接入口。其中className表示被創(chuàng)建類的類型，包括以下幾種類型：CATCmdContainer，CATCmdWorkshop，CATCmdSeparator，CATCmdStarter。下面就是創(chuàng)建了一個按鈕的容器，也就是工具條，并在其中添加按鈕的部分代碼。

　　NewAccess(CATCmdContainer,pCAAAfrTB1EltTlb,CAAAfrTB1EltTlb);//創(chuàng)建工具條pCAAAfrTB1EltTlb

　　SetAccessChild(pCAAAfrGeoCreationWkb, pCAAAfrTB1EltTlb); //工具條加入工作臺

　　//創(chuàng)建按鈕cmd1，并設(shè)置其響應(yīng)宏為CAAAfrCmd1Hdr，最后將其加入工具條TB1中

　　NewAccess(CATCmdStarter,pCAAAfrTTB1EltCmd1Str,CAAAfrTTB1EltCmd1Str);

　　SetAccessCommand(pCAAAfrTTB1EltCmd1Str,"CAAAfrCmd1Hdr");

　　SetAccessChild(pCAAAfrTB1EltTlb,pCAAAfrTTB1EltCmd1Str);

　　接下來繪制一個圖標，并在CAAAfrGeoCreationWkbHeader.CATRsc中將其關(guān)聯(lián)，具體如下，則cmd1按鈕顯示的是CAACmd1.Bmp圖標。

　　CAAAfrGeoCreationWkbHeader.CAAAfrCmd1Hdr.Icon.Normal = "I_CAACmd1";

　　在CAAAfrGeoCreationWkbHeader.CATNls文件中設(shè)置新建按鈕的標題以及提示內(nèi)容

　　CAAAfrGeoCreationWkbHeader.CAAAfrCmd1Hdr.Category = "Element";

　　CAAAfrGeoCreationWkbHeader.CAAAfrCmd1Hdr.Title = "command1";

　　CAAAfrGeoCreationWkbHeader.CAAAfrCmd1Hdr.ShortHelp = "new cmd1";

　　添加兩個工具條并插入一系列按鈕的效果圖如下面圖4所示。

　                   　圖4 新添加的按鈕                                                             圖5 添加的菜單

　　3、添加菜單

　　菜單的添加與添加按鈕類似，也是在CreateWorkbench()函數(shù)中，只不過是在宏中的參數(shù)與添加按鈕并不一樣。添加后的效果圖如圖5所示

　　NewAccess(CATCmdContainer, pCAAAfrGeoCreationMbr, CAAAfrGeoCreationMbr);

　　NewAccess(CATCmdContainer, pCATAfrInsertMnu, CATAfrInsertMnu);

　　SetAccessChild(pCAAAfrGeoCreationMbr, pCATAfrInsertMnu);

　　NewAccess(CATCmdSeparator, pCAAAfrGeoCreationInsertSep, CAAAfrGeoCreationInsertSep);

　　SetAccessChild(pCATAfrInsertMnu, pCAAAfrGeoCreationInsertSep);

　　NewAccess(CATCmdContainer, pCAAAfrMeu1EltSnu, CAAAfrMeu1EltSnu);

　　SetAccessNext(pCAAAfrGeoCreationInsertSep, pCAAAfrMeu1EltSnu);

　　NewAccess(CATCmdStarter, pCAAAfrMMeu1SubMn1Str, CAAAfrMMeu1SubMn1Str);

　　SetAccessChild(pCAAAfrMeu1EltSnu, pCAAAfrMMeu1SubMn1Str);

　　SetAccessCommand(pCAAAfrMMeu1SubMn1Str, "CAAAfrCmd1Hdr");

　　在CAAAfrGeoCreationWkb.CATNls文件中設(shè)置菜單顯示的屬性。

　　CAAAfr Meu1EltSnu.Title = "新建菜單1" ;

　　CAAAfr Meu1EltTlb.Title = "command1" ;

　　3、 建立菜單以及按鈕的響應(yīng)類

　　建好的workbench空框架中可以創(chuàng)建三種類型的響應(yīng)(command)類，他們都是CATCommand派生出來的。具體添加過程是打開CAA Rade 菜單"Insert"，選擇 "CATIA Resource"下的"Command..."。可以選擇Statechart command，dialog-box based command和 Basic command。Basic command是創(chuàng)建一個空的響應(yīng)類，在函數(shù)Activate( CATCommand * iFromClient, CATNotification * iEvtDat)中添加響應(yīng)。

　　dialog-box based command在二次開發(fā)中會被更多的用到。選擇該類型響應(yīng)類，在運行的時候會直接彈出一個對話框，當然，可以對這個對話框進行編輯。對話框編輯界面如圖6所示，里面有一個正在編輯的對話框，在圖的中部，右邊是自帶的一些控件，包括CATDlgFrame，CATDlgLabel，CATDlgEditor，CATDlgPushButton，CATDlgRadioButton等等。對話框內(nèi)所有的控件在Build()函數(shù)中列出，應(yīng)用函數(shù)SetGridConstraints(short int iTopRow, short int iLeftColumn, short int iRowSpan, unsigned int iJustification)通過設(shè)置控件在對話框中矩陣位置的方式來調(diào)整位置。

