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工艺规划系统可视化操作平台的集成环境模型研究 摘要 本文结合当前企业机械制造工艺方面存在的实际情况，通过对企业进 行需求分析，研究开发了一套适合中小型企业的工艺规划系统。探索出使 系统开发满足可视化和开放式的基本途径及相应的一整套建模方法，并提 供一套完全由用户完成工艺规划可视化操作全过程的自主知识版权的设计 平台。本文主要对可视化操作平台的开发设计进行了深入的研究。 本文研究分析了基于设备能力的工艺规划系统的设计模式，研究了分 布式三层体系结构，分析了表示层、应用逻辑层、数据层的特点以及采用 三层结构的特点，和面向对象的m v c 设计模式，剖析了系统所有的功能要 求，确定集成环境下工艺规划的集成模型和总体技术框架。 本文研究分析了工艺规划系统可视化操作平台设计原则与功能，采用 面向对象技术和图元驱动技术对可视化操作平台的功能要求进行了全面的 剖析，对可视化操作平台的视图的静态结构模型进行了分析，得出了可视 化操作平台视图集成模型。 本文对系统的功能模块的功能进行了全面的剖析，采用i d e f o 方法实 现了对工艺规划系统的功能建模，建立了系统功能模型，并根据功能模型 对系统的总体流程进行了详尽的描述。 本文对数据模型和数据库设计的主要任务进行了分析研究，实现了对 数据的实体属性划分，确定了e r 关系图，并根据e r 图确定了系统的数据 流图：结合本系统的具体情况，本文提出并实现了两级数据存储模型，有 效地满足了中小型企业对数据存取的要求。 系统是以v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 作为开发平台，以v i s u a lc # 为开发语 言，较好的解决了可视化操作平台的建立、人机界面友好、便捷操作等问 题。 关键词：可视化工艺规划图形驱动面向对象技术m v c i i t h ei n t e g r a t e de n v i r o n 匝n tm o d e lr e s e a r c h t ot h ep r o c e s sp l a n n i n gs y s t e m sv i s u a l o p e r a t i o n a lp l a t f o r m a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ec u r r e n tm a c h i n e r ym a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s st h ea c t u a l s i t u a t i o na n dt h en e e d sa n a l y s i s ，t h ep a p e rr e s e a r c h e da n dd e v e l o p e das e to f p r o c e s sp l a n n i n gs y s t e mf o rs m a l la n dm e d i u m - s i z e de n t e r p r i s e s t h ep a p e r e x p l o r e dab a s i ca p p r o a c ha n dm o d e l i n gm e t h o do ft h es y s t e mt h a ts a t i s f yt h e v i s u a l i z a t i o na n do p e n n e s s ，a n dp r o v i d e dw i t ha ni n d e p e n d e n tc o p y r i g h td e s i g n p l a t f o r m ，i nw h i c hu s e r sc o m p l e t et h ew h o l ep r o c e s so fp r o c e s sp l a n n i n gi n v i s u a lo p e r a t i o n t h ev i s u a lo p e r a t i o n a lp l a t f o r m sd e v e l o p m e n ta n dd e s i g nh a v e b e e nt h o r o u g h l yc a r r i e do u ti nt h i sd i s s e r t a t i o n t h ep a p e ra n a l y z e dt h ep r o c e s sp l a n n i n gs y s t e m sd e s i g np a t t e r nb a s e do n e q u i p m e n tc a p a c i t y , s t u d i e dt h ed i s t r i b u t e dt h r e e - l a y e ra r c h i t e c t u r e ，a n a l y z e