（机械制造及其自动化专业论文）协同液压设计资源共享平台及泵选型cad系统开发.pdf

摘要 协同液压设计资源共享平台及泵选型c a d 系统研发+ 专业机械制造及其自动化 研究生王波指导教师汪永超教授 摘要 实施液压系统设计资源共享以支持液压协同设计是适应现代机械行业发展 的需要，也是适应数字化设计发展方向的要求。机械行业资源的共享是实施网 络化制造的基础和前提，它能提高企业产品设计的创新能力，实现产品设计制 造的低成本和高效率的目标。因此，通过网络将分散在各个企业中的机械行业 资源实现共享和优化利用是实施机械行业信息化的重要特征之一。构建能集成 多方面资源、具有多种功能的液压行业资源共享平台将成为提高液压行业设计、 生产制造的一种重要技术工具，可以有效地提高企业设计能力和竞争能力。 本论文在四川省重点科技攻关项目基于w e b 服务技术的制造信息化应用 研究与歼发的支持下，在开发研制制造资源数字化手髓软件系统的基础上， 提出了一种支持液压设计系统协同设计模式的资源共享平台。重点研究了液压 资源共享平台的构建原理、体系机构，实施中相关技术以及系统原型的实现， 并开发了相应的系统软件。论文在理论和实践中的主要成果和特色如下： ( 1 ) 通过对现有的液压行业共享资源研究现状分析，论述了协同设计环境 下充分发挥液压资源的优势和作用的重要途径之一是建立制造资源共享平台， 实现各企业问的开放性资源其享服务，从而提高企业的整体技术水平和市场竞 争能力。 ( 2 ) 对液压资源共享平台进行了方案规划和总体的设计，并提出了一种由 数据中心、应用服务，应用工具集、液压元件辅助设计模块等功能子系统组成 奉论文得到四川省重点科技项目( 编号；0 3 g g 0 1 0 - 一0 0 2 ) 的瓷助 i 四川大学硕t 学位论文 的液压资源共享平台的功能体系结构，而且系统地对资源共享模式，资源控制 模式，异构数据库的转换。不规则数据查询处理方法，公式解析等其系列主要 实现关键技术进行了系统而深入的研究与分析，从而为液压协同设计资源共享 平台的建立奠定了技术基础。 ( 3 ) 基于资源共享需要，从组织化、体系化、网络化并集成共享角度，对 液压设计系统可共享资源进行了系统的分类和整理，并将其通过数字化手段存 储于数据中心，从而为液压设计系统协同设计提供基础共享资源。 ( 4 ) 研制开发出面向液压资源共享平台液压传动设计数字化手嬲软件系 统。其中包括协同环境下和单机环境系统。协同环境下液压设计系统主要是为 行业提供共享数据资源和提供资源发布交换平台。系统由公共数据中心，液压 元件辅助设计模块，查询中心，资料下载中心及帮助等构成。在资料下载栏里 可以下载到单机版争所编写的液压元件的辅助设计模块；液压设汁系统单机结 构分为：设计程序模块，演示程序模块，输出模块，查询模块，辅助设计模块， 工程计算器，帮助模块。在这套系统中主要实现的是液压设计资源的单机环境 下查询与液压元件的信息的查询；工程计算器实现液压设计中相关公式的数值 计算；辅助设计、选型模块实现液压元件的校核以及元件的选型功能。该软件 系统具有数据丰富、使用方便、界面友好等特点，已由机械工程出版社出版发 行应用效果良好。 ( 5 ) 在分析液压泵选型原理与流程基础上。研制开发出液压元件中液压泵 的选型系统，并以实例说明功能，对设计者辅助液压泵的选型有较好的作用。 关键词：液压设计系统资源共享协同设计液压泵选型c a d a b s t r a e t r e s e a r c ho nt h er e s o u r c es h a r i n gp l a t f o r mo f h y d r a u l i cs y s t e mc o l l a b o r a t i v ed e s i g na n d p u m p s e l e c tc a d m a j o r m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n ga n da u t o m a t i o n p o s t g r a d u a t ew a n gb o s u p e r v i s o rp r o f w a n gy o n g c h a n a b s t r a c t h y d r a u l i cs y s t e mc o l l a b o r a t i v ed e s i g nb a s e do nr e s o u r c es h a r i n gt e c h n i q u e m e e t st h ed e m a n dt h a te c o n o m i c g l o b a l i z a t i o na n dd e v e l o p m e n to fm o d e m m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y i t i st h e r e q u i r e m e n t o f s t r a t e g y t h a t p r o p e l l i n g i n d u s t r i a l i z e dd e v e l o p m e