（机械电子工程专业论文）基于网络的cam系统关键技术的研究.pdf

河海大学硕士学位论文 摘要 计算机网络技术和信息技术的飞速发展带来了制造业的不断。变革，基于网络 的c a d c a m 作为一门新兴的技术应运而生。充分利用网络技术特别是i n t e m e t 和i n t r a n e t 技术，将信息集成技术、计算机通信技术和d n c ( 直接数控) 技术结 合起来构成集成的网络c a d c a m 系统，实现制造资源的共享、支持跨地区跨 平台的全球制造，是今后制造业的重要发展方向之一。 本文在重点研究了w e b 环境下c a m 系统的体系结构、系统的功能分配、系 统的软件开发等关键技术的基础上，建立了一个w e b c a m 原型系统。该系统以 u g 为c a m 的支撑软件、以a s p 技术访问网络数据库、以串行接口作为与机床 的通信接口、采用w i n s o c k 进行网络编程，实现了从图样的浏览、n c 代码的生 成到n c 代码的实时传送等制造作业的全过程。该系统利用v i s u a lc + + 6 0 为主 要工具编写而成，具有移植性和维护性好、通用性和扩展性强等优点，不仅可用 于实际加工生产，还可用于教学培训，具有广泛的应用前景和实用价值。 关键词：网络化制造、数据库、a s p 、串行通信 l l 河海大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ef a s t s p e e d d e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g ya n di n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y l e a d st ot h ec e a s e l e s sc h a n g eo f m a n u f a c t u r i n g ，, c a d c a mb a s e di n t e r n e t - an e wt e c h n o l o g y , w a sa r i s e na tt h eh i s t o r i cm o m e n t i nt h ef u t u r eo n ei m p o r t a n t d e v e l o p m e n to fm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yi st om a k ef u l lu s eo fn e t w o r kt e c h n o l o g y , e s p e c i a l l y t h e i n t e r n e t i n t r a n e t ，t o c o m b i n ei n f o r m a t i o ni n t e m a la n de x t e m a lo n i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o nt e c h n o l o g y , c o m p u t e rc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yw i t hd i r e c t n u m e r i c a lc o n t r o l ( d n c ) i n t e r f a c et e c h n o l o g yt om a k ea i n t e g r a t e d c a d c a m s y s t e mb a s e do ni n t e m e t ，t oa c h i e v et h eg o a lo f t h eg l o b a lm a n u f a c t u r i n g ，t h a ti st o s a y , t h em a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sc a nb es h a r e di nm o s tp l a t f o r m so fc o m p u t e r sa n d m o s ta r e a si nt h ew o r l d b a s e do nt h e d e e p l y r e s e a r c ho ft h e a r c h i t e c t u r e ，f u n c t i o na s s i g n m e n ta n d s o f t w a r ed e v e l o p m e n to fc a m s y s t e mu n d e r w e b e n v i r o n m e n t ，t h i sp a p e rd e v e l o p sa p r o t o t y p es y s t e mo f w e b c a m t h i s s y s t e mm a k e s u s eo fw i n