dt h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h ep r e s e n t a t i o nl a y e r , t h ea p p l i c a t i o nl o g i cl a y e r ，t h ed a t a l a y e ra n da d o p t i n gt h r e e p l ys t r u c t u r e ，a n da n a l y z e do b j e c t - o r i e n t e dm v c d e s i g n p a t t e r n ，a n a l y z e da l lt h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ，a n dd e t e r m i n e dt h ep r o c e s s p l a n n i n gs y s t e m si n t e g r a t e dm o d e la n dt h eo v e r a l lt e c h n i c a lf r a m e w o r ku n d e r i n t e g r a t e de n v i r o n m e n t i i i t h ep a p e ra n a l y z e dt h ep r o c e s sp l a n n i n gs y s t e m sd e s i g np r i n c i p l ea n d f u n c t i o n t h ev i s u a lo p e r a t i o n a lp l a t f o r m sf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t sh a db e e n a n a l y z e d o v e r a l l a d o p t i n go b j e c t - - o r i e n t e d t e c h n o l o g y a n d g r a p h i c - d r i v e n t e c h n o l o g y t h e d i s s e r t a t i o na n a l y z e dt h ev i s u a l o p e r a t i o n a lp l a t f o r m ss t a t i c v i e ws t r u c t u r a lm o d e l ，a n dd e t e r m i n e dt h ep l a t f o r m sv i e wi n t e g r a t e dm o d e l t h ep a p e ro v e r a l la n a l y z e df u n c t i o nm o d u l e s sf u n c t i o n ，r e a l i z e df u n c t i o n a l m o d e l i n gt ot h ep r o c e s sp l a n n i n gs y s t e ma d o p t i n gi d e f 0m e t h o d ，e s t a b l i s h e d t h es y s t e m sf u n c t i o nm o d e l ，d o n ead e t a i l e dd e s c r i p t i o nt ot h es y s t e m so v e r a l l p r o c e s sb a s e do nf u n c t i o nm o d e l t h ep a p e ra n a l y z e dt h ed a t am o d e la n dd a t a b a s ed e s i g n sm a i nt a s k , r e a l i z e dt h ed i v i s i o nb e t w e e ne n t i t ya n da t t r i b u t et ot h ed a t a ，d e t e r m i n e de - r r e l a t i o ng r a p h ，a n dd e r i v e dt h es y s t e m sd a t af l o wd i a g r a m b a s i n go nt h e s y s t e m sc o n c r e t ec o n d i t i o n s ，t h ed i s s e r t a t i o np u tf o r w a r da n dr e a l i z e dt h e t w o - t i e rd a t as t o r a g em o d e l ，w h i c he f f e c t i v e l ys a t i s f ys m a l la n dm e d i u m s i z e d