（机械电子工程专业论文）基于web的计算机辅助刀具选配及其管理系统.pdf

中文摘要 基于w e b 的计算机辅助刀具选配及其管理系统 中文摘要 随着信息化时代的到来，应用现代信息化高新技术改造传统产业、促进产业结 构优化升级，制造业信息化将成为今后一段时间制造业发展的主题。刀具行业在信 息化过程中，同样面临着巨大的挑战。在实际生产过程中要求刀具准备工作能够迅 速的提供相应的刀具代码、组件图、刀具工艺参数，并能快速的完成模块式刀具选 配组装。针对以上要求，本文以t m g 2 1 工具系统为研究目标，开发了能够根据用户使 用要求，快速选配刀具组件并对组件进行管理的通用刀具系统。 针对刀具选配所遇到的问题，本文对相关基础技术进行研究，设计了刀具的编 码规则、数据库和规则库以及系统架构。基于v b 、s o l i d w o r k s 及a s p 平台设计了相 关功能模块，实现了刀具组件查询、刀具选配、组件管理等功能。用户只需通过i e 浏览器和通用的软件平台与服务器连接，输入相关条件，即可快速完成刀具选配及 拼装，获得所需的刀具。 本系统的开发，很好的解决了企业内部部门之间缺乏信息交流所形成的信息孤 岛而导致的企业内部信息流动滞塞，实现了刀具的参数化管理、智能配刀以及刀具 组件信息化管理，大幅度提高了企业的生产效率。 关键词：模块式刀具刀具选配数据库拼装 型些 t i t i l e ：c o m p u t e ra i dc u t t i n gt o o lm a t c ha n dm a n a g e m e n t s y s t e mb a s e do nn e t w o r k g r a d u a t en a m e ：c h e nz h i d i r e c t e db y - p r o f e s s o ry a n x i a n g u o a b s t r a c t w i t ht h ei n f o r m a t i o n i z a t i o nt i m e s a r r i v a l ，t h em o d e ma n dh i g hn e w i n t o r m a t i o n i z a t i o nt e c h n o l o g ya r eu s e dt ot r a n s f o r mt r a d i t i o n a li n d u s t r ya n d a c c e l e r a t et h ei n d u s t r i a ls t r u c t u r ep r o m o t i n g t h em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y i n f o r m a t i o n i z a t i o nw i l lb e c o m ed e v e l o p m e n t s u b j e c tf r o mn o w o nap e r i o do f t i m e t h ec u t t i n gt o o li n d u s t r yi ss i m i l a r l yf a c i n gt h eh u g ec h a l l e n g ei nt h e i n f o r m a t i o n i z a t i o np r o c e s s t h e c u t t i n gt o o lp r e p a r a t o r yw o r kr e q u e s t e dt ob e a b l er a p i dt op r o v i d et h ec o r r e s p o n d i n gc u t t i n gt o o lc o d e ，t h em o d u l ec h a r t ， t h ec u t t i n gt o o lt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e ra n dc a nf a s tc o m p l e t et h em o d u l e t y p ec u t t i n gt o o lm a t c ha s s e m b l yi nt h ea c t u a lp r o d u c t i o np r o c e s s i nv i e wo f t h ea b o v er e q u e s t ，t h i sa r t i c l et a k et h et m g 2 1t o o ls y s t e ma st i l el - e s e a i h o b j e c t ，d e v e l o p e dt h eg e n e r a lc u t t i n gt o o ls y s t e m t h es y s t e mc a nm a t c ht h e c u t t i n gt o o lm o d u l ef a s ta n dc a r r yo nc u t t i n gt o o lm o d u l em a