（机械制造及其自动化专业论文）基于xml的夹具产品建模与共享技术研究.pdf

州北i 业人学硕十学位论文摘要 摘要 网络化制造是2 0 世纪9 0 年代产生的一种新的制造模式和理念，是制造企 业利用网络技术丌展产品设计、制造、销售、采购、管理等一系列活动的总称。 本文结合国家8 6 3 计划重点项目“关中高新技术产业带网络化制造系统丌发与 应用”，开展基于x m l 的央具产品建模与共享技术研究。央具的网络化设计制 造是关中高新技术产业带网络化制造的重要组成部分。 根据项目的总体设计，结合关中区域的企业特点，本文对央具网络化设计 的主要关键技术进行了研究，在关键技术研究的基础上建立了失具网络化设计 系统的基本构架并实现了基本功能。 通过分析央具产品结构信息，提出了面向央具结构信息的支持t o p d o w n 的分层结构树模型，并采用基于x m l 的信息建模技术，实现了夹具结构信息 的建模，兴具结构信息主要包括结构树信息和拓扑关系信息。 参照模式一视l 墨j 控制器( m v c ) 系统设计模式，将x m l 、x s l t 和s e r v l e t 三种技术结合，提出了x m l + x s l t + s e r v l e t 的x m l 信息共享方法，实现了基 于w e b 的央具x m l 结构信息共享。 利用虚拟现实建模语言v r m l 的三维建模能力，研究了基于v r m l 的产 品三维模型可视化问题，并给出了三维模型基于w e b 的可视化实现方案；论文 最后研究了基于x m l 的产品三维几何信息模型及模型基于w e b 的可视化问 题。 本文研究的技术思想和方法已在项目中得到实现和验证。 关键词：网络化制造、央具、x m l 、建模 曲北i 。? l k 人学硕十学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gi san e wp a t t e r na n dan e wi d e ao fm a n u f a c t u r e g e n e r a t e di n 1 9 9 0 s 。i ti st h es t t m u po fas e r i e s o fa c t i v i t i e so fd e s i g n i n g ， m a n u f a c t u r i n g ，s e l l i n g ，s t o c k i n ga n dm a n a g e m e n to fm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s u s i n gn e t w o r kt e c h n o l o g y c o m b i n i n gw i t ht h ek e yi t e mo fa d v a n c et e c h n o l o g y d e v e l o p m e n te r o j o c to fc h i n a ( 8 6 3p r o g r a m ) 一“n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m d e v e l o p i n ga n da p p l y i n gi na d v a n c e dt e c h n o l o g yi n d u s t r ya r e ao fg u a n z h o n g t h et h e s i sh a sr e s e a r c h e dt h ej l gm o d e l i n ga n ds h a r i n gt e c h n o l o g yb a s e dx m l j i g n e t w o r k e dd e s i g n i n ga n dm a n u f a c t u r i n gi st h ei m p o r t a n tp a r to fn e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n gi na d v a n c e dt e c h n o l o g yi n d u s t r ya r e ao fg u a n z h o n g a c c o r d i n gt o t h es y s t e md e s i g n ，a n dc o m b i n i n gw i t ht h ec h a r a c t e r so f e n t e r p r i s e si ng u a n z h o n ga r e a 、t h et h e s i sr e s e a r c h e dt h ek e yt e c h n o l o g i e so fj i g n e t w o r k e dd e s i g n i n g ，t h e n ，t h ea u t h o rs e tu pt h es y s t e m sf r a m e w o r ko fj i g n e t w o r k e dd e s i g n