（机械制造及其自动化专业论文）网络环境下计算机辅助实木门设计.pdf

中文摘要 摘要 随着家具消费向实用化、艺术化、个性化和自然化方向的发展，家具企业必 然要扩大家具产品中的形式产品，增加产品的附加值。不管在套装家具中还是在 居室设计中，实木门都是重要的形式产品，能够极大地提高家具产品的市场竞争 力。实木门的造型比较复杂，款式变化多，在设计过程中存在设计周期长，出错 率高，重复修改设计工作量大以及缺乏信息共享等问题，是家具设计中的瓶颈。 因此研究开发适合实木门的造型和结构特点、能够解决上述问题的实木门计算机 辅助设计方法和软件具有重要的实用价值。 本文研究了网络环境下实木门计算机辅助设计的方法，并且开发了相应的 c a d 软件，其内容包括： 1 在分析实木门计算机辅助设计的用户需求及其网络环境的基础上，围绕增 强系统的实用性、适应能力和数据共享等中心问题，重点研究了网络环境下的实 木门计算机辅助设计系统的造型设计、结构设计、数据交换等技术，并最终实现 了网络环境下的计算机辅助实木门设计系统。 2 研究了实木门的特征造型技术，提出了实木门特征模型的实现方法，包括 特征实例化，特征识别以及零件特征的装配技术，实现了实木门的快速造型设计 并为后续设计的集成提供了有力保障。 3 研究了实木门的造型设计和结构设计一体化方法，实现了与整个家具设计 系统的其它功能模块的集成，解决了实木门设计过程中的数据基享与交换问题， 为企业内部各个相关部门之间的并行、协调工作创造了条件。 4 对传统的实体信息获取方法作了改进，提出了面向对象的子实体信息获取 方法，满足了工程应用的需要。 5 参与研究开发的“家具计算机辅助设计系统f c a d s ”，在光明家具集团家具 股份有限公司试用，反映效果良好，并通过了黑龙江省科委组织的科技成果鉴定， 评价为国内领先水平。 关键词：实木门，面向对象，特征造型，c a d 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h et r e n do fp r a c t i c a b i l i t y , a r t i s t r y , i n d i v i d u a t i o na n dn a t u r a l i s mo ff u r n i t u r e c o n s u m i n g ，i ti sn e c e s s a r yf o rf u r n i t u r ee n t e r p r i s et oe n h a n c et h ep e r i p h e r a lp r o d u c ta n d i n c r e a s et h ea d d i t i o n a lv a l u ei np r o d u c t s o l i dd o o ri sa l li m p o r t a n tp e r i p h e r a lp r o d u c ti n b o t hs e tf u r n i t u r ea n dr o o md e s i g n i n g ，t h e r e f o r e ，i tc a r lg r e a t l yh e l pt h ee n t e r p r i s et ob e s t r o n gc o m p e t i t i v ei nf u r n i t u r ep r o d u c t s o l i dd o o ri sf e a t u r e di nc o m p l i c a t e ds h a p e s a n dv a r i o u ss t y l e s a tt h es a m et i m e ，t h e r ee x i s tt h ef o l l o w i n gp r o b l e m s ：l o n gd e s i g n c y c l e ，h i g he l r o rr a t e ，l a r g ea m o u n to fr e p e t i t i v em o d i f y i n g , l a c ko fi n f o r m a t i o ns h a r e ， e t c t h e r e f o r e ，i ti so fg r e a tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et od e v e l o po n ec a da n ds o f t w a r et o s o l v et h ep r o b l e m sa b o v ea n dt ob ea c c e p t a b l et ot h es h a p e sa n ds t r u c t u r ef e a t u r e so f s o l i dd o o r t h i sp a p e rs t u d i e st h ec a df o rs o l i dd o o ra n dt h er e a l i z a t i o no ft h es y s t e mi n n