n tw i t hn o r m a l i z a t i o n m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c es h a r i n gi s t h ef o u n d a t i o na n dp r e r e q u i s i t eo fn e t w o r km a n u f a c t u r i n g i tc a ni m p r o v et h e i n n o v a t i o na b i l i t yo ft h ep r o d u c td e s i g no fe n t e r p r i s e s ，s oa st oh i tt h et a r g e to fl o w c o s ta n dh i g h e f f i c i e n c yi n p r o d u c td e s i g n i n g s h a r i n ga n do p t i m i z a t i o no f m a n u f a c t u r i n gr e s o u r e a 。= t h r o u g hn e t w o r ki ne a c he n t e r p r i s ei st h eo n eo ft h em o s t i m p o r t a n tc h a r a c t e r i s t i c so fe c o n o m i cg l o b a l i z a t i o na n dd e v e l o p m e n to fm o d e r n m a n u f a c t u r i n g i n d u s t r y w ee s t a b l i s hm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c es h a r i n gp l a t f o r m ( m r s p ) w i t hm u l t i f u n c t i o nw h i c hi m e g r a t er e s o u r c of r o mm a n ya s p e c t s t h a t p l a t f o r mw i l lb ea ni m p o r t a n tt e c h n i c a lt o o lw h i c hs u p p o r ti m p l e m e n t a t i o no f h y d r a u l i ci n d u s t r y , a n di m p r o v et h ei n n o v a t i o na b i l i t yo ft h ep r o d u c td e s i g n i n go f e n t e r p r i s e s t h er e s e a r c hw o r ki s s u p p o r t e db yp r o j e c to f t h es i c h u a n p r o v i n c e ， i s o u r c ef o rh y d r a u l i cc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ( 4 ) d i g i t i z e dd e s i g n h a n d b o o ks o f t w a r e s y s t e m o f h y d r a u l i cs y s t e m c o l l a b o r a t i v ed e s i g nb a s e do nf e s o u r t ：es h a r i n gh a sb e e nd e v e l o p e d ，w h i c hi n c l u d e c o l l a b o r a t i v ee n v i r o n m e n ta n ds t a n d - a l o n ee n v i r o n m e n t n es y s t e mi nc o l l a b o r a t i v e e n v i r o n m e n ti sm a i n l yf o rs u p p l y i n gt h es h a r i n gr e s o u r c ea n di s s u a n c ep l a t f o r m i t i sc o n s i s t e do fd a t ac e n t e r , h y d r a u l i cc o m p o n e n t sa s s i s t a n td e s i g nm o d u l e s ，q u e r y c e n t e r , d a t ad o w n l o a dc e n t e r , h e l pa n ds oo n i nd a t ad o w n l o a dc e n t e r , t h eh y d r a u l i c c o m p o n e n t sa s s i s t a n td e s i g nm o d u l e sc o m p i l e di nt h es t a n d - a l o n ee n v i r o n m e n t ；功e l v v l 绪论 1 绪论 科技的发展，以互联网为代表的信息和网络技术的广泛应用，将导致产品 开发、业务流程、管理体制和生产模式的根本性变革，信息化将成为大势所趋， 并将给企业带来巨大的经济效益。