（机械制造及其自动化专业论文）数控机床数字化设计集成应用平台的研究与开发.pdf

研究工作及取得的研 ，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 繇觯嗽多红 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名： 日期：雄 制造是一个相互独立的过程，部 加工等带来了不便。制造业领域 为分散孤立的单项应用，带来如 数据重复、业务分散、操作相互独立等问题，同时企业成型产品数据的管理、存 储、传承上也需要统一的协同管理和维护。 因此企业需要建立相应的数据管理平台进行有效的管理。从而提高产品的设 计效率、降低设计成本、缩短设计周期、提高产品性能、增强市场竞争力。 本课题以某机床厂制造的摆角铣头为研究对象，以其设计、制造、力学实验、 热测试实验等数据为依托，搭建铣床功能部件数字化设计制造的专用工程平台。 该p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 专用平台系统采用c s ( 客户机服务器) 体系 结构在v b n e t 的环境下，采用面向对象方法集成了参数型c a d 软件p r o e ， c a e 软件a n s y s 和a d a m s ，以一种新型b o m 模型来实现产品相关数据管理， 形成一个集设计、仿真分析与数据管理为一体的工程专用平台系统。 文中详细提出了该系统的总体结构。系统划分为：系统管理、项目管理、设 计分析管理、图档管理、实验管理和产品结构管理共六个模块。系统以项目管理 为主线以任务驱动方式建立项目信息，以b o m 形式建立产品的设计、分析、制 造、实验等数据的产品结构。所有模块都基于s q ls e r v e r 的电子数据仓库。在 关系型数据库系统的基础上，保证了数据的安全性和完整性，并实现各种查询和 检索功能。文章总结和分析了几种常用物料清单的构造方法，提出一种路径关联 的新型b o m 构造模型，并基于单层b o m 数据结构提出一种改进的循环算法， 实现了b o m 的循环遍历。将这种b o m 结构及其遍历算法应用于开发的数控机 床数字化设计集成应用平台有效的提高了系统的运行效率。 关键词产品数据管理；路径关联；客户机服务器；b o m 北京t 业人学t 学硕l j 学位论文 a b s t r a c t i ne n g i n e e r i n gp r a c t i c ep r o d u c td e s i g n ，a n a l y s i sa n dm a n u f a c t u r i n gi sap r o c e s s i n d e p e n d e n to fe a c ho t h e r t h e l a c ko fd a t as h a r i n ga m o n gd e p a r t m e n t s i sn o t c o n d u c i v et op r o d u c td e s i g na n dd e v e l o p m e n ta n dp r o c e s s i n g t h em a n u f a c t u r i n g s e c t o ri nt h ef i e l do fc a x ( c a d c a e c a m ) s o f t w a r e ，t h et y p ei sr e l a t i v e l ym o r e ， t h e s ea p p l i c a t i o n sa r em o s t l ys c a t t e r e da n di s o l a t e d ，s u c ha sd a t a d u p l i c a t i o n ， b u s i n e s sd e c e n t r a l i z e d ，o p e r a t i n gi n d e p e n d e n t l yo fe a c ho t h e ra n do t h e rp r o b l e m s a t t h es a l t l et i m em o l d i n gp r o d u c td a t am a n a g e m e n te n t e r p r i s e ，s t o r a g e ，t r a n s m i s s i o ni s a l s on e e df o rau n i f i e dc o l l a b o r a t i v em a n a g e m e n ta n dm a i n t e n a n c e t h e r e f o r e ，e n t e r p r i s e sn e e