n a g e m e n t a c c o r d i n gt ot h eu s e ro p e r a t i o nr e q u i r e m e n t s i nv i e wo ft h eq u e s t i o nw h i c hm e e t st h ec u t t i n gt o o lm a t c h ，t h i sa r t i c l e c o n d u c t st h er e s e a r c ht ot h er e l a t e df o u n d a t i o nt e c h n o l o g y , d e s i g n e dc u t t i n g t o o l sc o d i n gr u l e ，t h ed a t a b a s e ，t h er e g u l a rs t o r e h o u s ea n dc o m p l e t e dt h e c o n s t r u c t i o no ft h es y s t e m t h er e l a t e df u n c t i o n a lm o d u l ed e s i g n e db a s e d o n v b ，s o l i d w o r k sa n dt h ea s p p l a t f o r mi tc a r r i e do u tc u t t i n gt 0 0 1m o d u l e i n q u i r y , c u t t i n gt o o lm a t c h ，m o d u l em a n a g e m e n tf u n c t i o n sa n ds oo n t h e u s e ro n l yn e e dt h r o u g ht h ei eb r o w s e ra n dt h eg e n e r a ls o f t w a r ep l a t f o r m c o n n e c tt os e r v e r t h es y s t e mc a nf a s tc o m p l e t e st h ec u t t i n gt o o lm a t c h i n g a n da s s e m b l i n g ，t h e np r o v i d e st h er i g h tc u t t i n gt o o lt ot h eu s e ra f t e rt h e r e l a t e dc o n d i t i o na r e p u ti nb yu s e r t h i ss y s t e m sd e v e l o p m e n ts u c c e s s f u l l ys o l u t e st h ee n t e r p r i s ei n t e r i o r l a c k e dt h ec o m m u n i c a t i o nt of o r mt h ei n f o r m a t i o ni s o l a t e d i s l a n d w l l i c h i c a u s e sm ee n t e 印r i s ei n s i d e ri n f o r m a t i o nf l o w i n gt ob eb l o c k e d t h es y s t e m c a l l r i e so u tt h ec u t t i n gt o o l sp a r a m e t r i z a t i o nm a n a g e m e n t i n t e l n g e n c e m a t c h i n ga n di n f o r m a t i o n i z a t i o nm a n a g e m e n t i tr a i s e se n t e r p r l s e s p r o d u c t i o ne f f i c i e n c ys i g n i f i c a n t l y k e vw o r d ：m o d u l a t i o nc u t t i n g t o o l c u t t i n gt o o l m a t c h d a t a b a s e a s s e m b l i n g l i 承诺书承话吊 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指 导下独立完成的，学位论文的知识产权属于太原科技 大学。如果今后以其他单位名义发表与在读期间学位 论文相关的内容，将承担法律责任。除文中已经注明 引用的文献资料外，本学位论文不包括任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的成果。 学2 位0 0 做8 年储- - e jc 签e 鼽l 酚呜 j ， 第一章绪论 第一章绪论 刀具的选择、配置及有效的管理已成为企业制造加工过程中的“瓶颈”问题。 