（机械制造及其自动化专业论文）零件数据模型库管理系统的研究与实现.pdf

摘要 摘要 本文结合国家8 6 3 计划项目“大规模客户化产品协同设计系统的研究与开发“， 国家自然科学基金资助项目“大成组技术理论和方法的研究”，浙江省制造业信息化 工程重大科技攻关项目“快速响应客户需求的产品设计和生产管理信息系统研究及 其在汽车配件制造业中的应用”，主要研究了零件数据模型库系统的体系结构、零件 信息描述方法和零件数据模型库的构建等问题。大规模定制( m c ) 是一种以大批量 生产的效率和成本向用户提供定制产品的生产模式，零件数据模型库系统是m c 实 施的重要支持工具之一。 在第一章中，首先简要介绍了零件数据模型库的概念，引出了全文的主题：随 后说明了零件数据模型库的产生的背景并介绍了当前国内外对零件数据模型库的方 法研究和应用现状：并对国内外几家知名的零件数据模型库系统进行了对比：最后 对课题的背景和论文总体结构加以说明。 在第二章中，主要研究了零件数据模型库的内部结构。本章首先对零件数据模 型库系统作了需求分析，零件数据模型库系统应该是基于w 曲的、面向零件族的、 面向企业通用件和标准件的、跨行业的；通过对零件数据模型库的体系结构进行了 研究并提出了自己的系统体系结构；研究了零件数据模型库的关键技术，介绍了常 见的零件信息描述方法，最后确定了采用以零件族和事物特性表相结合为主的零件 描述方法，总结了零件族的构建方法和如何利用事物特性表描述零件，最后对存储 零件信息的数据库结构作了详细设计。 在第三章中，主要是系统的功能设计。首先给出了系统的功能框架，对系统的 若干重要功能模块进行了详细设计，从零件数掘模型库资源的搜集和零件数据模型 库的基本发展需要角度看，自助式建库和维护功能是零件数据模型库系统的最基本 功能；从零件数据模型库系统服务的范围角度看，零件数据模型库除了面对共享零 件资源外，还应该能够向企业提供私有零件数据模型库，并对私有模式的零件数据 模型库具有的部分特殊功能进行了详细说明；从零件信息获取方式角度看，除传统 的技术外，零件数据模型库系统还对移动设备的应用提供了支持，使用户能够通过 手机i p d a 等设备按关键字对零件信息和供应商信息进行查询： 在第四章中，对零件数据模型库系统开发时采用几项重要技术进行了简要介 绍，然后在前几章分析和研究工作的基础上说明了系统的实现，并说明了一些重要 功能的使用方法，最后给出了个应用案例。 在第五章中，对全文的工作进行了总结，并对进步的工作做了展单。 关键词：零件数据模型库，m c 工具，零件族，事物特性表，移动技术 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ed i s s e r t a t i o nm a i n l yf o c h s e so nt h es t u d y so fs o m ei s s h e sa b o u tt h ep a r t sl i b r a r y ( p l ) c o m b i n e dw i t hr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f p r o d u c tc o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e mf o r 埘cp r o j e c ts p o n s o r e db yt h en a t i o n a l8 6 3p r o g r a m s ，i n c l u d i n gt h es t r u c t u r eo ft h ep l ，t h e d e s c r i p t i o n m e t h o do fp a r t si n f o r m a t i o n ，a n dt h ec o n s t r u c t i o no ft h ep l m a s s c u s t o m i z a t i o n ( m c ) i st h ec u s t o m i s a t i o na n dp e r s o n a l i s a t i o no fp r o d u c t sa n ds e r v i c e sf o r i n d i v i d u a lc u s t o m e r sa tam a s sp r o d u c t i o np r i c ea n de f f i e n c y a n dp li so n eo ft h e i m p o r t a n tt o o l st os u p p o r tt h ei m p l e m e n t a t i o no fm c c h a p t e ro n ei n t r o d u c e st h ec o n c e p to ft h ec o m p u t e rb r i e f l y , a n da n a l y z e st h ep l t h e o r ya n dt h ec u r r e n ta p p l i c a t i o nb o t