（机械制造及其自动化专业论文）基于网络制造的快速成形工艺决策系统的研究.pdf

堕奎鎏三竺查兰三兰塑圭耋竺芝兰 摘要 快速成形技术( r a p i dp r o t o t y p i n g ，r p ) 是当今世界上飞速发展的制造 技术之一。快速成形技术是基于离散堆积成形原理，在现代c a d c a m 技 术、激光技术、计算机数控技术、精密驱动技术以及新材料技术等多种技术 的基础上发展起来的。该技术已广泛应用于产品设计、功能测试评估以及快 速模具制造等领域。 本文旨在建立一个基于w 曲的快速成形工艺决策系统，可以解决快速 成形中的远程制造以及加工中多方案多参数的选择问题。本文首先针对各方 案的特点以及用户的加工要求，确定了决策参数，构建了决策体系，并使用 加权的理想点法实现了决策过程。同时分析了网络制造的前提下快速成形的 新的发展方向，提出了w e b 环境下进行工艺决策的方案，并搭建了系统的 总体框架。系统全面采用了p h p 技术，并结合了j a v a s c r i p t 、m y s q l 数据 库等技术，构建了快速成形工艺介绍、快速成形工艺决策、用户输入信息确 认、判断工艺决策结果等几个主要的功能模块。 w e b 用户无需购买及安装软件，只需通过浏览器就可以进行用户信息 的输入，系统通过w e b 服务器和数据库对用户输入信息进行匹配优化，并 将优化结果返回到用户的浏览器界面。整套系统用户端界面统一、跨平台、 系统稳定、成本低、维护升级方便并具有良好的开放性。 关键词快速成形；工艺决策；w 曲；理想点法；p h p 童玺鎏三些查主王主堡圭兰堡兰兰 一。 a b s t r a c t r a p i dp r o t o t y p i n g ( r p ) i s o n eo ft h em a n u f a c t u r et e c h n o l o g i e st h a t d e v e l o pr a p i d l y i ti sb a s e d o nt h ep r i n c i p l eo fl a y e r e dm a n u f a c t u r i n g s p l i c e db y l a y e r ，a n dd e v e l o p s b a s e do nt h ef o l l o w i n gt e c h n o l o g i e s ：c a d c a m ，l a s e r ， n u m e r i c a lc o n t r o l ，p r e c i s ed r i v i n ga n dm a t e r i a l s ，e t c t h i st e c h n o l o g yh a s a l r e a d yb e e nw i d e l yu s e di np r o d u c td e s i g n ，f u n c t i o nt e s t a n de v a l u a t i o na n d r a p i dm o d e lm a n u f a c t u r i n g ，e t c t h ep u r p o s eo ft h i st h e s i si st os e tu par p p r o c e s sd e c i s i o n m a k i n gs y s t e m t h ep r o c e s sd e c i s i o n m a k i n gs y s t e mb a s e do np h pt e c h n o l o g yi sf o u n d e dt o s e t t l e l o n g d i s t a n c e m a n u f a c t u r ea n dm u l t i a t t r i b u t e si nt h ep r o c e s so fr a p i d p r o t o t y p i n g b a s e do n t h es p e c i a l t i e so f e a c hp r o c e s sa n da l s ot h er e q u i r e m e n to f t h ec o n s u m e r s ，t h ed e c i s i o n m a k i n gp a r a m e t e r sa r ec h o s e n ，t h ed e c i s i o n m a k i n g s y s t e m i s b u i l t ，a n d t h ed e c i s i o n - m a k i n gp r o c e s si sr e a l i z e du s i n gt o p s i s m e a n w h i l e ，t h en e wd e v e l o p i n gd i r e c t i o n so fr p i nt h en e t w o r km a n u f a c t u r i n g a r ea n a l y z e d ，t h ep r o j e c to fd e c i s i o n - m a k i n gb a s e do nw e bi sa d v a n c e da n dt h e w h o l es t r u c t u r ei sf o u n d e d t h es y s t e ma d o p t sp h p t e c h n o l o g y , a n dc o m b i n e s j a v a s c r i p t ，m y s q l ，e t c 。