i n ga n dr e a l i z e dt h eb a s i cf u n c t i o n s t h et h e s i sa n a l y z e dt h es t r u c t u r ei n f o r m a t i o no fj i g ，a n db r o u g h tf o r w a r da h i b e r a r c h yt r e em o d e l w h i c he a r ls u p p o r t “t o p d o w n ”d e s i g n i n g t h et h e s i sh a s a l s or e a l i z e dm o d e l i n gt h ej i gs t r u c t u r ei n f o r m a t i o n ，t h et r e es t r u c t u r ei n f o r m a t i o n a n dt h e t o p o l o g y i n f o r m a t i o n i n c l u d e d ，a d o p t i n g t h ei n f o r m a t i o n m o d e l i n g t e c h n o l o g yb a s e dx m l ， r e f e r r i n gt ot h em v cs y s t e md e s i g np a t t e r n ，t h et h e s i si n t e g r a t e dt h ex m l ， x s l ta n ds e r v l e tt e c h n o l o g i e s ，a n db r o u g h tf o r w a r dt h ex m l + x s l t + s e r v l e t i n f o r m a t i o ns h a r i n gm e t h o da n dr e a l i z e dt h e j i gx m li n f o r m a t i o ns h a r i n go nw e b t a k i n gt h ef u l la d v a n t a g eo fd i et h r e ed i m e n s i o n sm o d e l i n gl i m c t i o n so fv r m l 、 t h et h e s i sr e s e a r c h e dt h ev i s u a l i z a t i o no ft h r e ed i m e n s i o n sm o d e l s ，a n dg a v ear e a l i z a b l e s c h e m eo nw e b a tl a s t ，t h et h e s i sr e s e a r c h e dt h et h r e ed i m e n s i o n sg e o m e t r y i n f o r m a t i o nm o d e l sb a s e dx m l a n dr e s e a r c h e dt h ei s s u eo f v i s u a l i z a t i o no nw e b f h et e c h n i q u ep r i n c i p l e sa n dm e t h o d si nt h i st h i s e sh a v eb e e nt e s t i f i e di nt h e p r o j e c t k e y w o r d s ：n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ，g i g ，x m l ，m o d e li n g 曲北业人学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 选题背景与意义 第一章绪论 随着制造业的不断发展，敏捷制造( a m ) 、虚拟制造( v m ) 等一批新的 制造模式应运而生。相应地，供应链技术、多智能体( m u l t i a g e n t ) 结构与网 络化制造技术等已成为研究热点p j 。其中网络化制造技术就是以满足制造业网 络化发展的需要在二十世纪九十年代发展起来的一系列制造技术的总称。网络 化制造技术是先进制造技术在网络上的实施，它吸收了计算机网络、计算机辅 助设计、集成制造、虚拟制造、协同设计、计算机仿真、工作流、现代管理等 方面的最新技术成果，并将其综合应用于基于互联网的产品开发与设计、制造、 检测、管理及售后服务的制选全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制 造，并取得理想技术经济效果的前沿制造技术。从本质上可以说，网络化制造 技术是传统制造技术、信息技术、自动化技术和现代管理技术等的有机融合， 其核心是利用网络，特别是i n t e m e t ，跨越不同的企业之间存在的空间差距，通 过企业之问的信息集成、业务过程集成、资源共享，为企业开展异地协同的设 计制造、测上营销、供应链管理等提供技术支撑环境和手段。