s o c k d e v e l o p ，i nw h i c h u gi st h ek e ys o f t w a r eo fc a m ，w e bd a t a b a s e sa r ea c c e s s e db ya s p t e c h n o l o g y , t h e c o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e so ft h em a c h i n et o o l sa r et h es e r i a lp o r ti n t e r f a c e s i nt h i s s y s t e m ，t h ef u l lm a n u f a c t u r i n gp r o c e s si s r e a l i z e df r o mt h es k i mo fd r a w i n g s ，t h e f i n i s ho f t h en c p r o g r a m m e r t ot h et i m e l yt r a n s m i s s i o no f t h en c p r o g r a m m e r s t h i s s y s t e m o fw e b c a mi s d e s i g n e d w i t hm i c r o s o f tv i s u a lc + + ( ；0 i th a s m a n y a d v a n t a g e ss u c ha s ：e a s i l yu s i n ga n dt r a n s m i t t i n g ，f r i e n d l yi n t e r f a c e ，e t c s oi t c a nb e u s e da sat o o ln o to n l yi nm a n u f a c t u r i n gf a c t o r y , b u ti nt e a c h i n gm a dt r a i n i n g i tw i l l h a v eag o o d p r o s p e c to fa p p l i c a t i o n a n dh i 曲u t i l i t yv a l u e k e y w o r d s ：n e t w o r km a n u f a c t u r i n g 、d a t a b a s e 、a s p 、s e r i a lp o r ti n t e r f a c e i l i 河海大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1w e b 技术对制造业的影响 制造业是国家经济的发展支柱，制造技术是制造业的技术基础，是提高企业 国际竞争力和创新能力的根本途径。目前，传统的制造技术己难以适应现代化生 产的需要，因此现代制造企业纷纷采用先进制造技术，以增强企业的制造水平和 市场竞争能力，但这些制造技术的应用很多仍处于单项技术应用水平阶段，它们 之间没有很好的集成，信息的交换往往采用硬拷贝。例如，很多企业尽管应用 c a d a c m 系统和加工中心，但由c a d ，c a m 系统生成复杂零件的nc 程序仍采 用手工或微机辅助分段输入、分段加工的方法，不仅生产效率低，而且往往无法 满足加工质量要求。 1 9 9 5 年以来，以i n t e m e t 为代表的国际互联网络，以极快的速度在发展，目 前这种发展的中心是w o r l dw i d ew e b ，也被称为w e b 或w w w 。w e b 技术的产 生和发展极大地推动了国际互联网i n t e m e t 在全球范围内的发展和普及。i n t e r n e t 作为世界上规模最大、用户最多、资源最丰富的互联网络，已经成为当今事实上 的国际信息高速公路，它呈指数性增长的速度使其触角正向全球每一个角度蔓延 1 2 1 。在计算机技术和网络技术特别是i n t e m e t i n t r a n e t 技术迅猛发展的冲击下，制 造业正发生着一场深刻的变革，各种先进制造理念不断涌现，如敏捷制造、虚拟 制造、智能制造、网络化分散制造等。 i n t e m e t 在改变信息传递方式的同时，也改变着企业组织管理方式，使以满 足全球化市场用户需求为核心的快速响应制造活动成为可能，企业不能再局限于 内部的集成，而必须考虑与外部环境的集成，更强调知识的获】驭与共享。从制造 业信息化进程可看出，未来的制造业在某种意义上将成为一种信息产业，用信息 技术促进制造业的改造己成为时代的潮流。在2 l 世纪，世界制造业发展的总趋 势是：信息技术在促进制造业发展过程中的作用仍然是第一位的：独占性技术决 定了产品的价值和价格；联合和竞争两位一体，并超出国界：敏捷性成为制造业 追求的主要目标“。 综合以上论述的先进制造思想，制造业的发展将体现在两个方面：一是充分 利用网络技术特别是i n t e r n e t 和i n t r a n e t 技术，实现制造资源的全球共享、支持 跨地区跨平台的全球制造；二是利用分布式人工智能，实现制造业由传统的递阶 控制向多智能主体( m u l t i ，a g e n t ) 扁平化协同控制转变。 