hd o m e s t i c l ya n de x t e r n a l l y , a n dc o m p a r e ss e r e r a 】 f a m o u sf o r e i g np ls y s t e mw i t he a c ho t h e r ；e x p l a i n s 也eb a c k g r o u n do ft h es u b j e c ta n d t h e s i se n s e m b l ea r c h i t e c t u r ef i n a l l y c h a p t e rt w oi sak e yp a r to ft h ep a p e r f i r s t l y ，t h ec h a p t e rm a i n l yr e s e a r c h st h e i n s i d es t r u c t u r eo fp ls y s t e m ，a n a l y z e st h ed e m a n df o rt h ep ls y s t e ma n dd r a w sa c o n c l u s i o nt h a tap ls y s t e ms h o u db eo ft h e s ec h a r a c t e r ss u c ha s w e b b a s e d ，p a r t f a m i l y f a c e d ，s t a n d a r d a n dm u l t i i n d u s t r y a n dt h e s y s t e mf u n c t i o nf r a m e w o r ki s p r e s e n t e d a f t e rs t u d y i n gt h ea p p l i c a t i o ns y s t e ma r c h i t e c t u r ei s 0 1 3 5 8 4p r e s e n t e d ，a u t h o r p u tf o r w a r dt h ep ls y s t e ma r c h i t e c t u r eo fh i so w n ；s e c o n d l y , t h ec h a p t e rs t u d i e st h ek e y t e c h n o l o g yo fp la n di n t r o d u c e st h ec o m m o np a r ti n f o r m a t i o nd e s c r i p t i o nm e t h o d ， d e s i g n e st h es t r u c t u r eo ft h ed a t a b a s ei nd e t a i la n de x p l a i n ss e v e r a li m p o r t a n tt a b l e s f i n a l l y c h a p t e rt h r e ed e p i c t st h es y s t e mf u n c t i o nf r a m e w o r ka n dd e s i g n ss o m ei m p o r t a n t s y s t e mf i m c t i o n sf r o md i f f e r e n ta s p e c t s f r o mt h ea s p e c to ft h ee s t a b l i s h m e n to fp l s y s t e m ，s e l f - h e l pf u c t i o na n dm a i n t e n a n c ef u n c t i o na r en e c e s s a r y f r o mt h ea s p e c to fp l u t i l i z a t i o n ，i ts h o u l d b ec a p a b l eo fp r o v i d i n ge n t e r p r i s e sp r i v a t ep la sw e l la sas h a r e do n e f r o mt h ea s p e c to f o b t a i n i n gi n f o r m a t i o n ，t h es y s t e mi ss u p p o r t i v ef o rm o b i l ee q u i p m e n t b e s i d e st r a d i t i o n a lw a y so fc o m m u n i c a t i o n ，w h i c hu s e r sc a nq u e r yp a n sa n ds u p p l i e r s i n f o r m a t i o nb ym o b i l ep h o n ea n dp d a c h a p t e rf o u ri n t r o d u c e ss o m ek e yt e