网络化制造平台 是网络化制造技术实施的依托，是汇集了网络化产品制造的思想，结合c i m s 和p d m 发展的先进的集成管理理论而设计的一个支持产品创新设计的平台。 网络化制造平台利用信息技术实施产品全数字化、智能化、网络化、敏捷化、 集成化，为产品创新设计提供全新的概念和平台。 清华大学范玉顺教授在网络化制造的论述中，将未来企业的主要特征分成 运行模式、信息化、产业链三个角度束考察，如图1 1 。全面集成的数字化企 业( t o t a l l yi n t e g r a t e dd i g i t a le n t e r p r i s e - - t i d e ) 是企业发展的远景和追求，它 是一个建立在集成化企业战略框架和先进的企业经营理念、管理方法、信息技 术的基础上，能够不断改进和持续创新的企业。 上面的企业特征决定了网络化制造的发展方向，形成了现在面向行业和面 向区域的网络化制造模式。其中，“区域网络化制造”是指在一定的地域( 如省、 市、地、县) 范围内，采用产学研的组织模式，在计算机网络( 包括因特网和区 域局域网) 和数据库支撑下，动态集成区域内的企业、高校、研究院所及其制造 崎北i 业人学硕十学位论文第一章绪论 资源和科技资源，形成的一个包括网络化的制造信息系统、网络化的资源系统、 虚拟仓库及其网络化的销售系统、网络化的产品协同丌发系统、虚拟供应键及 其网络化的供应系统等分系统和网络化的技术支持中心及服务中心的开放性的 区域集成制造系统。区域网络化制造的结构图，如1 2 示。 心夥， i f ：f ”, f k 链 妻 扯 图卜1 未来企业主要特征 姓高小区域企业“j 场竞争能山的系列功能系统 f 【1 ： 网络化销售系统：可立持压域山所有企业建扩网绋化销售系 统，i = 高新技术开拓嘲山、矧啄，场： 区域4 胩删络化产乩开发系统：芷持食业与企业之i u j 、食业与高 校砷l 科研院所之州协i q 开投产品，提高_ i = ：业产品开镟能力： 区域性科技资源系统：可为区域内所彳丁余业特刖楚中小企业组 建蹦络化的虚拟醍计所、研究所，解扶余业科技人4 资源题并实 现其他科技资2 | 6 | 韭享； 网络化、分布式的区域技术立持巾心雨i 技术服务中心 产、学、研的组纵模j i = 与台竹模， 数据库支持系统 f 算机网络( i n t e r n e t i 1 t r a n e t e x t r a n e z 、区域兑带网、企业信息专晒 图卜2 区域网络化制造的结构图 2 第一章绪论 本文研究内容来源于8 6 3 计划项目“关中高新技术产业带网络化制造系统 丌发与应用”，系统体系结构如图1 3 。关中高新产业带网络化制造系统的丌发 与应用主要是针对关中高新技术产业带制造资源丰富、科研力量集中、中小企 业创新能力弱的特点和需求，面向未来2 1 世纪制造系统的发展模式，利用现代 信息技术、制造技术、管理技术的理论和方法，在“九五”c a d 应用工程和 8 6 3 c i m s 应用示范工程的工作成果的基础上，形成关中高新技术产业带企业群 在网络环境下新的发展模式。项目的目标是在企业群的产品创新技术、快速研 制技术、网络化服务技术和资源优化配置与管理等关键技术方面取得突破并建 设适合关中高新技术产业带经济特色的网络化制造系统。 用户接口层 府门 系统层 府刚构件 集成平台层 专业平台 平台核心 平台接础 装备制造企业群高科技- f 叫、企业群 企业f 1 ，1 一( w e bs e v e r ) 隧誊簇黪蘩 资源网络化管理ii 具有快速响应机- 翻 i 与优化配置系统ii 的开放式制造系统 产 ，、：二： 、，r 二，- 、 e 嚣i 辫| ；= _ 一- ：i ：= ；霉，；鬟篓j 蕊i i 警孽疆笔筻簿2 豢霉攀鎏薹j 誊i 0 一”习 f 一一 f 一一a 卜二刁 l 蕊卅蚪卜i 。a - i 漱；0 i ：筘 1 一。 、一一 1 一一j 1 、集成服务平台 图卜3 关中高新技术产业带网络化制造总体体系结构 工装网络化陕速设计是具有快速响应机制的开放式制造系统的子系统，工 装网络化快速设计子系统包括两个分系统：央具网络化设计系统和模具网络化 设计系统。 央具网络化设计系统主要面向关中地区中小企业群丌展夹具设计服务。作 者对关中区域大部分制造公进行了需求凋研分析，总结了目前关中地区中小 企业在央具设计中所面临的困难：企业夹具设计任务繁重，而设计能力不足， 技术准备时间长，设计效率低；由于一般的专用软件都相应昂贵，企业无力购 买，缺乏专用的可视化的快速设计系统。针对关中区域中小企业发展的实际需 求，建立兴具网络化设计系统，采用委托设计服务的运行模式，由设计方为中 小企业用户完成央具设计，系统运行模式如图1 - 4 。用户通过w e b 浏览器向设 计方提交兴具设计的相关需求数据，w e b 服务器接收需求数据并传送至设计方， 没汁方读取需求数据，进行需求分析，完成央具设计；w e b 服务器读取设讨方 曲北i 。业人学硕十学位论文 第一章绪论 完成的央具数据，并对设计数据进行处理，将设计结果反馈到客户端浏览器。 