1 2 先进制造技术的发展趋势 世界各国，尤其是经济发达国家，都把先进制造技术作为本国制造业跨入二 河海大学硕士学位论文 十一世纪的战略性主导高新技术来研究，并把它放在“更大区域范围、更广的学 科领域、更高的技术平台”上来研究，其主要发展趋势是【5 】： ( 1 ) 多学科交叉、渗透、复合的趋势：现代科学技术正在向多学科交叉、 渗透、复合的方向发展。同样有赖于现代科学技术发展、对现代科学技术的应用 最为敏感的制造业也正在向多学科交叉发展。例如，快速原型制造是计算机、激 光、材料与机械科学技术的交叉：生物制造是利用细菌吞噬金属的理论来进行微 机械零件加工，是生物学、纳米技术与机械学的结合。因此，先进制造技术研究 的本身就是多学科的交叉、渗透和复合。 ( 2 ) 全球化制造的趋势：全球化制造是西方发达国家合作研究智能制造技 术时提出的概念，通过协同规划、分工合作、优势互补，共同组合成一个智能制 造系统。全球化制造也反映了制造技术研究跨国合作的趋势。 ( 3 ) 向超精微细领域扩展的趋势：随着微型机械、纳米测量、纳米微米加 工制造技术的发展，制造科学与工程技术的内容和范围进一步扩大，传统的制造 学科进入了一个更新颖、更广阔的研究领域。 ( 4 ) 发展可持续的绿色制造的趋势：环境与资源是人类即将进入二十一世 纪生存与发展所面临的两大主题。制造业作为人类社会经济发展的重要支柱，由 于其涉及的生产领域繁多、占用和消耗的资源庞杂，对环境和资源的影响举足轻 重，因而制造业同样面临着环境与资源的约束。因此，可持续的绿色制造的问题 不可避免地被提到人类社会发展的重要议事日程上来。 ( 5 ) 制造技术与生产管理高度统一的发展趋势：技术和管理是制造系统的 两个轮子，只有将技术和管理与生产模式进行有效地结合，才能推动制造系统的 向前发展。过去单纯地强化高新技术的应用，没能使制造业得到革新发展。目前， 由于管理策略和方法的发展和应用，产生了许多诸如敏捷制造、应时制造、精良 生产、智能制造、并行生产、虚拟制造等新的生产模式。这些新的生产模式无一 不是管理与技术结合的结果。 由此可知，网络化制造是2 l 世纪先进制造模式之一。通过网络可以把我国 现有的制造资源根据市场的需求迅速组合起来，组成一种没有围墙、超越空间约 束的、靠网络联系的新的生产系统。网络化制造包括以下几个方面； 借助网络发布企业信息，如企业介绍、产品介绍等； 建立提供行业信息、行业动态等信息的行业性专业网站； 通过网络了解有关的政策法规，为企业开展业务提供法律依据； 能在网上跟踪行业技术信息和发展动态，为企业开发适合市场需求的新 产品服务； 与用户进行网上信息的交流，及时反馈用户意见，组织网上用户的培训 与产品使用问题的解决，建立网上售后服务和技术支持中心； 通过协作网站与协作生产企业进行网上的信息交流和商务活动，提高工 作效率： 开展电子商务活动，如产品销售、产品的虚拟展示，电子支付等： 建立一个虚拟三维产品的“图书馆”，共享数字化产品模型，让各企业 分享，减少巨大的重复性c a d 造型工作。 河海大学硕士学位论文 1 3 基于w e b 的c a d c a m 的研究现状 1 3 1 国外发展概况 在过去的2 0 世纪中，制造业及其所依托的制造技术得到了迅猛的发展。上 世纪8 0 年代末期，美国根据本国制造业面临的问题、挑战和机遇，提出了先进 制造技术的概念( a d v a n c e dm a n u f a c t u r et e c h n o l o g y ) 。并于9 0 年代制定了国家 级a t m 发展计划，引起了制造技术领域的次大的变革，在全球引起了很大的 反响。1 9 9 4 年美国能源部提出了“敏捷制造的使能技术( t e a m ) ”，通过集成产 品的设计和制造，建立了一个“产品实现过程模型”：1 9 9 5 年建立了“全美工厂 网络( f a n ) ”，该网络是国家工业数据库，可提供包括生产能力、各种工程服务项 目、产品及其价格和性能数据、销售和用户服务、专门服务等服务；1 9 9 5 年洛 克希德马丁航空公司建立“制造系统的敏捷基础设施网络( a i m s n c t ) ”，利用国 际互联网支持和管理敏捷企业的供应链；美国通用电器研究和开发部于1 9 9 6 年 建立了“计算机辅助制造网络( c a m n e t ) ”，这可以说是c a m 系统的网络雏形。 它通过i n t e m e t 网提供多种制造支撑服务，如产品设计的可制造性、加工过程仿 真及产品的试验等，使得集成企业的成员能够快速连接和共享制造信息【6 j 。各大 c a d c a m 软件厂商也相继推出了自己的相关产品：i b m 公司推出了c a t w e b 浏览器，用户使用普通的电话线和一个简单配置的客户机，便可以访问c a t i a 数据库中的三维几何图形和进行远程注解、干涉检查等：s o l i d w o r k s 公司发布了 其3 d p a r t s t r e a m n e t 和3 d l n s t a n t w e b s i d e s 站点，利用该站点，s o l i d w o r k s 用户可 以方便地通过w e b 页面生成并发布3 d 设计，并对其进行管理，用户既可以通过 s o l i d w o r k s 公司的主机，也可以通过自己的i n t e m e t 服务器进：盱产品发布【4 j 。