e t w o r kc i r c u m s t a n c e t h er e s e a r c hi n c l u d e s ： 1 w i t ht h eb a s eo ft h ea n a l y s i so fu s e r s r e q u i r e m e n t sa n dt h en e t w o r k c i r c u m s t a n c e ，c e n t e r i n gs t r e n g t h e n i n gt h ep r a c t i c a b i l i t y , a d a p t a b i l i t ya n di n f o r m a t i o n s h a r e ，t h i sp a p e rf o c u s e so nt h ek e yt e c h n o l o g yo fs h a p ed e s i g n i n g , s t r u c t u r ed e s i g n i n g ， d a t ae x c h a n g i n g ，e t c ，i nn e t w o r kc i r c u m s t a n c e ，a n df i n a l l y , r e a l i z e st h ec a ds y s t e mf o r s o l i df i n t t i t u r ei nn e t w o r kc i r c u m s t a n c e 2 f e a t u r em o d e l i n gt e c h n o l o g yf o rs o l i dd o o ri ss t u d i e d ，a n dt h ew a yf o r i m p l e m e n t i n gi t sf e a t u r em o d e li sp r o p o s e di n c l u d i n gf e a t u r ei n s t a n t i a t i o n ，f e a t u r e r e c o g n i t i o na n da s s e m b l et e c h n o l o g y s p e e ds h a p ed e s i g n i n gi sc a r r i e do u ta n ds t r o n g g u a r a n t e ef o rt h ef o l l o w i n gi n t e g r a t i o ni sp r o p o s e da sw e l l 3 t h es h a p ed e s i g n i n ga n ds t r u c t u r ed e s i g n i n gf o rs o l i dd o o ri ss t u d i e d t h e s y s t e mc a nw e l li n t e g r a t e d 谢t h o t h e rf u n c t i o n a lm o d u l ei nt h ew h o l ef u r n i t u r e d e s i g n i n gs y s t e ma n dt h i s s o l v et h ep r o b l e mo fi n f o r m a t i o ns h a r ea n de x c h a n g e c o r r e l a t e dd e p a r t m e n t sc a nc o o p e r a t ew i t he a c ho t h e rw e l l 4 t r a d i t i o n a lw a y sf o ri n f o r m a t i o na c q u i s i t i o ni si m p r o v e d ，i n s t e a dt h es u b e n t i t y i n f o r m a t i o na c q u i s i t i o no r i e n t e dt oo b j e c ti sp r o p o s e d , a n di tc a nm e e tt h er e q u i r e m e n t o f t h ep r o j e c t 5 t h e “f c a d s ”h a sb e e ne v a l u a t e di nh e i l o n g j i a n gp r o v i n c e ( i n t e m a ll e a d i n g ) k e y w o r d s ：s o l i dd o o r , o b j e c t o r i e n t e d ，f e a t u r em o d e l i n g , c a d i i 1 绪论 1 绪论 家具作为种现代工业产品，是国际贸易市场长盛不衰的四大消费品之一， 也是现代社会中重要的文化载体。2 1 世纪中国住宅建设规模继续扩大，作为住宅 主要配套产品的家具消费也呈现逐年上升的趋势。