dt oe s t a b l i s ha p p r o p r i a t ed a t am a n a g e m e n tp l a t f o r m t oe f f e c t i v em a n a g e m e n t t h e r e b yi n c r e a s i n gt h ee f f i c i e n c yo fp r o d u c td e s i g n ，r e d u c e d e s i g nc o s t sa n ds h o r t e nd e s i g nc y c l e s ，i m p r o v ep r o d u c tp e r f o r m a n c e ，e n h a n c ei t s m a r k e tc o m p e t i t i v e n e s s w i t hp e n d u l u ma n g l em i l l i n gh e a do fam a c h i n et o o lf a c t o r ya st h er e s e a r c h o b j e c t ，r e l yo ni t sd e s i g n ，m a n u f a c t u r i n g ，m e c h a n i c a lt e s t ，t h e r m a lt e s t i n gl a b o r a t o r i e s s u c hd a t a b u i l tad i g i t a l d e s i g na n dm a n u f a c t u r eo fs p e c i a l i z e de n g i n e e r i n g p l a t f o r m p l a t f o r ms y s t e mu s e sc s ( c l i e n t s e r v e r ) a r c h i t e c t u r ei nv b n e t e n v i r o n m e n t u s i n go b j e c t o r i e n t e da p p r o a c hw i t hi n t e g r a t e dp a r a m e t r i cc a d s o f t w a r ep r o e ，c a es o f t w a r e ，a n s y sa n da d a m s ，w i t han e wt y p eo fb o m m o d e lt oa c h i e v e p r o d u c t - r e l a t e d d a t am a n a g e m e n t ，t of o r mas e to fd e s i g n ， s i m u l a t i o na n a l y s i sa n dd a t am a n a g e m e n ta so n eo ft h ep r o j e c t - s p e c i f i cp l a t f o r m t h ep a p e rd e s c r i b e si nd e t a i lt h eo v e r a l ls t r u c t u r eo ft h es y s t e m t h es y s t e mi s d i v i d e di n t o ： s y s t e mm a n a g e m e n t ，p r o j e c tm a n a g e m e n t ，d e s i g na n a l y s i s a n d m a n a g e m e n t ，d o c u m e n tm a n a g e m e n t ，l a b o r a t o r ym a n a g e m e n t ，a n dp r o d u c ts t r u c t u r e m a n a g e m e n t ，at o t a lo fs i xm o d u l e s a l lm o d u l e sa r eb a s e do nt h ee l e c t r o n i cd a t a w a r e h o u s es q ls e r v e r i nt h er e l a t i o n a ld a t a b a s es y s t e mb a s e do nt h eg u a r a n t e eo f d a t as e c u r i t ya n di n t e g r i t ya n dt oa c h i e v eav a r i e t yo fq u e r ya n ds e a r