2 1 世纪的国际竞争环境必然是企业之间合作 与竞争并存，单个企业将不可能完全具备市场竞争所必需的你全部条件和资源， 很难长期与瞬息万变的市场保持一致。因此，企业之间以资源共享为基础，以 企业之间合作协同为主导的网络化协同设计与制造模式将是2 l 世纪的一种重 要生产组织模式i l i 。 1 1 液压设计资源信息共享实施分析 1 1 1 液压设计资源信息共享实施必要性 二十世纪九十年代以来，以计算机技术为代表的信息技术在企业的经营、 管理、设计和制造中得到日益广泛深入的应用，促使发达国家的企业迅速由生 产过程自动化向企业信息化转变，对提升企业的核心竞争力起到巨大的推动作 用。目前，在发达国家的大企业中，信息化水平已达到相当高的程度，资源的 共享与重用，设计效率与能力得到极大提升。在我国，液压行业信息资源零散 却又非常丰富，尽管实现信息共享技术已经很成熟了，但是对于各行业的信息 共享现状仍然不理想。液压行业的设计存在着很大的经验性，特别需要把这些 经验性的知识和信息共享出来，以提高设计水平。就目前来说信息共享还面临 着以下问题： 资源分类组织性差。目前的资源多数是单个存在于信息中，而且很多液压 数据是以非数字化形式存在，这就为设计者访问和读取造成不方便。 异地、异构的数据信息难以互换，信息共享程度低：在拥有自身产品信息 系统和设计系统的单个企业成员内，所采用的数据结构各不相同，而且相 对独立的存在。使得实现行业内资源异地的交换与共享造成困难。 l 论丈 1 1 2 液压设计资源共享实施的系统需求 从上一节分析目前液压行业资源共享现状与实施必要性，可以知道在搭建 资源共享平台时候应满足的系统特性有： ( 1 ) 资源共享框架需要满足以下特性： 一致性：资源或资源信息将在不同的系统环境下进行交换和处理，这些系 统采用不同的数据格式和处理规则。因此，需要有一致的资源表达和交换 协议，保证资源的可共享和可重用。 可访问性：资源共享涉及多个企业，地理位置通常是分布的，必须保证异 地企业间可以通过i n t e r a c t 互访资源信息。 互操作性：不同企业彼此日】使用的软硬件平台差异可能很大。要保证在不 同信息平台下实现资源的最佳分配，必须具有异构计算机软硬件平台间良 好的互操作性。 集成性：资源共享系统在物理上可以采用集中与分布控制相结合的原则， 以适应地理上分布的企业各部门间资源共享性能的需求。但资源的组织必 须实现集成化，资源模型应使资源信息有机地组织在一起，使信息的查询 与访问简便快捷，信息冗余小。 2 1 绪论 开放性：系统应提供与其他应用系统集成的开放的接口，以保证资源共享 系统与用户应用系统间的紧密集成。 可扩充性：资源共享系统将连接不同的资源供应商，而且这些供应商是动 态接入的。因此，资源共享系统必须具有可扩充性，做到资源供应商的“即 插即用”。 安全性：资源供应商和用户由于其组织的动态性，合作伙伴经常变更，今 天的合作者明天有可能就成为竞争者，但资源共享需要资源供应商、代理 和用户间共享大量的信息，所以要求采取适当的安全措施，既不影响它们 间的信息交换需求，又不至于泄露彼此的商业机密。 标准化：为了保证系统具有更好的适应性，应尽量遵循有关国际、国家或 行业标准，如s t e p p l i b ，c o r b a ，v r m l ，x m l 标准等，这些标准在不 同的领域与企业资源信息的表达与交换紧密相关。不同类型的信息，不同 的应用场合下，采用的标准也不同，因此，还要解决标准间的映射和协调 问题。 ( 2 ) 资源共享系统需要满足以下要求： 授权资源供应商应具有在资源共享系统中注册、修改和撤销其提供的资源 的权力，未授权供应商可以向系统提出资源发布和提供资源的申请。 授权资源用户可以快速方便地查找、选择、集成和使用系统中提供的各种 资源，系统提供多供应商比较机制和从不同的角度对资源的描述能力。 企业内部资源只能对企业内部用户可以访问，只有对外发布的资源才能被 外部用户访问，系统需要针对不同用户，提供安全的权限管理机制。 根据资源分布式的特点，应用同一种方式来描述和表示系统提供的资源共 享过程和服务，也就是使共享过程和服务标准化、规范化。 提供有效的模式集成机制和通用信息管理机制，以解决大规模分布式环境 下的资源管理和配置问题。 资源共享和竞争并存，因此系统需要提供一个用户、供应商与代理之间的 协商机制，通过协商来维护个体利益，实现整体利益最大化【2 l 。 企业功能在向虚拟化发展。越来越多的企业将主要力量集中在“核心竞争 能力”上，将一部分企业功能外包给其他企业，共同进行产品的开发、设计和 制造，形成强大的竞争优势。企业之间的协作和联合过程是资源的重新分配过 四川大学硕十学位论文 程，也就是资源的共享过程。