随着现代科学技术的突飞猛进， 世界性木材供应日趋紧张，加上家具标准化的普遍实旋，世界家具向高技术型方 向发展已成为现实“。 中国家具在明代写下了光辉的一页， 也是世界家具文化的一个重要组成部分。 明式家具不仅是中华民族的文化瑰宝， 然而在近现代，中国家具大大落后于世 界家具工业生产。主要体现在：企业多，规模普遍小，生产方式比较落后；机械 化、自动化程度比较低；设计绘图手段比较原始，效率不高，图纸准确度比较低； 生产周期长，质量不稳定；管理方式落后。因此，中国家具制造业的工业化受到 越来越多的重视。将现代先进的产品设计方法、生产技术融入家具制造业的研究 也受到广泛的关注”1 。 1 1 现代家具工业现状与发展趋势 近年来，中国家具大量从国外引进先进的技术、设备，以及原辅助材料、装 饰材料、五金配件，从而步入了一个崭新的发展时期。1 9 9 9 年我国家具生产总值 约1 0 0 0 亿元人民币，比1 9 9 8 年增长了1 5 ，年出口2 7 亿美元，比1 9 9 8 年的2 1 9 3 美元增长了2 3 7 。近年来，中国家具出口每年以两位数的速度递增。但是，中国 家具工业要持续发展仍然面临以下几个方面的问题”1 ： 首先是木材资源短缺。中国是个严重缺林的国家，据有关资料统计，人均木 材资源占有率仅9 m 3 。家具用材长期过度消耗，主要珍贵木材已趋于枯竭。 二是新产品开发投入不够。目前中国家具市场上家具式样和品种虽然繁多， 但是家具设计的个性太少，共性太多，相互仿制成风。 三是工业化生产水准亟待提高。我国家具制造业的工业化进程比较缓慢，专 业化水平偏低，不少厂家的生产方式仍是小而全、大而全，管理方式仍为家庭作 坊式，技术投入少，标准化程度低，以上状况均严重影响家具工业的快速发展。 世界工业发达国家和地区的家具制造业在机械化和自动化方面都处于领先地 位。中国家具生产是国际家具生产的一部分，中国家具市场同样也是国际家具市 场组成部分。世界家具的发展趋势在一定程度上也代表了我国家具生产的发展现 状。目前国际家具生产呈现出以下几大趋势“： 重庆大学硕士论文 ( 1 ) 生产方式趋向于机械化、自动化和协作化。由于计算机在家具工业中的 日益广泛应用，在家具设计、生产管理等方面实行了电脑化。同时，现代化设计 与制造技术，实现了家具进一步向专业化的方向发展，使家具真正成为现代化、 工业化大生产的产品。 ( 2 ) 家具用材追求多样化、天然化和实木化。近年来，世界家具的发展有返 朴归真的趋势。结构线条讲究简洁明了，材料色泽追求自然纯真，既要有传统自 然的风格，又要能体现出现代生活的活力，这就使得各种天然术材被广泛采用， 因而，出现了家具选材的天然化和实木化“1 。 ( 3 ) 家具零部件采用标准化、规格化、拆装化。随着国际标准化( i s o ) 的实 施，世界家具以采用新材料、新工艺为基础，着眼于产品零部件的标准化、系列 化、规格化、通用化和专业化以及大批量生产。家具在设计中，功能与形式的结 合更为完美。 ( 4 ) 家具设计注重科学化、系统化、和合理化。现代家具正朝着材料多样、 造型新颖、结构简洁、品种丰富、节省材料的方向发展注重实用性、多功能性、 舒适性、装饰性。因而，现代家具的设计正趋向于技术先进、生产上可行、经济 上合理、款式上美观、使用上可靠等方面；根据“工业设计”的理论”遵循“实 用性、艺术性、经济性、商品性、科学性”等原则，采用“计算机辅助家具设计” 等先进手段，对家具的造型、结构、工艺、装饰、成本、包装进行系统科学地设 计。 ( 5 ) 家具款式着眼于自然化、个性化和高档化。9 0 年代的今天，随着人类生 活方式的改变和生活水平的提高，人们的消费观念发生了巨大变化。面对日益恶 化的地球环境，人们一改传统的消费习惯，追求返朴归真和回归大自然的情趣已 成为人类消费的时尚。家具作为一种多元化的工业产品，它既是生活、学习工 作，休闲的必需品，又是文化艺术的精品，随着现代化文明的进步，家具的精神 功能显得更为重要，人们在潜移默化中受到家具艺术的熏陶。因而，当今世界家 具款式的趋势是崇尚自然、表现个性。 ( 6 ) 家具市场实现国际化、贸易化和信息化。家具的发展趋势是“产、供、 销”一条龙，体现“即需即供”的现代特点。这就要求家具的设计、生产和销售 必须遵循市场规律，研究分析市场信息，使所设计、生产和销售的家具成为市场 畅销的现代工业产品”】。 1 2 现代家具产品的发展 通过对我国家具工业的现状及其发展趋势的分析，我们可以看到现代的家具 2 1 绪论 企业在产品的设计上的投入了最多的精力。家具不再要求是仅仅能够满足消费者 在生活、学习、工作、休闲中的功能需求，更要符合人体的生理、心理节律，在 视觉上产生快感，促使情感产生，并向行为转化，最终达到物质与精神的统一性。 消费者希望通过家具得到一种情感上的共鸣，同时借助家具来体现自己的文化品 位、身份”。 家具产品的个性化主要体现在家具的造型、材料、装饰等方面”。家具造型 方面要求线条光洁明快，具有古朴归真的风格。在家具的选材方面，能够反映个 性追求的天然风格的实木化家具越来越受到青眯。家具的装饰也要求能够结合民 族，地区的文化各种风情。 现代家具企业的效益与市场紧密的联系在一起，这无疑给家具企业在家具产 品的设计，生产上也提出了更高的要求。 