以 上这些产品虽然都说不上是真正的网络c a d c a m 系统，但毕竟为其实现提供 了一些技术上的准备。 1 3 2 国内研究现状 我国近年来已有一大批制造企业推广应用计算机技术，陆续引进了相当数量 的c a d c a m 系统，如美国e d s 公司的u g ；美国p a r a m e t r i c t e c h n o l o g y 公司的 p r o e n g i n e e r ；美国c v 公司的c a d d s ；英国d e l t a c a m 公司的d o c t ；日本h z c 公司的g r a d e ；法国m a t r ad a t a v i s i o n 公司用于汽车及覆盖件的e u c l i d - i s 等专 用软件扪。这些系统与软件的引进，可以实现从工程图的生成到数控加工的自动 编程，并能对成形过程进行计算机模拟，实现了c a d c a m 的集成，促进和推 动了我国制造行业的发展。 此外，我国自2 0 世纪8 0 年代末，有一些大专院校与科研单位开始c a d c a m 方面的研究，并承担国家的重点攻关项目，如北京航空航天大学的c a x a 系统； 华中理工大学的注塑模h s c 系统；上海交通大学模具研究所冷冲模c a d 系统等 一 塑塑奎兰婴主堂垡笙苎 i s a 这些在微机上应用的软件，能适应我国国内制造行业的具体现状，为进一步 普及c a d c a m 技术创造了良好的条件。 目前国内在c a d c a m 网络化方面的研究和应用还处于起! 步阶段，主要工作 是对基于信息网络的设计与制造系统的体系结构框架进行了概念研究和理论探 讨，提出了分布式网络化制造系统的初步设想和制造模式，研究了计算机支持下 的协同设计及其环境，如南航c a d c a m 中心设计并实现了一个基于w e b 的制 造过程分析和共享信息管理系统；哈工大的孔振宇等利用w e b 服务中的相应网 关接1 2 1 开发了基于i n t e r n e t 的电加工c a d c a m 系统【6 】。近年来，虚拟异地合作 设计和开发，分散的网络化生产系统获得了广泛的关注，强调设计、开发和生产 的网络化，由多个异地企业组成动态联盟，利用信息和通信技术组织起来，共同 为某个项目提供资源、信息等原始资料，合作开发同一个产品，采用异构、跨平 台的设计与制造工具和分布式产品设计与制造技术的集成与管理，迅速地将产品 从设计转入生产。这样就可以突破地理的限制，在更大的范围内实现资源的共享， 从而保证企业抓住转瞬即逝的市场机遇，赢得竞争。目前这方面的工作仅仅在高 校内进行实验性的研究，属于开始阶段，还需要更深入的研究和实用化的配套。 如西安交大、清华大学和上海交大等高校在策划异地合作设计网；同济大学与香 港的一些中小企业进行联网合作制造模具的实验【6 j 。 1 4 论文选题依据和主要内容 网络化c a d c a m 系统是网络化制造的重要组成部分，是网络化制造的设 计制造单元，是进行网络化制造的基础。企业拥有网络化c a d c a m 系统，即 可通过互惠互利的原则，建立一个相互联系又相互独立的网络系统，形成一个网 上的虚拟企业。合作的企业在网上进行设计、开发、制造和销售，实现资源共享 和风险共担，这种具有高柔性的网上企业能够对市场的变化、消费者的需求做出 快速响应，同时能加快产品的设计和开发速度；并且，由于中小型企业能够共享 投资，从而降低了多品种、小批量生产的成本。 本课题来源于校区学科建设项目“基于网络的c a d c a m 系统的开发研究”， 传统的c a d c a m 系统由于基于不同的硬件平台或软件平台，每个系统基本上 是个封闭的系统，造成系统间的交流困难，缺乏沟通，不能有效的共享资源。采 用当前流行的w e b 技术，建立基于网络平台上的c a d c a m 系统，系统内放置 各种品牌、各种类型的软件包括c a d 、c a m 、c a e 等软件，用户无需购买昂贵 的软件和费时费力的软件选型，就可以在任何地方通过i n t e m e t 进入系统，经过 简单的访问权限确认后，即可操作该系统。用户通过系统可以进行实体c a d 造 型、修改已有的造型、从系统服务器中调出存放的c a d 模型进行浏览、平移、 旋转、打印等操作。如用户需要进行数控加工，则通过系统交互界面进入c a m 模块，输入毛坯材料参数、选择要加工的部位、根据不同的加： 方法输入相应的 加工参数和刀具参数。系统会自动计算出数控加工参数、数控加工参数优化、刀 具轨迹计算、数控加工编程等计算。系统根据生成的刀具轨迹和给定的数控加工 4 河海大学硕士学位论文 机床参数进行后置处理，生成数控加工所需要的n c 代码；根据生成的数控加工 程序，定义好毛坯，系统自动进行数控加工过程的仿真计算；最后系统将仿真后 确定无误的n c 代码传送到数控机床上进行生产加工。