本文的央具设计网络化应用服务主要解决用户和设计方之间的信息交互问题， 主要包括用户需求提交、设计数据读取和处理、设训结果反馈，如图1 4 中的 虚方框所示。其中央具设计系统由其他项目丌发人员完成，不属于本文研究的 范围。 凰 触 i 设计i 需求挺交 囤 同 w e b 浏览器 臣崮 厨 w c h , i 务器 信息受忆i 戈县醋训系统 崮 一 n r - iw e h i l 览器 国 图 同 i 蛙鲇米反馈 画 幽 t w e h t 皿务器 w e b 浏览器 数柑服务器 图卜4 央具网络化设计运行模式 实施基于w e b 的兴具网络化设计服务，可以克服当前关中区域中小企业所 面临的困难，企业不必自己设计兴具，通过基于w e b 的委托设计方式将夹具设 计任务交付设计方的专门设计人员完成，从而能够提高夹具设计效率，缩短设 计周期，对于提高夹具的设计质量和效率有着极其重要的意义。 1 2 国内外研究现状和发展方向 随着全球自由贸易体制的逐步建立，全球交通运输和网络的同趋完善，世 界大市场的形成，制造业信息化进程在广度和深度两方面得到了极大拓展和飞 跃，先后经历了以c a x 技术为代表的功能自动化阶段，以c a d c a p p c a m 集 成系统为代表的信息集成阶段，以精良生产( l p ) 和后c i m s 技术为代表的功 能集成阶段，以并行工程( c e ) 和企业过程重组( b p r ) 为代表的过程优化阶 段，目前已进入以敏捷制造( a m ) 为代表的敏捷化阶段。企业已不能再局限 于自身内部的信息，而必须考虑与外部环境的集成，提高制造企业问的信息交 流与合作，实现制造资源优化重组。因此网络化制造技术已成为研究热点，深 受学术界和工业界的关注。 目前，国外在网络化制造技术这一领域的主要研究工作和相关成果： 曲北i ：业人学硕十学位论文第一章绪论 l 、n i i i p 研究计划 5 0 l n i i i p ( n a t i o n a li n d u s t r i a li n f o m 】a t i o ni n f r a s t r u c t u r e p r o t o c o l s ) 计划是由i b m 领导的1 8 个组织和大公司共同进行的研究项目，研 究企业刚的合作和资源共享方案，使得合作者之螬l 消除出于不同的数据结构、 不同过程和不同汁算环境所造成的协作和资源共享障碍。丌发一系列丌放的、 基于标准的软件基础构造协泌来集成异种的、分向式的计算环境。在该环境中， 相互独立的制造商和供应商能够有效地互操作，使地理上分布的、任意规模的 组织在异构环境下协同工作，共享资源。 2 、t e a m 计划f 4 】【5 0 】美国能源部和国防部组织了出1 0 0 个机构参加的敏 捷制造使能技术研究的战略计划t e a m 计划( t e c h n o l o g i e se n a b l i n ga g i l e m a n u i h c t u r i n g ) ，每年投资上亿美元，着眼于整个敏捷制造中企业联盟的组织、 运行的全过程，开发各种适合于敏捷制造的技术工具，建造t e a m n e t 网络。 计划的主要内容包括：虚拟制造技术的研究；t e a m n e t 网络技术的研究； 动态联盟支撑工具的研究等。计划提出了敏捷制造的使能技术，建立一个产 品实现过程模型，就如何克服时f 自7 , t r l 空1 日j 上的限制作了大量的研究，使制造过 程分散化、信息传递网络化，信息不仅在企业内部备部门之间连续流动，而且 电在企业与客户之问、企业与企业之间流动。 3 、a i m s 研究计划刚a i m s 项目由美国空军w r i g h t 实验室资助，有土i 个国防和民用工业单位参加。它旨在研究一个使国防和民用两个工业体系联合 在一起，组成一个统一的敏捷制造系统的信息框架，提供一个标准的通过局部 计算机网络或i n t e r n e t 获耿各种敏捷制造服务的方法。a i m s 加快了国防工业和 民用工业之阳j 的转换。国防2 1 2 , 1 k 在生产不足时，可以承接民用生产任务；在国 防工业生产紧张的时候，民用工业也可以为国防工业生产服务。在a i m s 项目 中，通过i n t e r a c t 访问制造服务单元，并使得以此为基础构造虚拟企业的概念 得到了实践。五个公司都在网上提供了标准的柔性制造服务，这些制造服务采 用的是公司现有的制造设备，通过标准接口代理进行封装，形成a i m s 制造服 务网络，客户和供应商可以通过网络，采用结构化的通讯方式来请求所需的信 息( 如成本、设备能力、库存情况等) 、进行项目招标、发放订单。a i m s 项目 的研究实践为实施网络化制造和建立面向制造的国家信息基础结构提供了良好 的参考。 4 、f a n 计戈俨o l 一一1 9 9 1 年美国里海大学提出“荚国企业网”( f a c t o r y a m e r i c a nn e t ，f a n ) 的计划。该计划利用高度发达的高速信息网络系统，把 美国的制造业联系在一起。该企业网并不以美国的国土为界，大量跨国公司将 曲北i 业人学硕十学位论文第一章绪论 通过卫星通汛技术进入这一网络。