c hf u n c t i o n s h i s p a p e rs u m m a r i z e sa n da n a l y z e ss e v e r a lc o n s t r u c t i o nm e t h o d so fal i s to fc o m m o n m a t e r i a l s ，p r o p o s e sa n e wt y p eo fp a t h - b a s e db o mc o n s t r u c t i o nm e t h o d s ，i m p r o v e b o ma r i t h m e t i ct oa c h i e v eb o mt r a v e r s a la l g o r i t h m t h eb o ms t r u c t u r ea n di t s t r a v e r s a la l g o r i t h ma r ea p p l i e dt oc n cm a c h i n et o o l so fd i g i t a ld e s i g ni n t e g r a t e d a p p l i c a t i o np l a t f o r m ，w h i c hi m p r o v et h eo p e r a t i o n a le f f i c i e n c yo fd a t am a n a g e m e n t p l a t f o r m k e y w o r d sp d m ；p a t ho fr e l a t i o n s h i p ；c s ；b o m 目录 摘要：i a b s t r a c t i i 第1 章绪论。l 1 1 课题来源和研究意义1 1 1 1 课题来源1 1 1 2 研究意义1 1 2 相关技术的研究现状2 1 3 课题主要内容。3 第2 章系统的集成架构5 2 1 集成系统的需求分析5 2 2 集成系统的总体构架5 2 2 1 主流体系结构6 2 2 2 系统总体结构7 2 3 本章小结9 第3 章集成系统的总体设计1 0 3 1 系统的功能设计1 0 3 1 1 系统管理模块1 2 3 1 2 项目管理模块1 2 3 1 3 设计分析模块1 2 3 1 4 图档、零部件管理模块1 4 3 1 5 数据管理模块1 5 3 2 系统的b o m 设计1 6 3 2 1b o m 的功能1 6 3 2 2b o m 模型与算法17 3 3 系统的数据库设计2 2 3 3 1 产品结构表的设计2 3 3 3 2 其他主要数据表的设计2 5 3 3 4 数据库的接口设计2 6 3 4 集成系统的开发2 8 3 4 1 客户机服务器技术2 8 3 4 2v b n e t 开发语言2 9 3 5 本章小结3 0 第4 章集成系统的功能实现3 1 4 1 系统管理31 4 1 1 用户管理3 2 4 1 2 角色管理3 3 4 1 3 权限管理3 4 4 2 数据管理3 6 4 2 1 图文档、零部件管理3 6 4 2 2 产品结构管理3 7 4 2 3x m l 数据管理4 0 i 一 5 3 璺宝景婴编制4 6 5 4 系统维护4 6 。 、 1 1 1 课题来源 北京工业大学承担了北京市科委高档数控机床与功能部件关键共性技术研 究与应用课题中子课题高性能加工中心关键技术与应用研究的项目。本课 题是子课题的一部分，课题编号为：d 0 8 0 1 0 4 0 0 1 3 0 8 0 1 。 1 1 2 研究意义 近年来随着c a x ( c a d c a e c a p p ) 的发展，企业提高了产品开发能力和市 场竞争力促进了生产力的发展，但还存在一些不足之处，主要体现在两方面【l 2 】： 一方面，产生大量的电子文档，难以用传统的手段进行管理；另方面，在大多 数当前的企业中，c a d 、c a p p 、c a m 、c a e 、m r pi i 及e r p 等系统功能与其 数据管理相对独立，彼此之间缺少有效的信息沟通与协调，从而形成“信息孤岛。 这些问题已经成为制约工程机械企业全面实现信息化的瓶颈【3 。7 】。因此，建立支 持企业各类数据集成和过程集成的管理平台成为当前大多数企业的迫切需求。 本课题以某机床厂制造的铣床功能部件摆角铣头为研究对象，以其设计、制 造、力学实验、热测试实验等数据为依托，结合产品数据管理技术搭建数控机床 的数字化设计集成应用工程平台，把数据管理模型转化分析工具集成，初步形 成实用型的工程工具，并建立基础零部件元件库，为数控平台功能部件分析优化 提供公用数据平台【8 9 】。在此平台上可以快速有效地进行产品的设计分析与计算， 并能实现部分零部件的参数化设计、整机的动态特性分析，实现对摆角铣头所有 设计分析及相关数据的管理，并基此扩展成为机床功能部件的数据管理与分析平 台。