c h n o l o g i e sw h i c ha r ei m p o r t a n tt ot h et h e s y s t e mf i r s t l y t h e ne x p l n n st h ei m p l e m e n t a t i o no fs y s t e mo nt h eb a s i so ff o r m e r c h a p t e r s ，a n dd e s c r i b e st h eu s eo ft h es y s t e mw i t hp i c t u r e sa n dc h a r a c t e r s aa p p l i c a t i o n e x a m p l ei sp r e s e n tl a s t l y ， c h a p t e rf i v em a k e sas u m m a r yo ft h er e s e a r c ha n dp r e s e n t st h ee x p e c t a t i o no ft h e w o r ka f t e r w a r d s k e yw o r d s ：p a r t sl i b r a r y ( p l ) ，t o o l sf o rt h ei m p l e m e n t a t i o no fm c p a r t sf a m i l y , l a y o u t so f a r t i c l ec h a r a c t e r i s t i c s 第一章绪论 第一章绪论 1 1 零件信息库和零件数据模型库 随着经济全球化、i n t e r n e t 和无线技术的迅猛发展，企业生产向松散化和分布化 方向发展，越来越多的企业在全球范围选择其联盟伙伴来组织生产。产品生命周期 缩短、用户需求多样化、大市场和大竞争、交货期成为主要的竞争因素、多品种小 批量生产比例增大等都对企业提出了新的挑战。在市场竞争同益激烈的环境下，能 否以最短的时间、尽量低的成本向客户提供质量满意的产品己成为影响企业生存和 发展的重要问题。利用信息和通讯技术，通过有效的零件供应渠道，依靠整个供应 链的信息集成实现企业内和企业间零件资源共享，进而实现在设计生产过程中对己 有资源最大限度的共享和重用，对于企业赢得市场竞争具有重要的实践意义。 零件信息库是企业信息集成的最基础的设施。零件信息就是有关该零件的一切 有用信息，包括几何模型、零件图纸、技术参数、零件特征、所属零件族、事物特 性表，甚至是零件价格、存货情况、该零件的供应商信息等，而零件信息库就是把 零件信息计算机化，对零件信息进行管理的系统。本文讨论的零件信息库是基于互 联网环境的信息管理系统。 图1 - 1 描述了零件信息库的组成和发展，零件目录库、零件图片库和零件数据 模型库分别是依次被包含的关系。最初的零件信息库的主要是针对标准件，那时的 零件信息库主要包括零件目录清单、尺寸和外观特征，设计人员可以通过这些目录 快速查找到满足设计要求的零件；零件目录库提供的是零件的最基本信息，后来出 现了零件图片库。零件图片库不仅包括了零件目录库的所有信息，还加入了零件静 态图片( 图纸) 信息，设计人员能够了解到更详细的信息。 幽1 - 1 零件信息库的组成和发展 第一帝绪论 图1 - 2 瑞立集团公司零纠：剀片库 零件数据模型库往往简称为零件库。我们发现零件库的概念往往与零件仓库相 混淆，尤其是在向企业用户解释时，他们很容易理解成物理零件的仓库，因此本文 采用了零件数据模型库这个概念。零件数据模型库不仅包括了零件目录和图片，还 包括了三维、二维c a d 数据模型等其它重要信息。零件数据模型库能有效支持制造 企业之削产品信息共享和集成，为零件供应商提供了一个存储其所生产的零件的 c a d 模型的平台。产品设计人员能够通过该网站搜索需要的某些零件，并将得到的 c a d 文件下载到本地计算机，然后导入到自己的c a d 设计软件中使用。 零件数据模型库的应用是缩短产品设计开发周期、提高产品质量、降低产品成 本的重要手段。设计师在进行产品设计和开发时，可以从零件数据模型库中很快找 到所需要的零件，一旦合适，就可以放到自己的设计文件中去，或者根据自己的尺 寸要求直接进行变型，得到自己需要的零件 盛步云，2 0 0 1 。这样设计师无论是在 进行新产品丌发，还是在原有产品的基础上进行变型设计，都可以利用现有资源， 不至于从零丌始t 使得设计人员的设计过程得以简化，设计效率大大提高，而且使 后续的工艺工装设计工作变得简单，从而使整个产品的生产周期大大缩短。零件数 据模型库中的零件是通过标准化、系列化的标准件和通用件，通过零件的标准化工 作可以降低零件的种类数，有效地控制零件的数量 顾新建，1 9 9 7 】，因此- 企, i k n n 零件数据模型库可以降低生产和管理成本。零件数据模型库已经成为企业内部和企 业之| _ 白j 信息交换的纽带，可以实现企业间设计数据的重用和零件资源共享。 然而目前大部分零件数据模型库都是面向特定的c a d 系统的专用零件数据模 型库，无法满足企业与企业之刈、供应商与客户之间对通用零件数据模型库共享与 集成的强烈需求。