1 2 1 板式家具的发展 家具产品被一般认为有板式家具和实木家具两大系列。 板式家具以人造板为主要基材，以连接件为主要结构件，通过系列化标准板 块的搭配组合形成功能各异的个体家具。板式家具的零部件主要是标准板件，因 此可以通用互换，便于拆装、组合、搬运，有利于实现产品连续化、机械化、自 动化生产。板式家具的生产工艺相对简化，生产效率高“1 。 板式家具的造型简浩，表面形式单一，特别前脸( 如门板、桌面板、抽屉面 板等) 都是大小不一的长方形面板，缺乏审美情趣：产品款式变化较少，给人以 呆滞的感觉，更无法满足现代消费者对家具的个性需求。 1 2 2 实木家具的发展“2 ”1 木材具有绚丽优雅的天然纹理和色彩和许多适合于家具的优良性能。因此以 本材为主要材料的实木家造型丰富，可以满足不同层次消费者的审美需求，紧跟 回归自然，追求天然木材与质感的现代家具的发展潮流，迎合现代的消费心理。 实木家具所具备的丰富的表现力、典雅的传统风格、装饰的立体感以及实木的真 实质感都是板式家具所不能替代的。 但是，我国森林贫乏，生态环境破坏日益严重，可用于制造家具的木材资源 日趋减少。家具产品的发展与原材料的矛盾显得日益突出，因此在家具业中扩大 人造板的使用比例，降低木材消耗，是十分必要的。随着家具工业生产技术的进 步以及各种新材料的涌现。在家具业中出现了以板式家具为基础，实木加以装饰 的现代实木家具，它不仅具有板式家具使用、功能特性，节约木材，也能满足人 们回归大自然和个性化的需求。由于这种形式家具成功实现了实木家具的回归， 因此这种实木家具的概念也被广大的消费者接受，实木家具也被赋予了新的时代 重庆大学硕士论文 气息。在本文中我们研究的实木家具主要也是这种广义上的实术家具。 1 3 现代家具产品中实木门 1 3 1 现代家具中的形式产品“1 现代产品市场的竞争是“完整产品”的竞争。完整的产品概念是立体的，包 括三个层面，最里面称为核心产品，第二层是形式产品，最外面一层是外延产品。 如图1 1 所示： 图1 1 完整产品概念 f i g u r e1 1c o n c e p to fj n t a c cp r o d u c t 核心产品是指产品为购买者提供的基本效用和利益，也就是使用价值。比如 衣柜，人们主要是用它来存放物品，而不是获得衣柜本身。 形式产品是指产品的外在表现，旨在增加产品的吸引力，比如衣柜的实木门。 在外形上变化如外型、体积、视觉、手感等。产品在市场上呈现的面貌，是购买 者选购的依据，因此对产品的销售具有决定性的作用。 外延产品是指产品的附加价值，如品牌形象，服务等。 对于现代家具而言，反映家具功能特性的主要是核心产品部分，其形式产品 主要体现在家具的实木装饰上，也就是我们广泛所说的实木家具。随着现代科学 技术的发展，家具中的核心产品已经相当的完善，以板式家具为代表的核心产品 已经能够满足消费者的功能需要，而以实木家具为代表的形式产品最能体现消费 者的个性化，满足回归自然的需求。如衣柜，它的核心产品主要是由人造板和连 接件拼搭完成消费者对储物的空间需求，形式产品主要是衣柜的实木外观或局部 实木化。一般衣柜的形式产品可以通过在衣柜的门，抽屉面板和门边条上胶贴、 镶嵌实木条或使用实木封边、实木线型等手段来实现。而事实上，抽屉的面板和 实木门的设计风格是一致的。由此我们可以说，实木门是柜类家具的主要形式产 品，是柜类家具的灵魂之。 1 3 2 实木门是主要的形式产品”“8 1 套装家具除椅类之外，绝大部分柜类及床类家具，主要是由板块组成，诸如 面板、顶板、侧板、抽屉板，床左右板等。实木门能够反应整套家具的风格，也 是整套家具形式产品的主要组成部分，发挥着关键性的作用。通过各种款式的实 木门，套装家具呈现多种变化，贴近现代的消费心理。床的高屏和低屏也是套装 家具的形式产品的组成部分，但其外形结构与实木门有许多相近的地方，因此对 实木门的研究在套装家具的形式产品中显得具有很强的代表的性。 居室门是家的眼睛，它能传递家的神韵、家的气度、家的风情，还有住 户与众不同的目光。居室门根据使用功能可令为入户门、厅门、卧室门、书房门 等。各种不同功能的门在门型的选用上也有所差异，如卧室门一般选用温馨自然、 线条优美的门型，书房门宜选用造型优美、古朴典雅的门型。不管是那种居室门， 实木门以古朴典雅、自然温馨、造型流畅、款式多样的特点，满足人们返朴归真、 崇尚自然的追求，反应出住户的独特的品位，而倍受消费者的欢迎。同时，这也 对实木门的个性化设计生产提出了更高的要求。 不管是套装家具的实木门，还是居室门，实木门都是家具产品中重要的形式 产品。实木门能够很好的体现现代家具的设计趋势，提高家具产品的市场竞争力， 甚至对家具的销售起到决定性的作用。 1 4 计算机辅助实木门设计的提出 目前我国除了套装家具中的实木门以外，专门生产室内门的家具企业就有上 百家，实木门的品种根据各个生产厂的生产工艺不同，其分类也有一些小的差别， 概括起来主要有以下几种“8 ”1 ： ( 1 ) 表面与内芯相同。如柚木实木、水曲柳实木、橡木实木等。 ( 2 ) 表面足以上名贵木材的夹板或贴面，内芯是硬木、松木或杂木条拼合而 成的实木板。 ( 3 ) 也是实木，但内衬非紧密结合的实木，而是有间距的实木档组成，表面 同第二种门，但份量要轻些。 ( 4 ) 两面用装饰夹板，中间用蜂窝状硬纸板填充。 ( j ) 表面用装饰木皮，那衬较厚夹板入五厘板等，内部再用木筋打格做内衬。 ( 6 ) 内用实术木档代替蜂窝状硬纸板，表面处理要求较低。 ( 7 ) 实木门框外饰装饰木皮，门中空，加玻璃、百叶、金属条等。 随着家具消费向实用化、艺术化、个性化和自然化方向的发展，我国的家具 企业必然需要扩大家具产品中的形式产品。这就要求实术门的设计生产要紧跟市 重庆火学硕士论文 场的变化，设计生产款式多变的产品。换句话说就是要求企业缩短实木门的设计、 生产周期，提高设计效率，在短时间内生产出多款式，高品质和造型优美的实木 门。 目前在实木门的设计生产过程中，较普遍地存在以下几个问题：款式变化多， 设计的工作量大，现行的人工设计工作强度大，整个设计过程的出错率高，设计 周期长；生产规模偏小，机械化、自动化程度比较低；设计图纸手段比较落后， 效率不高，图纸的准确程度比较底，生产周期长，质量不稳定；信息不灵，对同 行业的企业的生产经营情况缺乏必要的了解，不能及时采用新技术、新工艺、新 方法、新材料，影响产品的市场竞争能力，尤其是国际市场竞争能力，从而也影 响到企业自身的发展“2 叼。 实木家具造型丰富，复杂多变，其造型方法主要有实体造型方法、曲面造型 方法、三维参数化造型方法、特征造型方法等。实木门是现代实木家具的重要组 成部分之一。在三维造型上，实木门或多或少都会使用到这些造型方法。同时， 实木门在造型设计和结构设计上也有自己独有的特点，需要作专门的研究，以方 便家具设计人员。 从以上各类问题可以看出，我国家具行业迫切需要计算机辅助实木门的设计 和生产。因此研制适合我国行业现状的、能够解决上述问题的、使生产厂家取得 显著经济效益和社会效益的实木门计算机辅助设计系统具有重要的意义。 1 5 本课题的国内外同类研究状况 世界工业发达国家和地区从8 0 年代后期起，相继把c a d 技术应用于家具工业， 并与c a m 技术相结合，实现了家具生产的高度机械化和自动化。家具c a d 软件业 也比较发达，比如美国已形成了专门为木材加工和家具企业设计和开发软件的行 业，各家具工厂已经把c a d 软件看作一种普通工具，并根据具体条件选购合适的 c a d 软件系统来提高和改进企业的竞争能力。美国的一些家具c a d 软件能够实现画 透视图、3 一d 图，并将其转换成正视图和平面图；能把用户的设计思想概念化，并 在屏幕上、图纸上显示出；能迅速响应用户设计思想的变化；能计算出家具部件 如门和抽屉的尺寸和封边余量；开出下料单；计算出五金配件的平呻t 类和数量；进 行成本核算，作出报价等”“。 美国目前大约有十余家家具软件公司，比如i n t e l l c o ni n c ，2 0 2 0 t e c h n o l o g i e si n c 等，提供的软件产品已由处理办公室事务软件发展到计算机辅 助设计家具( c a d ) 软件，并进一步与计算机辅助制造( c a m ) 和室内设计相结合， 用于计算机辅助制造家具零部件和家具展销市场”“。德国的i m o s 公司推出的i m o s 6 1 绪论 家具计算机辅助设计软件，提供了一种实木门的解决方案，但是它的操作复杂； 设计的风格与我国的实木门的风格有一定的不同；软件的价格也比较贵。 我国在家具行业的软件方面起步晚、发展慢、可靠性及商品化等方面都有待 完善和提高。目前国内也开发了几个类似的家具c a d 软件。比如，广州圆方技术 发展有限公司开发的圆方家具设计系统，主要是针对板式家具的造型，结构设计 和出图；缺乏主要针对实木门的造型与结构设计模块。又如，广州中望公司开发 的中望家具设计系统，与室内设计有一定的结合”。重庆大学开发的家具计算机 辅助设计系统( f c a d s ) 版本2 o 不仅能够完成板式家具的造型设计、结构设计、 工艺设计和开板优化，而且还可以进行实木家具的造型和结构设计。总体上说， 这几种软件对实木门的设计没有进行专门的研究，对门的设计只限于使用矩形板 块进行拉门的设计，没有对实木门造型丰富，多款式，多规格作开发；信息集成 较弱，数据不能很好地共享。 由于实木门所具备的丰富的表现力、典雅的传统风格、装饰的立体感以及实 木的真实质感在现代家具的形式产品中起着关键的作用。目前市面上的家具设计 软件针对实木门的开发很少，但既要符合我国实木门设计生产的特点，价格适当 的软件还有待进一步的开发。 1 6 本文的主要研究内容 本文的研究内容是黑龙江省光明集团家具股份有限公司c a d 应用工程项目“家 具c a d 系统”的一部分。光明家具股份有限公司下属的神木公司专门从事实木门 的设计、生产，同时也负责其它家具公司的实木门定制。围绕实木门的造型设计， 结构设计，二维工程图，数据交换等问题，本文作者作了一系列的研究与开发工 作。具体而言，本文的主要研究内容如下： 1 结合企业实木门计算机辅助设计的需求，提出了网络环境下计算机辅助实 木门设计的总体结构方案，达到数据的共享与开放。 2 研究实木门的特征建模技术，确定实木门的三维造型方法，为家具设计人 员提供实用、灵活方便的实木门造型设计工具。 3 研究网络环境下的计算机辅助实木门的造型设计技术以及实木门模型数据 的处理。 