e n t e r p r i s e s sr e q u i r e m e n t st od a t aa c c e s s t h es y s t e m ，w h i c ha d o p t sv i s u a ls t u d i o2 0 0 5a sd e v e l o p i n gp l a t f o r ma n d v i s u a l 酣a sp r o g r a m m i n gl a n g u a g e ，s o l v e dp r e f e r a b l yt h ef o u n d a t i o no ft h e v i s u a l o p e r a t i o n a lp l a t f o r m ，t h ef r i e n d l y m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ，c o n v e n i e n t o p e r a t i o n ，a n ds oo n k e yw o r d s ：v i s u a l i z a t i o n ：p r o c e s s p l a n n i n g ；g r a p h i c - d r i v e n ； o b je c t o r i e n t e dt e c h n o l o g y ：m v c i v 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名： 彳引叭忉 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文： 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： ， 锄p 时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名 硼年毛其易日 仍仞 、1彳 - 西大掌硕士掌位论文 工艺规划系统可视化操作平台的集成环境羽互芝研究 1 1 课题的提出 1 1 1 课题来源与研究目标 1 绪论 课题来源于南宁市科技攻关项目：设备能力导航的工艺规划通用设计系统及集成化 应用研究( 2 0 0 7 0 1 0 4 0 5 a ) 。旨在开发出可以针对具体制造行业与具体设备能力的、能由 用户自行定制符合本企业制造规范的工艺规划系统。 该课题深层次的目的在于：通过基于设备功能特征建模的研究，提供一个构造整个 系统开发全过程的环境，探索出系统开发满足可视化和开放式的系统开发的基本途径和 一整套建模方法。 1 1 2 课题研究内容及意义 课题需要研究实现的是采用面向对象和图形驱动技术的可视化操作工艺规划系统。 采用面向对象技术确定创建类的层次、每个层次的属性分配以及基于设备图元的e r 模 型是系统面向对象开发的研究内容；采用图形驱动技术实现设备图元、其属性和工艺规 程信息的同步，建立了设备图元与其属性信息的映射关系。为使系统满足可视化和开放 式的特点，需要研究探索出系统开发的基本途径和一整套建模方法，因此着重解决以下 课题研究的核心问题已经成为本文需要研究解决的主要内容。 ( 1 ) 工艺规划系统环境模式研究：系统平台开发最终需面向用户的满意程度，所 以如何提供一个完全由用户完成工艺规划设计全过程的环境模式是系统开发必须面对 的问题。其中需要解决软件设计模式的选用、可视化操作平台功能层次结构的分析、图 元对象属性编辑、图元对象的操作与存储、工艺规程的输出与存储。 ( 2 ) 可视化操作设计平台的研究：该可视化操作平台是为了解决工艺规划系统车 间、机床设备与设备属性信息可视化模拟平台方面的问题，针对车间的设备，用基本的 设备图元和其属性信息构造物理模型的控制功能与数据流，用设备图元符号代替具体的 车间设备进行描述。它提供了一种创建图形用户界面的方法，利用这种方法，用户只需 将系统提供的设备图元对象放在绘图区的适当位置，并通过属性窗口进行适当的设置即 工艺规划系统可视化操作平台的集成环境模型研究 可模拟出车间具体设备的状况。这样，用户就可对车间设备的现有状况得到一个直观的 了解，使得工艺规划不受对设备不了解的限制，提高了工艺规划设计的效率。 ( 3 ) 面向对象技术在可视化操作平台中的应用研究：为了在开发此可视化操作平 台时考虑了系统的可重用性、灵活性和降低系统开发的复杂度等问题，采用了面向对 象技术建模的方法。面向对象方法最基本的原则就是抽象，把一类具有相同属性和行为 的实体抽象成为一个类( c l a s s ) ，再通过把类实例化成对象( o b j e c t ) 来映射现实世界中的某 一个具体实体。对象通过操作( o p e r a t i o n ) 来对外对供相应的服务，在对象模型中我们只 需要描述对象所实现的功能，而封装了操作实现的细节。 面向对象技术乜儿羽h 3 使整个系统的功能分配到多个类中去，每个类应该只实现一种功 能。因为每个类实现的功能比较单一，所以可以被重用。同时尽量利用构件化的思想把 关系比较紧密的类组合成构件，构件具有定义明确的功能并且以接口的形式对外提供服 务。