如国内仅有的几家共享零件数据模型库系统也是仅支持某一种格 式的c a d 系统，这就在很大程度上失去了共享零件数据模型库的意义。本文所论述 第一章绪论 的作者所在课题组开发的零件数据模型库系统不仅支持多种常用格式的c a d 系统， 而且可以向中小企业提供建立企业私有零件数据模型库的服务，同时支持通过移动 设备进行查询操作。 1 2 零件数据模型库的产生背景 随着新产品设计制造技术的不断发展，零件的设计趋势朝着标准化、系列化的 方向。德国工程师协会在一份研究报告中将机械工厂的零部件按其特性分成a 、b 、 c 三类。c 类零件是标准件和外协件，其数量约占产品零部件总数的5 0 ，成本的 1 0 。b 类零件为典型的变型零件，可以用参数化设计的方法从原先已有的零件中 派生出来，因而设计开发的工作量比较小，加工方面的标准化程度也比较高。b 类 零件一般占产品零部件总数的4 0 ，成本的2 0 。a 类零件是与用户需求有关的特 殊零部件，必须根据用户的特殊要求进行设计开发和加工。a 类零部件的数量很少 ( 1 0 ) ，但其比较复杂，所占成本比例也较高( 7 0 ) 祁国宁，2 0 0 3 。 因为标准件和变型零件在产品的设计制造中所占比例很大，因此标准件的设计 和制造占有非常重要的位置。标准件制造商以往总是习惯于印制纸质的产品目录清 单，列出产品的尺寸和外观特征，而设计人员通常就是通过这些目录来寻找需要的 零件。但它的不足在于，零件目录的印刷、分类、查询和更新的成本很高，而且对 市场的反应灵敏性很差，管理不便，信息重用不便，已经无法满足现代生产需要。 随着c a d 技术的深入应用，当前市场销售的c a d 软件系统，几乎无一例外的 都丌发基于系统自身格式的标准件库。设计人员可利用事先己经建立好的零件数据 模型库中调用c a d 模型，直接应用或做尽量少的修改，迅速完成新产品的设计，减 少烦琐的绘图和建模工作。但由于没有遵循统一的标准，且各个应用系统之t b j 的模 型定义、实现手段和存取方法存在一定的差异，使得信息交换存在障碍，零件查找 不方便，零件描述信息不完整，不同的c a d 系统问的零件数据模型库难以共享。而 不同的行业，如汽车、船舶、机床、电子等不同的行业有不同的特点，即使是同一 行业，不同的企业也有不同的特点，因此，很难用单一的零件数据模型库来满足所 有的需求，因此迫切需要一个统一的零件数据模型库标准。 在这个背景下就逐渐出现了面向不同c a d 系统、面向不同行业的零件数据模型 库系统标准。 1 3 国内外零件数据模型库的方法研究现状 对零件数据模型库的内容构成实行国家级标准化的首先是德国，于1 9 7 1 年颁发 了d i n4 0 0 0 x x 事物特性表系列标准，1 9 8 1 年又颁发了d i n4 0 0 0 】事物特性 表定义和原理。后来又颁布了 ( c a d 标准件图形文件编制总则和( ( c a d 标准件 数据交换格式，奠定了建立c a d 图形数据库的基础。 第一章绪论 i i 我国于1 9 8 8 年采用d i n4 0 0 0 1 而颁布了g b t1 0 0 9 1 1 事物特性表定义和原 理，于1 9 9 5 年采用d i n 技术报告1 4 而颁发了g b t1 5 0 4 9 1 ( c a d 标准件图形文 件编制总则等。 按d i n 4 0 0 0 建立的事物特性数据库和c a d 标准件图形数据库是根据企业特点 建立的企业专用数据库，其输出文件对企业人员来说更直接、更方便。但是，企业 之间的零件交流则存在困难。研究零部件供应商与企业之间、不同企业之矧的产品 资源共享方式与途径已经成为市场竞争不断发展的必然。 国际标准化组织( i s o ) 工业自动化系统集成技术委员会( t c l 8 4 ) 的工业数据 与全球制造编程语言分会( s c 4 ) 在d i n4 0 0 0 、d i nv4 0 0 1 和d i nv6 6 3 0 4 的基础 上，制定了零件数据模型库国际标准( i s 0 1 3 5 8 4 ) 约瑟夫，2 0 0 0 。i s 0 1 3 5 8 4 对零件 数据模型库的基本原理、零件数据模型库的概念模型、表达式的逻辑模型、供应商 库的逻辑模型、零件族构造方法学等进行了描述，为零件数据模型库的信息表达、 数据交换、使用和更新提供了必要的机制和定义。i s 0 1 3 5 8 4 规定了零件数据模型库 中零件几何图形的表示和交换的格式，利用描述语言w z p r e s s ( i s o1 0 3 0 3 ) 将其 构件定义为与系统无关的、面向对象的s t e p 数据模型，借助于s t e p 后置处理程 序可以将零件模型信息转换成可供不同c a d 系统使用的格式。其目标是为传递零件 数据模型库数据提供一种机制，并使之独立于应用浚零件数据模型库数据的任何 种应用系统。这种描述的本质不但适于零件信息文件的交换，也是应用、共享零件 数据模型库数据的基础。 vo h a s k a d b i 对现有c a d 系统中标准零件数据模型库进行了分析，指出了其不 足之处，提出了基于i s o1 3 5 8 4 标准建立零件数据模型库的思想 g h a s k a d b i ，1 9 9 8 1 。 