这样的话就可以实现异地 共享数据，异地设计，异地制造，实现无纸化生产。上述思想一旦成立，将对企 业的c a d c a m 的应用模式和c a d c a m 软件产业产生重大的影响。 本课题将网络技术应用于c a d c a m ，可以使有限的资源得到充分的利用， 实现异地设计制造、资源共享的目的，使制造业向信息化、网络化、智能化、协 同化方向更进一步，具有很强的现实意义。 本文的研究工作主要是对基于w e b 的c a m 系统的关键技：术进行研究，包括 系统的整体框架结构，组成部分，运行机制以及具体的实现等。论文的主要内容 如下： 第一章介绍了c a d c a m 系统应用于制造业的现状，阐述了基于w e b 的 c a d c a m 技术的国内外研究现状，讨论了i n t e m e t 的发展和开发w e b 应用系统 的优点，给出了课题的来源、研究的内容、意义以及全文的总体结构。 第二章论述了本系统采用的网络计算模式，确定了系统的框架和结构，讨论 了系统的工作流程以及系统的功能分配。并在此基础上确定了系统的具体开发方 案和实现的关键技术。 第三章利用s q ls e r v e r 技术建立了系统所需要的数据库，并且采用了a s p 的中间件技术来访问系统的数据库。详细介绍了a s p 技术的文件特点、内置的 组件对象和服务器组件。最后详细阐述了利用a s p 技术访问网络数据库的方法 和技巧。 第四章讨论系统与n c 机床之间的关键通信技术。系统使用w i n s o c k 技术、 串行通信技术等通信技术来与n c 机床通信，介绍了r s 2 3 2 c 接口的原理、通信 协议和连接方式。给出了在r s 2 3 2 c 接口下串行通信软件的实现。 第五章开发了一个w e b c a m 原型系统，并以一个法兰为例，验证了本文所 采用的关键技术。 第六章总结全文，展望了以后要进一步完善和深化的工作。 河海大学硕士学位论文 第二章w e b c a m 的总体设计 2 1 计算机应用程序体系结构的发展 从上世纪5 0 年代到8 0 年代初期，计算机应用基本上是一种基于终端主机 体系结构的计算模式。随着计算机技术的发展，到了8 0 年代后期，人们提出了 客户机朋臣务器的计算模式，到了9 0 年代初，客户机n 务器( c s ) 技术得到了 广泛的应用，大量应用客户机i n 务器计算模式开发的应用程序得到了人们的认 可，并随着i n t e m e t 技术的飞速发展得以普及。经过了客户机n 务器阶段后，目 前已进入最流行的基于w e b 的i n t e m e t 计算模式，也就是浏览器朋务器模式。 第一代计算模式是集中式，它有大型主机和多个与之相连的终端组成，其核 心是大型主机。几乎所有的计算都是由主机来完成的，而终端仅仅是作为输入 输出的设备【8 j 。这种体系结构的优点是用户能尽可能地使用共享资源，在计算机 发展的初期得到了广泛的应用，尤其是一些大型计算中，它的地位更是不可动摇。 但是，由于主要由主机来负责所有的计算任务，这就要求主机具：苜非常高的性能。 因此，它的主要缺点是：主机负载过大、硬件投资过大、大部分的应用程序可移 植性差、用户界面不友好等。 随着p c 性能的不断提高，计算模式开始转变为客户机服务器( c l i e n t s e r v e r ) 计算模式。客户机服务器模式如图2 1 所示。i n t e m e t 中广泛使用的各种服务许 多都是采用客户机明臣务器计算模式来访问资源的。客户机朋务器是一种二层的 计算体系机构，其思想是将一个应用分为前后台两个部分：客户机负责前台的计 算：后台的计算由服务器承担。它的数据由应用程序集中存储，可通过不同的平 台存取，有较好的系统伸缩性。客户机的功能是完备的，它可以脱离服务器而独 立存在，向用户提供图形用户界面，与用户直接进行信息交互。服务器则提供数 据库的查询和管理、大规模计算等服务。它与终端主机相比，大大提高了系统 运行效率，以及资源共享效率，减少了网络传输的数据量。 一 l 蛰。一 p n 图21 客户机服务器结构图 河海大学硕士学位论文 客户机服务器模式又分为两种： 瘦客户机胖服务器方式：这种计算模型就是基于w e b 的_ | ! 力、同计算。所有组 成状态的事物，如操作系统、应用程序、数据等都在服务器上。前端的客户机只 保留与客户进行交互的应用程序以及一些不需要在服务器上运行的程序，这些程 序平时并不存放在客户端上，它只是在需要的时候，才通过网络从服务器上下载 到本地运行。 胖客户机瘦服务器方式：数据计算与数据处理集中在客户机端。客户机有 本地完整独立的操作系统，以及本地磁盘来存储数据和应用程序。胖客户机的功 能是完备的，它可以脱离服务器而单独存在，向用户提供服务。 c s 模式的优点是： ( 1 ) 交互性强。在c s 模式中，客户端有一套完整的应用程序，在出错提 示、在线帮助等方面都有强大的功能，可以独立进行很多简单的运算。 ( 2 ) 更安全的存取模式。由于c s 模式是配对的点对点的结构模式，其平 台采用适用于局域网的、安全性比较好的网络协议，安全性可以得到较好的保证。 ( 3 ) 降低了网络通讯量。