这一计划已在由美国政府资助的“制造系统的 敏捷基础设施”( a g i l ei n f r a s t r u c t u r ef o r m a n u t h c t u r i n gs y s t e m s ) 项目中得到实施。 浚项目的目的在于探索多公司合作时的供应链管理、转包加工和在异地进行产 品和工艺过程联合设计、开发等工作的可能性。 5 、c a m n e t l 5 0 1 美国的“c a m n e t ”是在美国国防部资助下，出通用电 器公司研究与丌发中心丌发的模具计算机辅助制造网。参加产品丌发与制造的 合作伙伴+ ( 制造商、供应商、技术推广部i 、1 、制造服务部门、政府部门等) 在 网络上协调工作，摆脱距离、时间、计算机平台和工具的影响，可以在网上获 取重要的设计和制造信息，如c a d 模型、生产工艺、制造仿真、顾客需求等。 c a m n e t 提供四种服务：( 1 ) 、塑料应用设计服务；( 2 ) 、环境制造服务：( 3 ) 、 材料选择服务；( 4 ) 、供应商预资格评估服务。 6 、p r o d n e ti i l 5 0 j p r o d n e ti i 是欧洲有关虚拟企业的一个多个国家 联合研究项目，其目标是设计和丌发一个参考结构和个丌放平台来支持工业 v e ( 主要是中小规模企业) 的需求。在p r o d n e t i i 所提出的结构中，在潜在 v e 成员网络上的每一个企业都被看作一个节点每一个节点都可能扮演材料 供给者、制造商、商品或服务的最终用户等角色。每一个p r o d n e t i i 节点由 以下三部分组成：( 1 ) 、内部模块：( 2 ) 、p r o d n e t 合作层p c l ；( 3 ) 、高级v e 协作模块。 7 、c y b e r c u t 项目侧陔项目提供了网上设计系统( w e b c a d ) ，网上工 艺设计 旨导系统( 、b c a p p ) 和访问机床的丌放式控制器对零件进行加工。 8 、其他著名网络和网站 5 0 j 【5 1 美国一俄罗斯虚拟企业网( r a v e n ) ，主 要模块包括：集成的产品和工艺丌发( i n t e g r a t e dp r o d u c t & p r o c e s sd e v e l o p m e n t i p p d ) 、集成的企业后勤( i n t e g r a t e de n t e r p r i s el o g i s t i c s - - i e l ) 、关系型制造 数据库( r a l a t i o n a lm a n u f a c t u r i n gd a t a b a s e - - r m d ) 、企业论坛( e n t e r p r i s ef o r u m e f ) 、企业信息中心( e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o nc e n t e r - - e i c ) ：美国制造网 ( a m a n e t ) ；企业集成网( e 1 n e t ) ；g e n ( g l o b a le n g i n e e r i n gn e t w o r k ) ：零 件族网络( p a r t n e t ) 。 国内网络化制造研究与应用近几年电得到了迅猛的发展，形成了企业网络 化制造、行业刚络化制造、区域网络化制造、国家网络化制造等模式。国内网 络化制造研究与应用情况： 现代集成制造系统应用网络( c i m s n e t ) f 5 0 】该网络是面向制造业的全 国性虚拟网络，是为适应制造业的发展趋势，而建设的我国第个以高新技术 6 曲北i 业人学硕斗：学位论文 第一章绪沦 为依托、面向制造业的专业性、分如式、应用型网络系统。c i m s n e t 胬前共 有个总站点和1 7 个分站点，分布在全国1 0 多个省市，辐射2 0 0 多家企业。 基于c i m s n e t 开展了9 个异地设计、制造和销售应用，为进一步深入丌展网 络化制造积累了妊嚣的经验。该项目已有如下的成功应用：模具异地设计与制 造，工业汽轮机异地选型设计和报价，无氟压缩机的异地设计、制造和销售， 高速平缝机异地发计与制造，人工关节快速置换，鼓风机快速设计与报价，航 空发动机典型零件敏捷化设计与制造，工、世机器人异地设计与制造。 机械工业共性技术数据库和机械制造业基础技术信息支持系统1 5 。j 该 网站是在科技部和国家机械局的共同支持下建立的。其核心是获缛机械工业部 科技进步一等奖和国家科技进步二等奖的大型综合数掘库“机械工业共性技术 数据库”和科技部基础项目“机械制造业基础技术信息支持系统”，包含2 4 万 条记录和大量的计算分析程序，内容丰富，不乏珍贵的技术试验数掘资料，可 以作为企业c a d c a m c a p p 的技术支撑系统。 其它网络化制造相关应用【，u j 北京市网络制造、广东网络化制造应用、 关中区域网络化制造应用、成德绵网络化制造应用，等等。 虽然目前对网络化制造技术的研究取得了相当大的进展，但离实用化尚有 较远的距离，今后的发展趋势主要表现在以下几个方面1 5 ”： 当前的网络化制造资源信息主要以集中方式来管理，没有很好地利用分布 式存储的方式与手段，对于构造跨地域、跨行业的大型数据库信息采集和维护 代价都极高，因而信息资源的分布存储和管理，系统结构的分布式将是必然趋 势。 