基于构件的架构具有最大的可重用性，一方面可以重用现有的商业构件来搭建系统， 另一方面当前系统中的构件也可以被其他的系统所重用。当必须修改某一对象的功能 时，只需在此对象的类中修改即可，这样不会影响到其它类的功能，增加了软件设计的 灵活性，提高了系统开发的效率。 ( 4 ) 图形驱动技术的研究：由于车间设备的属性信息、工艺数据、工艺规程的不 直观性、复杂性和不规范性，并且限于工艺规划系统设计、开发技术水平，所以提出了 采用图形驱动技术实现设备属性、工艺数据和工艺规程的同步操作，使得用户利用本系 统进行工艺规划设计时操作更加直观便捷。 ( 5 ) 可视化操作平台数据库系统的研究：可视化操作平台数据库设计的基本目标 是：能够使用户得到在完成工作时所需的准确数据，并且要使这些数据在相当时期内有 效。第一个目标要求数据库中的数据能满足企业用户的完整的数据需要；第二个目标是 在性能方面的要求，它要求数据库结构能允许对数据进行快速访问，使需要数据的用户 能够快速有效完成他们的工作。一个灵活的数据库结构，它能适应用户环境的变化以及 数据处理的优化。基于此，本系统采用了两级数据存储技术解决了以上问题。 2 g - 西大掌硕士掌位论文工艺规划系统可赦化操作平台的集成环境模型研究 1 2 工艺规划系统国内外相关研究综述 1 2 1 工艺规划系统研究开发现状 计算机辅助工艺规程设计是指应用计算机技术辅助工艺设计人员进行工艺规程设 计的一种先进的技术，是连接新形势下的机械设计和制造( c a d 与c a m ) 的中间桥梁畸1 。 其基本原理仍然是根据传统工艺设计的基本原则，充分采用包括计算机技术在内的当今 世界各种相关的先进方法和技术手段，最大限度地解决传统工艺设计方法的局限性呦。 虽然国外对c a d 、c a m 等的研究在2 0 世纪5 0 年代就出现了，但由于工艺设计方面 的复杂性，直：蛩j 2 0 世纪6 0 年代后期才开始出现计算机辅助工艺规划系统方面的研究 口m m l 。世界上最先研究开发的计算机辅助工艺规划系统的国家是挪威，它于1 9 6 9 年正式 推出了世界上第一个工艺规划系统a u t o p r o s ；1 9 7 6 年美国的c a m i ( c o m p u t e ra i d e d m a n u f a c t u r i n g i n t e r n a t i o n a l 国际计算机辅助制造公司) 推出c a m i sa u t o m a t e dp r o c e s s p l a n n i n g 系统，当时就得到了广泛的应用n 帕n 肌羽，它标志着计算机辅助工艺规划系统的 正式诞生，在工艺规划系统的发展史上具有里程碑的重要意义。此后，各种工艺规划系 统更是不断出现，4 0 多年来工艺规划系统的基础技术和新的类型一直在飞速发展。但是， 到目前为止，虽然世界上很多成功的工艺规划系统已经得到了广泛的应用，仍然有许多 问题需要进一步的研究。 我国对工艺规划系统的研究最早始于2 0 世纪6 0 年代对成组技术( g r o u p t e c h n o l o g y g t ) 研究，2 0 世纪8 0 年代初我国的工艺规划系统研究正式起步，最早开发的 两个工艺规划系统是同济大学的t o j i c a p 和西北工业大学的c a o s ，类型分别属于修订 式和创成式。此后，随着国际工艺规划系统的飞速发展，我国对工艺规划系统的研究也 得到了快速的进展，与国际先进水平的距离正在不断缩小n 3 h 1 4 3 。 1 2 2 工艺规划系统发展趋势 随着信息技术多学科综合化的发展，工艺规划系统有了进一步深化发展的理论意义 和实际需求，面临新的发展趋势：集成化、工具化、并行化、智能化、网络化、柔性化 1 5 】【1 6 】【1 7 】0 a 集成化在c i m s 生产模式n 9 矧下，工艺规划系统接受来自产品设计的信息，如几 何信息、结构、材料以及精度信息，作为工艺规划系统原始输入，同时庳j c a d 反馈产品 广西大学硕士掌位论文 工艺规划系统可视化朔作平台的集成环境模型研究 工艺性评价；工艺规划系统向制造模块提供零件加工的设备、工装、工艺参数等，并接 受c a m 的工艺修改意见；工艺规划系统向m i s ( 管理信息系统) 提供工艺路线、设备、工 装工时、材料定额等信息，并接受m i s 的技术准备计划、材料库存、设备变更等信息， 因此工艺规划系统在整个c i m s 系统信息传递中起着桥梁作用位乜别，集成化工艺规划系 统的开发与研制是c i m s 系统发展的需要，成为发展趋势之一。 工具化应用面广、适应性强的平台型( 工具型) 工艺规划系统可以在不同企业之间 推广应用。 并行化将并行工程引入工艺规划系统，包括产品设计与工艺设计的各类人员组成 协同工作组，通过计算机网络实现工作过程的并行和工作过程中的信息交互。而并行过 程强调信息的及时传递与反馈，并行工程环境下的工艺规划系统不仅是信息集成的中 枢，同时也是各子系统间功能协调的关键。工艺规划系统与车间作业计划的并行有三种 方法：非线性工艺设计、工艺设计以及分布式工艺设计。 智能化工艺规划系统的智能化通常指专家系统技术的应用。