4 研究网络环境下的计算机辅助实木门的结构设计技术已及结构设计数据的 处理。 5 在上述研究的基础上，讨论了系统的实现方法，完成系统的开发。 7 重庆大学硕士论文 1 7 本章小结 首先结合家具行业的发展趋势，对家具产品发展及其趋势进行了分析，接着 就整体产品的概念提出实术门是主要的形式产品，表明了实木门在家具产品的重 要性，并就此提出了计算机辅助实木门设计的问题，并对这个研究课题的国内外 同类研究进行了阐述，最后介绍了论文的主要研究内容。 8 2 网络环境下计算机辅助实术门系统总体设计 2 网络环境下计算机辅助实木门系统总体设计 2 1 计算机辅助实木门设计的网络环境概述 2 1 1 网络环境下的c a d 技术概述 自九十年代以来，世界市场的竞争愈来愈激烈，竞争的焦点是如何利用各种不 断涌现的新技术，在最短的时间内开发出高性能、高质量、低成本、高附加值的 新产品，以最快的速度响应市场的需求。伴随着这种商业全球化的浪潮，计算机 软、硬件及网络技术的发展极大地促进了产品的全球化设计与生产，而这种全球 化的步伐反过来又增加了对网络支持的c a d 的需求”“。 1 9 7 2 年1 0 月，国际信息处理联合会( i f i p ) 在荷兰召开的“关于c a d 原理的 工作会议”上给计算机辅助设计( c a d ) 定义为：c a d 是一种技术，其中人与计算 机结合为一个问题求解组，紧密配合，发挥各自所长，从而使其工作优于每一方， 并为应用多学科方法的综合性协作提供了可能，即c a d 是指工程技术人员以计算 机为工具，对产品和工程进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动 的总称。网络c a d 目前尚无统一的定义，但广泛认为它是利用网络及其衍生技术 通过分布协同的工作方式使产品设计合理有序，设计方案和数据广泛优化，设计 资源与信息模型广泛共享。1 9 9 7 年a s i e ( a m e r i c a ns o c i e t yo fm e c h a n i c a l e n g in e e r s ) 设计工程国际会议上，相关网络c a d 的概念被称为“以网络为中心的 c a d ( n e t w o r k - c e n t r i cc a d ) ”“。1 9 9 8 年国际著名c a d 杂志 c o m p u e r a i d e d d e s i g n ) 中一期有关网络c a d 的专刊上 重要而又崭新的交叉学科研究中心领域 赖于n e t w o r k c e n t r i ec a d 技术”1 。 指出以网络为中心的c a d 技术是“个 二十一世纪的设计与制造环境会严重依 从研究的角度和深度看，已迸行的网络c a d 研究，主要是c a d 集成化、智能 化和可视化三方面的延续。智能化延续的研究反映产品协同设计的模糊描述、逻 辑推理、模糊推理、分布求解与综合寻优，核心是建立人工智能中协同思想、方 法和技术的计算机表示，适应产品的协同设计描述、分析、决策和处理。可视化 延续的研究体现为产品数字共享信息的图形图像表现，其核心是在维持信息完整 的同时，建立信息共享的多维知觉化层次模型，适应设计共享信息的采集、交互、 协作和利用，符合人们对客观世界的认知、理解、模拟和改造。集成化的核心是 建立c a d c a m 集成系统中与平台无关的统一共享数据、信息、知识结构与处理技 术，适应产品共享信息的产生、传递、加工与反馈。研究的内容主要包括c a d 系 统间的数据共享、面向c i m s 的统一产品信息模型、面向对象技术的工程数据库、 9 重庆大学硕士论文 特征造型、识别及信息提取( 包括几何信息、形体特征、材料特征、精度特征、 拓扑信息等) 、产品数据交换标准与后置处理、知识的共享与合作等内容。集成化 的目的是提供一种能覆盖以某类产品为主的，更高效能的设计、制造整体系统， 实现各个应用程序所需要的及产生的信息进行存储和交流，达到软件资源和信息 共享，避免不必要韵重复和冗余”3 “。 网络环境下的c a d 技术已成为一门综合性应用技术，被广泛地用于机械、电 子、建筑、航天、航空等领域，使工程设计的内容和方式发生了根本的变化，产 生了巨大的经济效益。它成为了一项促进科研成果的开发和转换，实现设计快速 自动化，推动企业技术进步，增强企业技术创新能力和竞争能力的关键性技术。 2 1 2 网络环境下计算机辅助家具设计系统的结构框架 网络技术的发展使企业的各个部门方便的进行交流并调用网上的各种设计资 源，包括数据，知识库，设计模型和设计方法等，产品的设计和制造正逐步走向 网络化。充分利用网络的优势，实施企业的现代管理，现代生产，提高企业的经 济效益和市场竞争能力成为越来越多的企业关注的课题。家具企业中以光明家具 股份有限公司走在了前面。他们继投资构建了公司局域网之后，又引入北京利玛 的e r p 软件，在各个企业实施产品数据管理，从而在整个企业也形成了一套健全 的网络体系。这套网络构架为网络环境下计算机辅助家具设计提供了良好的网络 硬件设备。 弛鱼 甲甲常蝴亍 议计群j 岫岜壹i 叫昌圃回卜- j i 集线器 r 一一一 一 l 一 ：集线器匹三到匡虱 网络信息中心 寸蜊tt 刚旷一 j 蔓赫 l i 财务部 l ：二_ 一 碥黧画画! 