目6 的支持网络化制造的适j 耳j 系统，大都只是提供一些供需信息和基本的 制造资源信息，难以实现较深层次的系统决策，自动化程度低，因而形成一套 集设计帝0 造任务发布、设计制造能力与任务匹配、设计制造任务应答、合作伙 伴选择和多工艺方案评价于体的自动化流程体系结构，并将这些自动化流程 与整个新产品的丌发过程紧密集成，都还有待进一步研究和探索。 在兴具设计制造领域，当前的关具设计制造系统大都是在现有的c a d 系 统上进行二次丌发实现，采用单机版或c s ( 客户服务器) 模式进行央具设计。 在夹具的网络化设计制造方面，在国内外研究相对较少，还处于起步阶段，目 前圆内已有部分研究机构和企业涉足，不过它们大都集中在标准件的网络化应 用服务方面，在整套兴具产品的设计方面，部分企业提供了企业内部产品在 w e b 上共享服务，如常州三元应用技术研究所提供了他们的央具产品下载，而 阳，i li ：业人学硕十学位论文第一章绪论 在基于b i s ( 浏览器i n 务器) 模式的在线央其设计服务方面，目前还没有完整 的系统出现。 x m l ( 可扩展标记语言+ ) 是近几年爿出现的标记语言，基于x m l 的建模 技术是随之出现的新技术。将x m l 语言用于制造信息数据的表达，可创建制 造标记语言( m a n u f a c t u r i n gm a r k u pl a n g u a g e ，m m l ) p “，用于制造领域的信 息集成和共享。目前制造标记语言还处于研究发展阶段，主要研究集中在产品 信息和产品加工工艺信息的表达，浙汀大学、西北工业大学等高校在这方面都 作了相关的研究。而将x m l 建模技术应_ f j 于央具建模，并实现夹具信息基于 w e b 的共享，这方面的研究还相对较少。 1 3 论文研究内容 当前以i n t e r n e t 为基础的网络化制造已经成为制造业的重要发展趋势，面 向网络的产品制造信息集成与交换技术以及产品模型基于w e b 的共享己成为 当6 口的研究热点。本文以“关中高新技术产业带网络化制造系统开发与应用” 项目为背景，针对关中区域企业网络化制造的具体需求，丌展对基于x m l 的 央具产品建模与共享技术研究。根据项目的总体设计，结合关中区域的企业特 点，对央具网络化设计的主要关键技术进行研究，在关键技术研究的基础上建 立央具网络化设计制造系统的基本构架并实现基本功能。具体地，论文研究内 容包括： l 、 在对夹具产品的结构信息组织和管理进行深入研究分析的基础上，研究面 向央具结构信息的支持t o p - - d o w n 的分层结构树模型。针对本文提出 的兴具分层结构树模型，研究基于x m l 的央具结构信息的建模方法和技 术，本文首先建立待加工工件的x m l 信息模型，然后研究央具零部件建 模方法，包括标准件和非标准件的建模，最后在对组合件建模研究的基础 上，对整套央具产品进行建模，建模内容主要包括树结构信息和拓扑结构 信息。 2 、 夹具结构信息的共享是央具网络化设计系统开发的最终目标之一，第一部 分中的x m l 夹具结构信息模型，最终需要处理成基于w 曲的共享信息。 本文对基于w e b 的x m l 信息共享技术开展相关研究，首先对常用的两种 基于w e b 的x m l 信息共享方案进行分析，在此基础上，针对两种方案的 不足，提出了x m l + x s l t + s e r v l e t 的x m l 信息共享方法，并对该方法进 内北1 业人学硕十学位论文第一章绪论 行深入研究。本文利用x m l + x s l l 、s e r v l e t 的x m l 信息共享技术实现了 夹具结构信息基于w 曲的共享。 3 、央具三维模型基于w e b 的可视化研究，主要包括基于w e b v r m l 和基于 w e b x m l 两种可视化技术的研究。研究基于v r m l 的三维模型可视化技 术，并实现三维模型基于w e b 的可视化。基于w e b x m l 的可视化方案是 今后的重要发展方向，作者对此进行相关的研究工作。 4 、系统丌发，建立央具网络化设计系统的基本构架，采用上述技术方案完成 央具刚络化设计系统丌发工作。系统主要包括用户信息管理、用户需求提 交、设计结果反馈三大模块。 通过以上研究，本文将解决在央具网络化设计过程中，夹具设计方和用户 之间的信息交互问题。 1 4 本章小结 本章介绍了论文的研究背景，对制造业信息化发展的趋势以及网络化制造 的相关概念进行了综述，并在此基础上简要介绍论文依托项目的相关内容。 分析了国内外网络化制造技术和央具网络化设计的研究发展现状，总结了 当前网络化制造和兴具网络化设计发展的优势和不足，为论文的撰写提供了必 要依掘。 针列当前网络化制造和央具网络化设i t 领域发展的不足，结合项目需求， 提出了论文的主要研究内容基于x m l 的夹具结构信息建模与共享咀及基 于w e b 的央具三维模型可视化。 两北l 业人学硕十学位论文 第一章 基丁x m l , 的夹具结构信息建模 第二章基于x m l 的夹具结构信息建模 在网络化制造环境下，企业之间存在着大量异构的信息交流和交换。