同时为了适应信息化时代的到来，充分运用计算机、数据库和网络技术研究和开发 能够快速选择刀具、对模块式刀具进行拼装分析，提高刀具准备速度的刀具配置及 管理系统己成为企业的急需解决的问题。 1 1 计算机辅助刀具设计 1 1 1 模块式刀具 目前我国企业为数控机床配套的工具系统仍以整体式结构的t s gq - - 具系统为 主。整体式刀具存在着明显不足：每把刀具都配备一个刀柄，成本高，利用率低； 局部损坏就使整把刀具报废，造成很大的资源浪费。据调查，生产中1 0 的生产计 划任务因刀具不能及时提供而无法如期进行，1 0 2 0 的时间花费在寻找和调度刀 具上【l 】。模块式刀具的设计和应用在很大程度上可解决刀具资源利用率低、刀具成本 高的问题，并有利于刀具信息描述的标准化，可更快速、更方便地获得加工所需的 最佳刀具及刀具参数。模块式刀具最主要的优点是柔性好，特别对于承担许多不同 零件的小批量加工的工厂，优越性更为突出。如工厂接到一批新产品的任务时，可 以从现存的刀具组件中装配出大部分所需的刀具。模块式刀具还能够针对某个要加 工的零件的特殊装配。装配时要考虑工件的材料、切削的类型和精度要求以及给定 的切削速度和进给量。模块式的划分对于减少刀具库存、降低刀具等待时间、节约 刀具成本都有一定的积极意义。推广模块式刀具在企业中的应用将产生明显的经济 效益 2 1 。 整体式结构是将工具的柄部与夹持部分做成一体，因此工具规格、种类繁多； 模块式结构则将工具柄部与工作头分开，制成各种系列的模块，利用不同规格的中 间模块，再组装成不同规格的刀具。模块式工具系统比整体式工具系统具有更好的 柔性，便于保管、使用，其应用的范围越来越广泛，代表着工具系统的发展方向【3 】1 4 1 【5 】【6 1 。 1 1 2 刀具c a d 技术 计算机辅助设计是利用计算机强有力的计算功能和高效的图形处理能力，辅助 知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想目的或取得创新成果的一种 技术。从广义上说，c a d 技术依赖于计算机软硬件技术及其它相关技术的发展，现已 基于w e b 的计算机辅助刀具选配及其管理系统 成为- - f - j 综合性应用的新技术【7 1 。计算机辅助设计在不同的领域和专业部门有不同的 要求，从整体上说，其主要功能包括：交互式图形处理与几何模型构造；工程计算 分析和对设计的模拟、验证及优化；计算机自动绘图和辅助文档编辑；工程信息的 有效存储及工程数据库的管理与共享；知识库基础上的专家系统和人工智能型辅助 设计与决策；良好的人机界面。 金属切削刀具是直接对零件进行切削加工的生产工具，刀具的性能直接影响切 削加工的效率、精度和表面质量，进而影响产品的质量，因此研究和改造刀具的设 计方法，对整个机械制造业具有重要的现实意义和经济意义。刀具c a d 是刀具设计 的必然发展方向，是伴随着计算机技术，尤其是c a d 技术的发展而发展的。传统的 刀具设计的方法主要是工装设计人员依据使用要求和现有的加工设备等凭经验决定 的。对以前以“手工”操作为主的加工情况来说，这样设计的刀具合理与否还没有 表现得很突出，往往通过操作者的经验可以克服或者说缓冲这种不足，而忽视经济 性的讨论，又掩盖了这种设计方法的不足。众所周知，在金属切削加工中，选用一 把经优化设计的刀具无疑对保证加工产品质量，提高生产率起着决定性的作用。但 是，如果刀具使用不当，也必然要影响加工质量，使加工成本提高，降低生产率。 因此开发通过分析工件的特征信息，利用规范化数据库技术进行刀具选配系统的开 发，使系统可在特征的基础上实现刀具类型、刀具组件信息和工件与刀具材料匹配 等快速完成刀具的组配，从而解决刀具所面临的问题【8 j 。 1 2 刀具管理技术 1 2 1 刀具管理面临的问题 刀具管理是制造执行系统所要研究的重要内容之一，特别是对于机械类生产车 间，刀具的管理是否合理、科学，在很大程度上决定了制造执行系统的可靠性与生 产效率的高低。目前在中国还没有利用计算机及网络等先进手段对刀具进行现代化 管理的成熟商用软件，直接影响了机械加工企业设备的高效利用。具体弊端表现如 下： ( 1 ) 工艺设计人员一般通过经验进行刀具的选用和装配，企业并没有制定统一 的刀具选用和装配标准。这样就很难抽取统一的模式用于计算机对刀具的管理中。 ( 2 ) 无法对刀具进行参数化的查询，不能及时获取刀具的库存信息以及刀具的 具体参数信息，往往会延误刀具的置购，影响正常的生产任务。 ( 3 ) 刀具准备计划和生产计划脱节，经常出现停机等待刀具的现象。 2 第一章绪论 ( 4 ) 刀具信息不畅通，制造资源计划( m r pi i ) 、c a p p 子系统、n c 子系统、工况 数据采集系统和作业计划与调度系统等无法直接获得足够的刀具信息。 随着数控设备和加工零件品种的增多，刀具零部件的种类和相应的资源信息会 越来越复杂，而且占企业整体投资的比重也会逐渐增大，由于实际生产加工的需要， 刀具频繁地在刀具库和机床以及机床与机床之间流动和交换，传统的刀具管理是将 工具信息记录在纸上或记忆在人脑中，采用这种方式使记录的信息容易丢失。不同 的使用者对工具信息掌握不便从而造成了工具的使用混乱与资源浪费，最终必然造 成企业生产效率降低，有时还会造成产品偏差过大。