在c s 模式中，只有两层结构，网络通讯只包含 客户机和服务器之间的通讯，大大减少了通讯量。对于相同的任务，c s 模式完 成的速度比较快，这使得c s 更利于处理大量的数据。 但是，c s 模式也有一些方面不够完善，不能适应日益增长的多方面的需求， 主要表现在： ( 1 ) 客户端的软件越来越多，致使客户机越来越庞大，对用户的要求越来 越高，用户必须经过培训才能使用，增加了成本。 ( 2 ) 系统的开发、维护和升级复杂，工作量大，客户端软件维护费用高。 ( 3 ) 服务端数据库必须与每一个活动的用户保持连接，在多用户、多数据 库的情况下，容易造成信息堵塞，使系统性能下降。 浏览器服务器( b r o w s e r s e r v e r ) 模式如图2 2 所示，其三层结构分别为用户 服务层、应用服务层和数据服务层，功能如下m j ： 图2 2 浏览器服务器结构图 7 河海大学硕士学位论文 ( 1 ) 用户服务层( u s e rs e r v i c e t i e r ) ：也称为表现层( p r e s e n t a t i o n t i e r ) 。浚 层主要负责在客户端通过图形界面实现与用户的交互，并向应用服务层提交服务 请求。该层对应于客户端的w 曲浏览器。 ( 2 ) 应用服务层( a p p l i c a t i o ns e r v i c e t i e r ) ：也称为商业逻辑层( b u s i n e s s l o g i c t i e r ) 。该层处理所有来自客户端的服务请求，包括数值计算、数值分析等 与用户界面和数据存储无关的工作。同时也能作为中介，进一步向其他的分布式 应用系统服务器提交服务请求。该层对应于w e b 服务器。 ( 3 ) 数据服务层( d a t as e r v i c et i e r ) ：实际上它是关系数据库系统，负责数 据的维护工作，通过该层完成数据的查询、存取等操作。该层对应于数据库服务 器。 浏览器服务器体系结构利用超文本传输协议h t t p ( h y p e rt e x t t r a n s f e r p r o t o c 0 1 ) 的消息传递机制，客户端通过浏览器访问服务器并发出服务请求，服 务器进行相应的处理后将响应结果返回给客户端。由于b s 模式所使用的技术是 i n t e r n e t 的w e b 技术，而这种技术特别适用于网上发布信息，从而使整个系统 有所扩展。 b s 结构的突出优点是： ( 1 ) 它简化了客户端。该系统无须再像采用c s 模式那样在不同的客户机 上安装不同的应用程序，而只需要安装一个通用的浏览器软件即可。 ( 2 ) 它简化了系统的开发和维护。b s 的所有功能都体现在w e b 服务器上， 大大减轻了系统的开发和维护的工作。 ( 3 ) 它使用户的操作变得更为简单。b s 模式的客户端只是一个简单易用 的浏览器软件。该软件提供了统一、友好、易用的界面，使用者无须培训即可直 接使用。 集中式计算模式由于硬件选择有限，硬件投资难以保证，已逐步淘汰。c s 模式是8 0 年代逐渐成长起来的一种模式，发展到现在已经非常成熟。随着 i n t e r n e t 的流行，以w e b 技术为基础的b s 模式已经曰益显现其先进性，但较 之c s 模式仍不成熟。b s 模式虽然逻辑上采用了的三层结构，但其物理结构仍 然是原来的以太网或环形网。这样，第一层和第二层结构之间的通讯、第二层和 第三层之间的通信都要占用同一条网络线路。因此，在整个基于w e b 的c a d c a m 系统中，有些功能适合用c i s 模式，而有些功能适合采用b s 模式。可以采用混 合式的结构模式来开发整个系统。 2 2w e b c a m 的网络结构模式 考虑到系统内要求具有较强的交互性，较高的交互速度、要求大量数据的处 理以及使用者范围相对固定与集中：但同时，又要兼顾异地用户的需求，因此为 了充分利用已有的资源，降低开发的难度，本系统采用c s 和1 3 s 相结合的体系 结构，根据不同的用户采用不同的计算模式，以充分发挥c s 和b s 的优点，避 免其缺点。采用c s 模式，使用学校自己的高速局域网，将系统的功能合理分配 8 河海大学硕士学位论文 到客户端和服务器端，一方面避免了客户机和服务器之间频繁传输数据，容易形 成瓶颈的缺点，另一方面也可以充分利用配置较高的客户机，合理分担服务器 的部分计算功能，以减轻服务器的负担。而远程数据的访问和管理则采用b f i 模 式结构，这样远程用户就可以使用任何一台装有浏览器的机器，通过i n t e m e t 访 问系统。由于是采用i n t e m e t 来实现对系统的操作，主要的计算功能都由服务器 来承担这样可以避免大量数据的传输，客户端只承担界面的：莲互、参数输入、 浏览等功能。 w e b c a m 系统目前进行模型浏览、修改、生成n c 代码等操作：采用浏览器服务 器( b s ) 计算模式；机床端传送n c 代码采用客户机n 务器( c s ) 计算模式。 整个系统由w e b 浏览器、w e b 客户端软件、w e b 服务器端软件和数据库系统三部 分组成。