资源共享就是将分布在不同地域、组织或系统中 的资源组织起来完成某一特定的任务。互联网为广泛范围内的资源共享提供了 可能，基于w 曲的资源共享就是以互联网为手段实现资源共享，最终达到优化 社会资源的目的睁j 。 企业内部资源分布在不同的部门，整个社会资源分布在不同的企业，这些 资源产生于不同的系统。从全局资源共享的角度看，资源的地域概念已越来越 模糊，而且资源本身也不具有某一组织的特性，但由于市场的不完全性以及局 部的资源稀缺性等特点，不同组织间的资源共享将涉及到知识产权和利益关系， 故资源仍然具有权属性，同一种资源可以有不同的拥有者或供应商。正是由于 不同组织在自身知识和能力上的巨大差异性，造成资源拥有的不平衡性，才使 资源共享产生需求。资源共享就是为解决局部资源的稀缺性，而使资源在不同 组织之日】相互移动，重新整合资源，使资源整体平衡的过程。 液压设计存在和需要很大的经验性和估计，这就需要一个信息平台来集成 这些经验性的东西，把它共享出来，以提高设计者的设计水平和减少设计者的 劳动量。 本文的重要内容就是搭建一个液压设计资源信息共享平台，提出共享数据 中心，并把液压行业公共数据，可共享的标准系列，设计经验共享于共享数据 中心；企业作为成员加入到共享系统中，经过审批审核对其提供的数据( 包括产 品信息，企业广告，行业信息) 进行公布，分类共享在系统中，不断充实和完善 系统。 1 1 3 液压设计资源共享实施的可能性 液压设计资源共享的实施可能需要从系统实现的技术可能性与液压资源可 共享的可能性进行分析。 由于信息技术的飞速发展与应用，使得采用多种软件实现资源集成共享 可以实现提供技术支持 实现资源集成或资源共享之后，设计人员可以充分利用全行业的资源和 信息，可以避免由于个人设计缺陷或数据信息错误使得系统不能够运行， 设计人员有强烈的资源共享需求和对系统的支持。 4 i 绪论 资源服务的资源共享环境下，并不是意味着设计者没有自身设计特有的 东西，整个行业成员企业可以独立完成一些产品的开发和研制、完成自 身相关设汁和商务活动等。因此，建立资源共享环境是必要的，同时也 是必需的。通过行业资源和信息共享，行业设计可以在竞争中合作，同 时提高自身设计和竞争能力。 1 2 协同设计背景，概念及研究现状 1 2 i 网络协同设计的背景 协同自古就有。在人类的历史长河中，处处都体现了人类协同工作的情景。 从百姓自家的房屋构建到万里长城的修建，在各种不同类型的工程中，无不体 现了协同的理念。尽管协同的理念自古就有，但是形成理论并引起广泛的重视， 还是近二十多年的事。继2 0 世纪5 0 年代的系统论、信息论、控制论之后，8 0 年代新技术革命浪潮里又涌现出耗散结构理论协同论、突变论。它们是研究 自然系统存在的条件、内部的机制、变化的规律，因而被称为当代科学方法“新 三论”，被广泛运用于研究自然和社会各个领域，对于认识、分析、解决问题具 有深刻的理论和实践意义 4 1 。 网络协同设计正是在信息网络的时代背景下，所涌现的一种产品设计方法。 设计是人们经常进行的一种广泛的实践活动，但是到目前为止，人们对设计的 理解和定义尚羌统一的规范【5 1 。下面是有关设计的论述1 5 】【6 】【7 1 ： ( 1 ) 设计是一个过程，在此过程中把可确定的设计任务书转化为技术系统的具体 表述的作业。 ( 2 ) 设计是一个寻找使所有相互矛盾的因素和关系在一个多维状态下协调起来 的手段的过程。 ( 3 ) 所谓设计就是一连串的决策，给定某个目标，明确实现这个目标的手段，一 般就叫设计。 ( 4 ) 设计是在有限的时空范围内，在特定的物质条件下，人们为了满足一定的需 求而进行的一种创造性思维活动的实践过程。 从上述关于设计的各种论述中，可以看出设计具有以下特征： 5 四jt i 大学硕士学位论文 ( 1 ) 所有的设计活动都受到时间与空间的限制。 ( 2 ) 所有的设计活动都是在特定的物质条件的约束下进行的。 ( 3 ) 所有的设计都是为了满足某种需求，称为设计的需求性特征。 ( 4 ) 创造性是设计活动的又一特征。 ( 5 ) 设计活动是一个过程，称为过程性特征。 无论产品设计技术怎样变化，设计的基本特征没有变化。产品设计方法学 或者改变设计特征的表现形式，或者拓宽设计特征的使用范围。例如并行设计 就试图将设计过程从串行变为并行，从而考虑到下游阶段的产品需求，提高产 品的设计质量。2 1 世纪产品开发方法将会迅速革新，正在创建可支持集成产品、 过程、协议开发的分布式设计和制造环境p j 。 设计，特别是对一些复杂产品的设计，是一个极其复杂的处理过程 9 1 。为 了实现一个产品的合理设计，通常需要引入多种设计方法和技术来达到设计的 目的，而且，一个设计问题含有多种不同的设计任务和多种设计数据类型，以 机械产品的工程设计为例，产品的设计需要从产品的功能设计、外观设计( 工业 造型) 、工艺设计、成本、市场需求、质量控制以及重用等多个方面来并行地、 整体地、综合地考虑其设计过程。在这一过程中，涉及到与产品相关的各个领 域和相应的专业知识，而对这些多个领域的知识，经验和数据的综合处理和利 用，都是设计过程的关键；否则，只满足功能和外观需求的产品设计往往很难 合理地满足工艺加工和成本等方面的要求和限制。设计过程的复杂性提出了对 网络协同设计的要求，同时也为网络协同设计提供了丰富的背景。 