采用可以扩充的工艺 规划系统应用框架，运用专家系统工艺知识库中的决策知识，通过推理机将事实与规则 的前提相匹配实现工艺决策，使得工艺规划系统可以灵活地适应各种具体场合，扩充功 能，能处理更为复杂的工艺过程设计问题。 网络化网络化工艺规划系统位盯就是将原有的单机版工艺规划系统利用网络技术 进行升级，并在此基础上增加一些适合当前制造业需求的功能的系统。 柔性化柔性化乜5 3 是指工艺规划系统经过一定程度的修改和调整后，能用于不同零 件和不同的生产环境，这种修改和调整越容易，柔性化程度就越高。 1 2 3 工艺规划系统存在的问题 在工艺规划系统发展的二十几年，国内有很多机构开发了各种类型的工艺规划系 统，但是在实际应用中，由于工艺规划系统问题的复杂性和特殊性，仍然面临如下问题 ： 工艺规划系统零件信息的描述与输入有问题。这个问题实际关系到c a d 与工艺 规划系统及其他应用系统集成的问题，直接关系到工艺规划系统能否真正实用化与商品 化。因而机械制造业迫切需要建立满足工艺规划系统、c a d 、c a m 、p d m 乃至m i 冲i i 、 e r p 、u r p 、电子商务系统等统一的产品信息模型，以满足各应用系统之间的信息共享 4 广西大学硕士掌位论文工艺规划系统可视化操作平台的集成环境模型研究 和集成，彻底解决工艺规划系统的产品数据二次输入问题。 工艺决策方法问题。工艺决策是工艺规划系统进行工艺设计的关键，是制约工 艺规划系统实用化、智能化的核心问题。 工艺决策所用的通用知识库的知识获取、表达和相应数据库与知识库的建造问 题。以及如何组织和管理这些信息，以便于扩充和维护，使之适用于各种不同的企业和 产品，是当今工艺规划系统急需解决的问题啪别。 面向产品或制造过程进行工艺设计的问题。从企业信息集成啪m 儿蜊的整体和产 品生命周期去实施工艺规划系统，以免继续造成新的信息孤岛儿州汹3 。 1 3 本文主要研究内容 在南宁市科技局科技攻关项目“设备能力导航的工艺规划通用设计系统及集成化应 用研究( 2 0 0 7 0 1 0 4 0 5 a ) ”和南宁市邕科鼎科技有限责任公司的资助下，本文针对目前工艺 规划系统平台开放性和可视化的不足，提出了工艺规划系统可视化操作平台集成模型， 探索了一套开发此类系统的基本途径和一整套建模方法，其主要研究工作如下： ( 1 ) 工艺规划系统可视化操作平台的集成环境模型研究。采用基于可视化对象的 特征分析，和面向对象的m v c 设计模式，确定集成环境下工艺规划的集成模型和总体 技术框架，为工艺规划设计的可视化操作平台的开发提供了指导方法。 ( 2 ) 可视化操作组件的研究与设计。采用面向对象的方法，确定类的层次和每个 层次的属性分配，建立基于设备组件的e r 模型，实现用户定制设备图元。为工艺规划 系统可视化操作平台提供机床设备的操作图元对象的可视化设计方案。 ( 3 ) 图形驱动和数据存储模型研究。通过研究图形驱动技术实现了设备图元、其 属性和工艺规划过程数据进行同步；研究数据存储技术的实体关系模型、原理和方法等， 提出并实现了数据两级存储模型。 ( 4 ) 工艺规划系统可视化操作平台应用实践。利用已开发的工艺规划系统可视化 操作平台工具，进行多种类型的工艺设计，验证本文方法的正确性和可行性。 本学位论文以上的研究工作，目的是解决系统开发的关键技术问题，探索出开发此 类系统的基本途径和一整套建模方法，开发一个具体的工艺规划系统可视化操作平台并 能得到有效的推广应用。 5 广西大掌硕士掌位论文 工艺规划系统可视化操作平台的集成环境模型研究 1 4 小结 本章介绍了课题的来源目的与研究意义，分析了工艺规划系统的国内外研究和应用 现状以及发展趋势，并介绍了工艺规划系统存在的问题，最后介绍了本文研究的主要内 容。 6 工艺规划系统可视化操作平台的集成环境模蚕芝研究 2 工艺规划系统可视化操作平台的集成环境模型研究 研究基于设备能力的工艺规划系统的设计模式，采用基于可视化对象的特征分析， 和面向对象的m v c 设计模式侧，确定集成环境下工艺规划的集成模型和总体技术框架， 为工艺规划设计与可视化操作平台的开发提供了指导方法。 2 1 引言 工艺规划b 刀是优化配置工艺资源和合理编排工艺过程的一种技术。它的主要作用有 以下两点：首先，它是生产准备的第一步，也是联接产品设计与制造的桥梁哪! ，可以 将产品的设计数据转化成制造信息，也就是说，工艺规划是联接设计功能与制造功能的 一个重要内容，其制定加工零部件的策略与步骤：其次，它可以在车间或工厂内制造资 源的限制下将工艺知识与具体设计相结合，制定出具体的操作说明。 工艺规划主要包含以下几点内容m 1 ：零件要求分析、原材料和毛坯选择、工艺方法 的选择、工步工序设计、加工设备及工具选择、夹具设计、工艺参数计算等，它们直接 影响着生产成本、生产效率和质量。以文件方式确定的工艺规程是进行工装制造和零件 加工的主要依据，它对组织生产、确保产品质量、提高生产率、降低成本、缩短生产周 期和改善劳动条件等都具有直接的影响。 本课题旨在研究开发一套自主知识版权的、可以针对具体制造行业与具体设备能力 的、能由用户自行定制符合中小企业制造规范、开放的可视化应用系统平台，即工艺规 划系统可视化操作平台。