集成平台解决企业了的实际问题，并能为同类产品的试制开发提供指导性的 理论基础和实践经验，从而可以提高产品的设计效率、降低设计成本、缩短设计 周期、提高产品性能、增强市场竞争力。通过研究p d m 和三维c a d c a e 系统 的集成【1 0 1 1 】，为企业提供较为完善的集成解决方案，将具有很好的学术意义、 社会意义和经济意义。 北京t 业大学t 学硕l j 学位论文 i 2 相关技术的研究现状 企业信息的集成“框架( f r a m e w o r k ) 是介于数据库和应用软件间的一个软 件开发平台，提供大量的开放性接口，在这个平台上可以集成或封装c a d 、c a e 、 c a m 和办公自动化等多种软件和工具，使得分布在企业各个地方、在各个应用 中使用的所有产品数据得以高度集成、协调、共享，所有产品研发过程得以高度 优化或重组l l 引。 目前，p d m 系统是最好的3 c 集成平台。它可以把与产品有关的信息统一管一 理起来，并将信息按不同的用途分门别类地进行有条不紊的管理。产品数据管理 即p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 1 3 】是以软件为基础，管理所有与产品相关的信 息f 包括工程规范、电子文档、扫描图像、c a d c a e c a m 文件、产品结构、产 品定单、供应商信息等) 和所有与产品相关的过程( 包括工作流程、审批发放过程、 工程更改等1 的技术。不同的c a d c a p p c a m 系统都可从p d m 中提取各自所需 要的信息，再把结果放回p d m 中，从而真正实现3 c 集成。利用p d m 可以把已 经存在的c a d 和c a e 系统通过数据库及有关应用接口互连来实现c a d c a e 的 集成，实现设计自动化【1 4 d7 1 。 数据集成系统技术在国外己得到广泛的应用，尤其在欧美地区的发达国家 中【j 8 均】应用比较广泛。i b m 公司的p r o d u c tm a n a g e r ( 简称p m ) 它具有良好的软件 结构，其数据仓库、工作流、配置管理和电子化协同工作环境部分都相当完善。 p t c 公司的商用数据管理软件有w i n d c l l i l l ，p r o p d m 和p r o i n t r a l i n k ，其中 w i n d c h i l l 支持产品结构及相关更改信息的管理和交换。w i n d c h i l l 以w e b 为中心、 基于标准的开放式体系结构。e d su n i g r a p h i c s 公司的p d m 方面的主要产品有 i m a n ( i n f o r m a t i o nm a n a g e r ) 和t e a m c e n t e r ，它能使分散的知识用户和各种应用系 统所组成的虚拟企业协同工作，以便把质量更好、成本更低的新产品更快地推向 、 市场。i m a n 产品在市场上具有很强的竞争实力，它建立在w e b 浏览器技术平一 台上，充分利用了i n t e r n e * 的强大功能，并且该软件与u n i g r a p h i c s 软件紧密结合， - 具有全面的集成能力。s m a r t e a m 公司提供的p d m 解决方案能够帮助设计师和 工程师在复杂的产品开发过程中管理相关的数据。另外，此产品具有与 a u t o c a d 、c a t i a 、p r o e 等c a d c a m 软件的集成接口。 我国相关技术的开发和应用都处在起步阶段。国内一些科研单位和高等院校 在概念引进方面作了大量工作。武汉开目公司的k m p d m ( 华中科技大学) 是制造 业信息化解决方案的核心和平台，有效集成各种主流c a d c a p p c a e 以及其它 各种单元应用软件工具，统一管理产品全生命周期的各种数据资源及其生成过 程，为企业实施e r p 、s c m 、c r m 等管理系统提供基础性产品数据资源支撑。f 清软英泰信息技术中心开发的t i p d m ( 清华大学) 其以零部件为核心的管理思想 第1 章绪论 改变了传统设计过程中以图纸为核心的管理模式，很好地解决了一图多件和一件 多图所带来的管理问题。武汉天喻软件有限公司的i n t e p d m ( 华中科技大学) 采用 面向对象技术和客户机j j 及务器( c s ) 体系结构，面向管理与产品相关的所有数据 及其状态变迁过程，实现了对产品开发过程中使用的各种应用系统的协调与控 制，达到将产品数据、设计活动、人员组织及应用工具统一组织管理的功能目标。 