设计还是一个知识密集的创新过程。工程设计不仅需要丰富的专业知识和 设计基础数据，还需要设计专家的实践经验知识。更需要对上述知识进行加工 处理。协同设计更是一个以知识为基础的计算过程，它不仅需要包括不同领域 的知识和专家的经验，而且需要综合和协同这些专家知识的有效机制，来配合 不同专家的设计任务。知识密集型的特点对协同设计提出了更加迫切的要求， 同时也增加了协同设计的难度。 设计也是一个通信密集型的过程，即不同的设计任务和设计数据之间的数 据、信息和知识之间的相互交换、相互反馈、相互协调。这样的过程对计算机 的支持( 从设计支持环境的角度) 和网络的支持提出了迫切需求，同时，多专家 的通讯和协调是网络协同设计的一个关键问题。 6 l 绪论 1 2 2 协同设计的概念 协同设计至今还没有一个权威的定义，但人们普遍认同下述观点，即为了 完成某一设计目标，由两个或两个以上设计主体( 或称专家小组) ，通过一定的 信息交换和相互协同机制，分别以不同的设计内容共同完成这一设计目标。协 同设计具有以下几个特点l l o l ：( 1 ) 多主体性，是指设计活动由两个或两个以上设 计专家参与的设计，而这些设计专家通常是相互独立的，各自具有领域知识、 经验和一定的问题求解能力。( 2 ) 协同性，具有一种协同各个专家以完成共同设 计目标的机构，这一机构则包括各设计专家间的通讯协议、通讯结构、冲突检 测和仲裁机制。( 3 ) 共同性，该设计目标和设计上下文是共同的，郎各设计专家 小组要实现的设计目标是共同的，而且他们所在的设计环境和上下文也是一致 的。( 4 ) 灵活性，指参与设计专家和专业领域的数目，是动态地增加或减少，而 且协同设计的体系机构也是灵活的、可变的。众多学者从不同的角度对协同设 计进行深入的研究，使得协同具有丰富的内涵： ( 1 ) 协同设计是一个协同工作的过程 随着c s c w 的发展，协同设计是指在计算机的支持下，各成员围绕一个设 计项目，承担相应的部分设计任务，并行交互地进行设计工作，最终得到符合 要求的设计结果的设计方法。也就是将协同设计纳入到c s c w 的计算框架之 中，将协同设计视为c s c w 的应用，即各设计专家共同合作的设计过程。 ( 2 ) 协同设计是一个通信处理过程 在这一过程中，通信与协调是最重要的问题。协同设计应遵循相应的通信 规则，通信语言机制和规则有利于整个设计过程的通信监控。 ( 3 ) 协同设计是一个知识共享和集成的过程 各个设计小组必须共享数据、信息和知识。各协同设计小组内部必须能共 享知识和设计经验，还要能从其他小组获得共享的数据、设计信息和设计结果； 各设计小组间应能相互传递对设计背景与目标的理解；各设计小组不单单是共 享知识与信息，而且要把它们集成而产生新的观点和方案。 “) 协同设计是一个管理过程 这一观点强调了在协同设计中的管理任务，如规划、监控、协商、调度和 决策支持。规划考虑要执行任务的协同性，监控则考虑如何实现这些目标的决 7 四川大学硕 学位论文 策。 网络协同设计是指在网络环境( 包括i n t e m e t , i n t r a n e t 和e x t r a n e t ) 下，分布 在异地的设计人员，在基于计算机的虚拟协作环境中，围绕同一个产品设计任 务，承担相应的部分设计任务，并行、交互、协作地进行设计工作，共同完成 设计任务的设计方法。 网络协同设计的基本特点是：多学科小组在异地、异构环境下的合作设计， 分布在异地的具有不同专业特长的设计小组，使用不同的设计工具，基于网络 进行远程协作设计，在一个共享环境中对设计方案反复讨论、修改，以最快的 速度、最好的质量完成产品设计。它要求相关成员都能及时了解相关的设计方 案，能随时了解设计过程的进展状态，能动态获取阶段性设计结果的信息，能 方便地共享设计资源，能有效地实现人类智能的协同交流。 从实际应用角度出发，可以从以下几方面进一步理解网络协同设计的内涵： ( 1 ) 在网络化产品协同设计中，合作成员利用网络技术，以协同的方式开展 产品设计中的需求分析、方案设计、结构设计、详细设计和工程分析等一系列 设计活动。 ( 2 ) 其核心是利用网络，特别是i n t e m e t ，跨越协作成员之间的空间差距， 通过对信息、过程、资源和知识等的共享，为异地协同设计提供支持环境和工 具。 ( 3 ) 通过网络协同设计，缩短产品设计的时间、降低设计成本、提高设计质 量，从而增强产品的市场竞争力。 1 2 3 协同设计国内外研究现状 i n t e m e t 与w e b 技术的发展很快，同时，网络技术的发展也给协同设计的理 念和模型不断赋予了新的内涵。目前，这是一个新的热点闯题，相关的新概念 和技术不断出现。 计算机支持的协同工作是协同设计的基础，国际上对网络化计算机协同工作 的应用进行了初步研究。这方面研究的主要目标是借助于w 曲的易于使用、平 台独立等特点给人们提供一个协同工作的环境。在这类系统中，比较成熟和有 代表性的是g m d f i t ( 德国国家信息技术研究中应用信息技术研究所) 研究和 l 绪论 开发的b s c w j 系统。b s c w 的特点在于在异构环境下，提供了简单的信息分 布服务。