g a u s e m e i e r ，j 和f r a n k ，t 等人认为零件数据模型库为c a d 、c a p 、p p s 和其它应用 系统提供了零件的具体信息，建立零件数据模型库系统必须遵循相关的欧洲和国际 标准 g a u s e m e i e r , 1 9 9 4 。l o o p ，h 和h a u s e l e ，e 描述了开发标准件c a d 库的不同阶 段，用户可以通过零件数据模型库将标准件的几何模型调入他们的绘图模型中，并 通过在i v e c o 公司的实践证明了建立c a d 标准零件数据模型库的必要性 l o o p ，1 9 9 1 】。p i e r r a ，g 和p o t i e r ，j c 等人认为新一代c a d 系统的主要缺点是缺少内 部数据结构的交换能力，通过建立标准零件数据模型库可以实现参数化模型的交换 p i e r r a ，1 9 9 0 p i e r r a ，1 9 9 4 】。a r n d t ，w 和e h i n g e r , g 等人认为通过事物特性表和变型程 序建立标准零件数据模型库的d i n 思想得到了广泛的认可f a m d t ，1 9 9 1 1 。 王平等人从实现零件供应商到产品制造工厂的信息集成出发，论述了基于标准 数据接口的标准件信息系统，该系统包括库内容、库管理系统、语义字典、交互式 人机界面和几何传输接口等五个子系统，并讨论了标准件库在产品设计中的应用。 中国机械工业电脑应用技术丌发公司( m i c t ) 等按现有的国家标准及德国d i n 标 准，提取了2 4 类2 7 0 个标准件的事物特性，建立了事物特性表，制订了相应的图形 第一章绪论 规范。在此基础上，基于s r g r a p h d e s i g n 系统开发了包含这些标准件的标准零 件数据模型库。马会辉等人为了克服传统封闭式结构的零件数据模型库的局限性， 提出了开放式结构零件数据模型库的系统框架，建立了开放式结构零件数据模型库 o s p b ，实现了o s p b 与f o x b a s e 的接口。在此基础上，完成了1 1 种标准件共1 0 0 0 余个零件的建库工作。苏宝华等人基于零件数据模型库国际标准( i s o l 3 5 8 4 ) ，对零 件数据模型库建立的方法及基于零件数据模型库实现产品资源共享的原理进行了研 究，分析了网上信息交互的类型，讨论了零件数据模型库在产品设计中的应用。 1 4 国内外基于网络的零件数据模型库应用现状 目i u 幽外已有多冢基于i 网络的零件数据模型厍，例如： ( 1 ) w e b 2 c a d ( w w w w e b 2 c a d c o r n ) w e b 2 c a d 提供了6 种语言的支持( 英、德、意、f 1 、法、葡) ，有超过9 0 多家 世界主要的零件制造商加盟( 如b o s c h 、s i e m e n s 等) ，提供了4 0 0 0 多万个2 d 和3 d 机械零件c a d 模型供用户免费下载。w e b 2 c a d 目前号称世界第一大零件数 据模型库，提供两种搜索方式：按企业名称和零件分类树方法测览搜索以及披公司 名称或零件名称的直接搜索，图1 3 为w e b 2 c a d 的目录浏览所有零件企业的界面。 用户搜索到自己所需要的零件后，可在线浏览该零件的2 d 或3 d 模型，见图 1 - 4 。用户也可直接把c a d 直接下载模型保存于自己的硬盘上，然后在自己的设计 中使用。 陔网站不是存储了所有零件的c a d 数据文件，而是采用了“母图+ 参数”的技 术，大大减少了数据存贮量。用户可以在线设置自己所用的c a d 系统，下载c a d 文件时，c a d 模型可以自动转换为目前世界上较流行的c a d 系统( 如a u t o c a d 、 p r o e n g i n e e r 、m e c h a n i c a ld e s k t o p 、i n v e n t o r 、s o l i de d g e 、s o l i dw o r k s 、c a t i a 等) 的格式。 ( 2 ) i n p a r t ( w w w c l e a r p a t h m e d i a c o m i n p a r t _ w e b _ m i r r o r ) i n p a r t 是p t c 司( p a r a m e t r i c t e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n ) 的产品，提供了超过1 0 0 万个机械和机电产品的c a d 模型及超过2 0 0 0 ，l 丁页的技术蜕明书。i n p a r t 支持的c a d 系统有：p r o e n g i n e e r ，c a d d s5 i ，p r o d e s k t o p 等，此外还提供了i g e s 、 s t e p 和d x f 中性数据格式，用户能在线浏览零件。i n p a r t 不是一个w e b 零件数据 模型库，它采用c l i e n t s e r v e r 的服务模式，用户在客户端进行零件搜索。