海思普信息技术有限公司的s i p m p d m ( 上海交通大学) ，该系统提供三层安全机 制，确保数据保密不被非法泄露；强大的b o m 管理能力；完善的工程更改及通 知书管理；为方便产品改型设计，系统提供了派生设计；对图档等技术资料实现 全生命周期管理；设计与工艺管理基于同一产品模型，有效地保证了数据的一致 性。虽然我国出现了这些p d m 产品，但是由于起步较晚，所以在产品规模上与 国外产品上有一定的差距。另外，我国的数据集成管理产品一般基于微机的 w 协d o w s 平台，主要适用于中小型企业。 近年来，很多学者对数据集成管理的实施方法进行了研究。j o h n s t a r k 阐述 了涉及成功实施数据管理的系统性能、人员、实施项目组、业务过程定义、组织 架构、资金成本预算、信息管理、系统上线、正式使用共9 类关键要素【2 0 1 。熊光 楞针对企业传统串行产品开发方式提出采用并行工程，通过产品开发过程的重组 与改进来实现产品开发流程的合理化与优化，并采用各种并行工程使能技术与工 具支持产品开发过程，实现产品的全生命周期数字化定义和信息集成，同时，采 用新的质量管理满足不断变化的用户需求【2 1 1 。祁国宁等提出一种面向m c ( 大批 量定制m a s sc u s t o m i z a t i o n ) 产品建模方法，以事物特性表为核心，结合主文档技 术，将事物特性表对应行的数据与主文档相结合，自动生成各种有关的文档，建 立了面向m c 的产品模型【2 2 1 。黄利平、戴永长等提出数据管理开发实施的模块 化原则，根据用户相关度性质分析实施过程中模块的属性( 定制模块、配置模块、 通用模块) ，最后给出数据管理辅助实施系统【2 3 1 。 1 3 课题主要内容 本课题主要研究以下内容： ( 1 ) 基于对p d m 的主要功能及一般体系结构的研究，构建集成应用平台的体 系结构，重点实现系统的图文档管理、零部件管理、产品结构管理以及系统管理 等功能； ( 2 ) 设计分析模块，通过对实体建模软件p r o e 、有限元分析软件a n s y s 及 动力学仿真分析软件a d a m s 的分析和研究，实现了软件之间的无缝连接，从而 完成了p r o e 与a n s y s 、p r o e 与a d a m s 之间的有效数据交换； ( 3 ) 图文档、零部件管理模块，对图纸、文档和零部件采用基于数据库的存取 北京t 业大学t 学硕十学1 屯论文 的方式，实现产品设计过程中各类信息的检入、检出操作，此外，还实现了文档 权限管理、零部件权限管理，并为用户提供了查询操作功能； ( 4 ) 产品结构管理模块，提出新型b o m 模型并改进循化算法实现了产品结构 编辑、产品( 零部件) 信息录入、产品信息的权限管理、产品结构查询等功能； ( 5 ) 系统管理模块，实现对产品数据的权限管理，并对用户信息、用户角色信 息进行设置和维护。 件，现在大量的c a d 和c a e 软件都是一个个单独的系统，设计人员用c a d c a e 系统进行产品设计的结果，只能输出图纸和有关的技术文档，而不能实现将这些 信息在各个系统之间进行交换和共享。而只有通过与c a d 软件的充分集成，将 设计人员设计出来的图纸和分析及实验等数据进行有效的管理和存储，才能满足 企业实际设计和生产工作的需要，使用集成应用平台系统更加适应企业的需求。 因此，c a d c a e 与管理系统集成需要将c a d c a e 系统产生的数据( 包括模 型文件和产品的装配结构层次关系、属性信息等纳入到系统的管理框架之下，实 现系统对产品设计过程中的数据信息的有效控制。使c a d c a e 系统能共享集成 系统中的数据，从而能够有效的利用产品设计分析及实验等数据使产品设计过程 统一规范化。 通过对企业进行调研，基本掌握企业的实际工作流程、使用的辅助工具和其 他具体开发要求等。下面详细介绍企业对各方面的具体要求。 ( 1 ) 系统相关功能提供灵活的用户权限管理方案，提供数据库和文档备份 功能，保证系统安全性，提供软件内部通讯工具。 ( 2 ) 文档相关管理将企业文档统一存放并进行有效的分类，能够将己有图 纸及相关文档规整到数据库中，有效利用资源将文档与其描述的零部件相关联， 便于文档的快速检索。 ( 3 ) 产品结构管理能够根据现有的图档，自动生成产品结构实例树直观的 显示产品结构层次，并且能够直接编辑，能够对己有的b o m 进行快速的检索查 询。 ( 4 ) 软件集成根据企业产品设计开发流程，将三维设计软件及有限元分析 和动力学分析软件通过相关接口集成在系统数据管理平台下能够实现产品的集 成设计开发功能。 2 2 集成系统的总体构架 根据以上分析的需求，系统在基于产品数据管理方向的功能模块主要是实现 对产品结构与配置、项目相关文档、产品模型的管理。集成系统总的功能架构图 如图2 1 所示。 