w e b 技术为这些信息的集成提供了有效手段。目前通常采用两种方法实现企业应用 系统之间的信息集成与交换的问题：第一种是基于s t e p ( t h es m n d a r df o rt h e e x c h a n g eo f p r o d u c tm o d e ld a t a ) 标准实现产品数据在企业间的交换；第二种方 法是基于h t m l 实现企业信息与产品信息的传递和发布。 基于s t e p 标准的方法要求企业使用能够谚 别和生成s t e p 格式文件的应 用系统，企业f 白j 交流与共享的信息为s t e p 中性文件，通过第三方完成满足 s t e p 不同应用协议的数据格式l 白j 的转换。该方法实现了企业剐异构信息的交 流与共享【6j ，但是，在数据传递和转换过程中存在着一些问题： l 、不利于网络传输s t e p 中性文件对i n t e m e t i n t r a n e t 的支持非常弱， 使得i n t e m e t i n t r a n e t 环境下的s t e p 应用难以实现。在设计实现过程中，s t e p 中性文件的语法结构和处理工具都没有考虑对i n t e m e t i n t r a n e t 和w e b 支持的问 题。 2 、直观性差在s t e p 中性文件中，每个实体实例都有一个编号。通 过浚编号实现对实体的引用，由于s t e p 中性文件支持实体实例的嵌套和引用， 而一般应用协议有数百个实体，因而给人的感觉是s t e p 中性文件是由大量的 编号堆砌而成的，直观性差，很难发现和纠正错误。 3 、丌放性差用s t e p 表达产品数掘，出于s t e p 针对不同的设计生产 阶段都有不同的应用协 义表示，而且不同的应用协议的读写工具不能相互替代， 这就需要为每对协议设计转换工具，影响了系统的开放性。 4 、文件不易操纵文本格式所记录保存下来的信息是一行行a s c i i 码， 代码之间没有说明层次关系和继承关系，不容易从文本中读取有关数掘。 基于h t m l 的方法采用c o r b ai d l ( i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 、j o s ( j a v ao b j e c ts t r e a n a ) 等技术，用户和企业之间通过b s ( 浏览器n 务器) 结 构，山企业应用系统把数据转换成h t m l 文档供用户在浏览器中浏览。但这种 信息集成方法存在着很多不足，已经明显不适应网络化制造平台的需求，主要 表现在： 1 、企业应用系统之洲，企业应用系统与用户之间的信息转换冗杂，信息集 成方法不统一。 州北丁业人学硕十学位论文第二章基丁x m l 的夹具结构信息建模 2 、信息集成单向性，例如企业应用系统可以把s t e p 表示的产品数据转换 成h t m l 文档供用户查询，却难以把h t m l 文档转换为以s t e p 表示的产品数 据。 3 、制造系统没有足够的丌放性，即联盟外的应用系统难以与联盟内的应用 系统进行信息集成，影响了系统的丌放性。 4 、工程语义信息丢失，h t m l 的标签仅记录页面的格式信息，不记录其 所描述数据的工程语义信息，把产品数据转换成h ，r m l 文档的过程就是工程语 义信息丢失的过程。 因此，现有的基于s t e p 标准和基于h t m l 的信息集成方法很难满足网络 化制造系统中大量异构信息集成与交换要求。在此情况下，分析目前流行的 x m l 技术，它具有面向对象、结构化、可扩展性等优点，并结合s t e p 、v r m l 等相关技术，可以有效的解决以上问题。 将x m l 语言用于制造信息数据的表达，可创建制造标记语言 ( m a n u f a c t u r i n g m a r k u p l a n g u a g e ，m m l ) ，用于制造领域的信息集成和共享， 目的制造标记浯言还处于研究发展阶段。央具结构信息是夹具设计网络化应用 服务系统的重要数据。把x m l 语言用于央具产品结构信息的表达，建立央具 结构信息的x m l 表达，能够使失具结构信息在网络化制造企业问以及用户和 企业间进行集成和交换。另外，采用x m l 的央具结构信息建模有利于实现结 构信息基于w e b 的共享。 2 1 标记( m a r k u p ) 语言概述 标记( m a r k u p ) 是描述加入电子文本中的控制码的术语，这些控制码是定 义文本结构或显示格式的。 最早，标记是文件在排版时，用柬指示文字如何编排的指令，包括控制字 体大小、字型选择、字形处理、页面设置、标题、段落、注脚、表格等，这些 标记并不处理文件的内容，主要用柬处理文件实际的呈现外观，这类的标记称 为程序性标记( p r o c e d u r a lm a r k u p ) 9 】o 一般而- 8 ，程序性标记的文件在交换 时文件交换的双方通常必须使用相同的系统；程序性标记的作用都只能针对 单一文件，例如控制某份文件以特定的格式输出，如果同一份文件内容希望 以不同的呈现外观再利用，必须移除先前的标记，加入符合新的呈现外观的标 记，或者将同样的文件内容复制一份，为新的呈现外观进行标记。 