下市场部 爿甲卑亍生产部甲 i 一 图2 1 企业内部网络结构框架 f i g u r e2 ，1n e t w o r ks t r u c t u r e df l o w c h a r ti nc o r p o r a t o n 1 0 2 网络环境下计算机辅助实木门系统总体设计 结合光明家具股份有限公司现有网络的构建情况，考虑到设计部门对数据库 的访问频繁，对数据的创建和修改量大，我们在设计部门设置了一个服务器用于 专门处理设计部门的数据。这样一方面可以克服因工作站频繁访问全局数据库服 务器丽造成的网络传输瓶颈问题，另一方面也避免了外界用户随意访问些重要 的产品设计数据，造成企业的经济损失。由于设计部门对数据库中数据操作不仅 限于数据的浏览和查询，而有更多的在进行数据的创建和修改，从经济实用的角 度考虑，采用客户机n 务器的结构。由此，企业内部网络结构如图2 1 所示。 可以看到，企业内部的数据库分为了部门内部的局部数据库和全局数据库， 这样对企业内部的数据管理就必须采用分布式的方式管理。但实际上目前全球范 围内还没有一种商品化应用效果较好的能完全满足分布式管理的数据库管理系 统。因此我们借鉴一些成功的数据管理经验，采用分布式存取的方式，即一个中 央的数据库服务器支持运行在不同机器上的应用，也就是对应于通过网络连接的 物理上的客户机朋匣务器进程结构o “，根据需要也能很方便的将这种数据存取管理 提升为分布式数据库。 2 1 3 网络环境下计算机辅助家具设计系统的体系结构 重庆大学c a d c a m 应用工程研究所开发的家具计算机辅助设计系统( 简称 “f c a d s ”) 是在微机上开发的用于家具设计、管理的专业c a d 应用软件，并融 家具c a d 、c a p p 、图档管理及下料优化为一体，软件体系结构如图2 2 所示： 家具c d ff 工艺设计c a p p | | 开板优化设计if 图档管理ll 虚拟环境 集成平台p d m 支撑软件、开发平台 数据库s q i s e r v e r 计算机网络n o v e l l 、n t 微机、图形工作站、w i n d o w sn t 、9 8 操作系统，绘图仪，扫描仪，打印机 图2 2 家具计算机辅助设计系统( f c a d s ) 体系结构 f i g u r e2 2s y s z e ms t r u c t u r eo ff u r n i t u r ec a d 2 2 企业对计算机辅助实木门设计系统的性能要求和功畿需求 通过我们实地到光明集团家具有限公司和深圳美佳家具有限公司进行调研， 深入了解家具企业的实木门设计、生产状况，总结了家具企业在实木门设计中遇 到的问题，以及企业实木门生产的现状，广泛征求了企业对实木门计算机辅助设 重庆大学硕士论文 计、生产的需求。 2 2 1 企业对计算机辅助实木门设计系统的性畿要求 目前国内家具企业对计算机辅助实木门设计系统一般性能要求是： 传统的实木门设计，设计人员通常要花费很大的精力去进行手工绘图，而 且其中包含了许多重复劳动，设计人员的创新能力和创新思想不容易在此过程中 得到及时的体现。实木门设计系统的使用应能够将家具设计人员从繁重、繁杂的 绘图工作中解脱出来，从而使他们有更多的精力去思考整体造型和结构，提高他 们的产品设计和设计创新能力。 传统技术下的实木门生产周期较长，一般从新产品设计到投入生产一般都 需要两至三个月的时间，显然不能适应市场的要求。采用实木门设计系统后，系 统应能够缩短家具企业的新产品开发周期，提高其快速适应市场需要的能力，并 提高家具产品的开发效率。同时还应考虑与后续的生产，管理环节，实现产品数 据共享，以提高实木门的柔性化设计加工能力。 传统技术下的实木门设计生产，人为干预因素比较多，容易出现差错，报 废率较高，生产出来的实木门质量不高而且不稳定，价格较昂贵，从而市场竞争 能力不强。采用实木门设计系统后，系统应能够提高实木门的设计生产质量，并 降低实木门开发成本，提高其市场竞争能力。 企业的综合效益不仅与企业所采用的设备和技术有关，更与企业的管理有 关，而科学的技术管理制度则是管理学的一个重要组成部分。企业传统的技术管 理制度是建立在传统的技术基础之上的。在采用c a d 技术更新企业的技术手段时， 新的实木门设计系统应考虑能为企业的技术管理手段的同时跟进做好必要的基础 准备，并能够帮助企业提高技术管理手段，加强家具设计、生产的规范化管理。 由于我国家具企业的家具设计人员素质普遍不高，很多人对计算机知识特 别是c a d 技术了解不深，因此要求开发的实木门设计系统界面要友好，操作应简 捷实用。 实木门设计人员一般有其成熟的、较固定的行业习惯和约定俗成的规则， 这些行业习惯和规则是家具企业的经验财富，采用实木门设计系统进行实术门设 计时，一般应遵从他们的设计习惯，不能因为新系统的使用而不必要地打乱其行 业做法。 2 2 2 企业对实木门c a d 系统的功能需求 家具企业对计算机辅助实木门设计系统的基本功能需求有： 提供的造型工具，能够比较方便、快速、准确地实现实木门造型设计，能 够根据设计要求对零部件倒角、倒圆角； 1 2 2 网络环境下计算机辅助实木门系统总体设计 提供丰富多样、实用方便的编辑修改工具比如尺寸位置、大小的修改编辑 功能，能够比较方便、快速地对实本门及其零部件进行修改； 能够实现实木门的结构设计，其结构设计包括五金配件的连接形式和榫结 合的连接形式。 