因此，开发一种实用的、通用 的刀具管理系统是十分必要的【9 】【l o 】。 随着计算机技术的迅猛发展，w e b 技术已经成为网络制造、虚拟企业等先进制造 方法与系统的基础。w e b 的应用可以将i n t e r n e t i n t r a n e t 网络环境与数据库完美结 合在一起，支持本地与异地的多任务与多用户并行协同工作，支持信息查询与共享； 同时可以提供分布式的、多层的计算模型，在大大提高系统性能的同时，也降低了 运行负荷。基于w e b 的应用系统将复杂的应用程序转移到w e b 服务器上，客户机只需 一个浏览器和通用的软件平台就可以向用户提供风格一致的操作方式。w e b 技术的诸 多优势为改变落后的人工管理、刀具设计方式提供了强大的技术基础【l 。将刀具及 其相关信息从特定的制造环境中独立出来，建立基于w e b 和i n t e r n e t i n t r a n e t 平台 的无纸化刀具信息管理系统是现代制造业发展的重要组成部分，对促进企业信息化 具有积极的意义l l2 1 。 1 2 2 刀具选配系统 为了解决企业内部复杂的刀具信息适应企业信息化发展的要求，增加企业的竞 争力，迫切需要开发出适应企业发展和满足信息化要求的刀具选配系统。作为刀具 管理系统中的关键模块，刀具选配系统的功能是完成刀具各模块( 包括：刀柄模块、 中间模块、工作模块以及刀头) 的选择。 刀具的设计方案基于待加工工件的特征及加工工艺信息，刀具的选配按照设计 方案逐步的进行各模块的选配，并将刀具选配方案存入数据库中以供零件加工时调 出使用。一个完整的刀具选配系统还应该可以对刀具各模块信息进行管理，刀具管 理模块可以实现对各组件模块的删除、修改、追加数据以及重新选配。 1 3 刀具选配系统的发展现状及趋势 1 3 1 刀具选配技术国内外现状 3 基于w e b 的计算机辅助刀具选配及其管理系统 在国外，关于刀具选配管理技术的研究在八十年代初就已经开始了。一些工业 发达国家对于刀具在线选配管理与控制的研究已有较多的项目，如刀具自动识别、 自动分配与传输、寿命与刀具磨损破损的自动监控等。美国一些企业提出了开发刀 具管理系统，当时开发出来的刀具管理系统主要运用于物流管理中，在采用了刀具 管理系统之后，企业可以很好地提高工作效率并可以大量节省开支。通常情况下一 套刀具管理系统主要由刀具采购、刀具调度库存、刀具选配管理以及各种生产接口 等几个模块组成，并可以通过网络与外系统进行连接。在对制造型企业进行研究的 过程中，许多企业与研究机构还研究与开发出了一些管理方法以及管理系统 【1 3 】【1 4 】【1 5 】【1 6 1 ，从而有利于企业的信息化进程。刀具管理系统作为制造型企业信息化进 程的重要组成部分，一些国外企业与研究机构也对刀具管理系统包括刀具选配系统 进行了深入地研究与完善【1 7 】，使其更好地满足企业发展的要求。随着刀具材料种类 的增多及可转位刀具的广泛应用，为切削加工带来了更多的选择，但同时也为选择 增大了选配的难度。尤其是可转位刀具，刀具组件之间匹配形式种类繁多，每种组 配都有其最适合的加工对象。近年来，国外企业在这方面的研究己取得了一定的成 果【l7 1 ，提出了基于知识库的刀具选配理论，并开发了相应的计算机辅助刀具选择软 件。例女i s a n d v i kc o r o m a n t 公司推出了c o r o g u i d e 软件，能迅速选出车、铣、钻加工 用刀具，还能获得有关各种刀具的详细信息，推荐刀具加工的切削用量；v a l e n i t e m o d c o 公司的s p e c t r a 软件，可对加工钢和铸铁用的刀具材料和新型刀头切削槽型、 几何形状进行选择；i s c a r 公司推出了p r o g r i p 软件，可以简化通用c u t g r i p 和 t o p - g r i p 车刀车削工序的编程工作等等。 近来，国外的一些研究机构已经成功地研究出了面向d n c 的刀具管理系统。实 现了d n c 系统中对刀具信息的有效管理，提高了d n c 系统中刀具资源的利用率，增 强了生产中刀具供应的协同能力，缩短了生产中的非加工时间，并且对提高d n c 系 统的生产组织灵活性和车间生产自动化程度，具有重要意义。 国内关于刀具管理系统的研究和应用始于9 0 年代初期。当时，一些“8 6 3 ”计划 中的c i m s 重点应用企业在实施c i m s 基础上，相继开发了基于c i m s 的刀具管理系统， 为我国在该领域的研究和应用积累了许多宝贵经验。9 0 年代初国内很多研究机构也 在刀具管理系统以及刀具选配系统的研究与设计方面取得了很大的进展，而其中的 刀具选配系统更是有效地提高了选配人员的工作效率。此后一些高校与军工机床厂 在国内外刀具管理技术应用经验的基础上，合作开发出了基于f m s 的刀具管理系统。 其中，包括了基于f m s 的刀具管理系统的刀具选配系统模块的研究成功，在很大程 4 第一章绪论 度上提高了我国制造业的信息化水平。采用这种基于f m s 的刀具管理系统，可以缩 短产品的设计试制与生产周期，并可缩短刀具选配时间，在刀具选配过程中还可以 根据库存的情况优化利用工具资源。当新工艺产生的同时，可以很快地设计出满足 生产要求的刀具选配方案，从而将有效地提高企业产品质量和企业的竞争力。 