用户使用浏览器操作整个系统，可以进行系统数据的维护和管理、数控 加工参数优化、数控加工编程、后置处理、加工仿真等操作：使用客户机将生成 的n c 代码传送到数控机床进行加工等操作，系统比较复杂的计算以及系统运行 所需的数据库都放在服务器端。 系统的结构模型如图2 3 所示。 厂 厂 l浏览器卜一叫服务器r - - ，、 iflii 广= r 1 h 煳铲务h 黼库l 臣一一 图23w e b c a m 系统的c s 和b s 混合结构 2 3 系统的功毹设计 w e b c a m 是基于w e b 的c a d c a m 集成系统的一部分，| 但是它也可以在 i n t e m e v i n t r a n e t 上完整地运行，是一个相对独立的系统，具有一般c a m 系统所 具有的主要功能。 本文在进行系统总体设计时，主要考虑以下几个方面的功能： ( 1 ) 系统页面的服务 用户可通过系统用户登录页面进入系统，因此要求系统页面简洁友好，能提 供系统的在线帮助、进行系统数据库的维护和管理以及新用户的注册等。 ( 2 ) 文件操作功能 能进行文件的操作，例如打开c a d 模型文件、保存刀具轨迹文件、后置处 理文件以及生成的n c 代码文件等。用户通过系统可以存取本地机器或者服务器 端的c a d 模型文件。 9 河海大学硕士学位论文 到客户端和服务器端一方面避免了客户机和服务器之间频繁传输数据容易形 成瓶颈的缺点，另一方面也可以充分利用配置较高的客户机，合理分担服务器 的部分计算功能，以减轻服务器的负担。而远程数据的访问和管理则采用b s 模 式结构，这样远程用户就可以使用任何一台装有浏览器的机器，通过i n t e r n e 访 问系统。由于是采用i n t e m e t 来实现对系统的操作，主要的计算功能都由服务器 来承担，这样可以避免大量数据的传输，客户端只承 ：f ：l 界面的：莲互、参数输入、 浏览等功能。 w e b c a m 系统目前进行模型浏览、修改、生成n c 代码等操作采用浏览器服务 器( b s ) 计算模式：机床端传送n c 代码采用客户机服务器( c s ) 计算模式。 整个系统由w e b 浏览器、w e b 客户端软件、w e b 服务器端软件和数据库系统三部 分组成。用户使用浏览器操作整个系统，可以进行系统数据的维护和管理、数控 加工参数优化、数控加工编程、后置处理、加工仿真等操作；使用客户机将生成 的n c 代码传送到数控机床进行加工等操作，系统比较复杂的计算以及系统运行 所需的数据库都放在服务器端。 系统的结构模型如图2 3 所示。 广 厂 浏览器卜一叫服务器r ，一、 l 厂： r 一1 h 黼扩务h 黼库 厂 il 一l j i 竺。j 一 图23w e b c a m 系统的c s 和b ，s 混合结构 2 3 系统的功能设计 w e b c a m 是基于w e b 的c a d c a m 集成系统的一部分，但是它也可以在 i n t e m e t i n t r a n e t 上完整地运行，是一个相对独立的系统，具有一般c a m 系统所 具有的主要功能。 本文在进行系统总体设计时，主要考虑以下几个方面的功能： ( 1 ) 系统页面的服务 用户可通过系统用户登录页面进入系统，因此要求系统页面简洁友好，能提 供系统的在线帮助、进行系统数据库的维护和管理以及新用户的注册等。 ( 2 ) 文件操作功能 能进行文件的操作，例如打开c a d 模型文件、保存刀具轨迹文件、后置处 理文件以及生成的n c 代码文件等。用户通过系统可以存取本地机器或者服务器 端的c a d 模型文件。 9 河海大学硕士学位论文 ( 3 ) 模型浏览 用户在客户端可以浏览c a d 模型，对模型进行放大、缩小、平移、旋转等 操作，并通过鼠标操作获得模型的几何信息。 ( 4 ) 生成n c 代码 用户使用系统的支撑软件，根据数控加工的条件( 工件材料、工件切削表面 形状、刀具类型与参数、机床参数等) 进行数控加工参数优化，自动完成刀具轨 迹的计算；最后根据系统生成的刀具轨迹和给定的数控加工机床( 控制系统类型) 进行后置处理，生成数控加工所需要的n c 代码。 ( 5 ) 网络之间及与数控机床的实时通讯 将通过数控加工仿真后准确无误的n c 代码，通过网卡或者串口，传送到工 控机或数控机床上，控制数控机床进行实际的加工。系统通过与数控机床的实时 通讯，可以了解机床的状态，从而合理地在机床间分配加工任：务。 此外，由于系统在网络上运行，必须对系统的使用者进行角色划分，如管 理员可以对整个系统进行管理和维护( 主要是数据库的管理和维护，如用户数据 库、刀具库的管理、机床数据库的管理、切削参数库等) ，正式用户和试用用户 可以使用整个系统( 但对试用户必须作出一定的限制) ，在系统开发过程中必须 对以上因素进行充分的考虑。 2 4 系统的功能分配 目前，w e b c a m 系统采用浏览器n 务器和瘦客户机胖服务器相结合的计算 模式，所有的应用由客户机和服务器共同完成。如果所有的功能都由服务器来完 成，必然导致客户机和服务器之间频繁的传输数据，从而容易形成数据传输方面 的瓶颈；同时，由于客户端的硬件配置往往较低，所以由客户端承担所有的计算 任务显然也不合理。