产品信息 和c a d 模型存储于服务器端。c a d 模型的提供模式是：由零件供应商提供数据信 息，该公司采用内部的“设计标准( d e s i g ns t a n d a r d s ) ”和“模型规定( m o d e l s p e c i f i c a t i o n ) ”统一创建c a d 模型。文件一段小于2 5 0 k b ，采用了“o nt h en v ”技 术，当用户选定个具体的零件时，服务器端生成l 幺零件的c a d 模型。一旦用户i 、 载芫毕，浚c a d 模型便从服务器端删除。 箱一章绪论 i i 图1 3 w e b 2 c a d 的目录浏览 图1 4 在线浏览该零件的2 d 或3 d 模型 ( 3 ) c a d c l i c k ( w w w c a d c l i c kd e l c a d c i i c k 提供有三种搜索方式：目录浏览；根据公司名称检索：根据 c a d 数据检索。图1 5 是根据某个查询词得到的检索结果，可以根据需要下载所需 格式的零件c a d 文件。供应商可以将企业零件上传到零件数据模型库中，但是支持 的格式并不限定。从另一个角度说，c a d c i i c k 和w e b 2 c a d 不同，其没有采用“母 图+ 参数”的技术，供应商上传何种格式的零件c a d 文件，用户也就只能获取该种 格式的零件c a d 文件。 国外其他比较知名的零件库还有s o l i d w o r k s 公司的3 dc o n t e n t c e n t r a l 、 c a d l i b ( w w wc a d l i b c ou k )、p a r t s o l u t i o n s ( w w wp a r t s o l u t i o n sd e ) 、c a t d a s i n c ( w w w c a t d a sc o r n ) 、p a r t sw o r k s ( w w w p a r t s w o r k s c o r n ) 等。 第一章绪论 i i 圈1 5c a d c l i c k 的零件获取页面 国内零件数据模型库的应用情况则要差得多。一方面，现有的w e b 零件数据模 型库的数量不多；另方面，w e b 零件数据模型库的内容、结构和功能同国外著名 的零件数据模型库相比都相去甚远。例如中国机械网( w w w c h i n a - m a c h i n e c o m ) 易普 零部件3 d 图库是一个分类较为完善的g b 类标准件库，其中有三大类2 3 个小类， 一共三万多个全系列的标准件。图1 6 显示了一个“紧固件一螺栓一半圆方头颈螺 栓”。但是没有使用事物特性表来描述零件信息，也就没有实现事物特性表驱动的图 形显示。这里的图形显示只是一个示意图，该图库只可以下载对应的u g 的c a d 图 形文件。 目1 6 中国机械网3 d 零件在线浏览 国内还有其他的一些w e b 零件数据模型库。例如，中国机械零部件网 ( w v , 1 v c h i n a m a c h i n e p a r t s c o m m a i n h t m ) 包括有多种零部件的专业化网站，中国紧固 件网( w v c wc h i n a f a s t e n e r s n e t w e b s i t e m a l ) 等。但是基本上都处于起始阶段仅有 的初始化信息主要是网站管理人员收集的“行业动态”和一些供求信息。 第一市绪论 为了更清楚地了解各零件数据模型库的优缺点，以便在建立适合我国现状的零 件数据模型库中能取长补短，表1 1 对几个国内外的零件数据模型库进行了简单的 比较。 表1 1 基q - w e b 的零件数据模型库的比较 3 d中国机械 w e b 2 c a d l n p a r t c a d c l l d k c o n t e n t c e n t r a i网 零什数量4 0 0 0 多万个1 0 0 多万个儿白万个不详不详 供应商数 9 0 多家儿十家儿十家儿十家不详 需购买客户 费用免费免费免费免费 端软什 零件分类树、零什分类树、零零件分类树、 零纠：名称、供零僻分类树+件名称、供应商 零件名稼、供 搜索方式 应商分类树、有关参数分类树、供应商应商分类树、 供应商名称名称供应商名称 c a d 模型二维、三维二维三维多为二维二维 s a t 、i g e s 、 v d a f s 及 j g e s 、s t e pi g e s 、s t e p 帛j u g 系统 s t e p “ 神id x f 等中d x f 等中性格 s a t 、d w g 、所支持的 c a d 格式d x f 等中性性格式及所式及所支持的 d x f 、s t e p所有格 格式及所支支持的c a dc a d 系统的格 持的c a d 系系统的格式。n9 统的格式。 