国内在刀具选择、组配方面所取得的成果具体如下：乔建明等人【1 8 】采用人工智 能技术，在关系数据库的基础上构造了一个基于产生式规则的知识库系统，将刀具 拼装过程中所需的各种信息储存在知识库中，指导计算机自动进行刀具拼装，同时 配套开发了刀具拼装图形的开发模块。陈军鹏等人【1 9 】提出在刀具管理和配刀过程中 引入产生式知识库的概念，并辅以加工工艺进行选刀决策周利平等人【2 0 1 对工具系统 优化组配的方法做了探讨，提出了刀具组配的原则，并结合某企业刀具管理系统 c c t m s l o 进行了刀具组配方案的论证。徐和国等人【2 1 】论述了基于实体模型的计算机 辅助刀具选择的基本方法和流程，提出了粗加工中实现多刀组合优化的基本方法、 步骤和算法，并建立了在一定目标下的优化数学模型。张慧萍等人1 2 2 1 将理论知识和 专家经验同计算机应用联系起来，建立了较完整的车削加工刀具选择系统。 1 3 2 刀具选配技术发展趋势 通过对现有刀具选配系统的分析，刀具选配技术的发展趋势主要体现在以下几方 面。 ( 1 ) 智能化的提高 不断提高知识库知识的标准化、完备化程度以及知识库的可扩展性，从而促进 系统的智能化实现。标准化的知识有利于结构化存储，减少数据冗余，方便科学计 算，此外，标准化有利于知识的共享和系统间集成。完备的知识体系对系统的支持 力度强，而知识量过少会使得整体搜索范围过小，导致搜索过程过早中断。刀具的 智能选配过程是一个机器自学习的过程，选配过程中需要存储获取新规则，而新规 则的加入需要良好的扩展性作为支持。 ( 2 ) 系统数据管理高效化 随着数据库技术的日益完善，系统知识库、组件库管理效率大大提高。 ( 3 ) 开放性与可扩充性 系统设计中的所有模块结构均是透明的，用户可以很方便地对系统进行维护和 完善。系统为用户留有丰富的接口，可以覆盖整个系统的核心，可以对功能模块进 行扩充。 ( 4 ) 网络异地设计集成化 5 基于w e b 的计算机辅助刀具选配及其管理系统 充分利用网络各选配设计客体可通过网络平台实现异地选配设计，最大化的利 用一切资源【2 3 1 。 1 4 课题研究的主要内容 1 4 1 课题研究的意义 随着信息化时代的到来，应用现代信息化高新技术改造传统产业、促进产业结 构优化升级，制造业信息化将成为今后一段时间制造业发展的主题。刀具行业在信 息化过程中，同样面临着巨大的挑战。 本论文研究的就是以t m g 2 1 模块式工具系统为研究对象，在b s 网络结构的基础 下，建立刀具选配和管理系统，在服务器端建立模块式刀具数据库层，中间层开发 逻辑应用层，在客户端开发出入机友好的用户界面。用户只需通过i e 浏览器输入待 加工工件的加工工艺信息，通过逻辑应用层调用服务器端的数据库内信息快速完成 刀具组件的选配，得到加工刀具。并且系统具备管理功能，系统按不同的权限身份 登陆，具有不同的使用权限，一般用户可使用普通的用户功能，管理员可对数据库 层进行维护和扩充。本系统的开发很好的解决了，企业内部部门之间缺乏信息交流 所形成的信息孤岛而导致的企业内部信息流动滞塞。充分利用计算机技术和网络的 发展，开发出基于网络版的管理软件在很大程度上弥补客户端软件的不足，使得企 业内部各个部门之间信息可以相互交流，企业更加便于管理，大幅度提高企业的生 产效率。实现了刀具的参数化管理、智能配刀以及刀具组件信息化管理，做到了刀 具资源信息的即时性、共享性、准确性。 通过刀具管理系统可以提高刀具资源的利用率、缩短刀具准备的时间从而加快 生产周期，为企业创造更多的利润。刀具管理是制造执行系统所要研究的重要内容 之一，特别是对于机械类生产车间，刀具、夹具和量具的管理是否合理、科学，在 很大程度上决定了制造执行系统的可靠性与生产效率的高低。 总之，从提高设备及刀具的利用率、加速新产品开发的生产准备过程、提高企 业的管理水平、促进企业的信息化建设等多方面考虑。建立刀具选配及管理系统无 论是在学术方面还是在实用方面都有很重要的意义。 1 4 2 研究的主要内容 本论文主要阐述了从系统用户需求分析、系统功能分析与设计、数据库设计和 实现、系统程序设计与实现的开发过程。本论文的内容结构： 第一章绪论部分。首先简要介绍了计算机辅助刀具选配及其管理系统，并论述 6 第一章绪论 了计算机辅助刀具c a d 和刀具选配系统在国内外研究现状，最后是课题的提出、研究 的主要内容和意义。 第二章系统软件需求分析与功能设计。根据需求分析，理解用户对刀具选配的 要求，并准确地表达客户端所提供的功能，在此基础上完成了系统功能框架的设计。 第三章刀具选配及其管理系统的系统开发平台设计，根据系统的使用特性，确 定了系统b s 网络三层结构。选择了a s p 作为开发软件，s q ls e r v e r 作为后台数据库。 第四章通过分析刀具选配的过程和规则，介绍了刀具组件事实库规则库的建立 和推理机的设计。 第五章数据库技术与开发。主要介绍了w e b 数据库的基本概念，给出了w e b 数据 库的开发过程，在详细分析t m g 2 1 工具系统的型号规格的基础上，完成了刀具各组件 的编码，并建立各功能模块的数据库。 第六章系统的实现与实例简单接受了系统各功能模块的后台实现过程。最后， 给出了系统运行的实例。 