从工艺规划的过程和系统可重用性特点可知，设计的对象需包 括设备的特征信息、工艺知识信息表达、零件图工艺信息的拾取、工序工步的设计、工 艺规程的输出、可视化操作平台的建立等。因此，在系统开发过程中需要考虑以上因素， 构成集成开发环境。集成的核心是并行一体化设计，强调产品设计及其相关的过程交叉 进行，即在设计阶段就要考虑到操作工艺、信息产生等活动所包含的环节和因素h 。采 用集成化与并行化思想h 羽嘲，此设计方法强调功能集成和过程集成m 1 。它要求在产品开 发的早期就充分考虑产品生命周期中的相关环节，尤其是要注重产品早期的并行协调， 还要把产品信息和开发过程有机结合起来。 本章提出了工艺规划系统可视化操作平台的集成环境框架，主要研究其环境下信息 集成模型及数据处理过程。 7 工艺规划系统可- 视化操作平台的集成环境韵型研究 2 2 集成环境框架 2 2 1 系统集成结构设计技术 系统集成框架在并行工程中是最重要的基础之一h 射。它不仅把计算机的辅助设计、 操作和质量保证等技术系统有机地集成在一起，实现信息共享，还充分考虑人和计算机 的结合，实现以人为核心的设计系统的集成，构造出一个界面友好、人机交流方便、能 力互补的系统集成框架。 系统集成结构设计h 叼n 7 1 是在对产品整个设计过程进行分析的基础上，寻找出设计信 息活动的实体进行推导、转移、交换和深化等工作。建立反映设计系统信息本质的目标、 要求、功能和结构等模型，构造出系统框架，完成集成系统的结构设计。系统集成的结 构化方法是系统集成结构设计的重要方法之一，它的基本思想是根据数据流图建立一个 模块结构图。该方法采取“分解”的手段控制系统的复杂性，即把一个大型系统分解成多 个相对独立、功能单一的模块。它提出了评价模块结构质量的具体标准，即是模块之间 的联系( 耦合度) 和模块内各部分之间的联系( 内聚度) ，明确了这是对模块独立性的直接 衡量n 8 伯1 。模块间联系越强，内聚度就越弱，模块的独立性就越差。系统集成的结构化 设计方法追求的目标是尽量减小模块之间的联系，尽可能增强内聚度。系统集成的结构 化设计方法分两步进行：从数据流程图导出模块结构图；根据模块的独立性原则对模块 结构图进行改进。 由于结构化系统反映了系统的内在结构，因此它可以为系统开发中的系统分解、功 能模块划分等提供合理的基础和依据。 2 2 2 系统体系架构 2 2 2 1 系统平台功能层次结构 传统的工艺规划系统逻辑结构和可视化差，难以进行直观的设计，不容易实现数据 的共享，因此本系统采用了分层设计的思想。 此系统的体系架构用表示层、业务逻辑层、数据层三层来表示，如图2 1 所示。 8 广西大学硕士学位论文 工艺规划系统可视化操作平台的集成环境模型研究 表示层 业务逻辑层 数据层 设备图元的添加、修改、删除， 及其属性设置，自定义图元 处理各模块之间的逻辑关系 i 存储、提取业务逻辑层产生、需要的数据 图2 - l 系统平台功能层次结构 f i g 2 1f u n c t i o n a lh i e r a r c h yo f t h es y s t e mp l a t f o r m 表示层，也就是用户可视化操作界面，它负责与用户进行直接的对话，可用于检查 用户从键盘等输入的数据并显示应用输出的数据，检查的内容只限于数据的形式和值的 范围，不包括业务本身的处理逻辑。创建这一层的目的就是使用户能进行直观的操作， 解决一些传统的工艺规划系统的可视化差的缺点，可大大提高用户的可操作性及效率。 例如本系统按功能进行分割窗口，主可视化窗口就是显示工厂中的设备及设备位置顺 序，有一分割窗口以显示和设置设备的属性及能力，另外一个分割窗口显示工序工步与 工序图的信息。 业务逻辑层即为功能层，相当于应用的本体，它是将具体的业务处理逻辑编入程序 中，而处理所需的数据则要从表示层或数据层取得。本层主要是处理各模块之间的逻辑 关系，以保证系统的正确性、功能性及完整性需求。 数据层用来提供业务逻辑层所需的数据，或者是存储业务逻辑层产生的数据。 通过对这三层功能的具体分析，可以得到工艺规划系统平台的功能细化结构，如图 2 2 所示，同时也勾勒处了系统基本功能框架。 鬲；荟丽二用户界面层 数据处理层 图2 2 系统平台功能细化图 f i g 2 - 2f u n c t i o nd e t a i l e dm a po f t h es y s t e mp l a t f o r m 9 广西大学硕士掌位论文工艺麓见老口系统可视化朔作平台的集成环境模型研究 2 2 2 2 系统总体结构框架 根据工艺规划系统平台功能层次结构和系统集成结构设计技术，本文抽象出基于设 备能力的工艺规划设计与可视化操作平台集成框架( 见图2 3 ) 。 图2 - 3 系统总体结构图 f i g 2 3s y s t e mg e n e r a ls t r u c t u r em a p 工艺规划设计与可视化操作平台分成四大部分：图元设备显示模块、图元对象参数 编辑模块、零件图显示及工艺信息提取模块和工序工步显示模块。 ( 1 ) 图元设备显示模块此模块是根据当前国内外机械制造的现有水平所包含的机 床设备的种类、热处理、质检等，选择某些典型的机床种类和加工检测方法，设计出包 含机床设备功能属性信息较合理的数据模型后，去除具体特定机床设备的特有属性信息 后，构造出能反映所有机床设备共性的图元绘制模块，并且考虑到特殊机床设备的特殊 性，本系统同时设计了特殊机床设备的自定义属性信息模块，从而它为开发实用系统创 造了一个良好的环境，并提供了必要的图元工具，这有效的缩短了研制工艺规划系统的 周期，有利于系统的应用和推广。 ( 2 ) 图元对象参数编辑模块此模块包含了参数化设计( p a r a m e t r i cd e s i g n ) 的方 法，有效的解决了图元驱动技术和工艺知识库建立的问题。 图元驱动就是发生在实体对象和实体属性之间数据流的整体联动嘲3 。参数化设计 ( p a r a m e t r i cd e s i g n ) 通过图元驱动方式在绘制图元的状态下动态修改图元的基本属性参 数，即通过单击或选中可视化界面中的图元设备实现其驱动，并使其相应的属性参数根 l o 工艺规划系统- a j - 视化操作平台的集成环境模型研究 据所选图元设备的不同而相应的改变。在绘制图元设备时，图元设备一旦产生就会在其 属性窗口生成区别于其它实体的唯一设备标识符( 设备编号) ，正是这设备标识符保证 唯一的特性，使得对数据库对象的编辑也较为方便。图元对象的编辑可分为共有属性和 专有属性的编辑：共有属性的编辑主要是图元对象( 机床设备) 的设备编号、设备名称、 设备型号、设备状态、主轴转速和进给量等；专有属性主要是对设备能力的选择或编辑， 如车、钻、镗、磨、牙、丝、铣、刨、拉、锯、特种加工等，还另外设置一个“其它”属 性，其为自定义功能，可以根据专有机床的专有属性进行设置。 工艺知识有广义和狭义之分：广义的工艺知识按照产品生命周期可划分为基础理论 知识、工艺设计知识、工艺管理知识和工艺情报四个部分；狭义的工艺知识是指工艺设 计人员在进行工艺设计过程中所使用的各种数据和现场经验等的集合。这里所述的工艺 知识是指狭义的工艺知识。工艺知识库首先能够为工艺设计提供详细的基础信息检索， 包括代替手工查阅资源数据与工艺手册数据，以及代替手工查阅已设计好的工艺实例； 其次是提供相关的工艺决策辅助，辅助经验少的工艺设计人员设计出接近专家水平的工 艺规程。在此背景下，工艺知识的范围进行了拓展，大体可分为：( 1 ) 工艺资源信息， 包括资源数据和手册数据。资源数据是指与特定加工环境紧密相关的所有工艺数据，如 机床、刀具、量具、夹具和辅具等信息；手册数据是指工艺设计手册及各类工程标准中 已经标准化的或者相对固定的与工艺设计相关的工艺数据。( 2 ) 工艺实例，指已经完成 了工艺规程设计的零件及其对应的工艺规程。( 3 ) 工艺决策知识，由经验性规则、过程 性算法及对工艺决策过程进行控制的知识等组成。 根据工艺规划系统工艺语言表达的复杂性和多样性，研究分析工艺语言的生成特 点，采用一种基于概念分层的方法，提出了高层概念的工艺知识表示模型，其目的是为 工艺规划系统可视化操作平台解决工艺语言的多样性和完整表达的问题，提供了一个有 效的解决方案。 ( 3 ) 零件图显示及工艺信息提取模块此模块就是d x f 图形交换文件( d r a w i n g e x c h a n g ef i l e ) 读取器系统的开发。由于d x f 图形交换文件作为一种使用广泛的工业标准 s l 3 5 2 ，并且与当前的图形是完全等价的，在直接编程时可以直接利用当前图形的数据信 息，所以使用d x f 图形交换文件是获取数据信息的比较理想的方法。 d x f 文件，作为图形与应用系统之间的接1 2 1 ，可以实现a u t o c a d 与其他程序模块进 行图形数据交换的功能。在图形文件中，几乎所有的信息都可以在d x f 文件中进行表述 呻3 。它是一种顺序文件，是在一定的组码符号的规定下，包括实体命令和几何数据信息 广西大掌硕士学位论文工艺规划系统可视化操作平台的集成环境模型研究 在内的数据文件。目前d x f 文件格式应用很广泛，主要是用来实现c a d 数据交换，它虽 然还不是一个开放的标准格式，但是由于a u t o d e s k 公司一直在他们的软件中采用此数据 格式，因此，实际上己成为事实上的标准，被很多c a d 软件支持。同时，d x f 文件的版 本也一直在更新，它也有很多特性，包括：支持3 d 对象、曲线、文本和相关尺寸标注。 d x f 文件有两种存储格式，一种是a s ci i 码格式，它可读取格式存放的信息；另外一种 是b i n a r y 格式，是具有专门格式的二进制文件，它的格式更紧凑，计算机处理起来速度 较快，同时它所占用的空间也相对较小，但是不便于被其他程序处理瞰1 。 此模块根据d x f 文件的存储格式编制了一个能读取d x f 文件的控件，即d x f 文件读 取器，该控件按一定算法识别、抽取工艺信息。采用此控件可省去工艺设计时对工艺信 息的二次输入，并能够获得较为完善的零件信息。 ( 4 ) 工序工步显示模块此模块的作用就是把已经设计好的工序工步存入数据库， 并通过数据绑定的形式把此模块中的l i s t b o x 控件绑定到数据库中的数据，按顺序显示出 来。当一个零件的工艺设计完成后，就可以把工序工步的数据以工艺规程( 工序卡片) 的形式输出出来。 