当前该系统发布了b s c ws h a r e dw o r k s h o p c 服务器。 在b s c w 的基础之上，g m d f i t 又研究和开发了c o o p w w w 系统【1 2 】，它 是对b s c w 系统的扩展，其目的是提供一组综合的工具，供人们在w w w 上 进行有效的协同工作。该项目得到欧洲联合委员会( c e u ) 的资助，这类研究工 作的重点是如何改善w e b 。以实现网络化c s c w 应用。 国内有以西安交通大学润滑理论与轴承研究所为主，国内多家企业和研究 机构参与建设的中国现代产品设计与研究开发网络c m d n e t 1 3 l ，提供了互联 网上的支持设计资源服务和支持设计资源信息等服务，其研究重点在于现代设 计中分布知识资源的获取和异地设计中的知识资源远程调用，提供一些在网上 直接运行的计算程序。 中科院计算所对基于c o r b a 的企业遗产系统封装进行了研究，建立了一 个中等规模和复杂程度的齿轮减速器协同设计系统c o d i c g r s 1 4 1 ，较好地解决 了遗留系统的数据库互访和分布异构环境下基于工作流的集成问题。 中国制造协作网o a t t p ：w w w e 是以行业企业联盟为主的研究【1 5 】，m cg o v c n ) 主要注重于制造资源的商务利用和资源供求信息交流等【1 6 l 。 1 3 课题背景、研究意义与主要研究工作 1 3 1 课题研究背景与意义 本文是基于如下课题支持： 四川省重点科技攻关项目“基于w e b 服务技术的制造信息化应用研究 与开发”( 编号：0 3 g g 0 1 0 0 0 2 ) 国家“十五”电子出版物规划项目之一，机械设计手册软件版 为了适应当前我国制造业信息化发展的需要，提供一种制造业基础信息资 源支持平台，利用i n t e r n e t 和w e b 的国际互联性和资源共享性，组建企业问的 动态联盟或者虚拟设计小组，通过组合分散在各个地域的企业的技术优势，发 挥各个企业的局部特长，不同专业技术人员，可以不受地域的限制，在统一的 易于访问的平台下进行异地的协同合作与设计，实现信息交流和共享，可以快 速的开发产品。机械工业出版社组织进行了数字化手册的研制的出版工作。四 9 四川大学硕士学位论文 川大学制造学院c a d c a m 研究所承担了“液压传动数字化手册( 软件版) ”的开 发研制工作。本论文作者参与这一项目的研究工作。 该项目研究方向符合我国计算机应用的研究前沿，有利于促进技术进步。 项目研究内容涉及到计算机图形学的基本理论，网络环境中协同工作的基本理 论和实施技术以及资源共享模式技术，资源控制技术，异构数据转换技术等新 技术。促进了新技术与液压传动设计与制造的结合。 1 3 2 课题研究的主要任务 本文开发以“机械设计手册软件版”系列中的子项目“液压传动数字化设 计手册( 软件版) ”为研究对象，应用c a d 这一先进工具和手段服务于液压设计 系统设计，利用i n t e r n e t 网络建立液压设计信息资源平台，着重对液压设计协 同设计原理，系统开发关键技术和液压泵辅助选型过程等进行研究，论文主要 包括如下研究任务： ( 1 ) 在明确液压协同设计内涵和液压行业资源共享现状及需求状况前提 下，研究液压协同设计环境设计资源共享平台的体系机构和功能，并从资源共 享模式，资源控制模式、异构数据库的转换、不规则数据查询处理方法、公式 解析等其方面，探讨分析资源共享平台搭建实现的关键技术，从而为液压协同 设计环境下资源共享平台的建立奠定技术基础； ( 2 ) 基于设计资源共享需要，从组织化、体系化、网络化并集成共享角度， 对液压设计可共享资源进行系统的分类和整理，并通过数字化手段存储于数据 中心，从而为液压设计系统协同设计提供基础可共享资源。 ( 3 ) 在综合分析现有多种液压设计系统设计手册资料和上述研究成果基础 上，以单机版面模式开发研制“数字化液压传动手册软件”，在此基础上，以 b s 模式开发液压协同设计环境的资源共享平台。 ( 4 ) 在充分分析液压泵选型原理与理论基础上，开发研制简单实用的液压 泵计算机辅助选型系统。 l o 2 基于液压协同设计的资源共事平台研究 2 基于液压协同设计的资源共享平台研究 液压设计资源共享平台的建立是构建制造业信息化工程基础支撑环境之 一，是制造业设计信息化的重要组成部分之一。总的来说，实现液压设计数字 化设计与资源集成，包括液压设计资源数字化和基于资源共享平台两大基本内 容，本章就主要从支持协同设计角度，对液压设计资源共享平台的内涵、结构 体系及其实现关键技术进行系统研究。 2 1 液压设计共享资源的含义 基于共享需要，从组织化、体系化、网络化并集成共享角度，对液压设计 系统可共享资源进行了系统的分类和整理，并将其通过数字化手段存储于数据 中心，从而为液压设计系统协同设计提供基础共享资源。液压设计存在着很大 的经验性，特别需要把这些经验性的知识和信息共享出来，以提高设计水平。 液压设计存在很多标准性的规定，设计者通常在设计时需要翻阅相关的资 料，比如液压设计中硬管和软管外径需要查阅g b t2 3 5 1 1 9 9 3 ，这些都是行 业公共属性的、有利于提设计者设计速度的、是可以开放的信息资源。 