北京t 业大学t 学硕十学位论文 ： l l i 匝匦圃匡巫习匡亟卫 c a d c a e 系统： 区互口l 王 一一 系统数据接口 王 产品结构管理文档管理 项目管理系统管理 z ，一h - p 义p i - ；民j j 兄，z ，扫t 图2 1 集成系统的功能构架 f i g 2 1i n t e g r a t e df u n c t i o no ft h es y s t e ma r c h i t e c t u r e 设计系统与应用平台的集成是在c a d 系统中能够调用应用平台系统中的产 品结构、配置信息，读取产品设计的相关参考文档。设计完成后可将产品的设计 图纸文档载入到应用平台系统中，使之与相应的项目、文档管理关联起来。而在 应用平台中可以读取三维c a d 产品的结构树，配置列表，并对结构树和配置表 进行管理，通过三维软件的a p i 实现修改结构和配置的相关操作。c a d 系统又 可以通过接口实现与c a e 系统的数据交换，从而实现了c a d c a e 与集成应用 平台的数据管理与有效的共享。 2 2 1 主流体系结构 产品数据管理的体系结构决定了系统的可应用性、可扩展性等重要特性。不 同的企业应从其地域分布特点、功能需求、用户的数量等因素出发，选择那些体 系结构适合自身特点的数据管理系统，这样在实施中才能最大程度的确保系统实 施的成功。数据管理系统包含网络与设计服务层和功能定义层等。网络与数据服 务层提供文件传输、数据库存储服务，提供数据管理平台的底层功能。它屏蔽了 异构的操作系统、网络协议、数据库之间的差别。功能定义层提供对象和规则定 义服务、编程界面、编程接口。利用这些定义服务，开发人员可以定义项目、子 项目等对象，功能定义层还提供流程定义、小组定义等服务【2 4 】。目前主流数据管 理系统的体系结构如图2 2 所示： ( 1 ) 支持平台层主要指异构分布的计算机硬件环境、操作系统、网络与通信协 第2 币系统的集成架构 议、数据库等支持环境。 ( 2 ) 核心服务层在c s 结构下主要是指服务器端。主要完成向下连接并操作数 据库功能，向上为数据管理应用组件提供服务，其核心是各种对象模型。 ( 3 ) 应用组件层实际上是由调用基础服务的一组程序( 界面) 组成并能够完成 一定应用功能的功能模块，统一的用户界面也归入了应用组件层。 ( 4 ) 应用工具层主要指c a d 等过程设计领域软件、w o r d 等办公软件以及所有 p d m 以外的其他应用软件，还包括e r p 、c a p p 、c a m 掣2 5 2 6 1 ，p d m 系统通 过多种方式与应用软件实现集成。 ( 5 ) 实施理念层p d m 不是企业的经营管理模式而只是一种软件工具，它只有 在先进的企业运作模式下才能发挥作用。 l 实施理念层先进思想理念：c e 、c p c 、s c m 、c r m 、v e 等 r l 应用工具层 应应应 用用 用 12n r l 语义级应用接口：w e bpr o t a l 互操作级应用接口 应用组件层 项文 工 权过 工具产品 系 目档作限程 集成结构 统 管管流管管 管理管理 管 理理管理理理 理 r l 对象定义逻辑规则数据操 流程定权限定其 核心服务层 服务定义服务作服备义服务义服务 他 r l 支持平台层 网络、操作系统、数据库 r 异构分布的硬件平台 图2 - 2p d m 的主流体系结构 f i g 2 - 2t h ep o p u l a ra r c h i t e c t u r eo fp d ms y s t e m 2 2 2 系统总体结构 通过分析系统的需求和主流数据管理系统的体系和功能结构，本文设计的系 统包括以下几个管理模块：系统管理、图文档管理、零部件管理、项目管理、分 析设计管理和产品结构配置管理等。系统管理包括角色、用户、权限管理，主要 北京t 业入学1 = 学硕j j 学位论文 作用是对系统内的用户进行维护及进行相关权限角色的设置功能；图文档管理是 系统的实现基础，主要作用是解决企业文档的管理困难等问题；产品结构配置管 理除了维护产品结构树之外，还需要维护零部件同文档管理的关联。整个系统 划分为3 层如图2 3 所示：系统支持层、功能模块层和用户界面层。此外应用层 中的管理功能构架在功能层的基本功能之上，功能层的基础功能相互独立，不依 赖具体的项目。 工作站 邑 微机工作站 用户界面层 功能模块层 系统支持层 图2 - 3 集成应用平台系统的体系结构 f i g 2 - 3t h es y s t e ms t r u c t u r eo fi n t e g r a t e da p p l i c a t i o np l a t f o r ms y s t e m ( 1 ) 用户界面层为用户提供友好的用户界面。各种不同的用户界面是用户与 系统之的接口，包括图示化的浏览器、各种菜单、对话框等。通过用户界面，系 统向用户展现所关心的产品数据信息，并且可以获取用户的输入数据。 ( 2 ) 功能模块层根据数据管理的目标，系统各个管理模块实现并确保数据安 全与正常运行的功能，保证各类不同的用户能够正常地、安全地、可靠地使用 p d m 系统，既要方便快捷，又要安全可靠。 ( 3 ) 系统支持层系统支持层支撑系统的运行，主要包括软硬件平台及面向对 象管理的核心架构。提供网络条件下数据的存取以及应用程序运行所必需的各种 环境。 第2 章系统的集成架构 2 3 本章小结 本章分析了企业的实际工作流程、使用的辅助工具和其他具体开发要求以及 主流数据管理系统的体系和功能结构，提出了集成应用平台系统的总体构架，并 给出了集成应用平台数据管理系统的体系结构。 9 北京t 业大学t 学硕f ：学位论文 第3 章集成系统的总体设计 产品数据管理是以软件技术为基础，以产品为核心来组织管理 c a d c a m c a e 数据、文档以及审批等产品信息，实现对产品相关的数据、过 程和资源的集成化管理的技术。从面向应用与系统支持的功能来看，一般包括文 档控制、变更控制、配置管理、设计检索与零件库、项目管理、数据传输与转换 与系统管理等。从软件功能模块的组成来看，一般包括电子数据存储和文档管理、 工作流程管理、产品结构及配置管理、分类与检索管理、项目管理、集成接口、 用户化工具等。从实用的角度，数据管理系统应该确保具有项目管理、电子数据 存储和管理、灵活组织文件、支持多种文件格式、产品及产品结构管理、工作流 程管理、分类与检索、用户化工具、集成接口等主要功能【2 7 】。 3 1 系统的功能设计 在以上需求分析的基础上，系统的功能结构需要按照一定的层次进行划分， 尽量减少各个模块之间的藕合性，对系统的资源进行有效的管理。各模块相互合 作共同完成整个集成数据平台的管理工作。系统功能结构图如图3 1 所示。 图视化用户操作界面 i 项目管理三维模型简化模型结构分析动态分析实验数据数据管理 ll 数据库接口 一) ( 二 库 库 ， 文件( 内部局域网) 系统功能结构图 3 - 1t h es t r c t u r ed i a r a mo fy s e mf u n t i o n s 进入系统进行产品设计分析及管理的操作流程如3 2 所示。首先通 过项理模块进行项目属性信息的设置并保存入库。其次通过三维cad建模 过程产品结构，绘制产品图形，加入属性信息，并生成设计bom，为cae 过程设计数据；简化模型后生成标准化的数据结构(如生成step文件)，并 经过进行数据转换，将数据存入pdm系统；cae系统从pdm系统直接读入 。1 1 = 7 系统管理( 用户管理、角色管理、权限管理) 图3 - 2 系统业务流程图 f i g 3 - 2t h ef l o wc h a r to fs y s t e mo p e r a t i o n a l 北京t 业人学t 学硕f 学位论文 3 1 1 系统管理模块 系统管理模块由用户、权限、角色三个小模块组成。各模块的功能如下所述： ( 1 ) 用户管理模块主要功能系统用户信息的基本维护。 ( 2 ) 角色模块的主要功能为当前系统中的用户分配制定相应的角色权限。 ( 3 ) 权限模块的主要功能权限管理包括项目、图文档、零部件权限三个部分， 分别实现对选中的用户对象施加相应的权限功能。 3 1 2 项目管理模块 项目管理有创建项目及检索查询功能组成。各模块的功能如下所述： ( 1 ) 项目创建的主要功能实现项目的相关信息的录入并将属性信息保存在数 据库中。 ( 2 ) 项目查询的主要功能实现对现有项目的精确及模糊查询的功能。 3 1 3 设计分析模块 设计分析模块由集成的三维设计、有限元仿真分析及动力学分析软件组成。 设计人员进入三维设计模块后启动p r o e 进行产品的设计开发工作同时可以打开 a n s y s 进行有限元分析，也可以进入装配环境打开a d a m s 进行动力学分析。 3 1 3 1p r o e 与a d a m s 接口p r o e n g i n e e r 软件具有强大的三维建模功能， 能够方便的实现复杂零件的三维建模，还具有功能完备的部件及整机装配功能。 利用a d a m s 对整机或零部件进行动态特性分析时，必须先建立好零部件或整机 的模型，a d a m s v i e w 的建模功能不强，只能建立简单的样机结构模型，无法 构建更复杂的机械结构模型，所以，要对整机进行动态特性分析时，必须得用到 整机的p r o e 模型。a d a m s 利用p r o e 建立的模型有两种方法：第一种，利用 i g e s 文件进行模型导入；第二种，利用a d a m s 与p r o e 的专业接口模块 m e c h a n i s m p r o 。利用i g e s 文件把整机模型从p r o e 导入到a d a m s 的步骤：首 先，在p r o e 环境下把各个部件存成单独的i g e s 文件，然后把各个部件依次导 入到a d a m s 里面，之后必须调整所有部件的位置和方向，对整机进行重新装配， 装配好以后为各个部件修改材料属性，并为连接处添加运动副，最后为整机添加 驱动力，完成整机的运动仿真分析。 