a u t o c a d 、 t o p s o l i d 、p r o e n g l n ea u t o c a d、 p r o e n g i n e e r e r、 p r o e n g i n e e r 、 支持以上格 支持的 、s o l i d e d g e 、 c a d d s 5 i 、s oj j d w o r k s 、 式的c a d 系u g c a d 系统 s o l i d w o r k sp r o d e s i ( t op a r a s o l i d 和 统。 雨ip 等c a d 系c a l l i a 等c a d c a t l a等统。系统。 c a d 系统。 l n p a r t 提供的w e b 浏览器或w e b 浏览 客户端w e b 浏览器w e b 浏览器 客户端软件s o l i d w o r k s器 供麻商供府商提供供应商提供供麻商提供不详不详 第一章绪论 c a d 模型c a d 模型相关数据，c a d 模型库， 提供方式库 ， i n p a r t 公司建 3 d w e b 2 c a d 提模。 p a r t s t r e a mn e t 供在线编目。编目。 c a d 模型 满足用户需 蕴含的信较少较少较少很少 息量 采用参数表提供了一个供 提供机械、电 形式来表示可以进行参崩户们交流和 独特点子和建筑行 零件族，比较数化搜索。共享c a d 模型 业的零件。 直观。的空间。 1 5 课题背景和论文总体结构 1 5 i 课题背景 在8 6 3 c i m s “大规模客户化产品协同设计系统的研究与开发”项目中，作者 主要参与了项目的“零件数据模型库子系统”的分析、设计、开发和集成测试等工 作，并重点研究了零件数据模型库系统的体系结构和零件信息描述方法等内容。 1 1 5 2 论文的结构安排 论文的组织结构如图l 一7 所示，第一章绪论部分主要介绍了零件数据模型库产 生的背景及当前国内外的研究和应用现状，并对国内外几家知名的零件数据模型库 系统进行了对比。第二章到第四章是本文的核心部分。在第二章中，主要研究零件 数据模型库的内部结构，提出系统的体系结构和零件信息描述方法，并对存储零件 信息的数据库结构作了详细设计。第三章主要是系统的功能设计，也是全文的主要 部分，对系统的若干重要功能模块进行了详细设计；第四章是在前面的基础上具体 加以实现，并在文章的最后给出了一个具体实例。最后章对论文进行了总结。 第一帚绪论 幽1 7 论文的组织结构 1 6 本章小结 零件信息库是企业信息集成的最基础的设施，零件数据模型库的应用是缩短产 品设计丌发周期、提高产品质量、降低产品成本的重要手段。 本章首先简要介绍了零件信息库、零件目- , 录g g 、零件图片库和零件数据模型库 的关系，引出了全文的主题；在1 2 节说明了零件数据模型库的产生的背景：分别 在1 3 和1 - 4 节介绍了当前国内外对零件数据模型库的方法研究和应用现状，并对国 内外几家知名的零件数据模型库系统进行了对比，指出当前国内零件数据模型库的 研究和应用和国外还有一定的差距；最后对课题的背景和论文总体结构加以晚明。 第一章零件数据模型库管理系统的幸1 1 = 系结构l 关键投术 第二章零件数据模型库管理系统的体系结构 与关键技术j ，、日- 【j ，一 2 1 零件数据模型库的需求分析 2 1 1 基于w e b 的应用需求 最近的调查表明，8 0 f 拘美国工程师希望零件供应商可以通过网络提供现成的 2 d 或者3 dc a d 零件文件。6 0 的受调查者承认他们倾向于选择提供了此类服务的 供应商。在被下载的三维模型文件中，大约8 0 9 0 的模型被加入到顾客的设计 方案中并且被购买。随着经济全球化的发展，信息、人员在全世界范围内流动，如 果要满足企业的需求，w e b 方式应该是最好的选择。在这种方式下，客户端安装设 置简单、方便，适应性强；设计人员无论走到哪里，都可以方便地通过浏览器访问 系统，搜索需要的某些零件，并将得到的c a d 文件下载到本地计算机，然后导入到 自己的c a d 设计软件中使用。下载的c a d 文件以多种形式提供，以满足不同用户 的需求，并提供零件c a d 文件的预览功能。对于设计人员来说，可以加快产品设计、 提高产品质量；对零件供应商来说，既满足了客户的要求，又达到了销售和宣传自 己产品的目的。如果提供的服务令客户满意的话，双方还可以建立长期的合作关系， 这是一种“双赢”的策略。 2 1 2 面向大规模定制和产品族的需求 大规模定制( m a s sc u s t o m i z a t i o n , ，m c ) 生产是2 l 世纪的主流生产模式。大规 模定制生产是以大规模制造的成本和交货期为用户提供定制化( 或者说客户化) 的 产品或者服务。大规模定制的基本思路是，基于相似性原理、重用性原理和全局性 原理，将定制产品的生产问题通过产品重组和过程重组转化为或部分转化为批量生 产问题。不同于大批量生产通过稳定性和控制获得高效率，大规模定制以灵活性和 快速响应来实现多样化和定制化 祁固宁，2 0 0 3 。要实现大规模定制生产，需要许 多工具的支持，零件数据模型库系统就是其中之一，由大规模定制的原理可知零件 数据模型库系统应该是面向零件族的。 这里主要涉及以下的需求： ( 1 ) 支持专业化分工和协作，将相同零部件尽可能由专业一家设计和生产，提 高规模经济效应； ( 2 ) 尽可能将相似的零部件组成零件族，对零件族的信息进行整合，并方便使 用e 使设计人员在设计时能方便地找到相似件。