因此，将系统的功能合理地分配到客户端和服务器端对于提 高整个系统的性能至关重要。 在本系统中，客户机与服务器的功能分配如下： 客户端 ( 1 ) 交互式图形显示。主要是c a d 模型、刀具轨迹、加工仿真过程以及 机床状态等的显示。 ( 2 ) 用户界面。提供系统运行的全部人机界面，包括系统登录界面、系 统菜单、各种参数输入对话框等。通过这些界面，可以进行系统管 理、用户注册、查看在线帮助、文件存取、加工仿真以及传送n c 代码等全部操作。 服务器端 ( 1 )动、静态页面服务，这是服务器最基本的功能。 ( 2 )计算处理。这是系统的核心功能，包括模型文件格式转换、数控加工 参数优化、刀具轨迹生成、后置处理、仿真计算以及通讯计算等复杂 的处理过程。 f i j _ f 海大学硕士学位论文 ( 3 )数据库操作。完成数据库中的各种数据如用户信息、零件信息、刀具 信息、材料信息、机床信息等的读写操作。 系统的总体结构图如图2 4 所示 2 5 系统的工作流程 图2 4w e b c a m 总体结构图 w e b c a m 的工作流程如f ： 用户通过登录界面进入w e b c a m 系统，用户可以查看系统说明、系统在线 帮助等与用户权限无关的内容。管理员输入用户名和密码后登录进入系统，可以 通过系统界面对系统数据库中的数据进行管理和操作。正式用户和试用户正确登 录后，系统客户端软件会自动下载到客户端上运行。其他人员可以通过注册成为 试用户。 正式用户的系统流程如图2 5 所示。 河海大学硕士学位论文 错 误 w e b c a m 系统登录界面 l 用户打开本地或服务器上的c a d 模型文件 2 。6 系统的开发方案 !i!：一 显示c a d 模型 一一上一一一 打开支撑软件u g 二二二蔓= 二二一 数控加工编程 - _ i 数据后置处理 正确 ! 一 结果保存 j l 一 数控加工仿真： j 一一l 一、 结果显示、保存 正确l 一 一 ，一，l 一 数控机床申请传送n c 程序 一上一一 传送n c 程序到数控机床 j _ u _ r _ _ 1 r 一一一l 一一 零件加工 2 6 1 网络操作系统的选择 图2 5 系统的流程图 错 误 m i c r o s o f tw i n d o w s2 0 0 0 ( 或w i n d o w sn t ) 在应用管理、性能、 i n t e r n e t i n t r a n e t 服务、通信以及网络集成服务等功能方面拥有多项其他操作 系统无可比拟的优势。它提供了3 2 位的客户n 务器平台，采用抢占式、多任务、 多线程的机制，加上广大原p c 机用户群和微软公司不断推出的软件，使之成为 网络操作系统的未来。w i n d o w s2 0 0 0 提供了强有力的处理能：匀，工业级的可靠 河海大学硕士学位论文 性、稳定性和安全性及更强大的通信和网络服务( 支持分布式组件对象模型d c o m 和点对点隧道协议o p p t p ) 。它支持w i n d o w s9 5 ，w i n d o w s3 x 和d o s 之上开发 的应用程序，减少了制造单元在c a d c a m 网络应用软件方面的投资。同时， w i n d o w s2 0 0 0 支持多种协议，如：t c p i p 协议，m i c r o s o f tn w l i n k 协议，n e tb e u i 协议，因而可与基于u n i x ，n o v e l in e tw a r e 和o s 2 的局域网兼容【9 l 。因此在 本系统中选择w i n d o w s2 0 0 0 操作系统。 2 6 2 开发工具的选择 m i c r o s o f tv i s u mc + + 6 0 是微软公司于1 9 9 8 年推出的一种集成开发环境， 以其强大的功能，友好的界面，3 2 位面向对象的程序设计及a c t i r ex 的灵活性 而受到广大软件开发者的青睐，被广泛应用于各个领域。同其它软件开发工具相 比，v i s u a lc + + 具有以下优点咿“u j ： 面向对象、可视化开发环境：提供了面向对象的应用程序框架m f c ( m i c r o s o f tf o u n d a t i o nc l a s s ：微软基础类库) ，大大简化了程序员的编程工 作，提高了模块的可重用性。v i s u a lc + + 还提供了基于c a s e 技术的可视化软件 自动生成和维护工具a p p h i z a r d 、c l a s sw i z a r d 、v i s u a l s t u d i o 、w i z a r db a r 等，帮助开发者直观、可视地设计程序的用户界面，可以方便地编写和管理各种 类，维护程序源代码，从而提高了开发效率。 众多的开发商支持已成为工业标准的m f c 类库：m f c 类库事实上已经成为工 业标准类库，得到了众多开发商和软件开发工具的支持；另外，由于众多的开发 商都采用v i s u a lc + + 进行软件开发，这样用v i s u mc + + 开发的程序与别的应用 软件有许多相似之处，易于学习和使用。 v i s u a c + + 封装了