t h em a i nf u n c t i o n a lm o d u l e s c o n s i s to ft h ei n t r o d u c t i o n o fr p t e c h n i q u e s ，t h ed e c i s i o n - m a k i n g o f r p , t h ea c k n o w l e d g e m e n t o f i n f o r m a t i o n ，a n dt h eo u t p u to f t h ed e c i s i o n m a k i n gr e s u l t s c u s t o m e r so nw e b sd o n tn e e db u yo ri n s t a l ls o f t w a r e o n l yw i t hb r o w s e r s c o u l dc u s t o m e r s i n p u tt h ei n f o r m a t i o na n d t h es y s t e ma u t o m a t i c a l l ym a t c h e sa n d o p t i m i z e st h r o u g hw e b s e i w e ra n dt h ed a t a b a s e a l lt h e s er e s u l t sw i l ls h o wo n c u s t o m e r s b r o w s e r s t h ew h o l es y s t e mh a su n i f o r mi n t e r f a c eo nc l i e n t ，a n dc a l l w o r ko nd i f f e r e n tp l a t f o r r n s i t ss t a b l e ，e a s yt ou p d a t e ，c o s t sl o w l ya n da l s oh a s g o o do p e n n e s s k e y w o r d sr a p i dp r o t o t y p i n g ，p r o c e s sd e c i s i o n m a k i n g ，w e b ，t o p s i s ，p h p i i - 堕玺鎏三些查耋王兰堡圭兰堡笙兰 1 1课题背景 第1 章绪论 快速成形( r a p i dp r o t o t y p i n g ，r p ) 技术是当今世界上飞速发展的制造 技术之一【l 】。美国3 ds y s t e m s 创始人c h a r l e sh u l l 于1 9 8 4 年设计了世界上 第一个基于离散，堆积原理的r p 装置【2 j ，至今已有2 0 年了，r p 技术已由技 术探索期进入成熟期，并朝着快速制造( r a p i dm a n u f a c t u r i n g ，r m ) 方向 发展。根据美国w h o l e sa s s o c i a t e s 咨询公司2 0 0 1 年的r p 市场调查报告： 2 0 0 0 年，全世界2 3 个r p 设备制造厂商共生产设备1 3 2 0 台，累计达6 7 5 5 台，安装于5 8 个国家；2 0 0 0 年共制造了3 0 0 万个原型，其中北美占4 5 ， 亚太占2 8 6 ，欧洲占2 4 6 。全球大约3 8 4 家r p 公司，其产值约2 9 7 亿 美元，相对于1 9 9 9 年增长了1 4 8 ，这个增长速度比1 9 9 6 年的4 3 1 要逊 色不少，但比前两年要有所好转【3 】。 自从1 9 6 9 年美国的a p r n e t 投入使用以来，人类就迈入了计算机网络 时代【4 1 。网络技术和网络本身都获得了飞速的发展，i n t e r n e t 的出现更是为 异地间的信息实时交流提供了极有效的手段。概括地说，它具有如下的特 点： ( 1 ) 采用t c p i p 协议族，为同构和异构网络互连提供了良好的技术 支持； ( 2 ) 采用h t t p 、f t p 、s m t p 等一系列应用层协议，可以提供从文 本、图形、动画到声音、视频等多层次、多媒体的信息服务； ( 3 ) 以一个统一的图形化界面浏览器作为客户端软件，使用方 便，功能强大。 