曲北州k 入学硕十学能论文第二章基丁- x m l 的夹具结构信息建模 另一类标记称为描述性标丑( d e s c r i p t i v em a r k u p ) ，也称为通用标记 ( g e n e r i cm a r k u p 或g e n e r a l i z e dm a r k u p ) ，所描述的是文件的内容( c o n t e n t ) 或结构( s t r u c t u r e ) ，而不是文件的呈现外观。描述文件结构的方式是以标记指 定结构中的元素( e l e m e n t ) ，以央具为例，其结构可能有树结构、拓扑结构等。 通用标记的基本概念是文件的内容必须和文件的呈现信息分丌。由于内容、结 构与呈现信息分丌，所以同一文件内容可以有多种呈现方式，例如同一个档案 可能以纸本、线上、c d r o m 与w e b 版本发行：由于内容、结构与呈现信息 分丌，如果同一份文件内容希望以不同的呈现外观再利用，只须修改样式表或 产生一份新的式样表即可，文件内容与结构的表示完全不须改动，因此通用标 记在文件的再利用方面要比程序性标记有弹性得多。 x m l 、s g m l 、h t m l 都属于通用标记语言。 2 1 1 通用标记语言s g m l 通用标记语台s o m l ( s t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e ) 是i s o 在 1 9 8 6 年1 0 月所颁布的标准，标准号为i s 0 8 8 7 9 。s g m l 是一种元语言 ( m e t al a n g u a g e ) ，元语言是一套可以用柬定义其他更专门性的标记语言的通 用规则。s g m l 主要应用在文字信息的交换，但也适合于其他的信息形态， s g m l 是很好的信息存储格式，适合于任伺复杂的文件结构。 s g m l 的优点：1 、有弹性；2 、非专属性、平台独立和系统独立；3 、信 息可重用。 缺点：1 、s g m l 结构过于庞大，应用程序不易丌发；2 、s g m l 文件不易 在w e b 上传送；3 、缺乏好的s g m l 浏览工具。 2 1 2 超文本标记语言h t m l h t m l ( h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ) 是s g m l 最著名的应用，是- - 3 十专 为w w w 网页显示及浏览而设计的简易标记语言，目前是w w w 上制作网页 的标准语言格式。w w w 的创始人t i mb e m e r s l e e 对h t m l 所下的定义是： r h t m l 是一种用以创造超文本的简易信息格式，其所创造出来的文件可在不 同作业平台帕j 转移j 。由此可见，便携性和简易性是h t m l 的两大特性。h t m l 文件除了包含文字信息外，还可包含声音、影像等多媒体信息。 h t m i 。的特点：1 、h t m ld t d 的设计主要是满足线上显示的需要；2 、 第一章基1 x m l 的夹具结构信息建模 h t m l 有内建的样式：3 、h t m l 引用了s g m l 的标记最为简化特征：4 、h t m l 没有采用s g m l 的超链接机制。 h t m l 的限制：1 、结构上的限制；2 、信息再利用的限制；3 、信息交换 的限制：4 、自动文件处理的限制；5 、无法支持较精确的查询；6 、h t m l 的 不断修订造成了许多网站维护的额外工作。 2 1 3 扩展标记语言x m l x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 是w 3 c 在1 9 9 6 年底提出的标准，它 是从s g m l 衍生出来的简化格式，继承了s g m l 的结构化、可扩展性、丌放 性、自描述性、灵活性、互操作性和信息重用等主要功能。x m l 也是一种元语 言，可以用来定义任何一种新的标记语言。x m l 的制定是为弥补s g m l 的不 足，使得在w e b 上能够传输，处理各类复杂的文件，它去除了s g m l 复杂不 常用及不利于在w e b 上传送的选项功能，让使用者可以很容易地定义属于自己 的文件形态，程序设计师也能用更短的时间丌发x m l 相关应用程序 7 1o x m l l ，0 r e c o m m e n d a t i o n 已于1 9 9 8 年2 月公布，相关标准目前正在发展中，x m l 的发 展获得了广泛的支持，其中包括s u n m i c r o s y s t e m s ，m i c r o s o f t ，n e t s c a p e ，a d o b e ， a r b o r t e x t 等软件公司。 x m l 作为描述数据组织结构的标记语言i 】1 1 ，它包含三个要素：d t d ( d o c u m e n tt y p ed e f i n i t i o n ，文档类型定义) 或x m ls c h e m a ( x m l 模式) 、 x s l ( e x t e n s i b l es t y