液压设计资源共享信息含有：基础标准库，图形符号库( 图形符号，控制机 构、能量控制和调节元件符号绘制规则库) ，公式库( 物理性质公式库，流体静 力学公式，流体动力学公式，雷诺数、流态、压力损失公式库等等) ，各国液压 图形对照图库，液压元件数据库( 尺寸，参数等等) ，产品信息( 生产厂家等) ，安 装图形库【17 1 。 2 2 液压设计共享平台结构体系 共享平台下系统结构由公共数据共享、成员自身( 包括企业实体和单个设 计者) 系统，应用服务系统组成。公共数据中心提供行业可共享的数据标准和 液压元件的设计模块，设计者可以通过简单的输入相关参数，在共享设计模块 阴l 大学硕士学位论史 里进行知识推理、计算和传递得到用户想要的元件。企业提供的可共享资源充 实和完善共享中心数据，以实现本系统目的：把可共享的经验分享，提供设计 水平和设计速度。 在上载企业信息时候，根据企业自身经营范围对其分类形成资源管理中的 子模块，父节点于液压设计的各相应元件。比如：某液压件厂要加入共享系统， 其主要产品经营产品是液压泵，那么在分派其企业信息节点时候分派到液压泵 元件之下。 八 数据 囤圈曰国回国目 中心 公 共 蚤撂管理与配置 协同主持 数 藏压元件赶计模块 据 功能共 系统 簧最管理i 费豫配f协同设计协同恻遗 虚拟研究 i 事 睦压捌渡雎d 管遘 与 ji服 披据 务 更新 接享密塘库堆妒 标准 应用工具集 改变 用户登陆与蛙册 信息发布信息谢览信息导吼 卜 r 气严n y 行业成员 ，舌嚣萎ll 募繁曩li 翟签蓑 l 雾篡曩li 囊罄墓 i 可若享资 源 liili 成员自 身的设 ilii 计运作 收集的可 南南囱南 系统 共事资源 2 摹于液压协同设计的资源共事平台研究 图2 1 液压设计资源共孚结构图 由此可以看出，液压设计资源共享体系结构由三大模块构成：数据中心， 功能应用系统，企业内部运作系统。数据中心与功能应用系统构成公共数据共 享与服务。数据中心，是共享平台的核心，是存储液压设计共享数据信息的容 器。功能应用系统是对共享中心数据的操作和对系统子功能模块的操作。企业 自身运作系统是构成共享系统的成员，是系统的用户群。 l 数据中心 数据中心共享的是液压设计资源共享中可共享资源，包括各类标准，图库， 相应液压元件的产品信息。主要有：基础标准库，图形符号库，公式库，各国 液压、气动图形符号对照，液压元件库，安装尺寸，产品数据库等等。 2 功能应用系统服务 从液压设计资源共享结构图可以看出，资源共享服务器功能系统直接针对 行业共享资源和资源维护及安全控制的业务需要，包括资源管理与优化配置、 行业技术信息协同支持、液压元件辅助设计模块。 ( 1 ) 资源管理与优化配置系统 资源管理与优化配置系统的主要功能是在充分分析液压行业现有资源基 础上，有效搜集、归整、系统化和管理行业可共享信息资源，并在行业范围内 根据需要尽可能实现资源的优化配置，以提高资源利用效率。 图2 2 资源管理功能示意图 而共享者仅仅拥有享用限制性资源的权限。 ( 3 ) 协同支持功能 协同设计制造支持技术方案包括协同设计方案和协同制造方案。 设计方案 a ：采用p m 管理异地分析计算的工作流程和数据文档。 b ：采用数据交换标准交换液压零件数据 c ：利用浏览器w e b 服务器方式浏览、传递异地工程数据库信息 协同设计制造支持协同制造方案 联盟要实现异地协同制造需要解决两个方面问题，一是基于产品b o m 的 制造进度协同，以保证所有联盟成员之间能协同制造；二是通过网络化将分散 在各地企业的制造资源连接起来实现制造资源的有效利用和共享，主要包括通 过网络实现异构d n c 的远程联网，实现异地制造和虚拟集成以及在网络一端 可以链接各种传感器，实现远距离实时或准实时监测加工状态等内容。液压设 计系统支持开发资源服务的资源共享环境下的企业联盟异地协同制造应该在保 证总体协同条件下的各成员具有相当的自主性制造过程。 ( 4 ) 液压设计系统辅助设计模块功能 在选择了具体液压元件之后，根据相应元件的参数和知识推理传递得到设计 者想要的元件。 ( 5 ) 用户与系统数据的交互工具 工具集包括有用户登录与注册，信息发布，信息浏览，信息导航等等。 3 企业内部运作系统 1 4 2 摹于液压协同设计的爱源共事平台研究 企业是构成行业系统的成员，是共享系统的用户。企业在该系统使用共享数 据，也为共享中心提供自身产品的产品信息不断更新共享中心数据。 2 3 资源共享平台搭建关键技术 在系统开发中会涉及到资源共享模式技术，资源控制模式技术，异构数据 转换，不规则数据查询处理方法以及公式解析的实现。其中，资源共享模式技 术设计到液压软件系统协同环境下系统的信息管理模式的选择与决定，不同的 共享模式技术会影响和决定系统的不同结构体系；资源控制模式技术则是影响 液压共享资源采用资源控制的方式；分布式，集中式，集中分布式。不同资源 控制模式下，液压软件系统的搭建结构也会不同；异构数据的转换，则是处理 不同数据源之间的转换问题，这里涉及的是p a r a d o x 数据库与s q ls e r v e r 2 0 0 0 的转换以及d b f 格式与d b 文件的转换；不规则数据查询和公式解析都是针对 系统开发过程中对数据库中字段的处理技术。 2 3 1 资源共享模式技术 资源共享模式是要分析液压设计共享平台应该选择的信息管理结构模式。 