　　為控件添加回調(diào)函數(shù)來響應(yīng)各種操作。如圖7所示，CATDlgPushButton按鈕控件包括Creation，Visibility swap，Resizement，Button activation以及Repetitive button activation5中回調(diào)函數(shù)。選擇Button activation產(chǎn)生點擊響應(yīng)生成回調(diào)函數(shù)OnPushButton004PushBActivateNotification(CATCommand* cmd, CATNotification* evt, CATCommandClientData data)，可以在這個函數(shù)內(nèi)添加代碼。

　　                                     圖6 對話框編輯                                   圖7 添加對話框控件回調(diào)函數(shù)

　　四、開發(fā)實例

　　1、通過輸入?yún)?shù)繪制拉伸體的例子，可以根據(jù)自己的需要生成拉伸體以及其他復(fù)雜的模型，并實現(xiàn)參數(shù)化的過程，此例中通過輸入截面圓的半徑、拉伸長度以及拉伸方向與截面法向角度值生成拉伸體，并可以改變其位置。如圖8所示。

　　圖8 按鈕對話框響應(yīng)繪制拉伸體

　　2、五座標數(shù)控機床運動仿真。實現(xiàn)了機床的數(shù)字化建模以及機床的運動仿真，并可在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)更多的仿真功能和模塊。仿真完成后的效果圖如圖9所示，圖10和圖11分別為局部效果以及刀軌的顯示。

　　首先，新建一個獨立的工作臺，在下面建立兩個個模塊：機床模型建立模塊和運動仿真模塊。為每個模塊建立各自所需的Toolbar和對話框以及響應(yīng)函數(shù)，可以參考前面提到的方法。

　　然后，通過利用CATIA本身的建模功能或者利用二次開發(fā)自己應(yīng)用代碼生成機床數(shù)字化模型。本文采用了后者，這樣有利于后面對于模型的操作和添加機床行程等約束參數(shù)。建模應(yīng)用了CATIA的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊，機床文件為*.CATProduct。首先應(yīng)用CAA C++的Part Design部分建立機床各部分的零件，每個部分都為獨立的*.CATPart文件。然后應(yīng)用CAA C++的3D PLM PPR組件實現(xiàn)整個機床的裝配。

　　接下來是機床的運動仿真的實現(xiàn)。讀取NC文件經(jīng)過處理后提取到移動的方向和坐標值后。應(yīng)用CATIDocRoots接口找到機床模型的根產(chǎn)品(Root Product)，遍歷得到要移動的相應(yīng)機床部件，得到CATIMovable接口實現(xiàn)相應(yīng)部分的移動，移動矩陣為CATMathTransformation類型。

　　最后是刀具軌跡的生成和顯示，這里用到了CAA的GSM和Shape Design & Styling。可以顯示直線，圓弧和樣條曲線。

　　圖9 機床運動仿真的整體效果圖

　　              圖10 運動仿真局部效果圖                                             圖11 獨立顯示的導(dǎo)軌

　　機床運動仿真探索了應(yīng)用CAA實現(xiàn)了界面二次開發(fā)、實體和空間曲線建模、產(chǎn)品裝配及運動效果等方面。不但可以實現(xiàn)虛擬加工仿真，也可以應(yīng)用在虛擬裝配的動畫顯示方面。因為CATIA CAA二次開發(fā)采用的組件方式以及COM的應(yīng)用，再加上CATIA本身結(jié)構(gòu)的層次化和嚴謹，所以對于和其他CAD軟件相比也有更大的難度。

　　五、結(jié)束語

　　應(yīng)用CAA組件對CATIA軟件進行二次開發(fā)，可以大大縮短專用系統(tǒng)的開發(fā)周期。Component Application Architecture(CAA) 組件應(yīng)用架構(gòu)，是第三方產(chǎn)品集成和一般客戶進行客戶化、個性化設(shè)計的強有力的工具，利用CAA完全可以實現(xiàn)Dassault Systemes應(yīng)用的深層次開發(fā)。但是，由于Dassault Systemes應(yīng)用本身的復(fù)雜性和CAA所涉及的深層次內(nèi)容，再加上CATIA本身結(jié)構(gòu)的層次化和嚴謹，所以利用CAA進行CATIA二次開發(fā)與其他CAD軟件相比也具有更大的復(fù)雜性和難度，但同時也可以實現(xiàn)更強大的功能。