能按选择的零部件和实际需要生成相应的视图，比如局部视图、斜视图、 旋转视图、剖视图、剖面图等，剖视图中应有全剖、半剖、局部剖图等； 能够实现实木门三维图形的真实显示和三维旋转，便于方便地从不同角度 对实木门的整体造型进行审查； 能得到实木门的生产定额表，可生成生产流程表、木材料领用计划表等， 并根据生产流程表，生成工序流程表。 能够利用网络优势，实现企业的资源共享以及支持未来的网络化设计。 2 3 网络环境下计算机辅助实木门设计系统的总体目标 在详细分析了企业对计算机辅助实木门设计系统的需求基础上，我们将先进 的计算机网络技术、c a d 技术和数据库技术运用到实际问题中。计算机辅助实木门 设计的总体目标是：实现企业对计算机辅助实木门设计系统的功能需求，即实现 实木门零部件的快速，准确的三维造型及结构设计，减轻设计者绘图和设计的负 担，使其能集中精力于款式的创新上；实现三维渲染与真实效果图的快速生成， 便于设计者或审核人员审查设计结果和及时修改设计意图；实现符合实木门设计 和生产实际的零部件图、装配图、生产工艺流程表及各种材料统计表的快速生成 或自动生成。 另外，软件能够在满足功能需求的同时，充分考虑计算机网络数据管理和c a d 系统的优势，降低设计成本，即要提高设计的成功率，缩短设计周期，减少设计 人员；提高设计质量，即要提高设计自动化水平，提高出图质量；提高信息共享 的水平，实现快速响应，从而为企业创造更优的经济效益。 2 4 网络环境下实木门计算机辅助设计系统内部功能模块的确定 根据家具计算机辅助设计系统的需求分析，确定了系统内部信息流动、设计、 报表生成、数据转换、绘图等主要功能，并对这些功能进行适当的组合，形成相 互关联的多个子系统。各个子系统内部高度内聚，完成相对独立的功能。同时， 各个子系统之间松散耦合，便于集成。对网络环境下的计算机辅助实木门设计初 步构建了造型设计，结构设计，二维工程图生成，工艺设计，虚拟家具环境等子 系统，并通过实木门的设计工作流程将各个子系统进行集成。并初步构建了网络 重庆大学硕士论文 环境下计算机辅助实木门设计的主要功能模块，如图2 3 所示 图2 3 实木门c a d 功能模块图 f i g u r e2 3f u n c t i o n a lm o d u l e so fs o l i dd o o rc a ds y s t e m 造型与结构设计是整个系统的核心，主要是完成实木门的三维模型以及结构 设计，也是本文主要的研究内容。 1 三维实体模型：以特征建模为基础，生成实木门的三维模型，同时指定材 料和制造等特征信息。 2 结构设计：根据家具设计方案进行五金件，木榫，木塞等的连接设计。 3 零部件装配：对生成的各个零部件进行组装，构建出产品的整体外形，便 于对产品进行评审。 4 特征维护：对产品所用的基本特征进行维护，同时对新生成的特征进行处 理，加入基本特征库。 5 基础五金件库维护：实现面向对象的多种需求，实现五金件库的开放性。 在基础库的维护中可以方便快捷地实现对各种五金件的维护，实现用户的添加， 1 4 2 网络环境下计算机辅助实木门系统总体设计 修改和删除等操作。 6 基础材料库的维护：实现面向对象的多种需求，实现材料库的开放性。在 基础库的维护中可以方便快捷地实现对各种人造板，天然木材等材料的维护，实 现用户的添加，修改和删除等操作。 7 编辑与修改：对零部件中的特征的编辑与修改，促进产品的系列化的生成， 包括特征形状、材料特征等的修改。 虚拟家具环境是家具设计系统中的一个独立的子系统，在实木门设计系统中 我们需要建立其虚拟环境，实现实木门的真实显示。 工程图的生成是一个独立的较大的子系统，包括组装图的生成，零件图的生 成，尺寸标注和工程图档管理。实木门的造型和结构设计的数据信息与这个子系 统的数据信息是集成的。 1 组装图：针对整个产品的外形在三个方向上生成视图，可以帮助生产的装 配车间准确的完成产品各个零部件的组装，同时也用于产品说明书的制定。 2 零件图：按实际需要生成零件相应的视图，包括六个基本视图和局部视图、 剖视图等。 3 尺寸标注：根据家具行业的特点，按符合国家标准的原则，对各个视图进 行尺寸的标注。 4 工程图档管理：对各个产品的组装图，零件图的管理。 工艺设计是家具计算机辅助设计系统中一个较大的子系统，包括工序流程设 计，工艺文件生成和工序的查询等。 产品信息的提交就是将产品的各种信息发送到服务器，以便与其它的子系统 进行数据交换，同时也利于其它相关部门进行数据共享。 1 特征的提交：对新产生的特征的信息包括特征记录，特征几何模型，特征 参数化表等发送到服务器上的特征库中，以便其他的设计者共享。 2 产品模型的提交：将新设计的产品发送到服务器上，其它的相关部门比如 审核部门可以通过网络获得产品的信息。 3 工艺文件的提交：将产品相关的工艺文件发送到服务器上，产品的工艺文 件包括材料统计表，五金件领用表，工艺卡等便于其它相关部门获得信息。 2 5 网络环境下计算机辅助实木门设计的工作流程 计算机辅助实木门设计的工作流