选择不同的管理模式，液压设计共享平台所采用的结构体系就不一样。基于资 源共享的液压设计系统协同设计，是要把共享数据设置在服务器端，在用户端 是表示层，实现与用户的人机交互，事物处理与数据处理放置在服务器端。以 下分析b s 和c s 结构体系特点，以确定基于资源共享的液压协同设计系统应该 选择的结构模式。 任何一个计算机应用系统，从简单的单机系统到复杂的网络计算，它都由 三部分组成：显示逻辑部分( 表示层) 、事务处理逻辑部分( 功能层) 和数据处理逻 辑部分( 数据层) 。表示层的功能是实现与用户的交互，功能层的功能是进行具 体的运算和数据处理，数据层的功能是实现对数据库的数据进行查询、修改、 更新等任务i j ”。 传统的c l i e n t s e r v e r 结构设计为两层模式，显示逻辑和事务处理部分均被 放在客户端，数据处理逻辑和数据库放在服务器端。客户端负责执行前台功能， 四川大学硕士学位论文 如管理用户接口、数据处理和报告请求等。而服务器端执行后台服务，如管理 共享外设、控制对共享数据库的操作、接受并应答客户机的请求等。由于客户 端的任务较重，服务器端的任务较轻，c s 模式实际上是所谓的“胖客户机，瘦 服务器”模式。这种模式比较适合于在小规模、用户少、单一数据库且有安全 性保障的局域网环境下运行，所以在当时条件下得到了广泛的应用。随着应用 系统的大型化以及用户对系统性能要求的不断提高，c s 结构暴露出许多缺点： 程序开发量大，客户端维护困难，客户端负担重，成本高，系统安全性差【3 4 1 。 b s 结构是由c s 结构发展而来的三层c s 结构在w 曲上的应用特例。在 这种体系结构下，表示层( ( p r e s e n t a t i o n ) 、功能层( b u s i n e s sl o g i c ) 、数据层 r d a t a s e r v i c e ) ) 放在三个独立的单元：w e b 浏览器、w e b 服务器和数据库服务器， 如图所示。 图2 3b s 结构示意图 器 表示层位于客户端，它的任务是通过w e b 浏览器向w e b 服务器提出数据 请求和接受w e b 服务器传送过来的页面进行显示。功能层由w e b 服务器来实 现，它的任务是接受用户的请求，执行相应的应用程序访问数据库，并将得到 的结果处理后，以通用的格式( 通常是h t m l 文件格式) 传送回客户端。数据层 位于数据库服务器端，其任务是接受w e b 服务器对数据库操纵的请求，实现对 数据库查询、修改、更新等功能，把运行结果提交给w e b 服器。 在三层的b s 结构中，由于事务处理逻辑模块从客户机任务中分离出来， 由w e b 服务器来负担，就使客户机的压力大大减轻，使客户机从沉重的负担和 不断对其提高性能的要求中解放出来，也把技术人员从繁重的维护升级上作中 解脱出来，形成了“瘦客户机胖服务器”模式。 这种结构模式具有以下优点： ( i ) 良好的开放性；c s 结构所采用的标准只在内部统一，其应用大多是专 1 6 2 基于液压协阿设计的资源共享平台研究 用的，而b s 结构所采用的标准都是开放的非专用的，使经过标准化组织所确 定的非单一厂商所制定的，保证了其应用的通用性和跨平台性。 ( 2 ) 开发、维护成本低；b s 的应用只需在客户端安装通用浏览器，维护和 升级上作都在服务器端进行，不需要对客户端进行任何维护、开发，这样就大 大降低了成本。 ( 3 ) 系统安全性好；b s 结构模式在客户端与数据库服务器之间增加了w e b 服务器，两者不直接连接，客户端无法直接对数据库进行操作，避免了客户端 对数据库的破坏。 ( 4 ) 扩展性好；b s 系统的三层结构，层与层之间相互独立，任何一层的改 变不影响其它层，系统扩展非常容易，且可使用不同厂家的产品来组成性能更 佳的系统。 ( 5 ) 操作方便，界面友好；客户端界面都统一在界面友好的浏览器上( 如 i e ，n a v i g a t o r 等) ，使用者不用培训便轻松操作，而且系统升级也不影响用户操 作。 三层的b s 体系结构具有许多c s 结构所不具备的优点，而且又紧密结合 了i n t c m e t i n t r a n e t 技术，用其构建远程控制系统无疑是较好的选择。本系统采 用了这种结构。由于b s 结构的这些优点，在实际应用中很多系统的开发都建 立在这种结构上【3 ，】【3 6 1 。 液压设计资源共享平台是要给行业提供统一的标准，而b s 结构所采用的 标准都是开放的非专用的，使经过标准化组织所确定的非单一厂商所制定的， 保证了其应用的通用性和跨平台性，以此从这个层面来说采用b s 比采用c s 结构合理。其次，从数据安全角度来说，标准库的统一管理可以避免行业成员， 设计人员产生设计失误，而且一旦标准改变，只需要把共享中心的标准更新， 设计人员在查询使用该类标准时候就会使用最新的标准。再次，采用b s 结构， 行业成员在加入共享中心比较方便，成本比较低，因为b s 系统的三层结构， 层与层之间相互独立，任何一层的改变不影响其它层，系统扩展非常容易，且 可使用不同厂家的产品来组成性能更佳的系统。 因此，液压设计资源共享平台共享网络模式选用三层的b s 体