第七章在总结系统的开发过程和运行结果的基础上，总结了本论文的不足和提 出了课题将来的发展方向。 1 5 本章小结 本章简单介绍了目前国内外刀具选配系统的研究现状，介绍了本课题研究的意 义和主要内容。 7 第二章系统软件需求分析与功能分析 第二章系统软件需求分析与功能设计 2 1 系统软件需求分析 需求分析是确定系统必须完成哪些工作，也就是对目标系统提出完整、准确、 清晰、具体的要求。使用户和开发方对该软件的功能、性能等质量特性有一个共同 的理解，并以此作为开发方进行软件设计和用户进行验收的依据1 2 】。针对实际需要 对本系统所提出的具体要求如下： ( 1 ) 基于w e b 方式的系统框架 w e b 方式主要是利用了不断成熟的w w w 浏览器技术，结合浏览器的多种s c r i p t 语 言和a c t i v e x 技术，用通用的浏览器就实现了原来需要复杂专用软件才能实现的强大 功能，提供了简单的信息获取、传输、发布、共享、应用和可视化等过程和方式， 是一种全新的软件系统构造技术【2 4 1 。 本系统是建立基于w e b 的刀具选配与管理系统，用户只需要通过简单的w w w 浏览 器输入技术参数就能完成刀具的选配和管理过程。设计、制造、工艺方面的技术人 员或者是普通的用户，都可利用因特网( 浏览器) 即能方便的获得所需的有关信息， 简化日常通过翻阅手册查阅资料选择加工刀具的方法，并通过数据的采集筛选、检 测、评价、整理及实验等手段，建立科学、合理的刀具组件数据库，辅助用户获得 合理的刀具组件信息，缩短产品的开发周期，提高效益【2 5 1 。 ( 2 ) 系统的性能及效率 为了保证系统能够长期、安全、稳定、可靠、高效的运行，系统应满足的性能 要求有： a 系统处理的准确性和及时性； b 系统的开放性和系统的可扩充性； c 系统的易用性和易维护性； d 系统的响应速度。 ( 3 ) 系统的安全性和使用权限 本系统通过引入了角色的概念来设置用户权限实现系统的管理和安全保障，每 个用户都有自己的权限，只能完成自己权限范围内的操作【2 6 】。其中角色包括：一般 用户角色、设计师角色和管理员角色，每个角色完成的功能如下。 一般用户的基本功能 a 注册； 9 基于w e b 的计算机辅助刀具选配及其管理系统 b 登陆； c 个人资料，修改自己的个人资料，包括姓名、密码、联系方式； d 根据系统使用规则，输入条件进行刀具组件的查询。 设计师角色的基本功能 a 登陆； b 个人资料，修改自己的个人资料，包括姓名、密码、联系方式； c 根据系统使用规则，输入条件进行刀具组件的查询和刀具的选配； 管理员角色基本功能 a 添加用户，包括用户名( 唯一) 、姓名、联系方式和权限； b 删除用户； c 修改用户权限，包括可以为某个用户添加或者删除某项权限； d 修改其他用户密码； e 根据系统使用规则，输入条件进行刀具组件的查询和刀具的选配； f 根据系统规则和标准，扩充刀具组件库、修改和删减刀具组件，包括刀具组 件图库的扩充和删减。 ( 4 ) 计算机辅助刀具管理设计需求 把数据库管理应用到刀具领域，将有利于改变企业刀具选配设计过程的落后现 状和刀具信息管理的低效模式，有利于减少大量冗余的刀具信息、图纸资料，为进 一步实现刀具信息集成和刀具选配设计管理无图纸化创造条件；网络技术应用到数 据库管理中，将为实现刀具信息集中管理和同步更新创造条件，使在企业内部甚至 行业内部处于不同地点不同身份的管理或技术人员都可共享同一个数据库，本文正 是根据这一思想提出了构建一个网络化的分布式工程数据库管理系统【2 7 】，为工装领 域实际生产和计算机辅助设计提供数据支持。 2 2 系统功能设计 2 2 1 系统的功能概述 系统建立在模块式刀具的基础上，本系统主要针对t m g 2 1 工具系统进行开发。 模块式刀具选配系统功能结构如图2 1 所示。刀具的选配主要包括直接组件查询、 选配设计、组件库管理等功能模块。本系统是基于网络的刀具配刀系统，对模块式 刀具进行选配和管理。主要功能包括以下几方面： ( 1 ) 由于刀具组件的名称、种类和规格繁多，而且涉及到供应商、制造商等一 1 0 第二章系统软件需求分析与功能分析 些非常有用的信息，为了对这些信息做到及时的处理，需要对这些数据进行维护。 ( 2 ) 刀具组件是组成刀具的基本单位，对刀具组件基本特性的描述很关健，如 设计长度、接口类型、加工直径等。对这些特性的描述可以对刀具组件的选配起到 很大作用。 ( 3 ) 归纳和整理加工工件的特征信息，根据被加工零件的信息、加工工艺特征 确定装配模式，来选配最适合的刀具组件和备件。 ( 4 ) 建立后台数据库管理维护功能，及时扩充、修改、删减刀具组件库和组件 图库，并根据相应的刀具组件扩充、删除、修改选配规则。 ( 5 ) 建立用户管理，对不同的操作者分配不同的权限。 模块式刀具选配方案设计必须遵守一定的原则。如不能只选刀头与刀杆，因此 一套完整的模块式刀具选配方案不仅要满足零件加工要求以及工艺要求，而且要满 足实际生产需要在进行刀具选配过程中最主要的选配模式有如下4 种：刀头一工作模 块一接杆模块一刀柄模块，刀头一工作模块一刀柄模块，刀头一接杆模块一刀柄模块、刀 头一刀柄模圳2 引。在这些选配模式中没有考虑到一些额外的配套工具如夹簧等。这四 种模块式刀具选配模式是最基本的模块式刀具选配模式。