m e c h a n i s m p r o 是a d a m s 与p r o e 的专业接口模块，它是连接p r o e 与 a d a m s 之间的桥梁。二者采用无缝连接的方式，使p r o e 用户不必退出其应用 环境，就可以将装配的总成根据其运动关系定义为机构系统模型，进行系统的运 第3 罩集成系统的总体设计 动学和动力学仿真，并进行干涉检查、确定运动锁止的位置、计算运动副的作用 力等等【2 8 】。 使用m e c h a n i s m p r o 可以在p r o e 环境下定义刚体和施加约束，并可以利用 a d a m s 的求解器进行全面的动力学分析，因此它具有以下优点： ( 1 ) 增加模型的仿真精度因为m e c h a n i s m p r o 直接使用p r o e 的三维实体模 型，因此它消除了由于模型在不同软件之间的传送带来的模型几何形状及质量特 性的误差； ( 2 ) 提高工作效率由于m e c h a n i s m p r o 可以直接在p r o e 环境下运行，因此 不必学习新的软件界面就可以完成机械系统的运动学和动力学仿真分析、结果处 理以及动画显示； ( 3 ) 准确体会设计意图在m e c h a n i s m p r o 中创建物体之间的约束时，可参考 p r o e 的零件特性( 如：圆柱的中心线、圆心、顶点等等) ，一方面可以加快机械系 统模型的创建，另一方面可以更好体会设计意图，增加约束的准确性； ( 4 ) 节省设计费用使用m e c h a n i s m p r o 设计产品，在制造物理样机之前可以 多次在计算机上进行设计，纠正设计失误，缩短产品的开发周期，减少制造物理 样机的费用。 基于以上几点优点，本平台选用第二种方法利用m e c h a n i s m p r o 模块完成 a d a m s 与p r o e 的模型交换。 3 1 3 2p r o e 与a n s y s 接口a n s y s 软件是目前应用最广泛的有限元分析软件， 它被应用于多种行业，如机械、建筑、电力等。p r o e 的建模功能比较强大但结 构分析功能不是很强大，a n s y s 的结构分析功能比较完善但建模工程比较复杂， 所以，要实现复杂零部件的快速可靠的结构分析，必须把p r o e 和a n s y s 结合 起来使用，各取所长，在p r o e 环境下建立零件的三维模型，在a n s y s 下完成 零件的结果分析。 用p r o e 和a n s y s 结合起来对零件进行结构分析，就必须实现模型数据的 交换，要把在p r o e 里建的模型导入到a n s y s 环境里。要实现p r o e 和a n s y s 之间的数据交换有两种方法：第一、通过中间数据文件导入：第二、建立两种软件 的无缝连接。 第一种方法，通过中间模型数据文件把模型从p r o e 导入到a n s y s 里，用 到的中间模型数据文件的主要格式是i g e s 格式【2 们。i g e s 是为了解决数据在不 同的c a d c a m 间进行传递的问题，它定义了一套表示c a d c a m 系统中常用 的几何和非几何数据格式，以及相应的文件结构，用这些格式表示的产品定义数 据可以通过多种物理介质进行交换，在i g e s 文件中，信息的基本单位是实体， 通过实体描述产品的形状、尺寸以及产品的特性。实体的表示方法对所有当前的 c a d c a m 系统都是通用的，实体可分为几何实体和非几何实体，每一类型实体 北京t 业大学t 学硕 ：学佗论文 都有相应的实体类型号，几何实体和非几何实体通过一定的逻辑关系和几何关系 构成产品图形的各类信息，实体的属性信息记录在目录条目段，而参数数据记录 在参数数据段。 第二种方法，建立p r o e 与a n s y s 的无缝连接。要建立p r o e 与a n s y s 的无缝连接必须通过两个软件本身各自与对方的接口进行。p r o e 与a n s y s 建 立连接的步骤如下： ( 1 ) 在同机的同一操作系统下安装有p r o e 和a n s y s 两种软件； ( 2 ) 保证上述两种软件的版本兼容，p r o e 的版本不得高于同期的a n s y s 的 版本； ( 3 ) 通过a n s y s 的a n s a d m i n 配置与p r o e 的连接； ( 4 ) 运行p r o f 并配置e o n f i g p r o 。通过建立p r o e 与a n s y s 的无缝连接可 以实现零部件的设计分析一体化，能够充分利用两个软件各自的优势，而且能够 避免通过中间模型数据交换数据引起的误差及错误，进而提高产品的设计