2 3 工艺规划系统设计模式 2 3 1 系统平台设计的基本原则 一个好的软件设计应该具有可扩展性、灵活性和可插入性，本系统采用的是v i s u a l s t u d i o2 0 0 5 开发平台，它是一个面向对象的编程环境，对于面向对象的软件设计来说， 在支持可维护的同时，提高系统的复用性嘲3 是软件设计需要考虑的一个重要方面。使用 复用性能改善系统的可维护性。 2 3 2 设计模式理论研究 设计模式是模式在软件开发领域中的应用刀汹1 ，它通常是面向对象的，包括体系 结构、组件交互和编程。它描述如何在特定的情境中解决一般问题。 设计模式主要用于系统设计，按解决问题的不同分为三种：创建型、结构型和行为 型。般情况下，设计模式均基于面向对象而提出，也可以应用在接1 3 定义良好的结构 化方法中。 1 2 工艺规划系统可视化操作平台的集成环境模型研究 2 3 3m v c 设计模式研究 通过对本系统的总体架构和层次结构进行分析设计，充分考虑了系统的扩展性、灵 活性和可复用性，应用了结构型m v c 设计模式。m v c 是m o d e l ( 模型) - v i e w ( 视 图) - c o n t r o l l e r ( 控制器) 的简称酬旧1 ，是结构型模式的一种，模型独立于外在显示的内 容和形式，是软件处理问题逻辑的内在抽象。它封装了问题的核心数据、逻辑和功能的 计算关系，独立于具体的界面；视图是把表示模型数据、逻辑关系和状态信息以特定形 式展示给用户，从模型获得显示信息，对于一样的信息可以有多个不同的显示形式或视 图；控制器执行处理用户与软件的交互操作，其职责是控制软件的控制流程，它接收用 户的输入，并将输入反馈给模型，进而实现对模型的计算控制，是模型和视图协调工作 的部件。 m v c 模式的关系和功能图如图2 4 。m v c 构架框架所包括的三个抽象类：v i e w 、 c o n t r o l l e r 和m o d e l 。它们之间的关系为：控制器把接收到的请求或数据传送到模型去处 理，再根据用户的要求创建一个视图，该视图从模型中读取处理后的结果并把其以特定 的形式显示出来，由于m v c 的3 个部件是相互独立的，其中任何一个发生改变都不会影 响其他两个，所以依据这种设计思想可以构造具有良好松耦合的构件。m o d e l 、v i e w 和 c o n t r o l l e r 的分离使得一个模型可以具有多个显示界面，如果用户通过某个视图晃面的控 制器改变了模型中的数据，所有其他依赖于这些数据的视图都能应反映出这些变化。因 此，无论什么时候发生了任何数据变化，控制器都会将变化通知所有的视图，使得显示 更新。m v c 模式是现代软件开发的优秀模式，m o d e l 、v i e w 、c o n t r o l l e r 的分离使得软件 在代码复用和架构方面上了一个新台阶，同时也会使软件具有更好的健壮性和可扩展 性。 工艺规划系统可视化操 l l r 平台的集成环境模型研究 方法调用 事件 图2 - 4m v c 模式的关系和功能图 f i g 2 - 4r e l a t i o n sa n df u n c t i o nc h a r to fm v c m o d e l 2 3 4m v c 设计模式在工艺规划系统中的实现 通过对m v c 是m o d e l ( 模型) v i e w ( 视图) - c o n t r o l l e r ( 控制器) 设计模式的理论知识的 研究，以及本系统的总体架构和层次结构进行分析设计，运用了此设计模式，它在本系 统中的具体运用见图2 5 。 一方法调用 事件 图2 5 工艺规划系统m v c 结构图 f i g 2 - 5s t r u c t u r ed i a g r a mo f t h ep r o c e s sp l a n n i n gs y s t e m 1 4 广西大掌硕士掌位论文工艺规划系统可视化操作平台的集成环境模型研究 2 3 4 1 视图的实现 在n e t 开发环境中设计视图十分便捷，v i e w f l j w i n d o w s 界面来实现。v i s u a ls t u d i o 2 0 0 5 n e t 在视图设计器的工具箱中提供了公共控件、w i n d o w s 窗体、组件等各种控件， 同时还提供了用户自定义控件，用户自定义控件是一种直观的可重用的模型，扩展名 为c s 。通过以上各种控件，开发出的w i n d o w s 界面可以达到所见即所得可视化设计效果， 本系统中视图与各模块中的类文件相互对应。 2 3 4 2 控制器的实现 n e t 中的代码分离机制使v i e w 中的代码与m o d e l 及c o n t r o l l e r 中的代码能够很容 易分离。每个窗体文件或自定义控件文件下面都对应了三个后端代码c s 、d e s i g n e r c s 和r e s x ( 本系统用c 语言开发) 。通过d e s i g n e r c s 和r e s x 后端代码来实现c o n t r o l l e r 的功 能，通