一般情况下模块式刀具选 配方案都是在不断地完善，本文所涉及的模块式刀具选配都是依据刀头、工作模块、 接杆模块、以及刀柄模块这样的顺序进行【2 9 】。 2 2 2 系统的功能设计 图2 1 刀具选配系统功能结构 基于w e b 的计算机辅助刀具选配及其管理系统 ( 1 ) 直接组件查询功能 用户可根据自身使用需要，在用户端输入刀具各组件的名称或者编码，通过网 络与服务器交互，经过服务器端应用程序的处理，提取数据库中的信息( 包括刀具 各组件图库中的图形信息) ，通过网络把查询结果反馈给客户端用户。直接查询结构 图如图2 2 。 图2 2 直接查询结构图 ( 2 ) 选配设计功能 刀具选配设计功能结构设计：客户端用户在刀具选配设计查询界面输入加工类 型、加工直径、加工长度、待加工工件材料、加工精度要求等特征信息，通过用户 界面与服务器端交互后得到刀头和刀柄模块结果；再根据刀头和刀柄模块与工作模 块的相互关系，刀头模块与工作模块的相互关系以及加工特征通过服务器端的应用 程序与数据库中的工作模块进行匹配得出结果；再根据工作模块、接杆与刀柄的关 系以及输入的加工特征约束得都接杆模块，根据这四种模块与刀具数据库进行匹配， 完成目标刀具的选配组装；输出组装刀具、刀具型号及刀具图。通过目标刀具组件 编码与图形库中的图形匹配，输出目标刀具组件图形并在二虚拟拼装软件中完成组 装。选配流程图如图2 3 所示 ( 3 ) 后台数据库管理功能 后台数据库包括刀头数据库、工作模块数据库、接杆模块数据库、刀柄模块数据 库、刀具选配规则库、刀具各组件图形库、用户数据库。各模块按照编码规则以及 其工艺特性编码分类入库【3 0 1 。 刀具数据库管理模块 该模块实现对刀柄数据库、接杆杆数据库、工作模块数据库、刀头数据库、刀 具配套关系数据库的增加、删减、修改，实现刀具的日常管理。 1 2 第二章系统软件需求分析与功能分析 刀具基本元件数据库 该模块包括刀柄数据库、接杆数据库、工作模块数据库、刀头数据库。 刀具选配规则库 该模块包括刀柄、接杆、刀头、 的信息，输出相应的刀具配套关系， 常用刀具系统数据库管理 该模块包括己选过的刀具系统， 除该数据库。 ( 4 ) 用户管理功能 图2 3 选配流程图 工作模块得配套关系，系统根据设计人员输入 供刀具设计组装使用。 设计人员可以根据需要浏览、增加、修改、删 1 3 基于w e b 的计算机辅助刀具选配及其管理系统 为了使软件操作者能够有效、安全地使用软件，这就需要对所有的操作者进行 有效地管理。基于这种原因创建了用户管理系统。该系统主要功能是对用户信息和 用户权限的管理，其中包括用户管理和权限分配。( 如图2 4 ) 一般情况下，用户管理 只有管理员可以对其操作。 l 用户管理 上上 用权 户限 管分 理 配 图2 4 用户管理框图 用户管理模块主要功能是完成操作者向系统申请可以使用该软件的用户的过 程。同时，该模块也可以对己有的用户进行维护，包括修改用户名称、恢复原始密 码、是否启用用户和删除用户。 权限分配是为不同的用户分配不同权限的功能模块。根据本系统的功能将系统 权限分为五个，分别是刀具组件入库权限、刀具组件配套关系权限、刀具配刀系统 权限、刀具浏览系统权限和用户管理权限。用户只能在被分配权限的子系统中进行 操作，无法在未被分配权限的子系统中进行操作。为了保证系统的安全性，用户进入 本系统前必须输入有效的用户账号和密码。为管理用户，可由权限最高级别的用户对 系统进行管理，如增加、减少其他用户，修改其他用户权限，以防止非法用户进入系 统和用户越权操作对数据库的数据造成损坏。此外为保护用户合法权益不受侵害，用 户可以及时修改密码。 ( 5 ) 帮助 便于用户操作，详细的介绍本系统使用方法。 2 3 本章小结 本章概述了系统的整体框架，阐述各个子系统的框架以及它们之间的相互关系， 简单介绍了各个模块的主要功能。 1 4 第三章系统的开发平台设计 第三章系统的开发平台设计 3 1 系统开发平台设计的理论分析 自2 0 世纪9 0 年代以来，i n t e m e t 被应用于各个社会领域，成为当今应用范围最 广、影响最深刻的一项科学技术。其中w e b 技术采用浏览器和超文本链接，得到了 众多i n t e m e t 使用者的青睐，同时，w e b 也得到了众多计算机系统开发者的认真研究， 形成了一系列基于w e b 技术的计算机应用系统。将网络与数据库技术相结合，使得 w e b 技术与数据库都发生了质的变化：由于数据库技术的支撑，w e b 页面有静态网 页发展成为动态网页；由于w e b 技术的支撑，数据库应用系统实现了数据环境和应 用环境的分离，使客户端可以用相对统一的浏览器实现跨平台的零客户端应用【3 1 1 。 作为实现刀具选配和管理系统的直接工具，开发平台需要考虑以下几个问题： ( 1 ) 开发工具的授权 开发工具的成本直接关系着开发成本，不同授权的软件费用不同，因此开发工 具的授权是系统开发首先需要面对的问题。 ( 2 ) 操作系统 操作系统是软件系统运行的基础平台，是具体开发过程中首先需要考察的工具， 其稳定性和安全性直接关系着管理系统的稳定性和安全性。 ( 3 ) 数据库 数据库是存放刀具及相关数据的基础平台，关系着数据的稳定性以及查询效率。 ( 4 ) w e b 开发语言及开发平台 w e b 开发平台及开发语言关系这软件系统的开发和维护成本。 本课题所要研究的基于网络的计算机辅助刀具选配及其管理系统不仅是企业内 部专业信息功能和服务的提供者，也是公共信息和服务的提供者，同时为成员的应 用系统和数据访问、交互提供了一个交流的窗口。在此基础上，系统采用三层b s 结构，选择了以a s p 为动态网页开发技术和s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库技术进行开发， 服务器操作系统采用w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r ，使用户通过浏览器即可访问系统。 3 2 系统开发平台设计的网络结构 3 2 1 b s 与c s 结构系统比较 本系统软件主要为企业服务，企业对软件不仅要从技术上考虑，还要从具体运 用方面来考虑，从刀具选配及管理系统的开发和部署角度对两种结构的系统进行比 较，c s 结构和b s 结构主要差异如下： 1 5 基于w e b 的计算机辅助刀具选配及其管理系统 ( 1 ) 开发部署成本比较 从软件成本上来看，b s 结构的刀具选配及管理系统只有初期一次性投入成本， 系统后期也只需要对服务器端进行维护管理；客户端仅浏览器即可胜任。而c s 结构 的系统则不同，随着应用范围的扩大，投资具有持续性；不仅需要对服务器端进行 维护扩展，还需要对客户端软件进行重新开发部署。 ( 2 ) 数据安全性比较 b s 结构的系统数据集中存放于数据库服务器上，客户端只是浏览器，不保存任 何业务数据和数据库连接信息，也无需进行数据同步，可很好的避免安全问题。由 于c s 结构软件的数据分布特性，客户端所发生的火灾、盗抢、地震、病毒、黑客等 都会造成不可挽回的数据损失，灾难发生后需要重新部署客户端。 ( 3 ) 服务响应及时性比较 随着企业不断发展，其刀具的选配和管理模式必然会不断调整。因此需要对已 部署的刀具系统进行维护、升级。b s 结构的选配及管理系统程序都集中在服务器端， 各客户端只是一个浏览器，无其他需要重新部署的程序，因此服务器更新则全部应 用程序更新，可以做到快速服务响应，适合快速响应制造的发展要求。而c s 结构软 件由于其应用是分布的，程序升级时需要对每一个客户端进行程序升级安装，即使 一个很小的程序缺陷修整都需要很长的重新部署时间，其服务响应迟缓。 ( 4 ) 网络应用限制比较 由于基于网络的特性，b s 结构的刀具选配及管理系统可适用于多种网络环境， 局域网、广域网均可，对网络带宽要求低。同时对操作客户端的电脑性能要求不高。 而c s 结构的系统则对带宽要求较高，适用于局域网内部用户或宽带用户。 ( 5 ) 硬件投资保护比较 在对已有硬件投资的保护方面，两种结构也是完全不同的。当负载上升时，只 要增加服务器台数，实现各个服务器之间的负载均衡，就可以解决b s 结构的系统负 载问题，有效地保护了原有硬件投资。而c s 结构的系统由于其结构不适合依靠多台 服务器来实现负载均衡，实现技术困难，因此一般靠购买更高级的服务器来处理更 重要的负载，可能导致原服务器投资浪费。 ( 6 ) 企业快速扩张支持上的比较 随着加工业的发展，企业间的兼并或扩张日益激烈，如收购新的企业、设立分 厂等。这种情况发生时，b s 结构的刀具数据管理系统无需重新安装部署或投入更多 的专业系统维护人员，只需设立相关账号、培训，即可共享数据。而对于c s 结构的 1 6 第三章系统的开发平台设计 软件来讲，由于必须同时安装服务器和客户端、建设机房、招聘专业管理人员等， 所以对企业的快速扩张或成长适应能力有限。从技术角度来看，b s 结构的系统中， 所有的用户都是通过浏览器来请求w e b 服务器，然后w e b 服务器根据请求对数据库进 行操作，用户不需要保持对数据库的连接，因此效率及负载能力大于c s 结构。而大 多数c s 结构的软件都是通过o d b c 等技术直接连到数据库，每个连到数据库的用户都 需要保持一个o d b c 连接，并一直占用中央服务器的资源，对中央服务器的要求高， 使得用户扩充受到限制【3 2 j 。 3 2 2 系统开发平台网络结构设计 根据以上对两种网络结构的比较，基于网络的计算机辅助刀具选配及管理系统 主要采用b s ( 浏览器j r 务器) 三层结构来进行系统的架构。用户通过浏览器访问 系统，不仅可以进行刀具组件信息的查询以及刀具的选配设计，还可进行多用户的 网络交流。 浏览器h i 务器模式( b s 模式，b r o w s e r s e r v e rm o d e l ) 是w e b 技术和数据库技 术相结合形成的一种技术，采用这种技术，可以实现数据应用系统开发环境和应用 环境的分离。基于b s 模式的数据库应用系统常采用的结构：浏览器一w r e b 服务器 数据库服务器。如下图3 1 所示。 忡凇议方式 雾户机w 曲擞务器 忡惦息遥豳 数籀结构嚣【| 霍 图3 1b s 模式结构 在b s 模式结构中，客户机驻留的用户界面软件为浏览器，用户通过浏览器的 表单等形式向w e b 服务器发送h t t p 协议方式的请求。 将功能服务器配置成为w e b 服务器，响应客户机发出的h t t p 协议方式请求， 当客户机提出访问数据库的请求时，w