并使零件族尽可能由专业厂家设计 和，+ 产。 第一章零件数据模型库管理系统的体系结构j 关键技术 2 1 3 面向企业通用件应用的需求 德国工程师协会的研究表明：企业通用件在产品的设计制造中所占的比重相当 高，故零件数据模型库系统应该面向企业通用件。 这里主要涉及以下对零件数据模型库的需求： ( 1 ) 能容易地将零件数据模型库改造为企业内的零件数据模型库，满足企业通 用件数据共享的需要： ( 2 ) 支持企业内部的产品信息标准化工作。 2 2 零件数据模型库的体系结构 i s 0 1 3 5 8 4 定义了个零件数据模型库系统的结构，该系统提供一种明确、无二 义的计算机可解释零件数据模型库信息的描述和转换。库中数据的描述要能支持系 统产生各种不同的零件的表示方式。这个库结构独立于任何一个计算机系统并支持 各种类型的零件数据格式，为不同的程序和系统提供了- - g e 统的实现手段。这样， 不同的用户就可以根据自己企业的情况去使用不同的方式去存储、获取、转换、存 档各种零件数据模型库数据，而不用关心不同程序或系统带来的数据不兼容问题。 图2 ，1 给出了i s o 定义的零件数据模型库的应用框架，图中的每个方块都代表 了不同的组件，也代表了不同的功能区域( f u n c t i o n a la r e a s ) 。 用户计算机系统包括操作系统，或是c a d 应用。不同的用户、系统及应用很可 能不嗣。 传输接口负责将零件数据模型库中的数据信息传送到用户计算机系统。它的作 用就是为了满足给不同系统提供一个统一的零件数据模型库系统。对不同的计算机 系统，该接口不同，即该接口依赖于计算机系统而存在。 根据用户系统的不同，表示传输接口从零件数据模型库的中性数据信息中产生 对应于用户系统格式的数据提供给用户，从而解决不同系统之间数据格式不兼容的 问题。 库咨询接口提供一些功能让用户能从零件数据模型库中找到所需的零件，并按 用户的要求显示浚零件或一组零件的信息。 供应商库提供了零件供应商的信息。零件数据模型库系统是建立在各个不同的 零件供应商和企业零件数据模型库的基础上的，数据的产生和维护都需要企业和供 应商提供。同时，企业和供应商也从中获取其他企业和供应商的资源，从而提高自 己的设计效率，增加零件复用度，缩短产品的制造周期。 零件数据模型库系统提供库数据的入口和出口、库管理信息和大量的数据信息。 这其中还包含数据的组织结构和存放格式等许多表示方式。 鹕一章零件数据模型库管理系统的体系结构j 关键投术 i i 图2 1i s 0 1 3 5 8 4 定义的零件数据模型库系统应_ l | 的各个功能医 i s 0 1 3 5 8 4 中定义的零件数据模型库系统将零件的描述信息和零件数掘在不同 系统中转换分离开来。i s 0 1 3 5 8 4 规定零件数据模型库必须独立于任一种系统而存 在，这就使得零件数据模型库中的数据格式必须独立于任何种系统。图2 2 是 i s 0 1 3 5 8 4 给出的应用体系结构。 幽2 - 2i s 0 1 3 5 8 4 应用体系结构 ( 1 ) 工业分类参考体系是企业资源的分类体系，零件供应商根据这一体系来构 造自己的零件分类体系。 ( 2 ) 供应商零件数据模型库是由一系列数据和程序组成的集合，数据和程序由 供应商根据i s 0 1 3 5 8 4 国际标准进行描述。 ( 3 ) 功能模型库定义了零件的各种视图，并提供了这些视图所需要的特性。 ( 3 ) 零件数据模型库管理系统是一个应用软件系统，通过它可以访问零件数据 模型库或者把供应商零件数据模型库中的数据集成到自己的零件数据模型库。 ( 4 ) 信息传输接口用于实现零件几何图形程序在不同c a d 系统之间的转换。 第一章零件数据模型库管理系统的体系结构0 关键技术 ( 5 ) 应用主要是指用户进行产品开发设计时的各种c a d 系统。 在i s o l 3 5 8 4 的基础上，作者提出了自己的零件数据模型库体系结构，如图2 - 3 所示。该系统可以通过w e b 向企业提供零件数据模型库服务。该体系结构不完全遵 循i s 0 1 3 5 8 4 标准，i s 0 1 3 5 8 4 规定零件数据模型库必须独立于任一种系统而存在 这就使得零件数据模型库中的数据格式必须独立于任何一种系统，也就是说零件数 据模型库中的数据格式应该是一种中性格式。而作者丌发的零件数据模型库系统中 的零件格式可以是各种格式，即该库没有前置处理器。格式的转换工作完全由后置 处理器单独完成，而且把后置处理器又分为客户端和服务器端，但客户端( 采用j a ，a 语言开发) 是系统独立的。这主要是从方便供应商自助提供数据模型的需要的角度 考虑。 幽2 - 3 基y - w e b 的零竹数据模型库体系结构 2 3 零件数据模型库的关键技术 2 3 1 基于零件族和事物特性表的零件描述 描述零件也就是用某种描述方法来表达零件特征。零件特征包括零件的结构特 征、功能特征和工艺特征等。零件特征信息最基本的描述方法是产品装配图、零件 图、工艺文件等。传统的零件信息描述方法是按照约定的投影规则和其他规则，将 产品或者零件用二维工程图表达出来。本文主要讨论零件