因特网i n t e m e t 是由许多局域网组成的超级网络，它是一个全球范围 的、极为丰富的信息资源和高效的通讯手段【5 1 ，i n t e r n e t 所能提供的快捷、 灵活、丰富的手段决定了它成为网络制造服务无可争议的支撑平台。 随着r p 技术的不断深入研究，许多专门从事快速成形制造的服务机构 相应建立起来，并在实际运营中取得了良好的经济效益。通过互联网给予远 端用户的快速成形服务正逐渐成为服务机构提供服务的主要方式。远程控制 快速成形加工考虑更多的是用户的主动参与性和对市场的快速反应：它不仅 哈尔滨工业大学t 学硕士学位论文 大大节约用户的时间及费用消耗，更增加了用户对服务的信任度。快速成形 的“快速”，不仅仅体现在加工过程中的快速性，更体现在对用户的成品需 求与供应的快速反应上【6 1 。随着r p 技术的不断深入研究，通过互联网给予 远端用户的快速成形服务正逐渐成为服务机构提供服务的主要方式。因此， 研究基于网络制造的快速成形技术既具有理论意义，更有实际价值。基于 p h p 技术架构的快速成形工艺决策系统是基于网络技术的系统，能够直接 应用于互联网上，缩短了r p 厂家与用户之间的距离，体现了快速成形的 “快速性”。 1 2 快速成形技术简介 1 2 1快速成形技术的产生 快速成形技术最早产生于二十世纪7 0 年代末到8 0 - 年代初，美国3 m 公 司的a l a nj h e b e r t ( 1 9 7 8 ) 、日本的小玉秀男( 1 9 8 0 ) 、美国u v p 公司的 c h a r l e sw h u l l ( 1 9 8 2 ) 和日本的丸谷洋二( 1 9 8 3 ) ，在不同的地点各自独立 地提出了r p 的概念，即用分层制造产生三维实体的思想【7 1 。c h a r l e sw h u l l 在u v p 的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为 s t e r e o l i t h o g r a p h ya p p a r a t u s 的完整系统s l a 一1 ，1 9 8 6 年该系统获得专利，这 是r p 发展的一个里程碑。同年，c h a r l e sw h u l l 和u v p 的股东们一起建立 了3 ds y s t e m 公司。与此同时，其它的成形原理及相应的成形系统也相继开 发成功。1 9 8 4 年m i c h a e lf e y g i n 提出了叠层实体制造的方法，并于1 9 8 5 年 组建h e l i s y s 公司，1 9 9 2 年推出第一台商业成形系统l o m 1 0 1 5 。1 9 8 6 年， 美国t e x a s 大学的研究生c d e c k a r d 提出了选择性激光烧结的思想，稍后组 建了d t m 公司，于1 9 9 2 年开发了基于激光选取烧结的商业成形系统s i n t e r s t a t i o n 。s c o rc r u m p 在1 9 8 8 年提出了熔融成形的思想，1 9 9 2 年开发了第一 台商业机型3 d m o d e l e r 。 到目前为止，出现了几十种不同的快速成形技术，但是立体光固化、叠 层实体制造、激光选取烧结和熔融沉积四种技术，仍然是目前快速成形技术 的主流【8 j 。本文除了针对这几种主流的快速成形技术外，同时还以三维印 刷、掩模光固化这两种典型的技术为研究对象。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 1 2 2快速成形技术的原理 r p 技术，迥异于传统的去除成形( 如车、削、刨、磨) ，拼合成形 ( 如焊接) ，或受迫成形( 如铸、锻，粉末冶金) 等加工方法，而是采用材 料累加法制造零件原型。其原理为：先由三维c a d 软件设计出所需要零件 的计算机三维曲面或实体模型：然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分 层，使原来的三维电子模型变成二维平面信息( 截面信息) ，加入加工参 数，产生数控代码；微机控制下，数控系统以平面加工方式，有序地连续加 工出每个薄层，并使它们自动粘接而成形，这就是材料堆积的过程 9 1 。不同 种类的快速成形系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不 同。快速成形技术较之传统的诸多加工方法展示了以下的优越性【l o ： ( 1 ) 可以制成几何形状任意复杂的零件，而不受传统机械加工方法中 刀具无法达到某些型面的限制。 ( 2 ) 曲面制造过程中，c a d 数据的转化( 分层) 可百分之百地全自动 完成，而不靠数控切削加工中需要高级工程人员数天复杂的人工辅助劳动才 能转化为完全的工艺数控代码。 ( 3 ) 不需要传统的刀具或工装等生产准备工作。任意复杂零件的加工 只需在一台设备上完成，因而大大地缩短了新产品的开发成本和周期，其加 工效率亦远胜于数控加工。 ( 4 ) 设备购置投资低于数控机床。 1 2 3快速成形技术的应用 目前快速成形技术在制造业中已成熟地应用于以下领域 1 l 】： ( 1 ) 产品设计评估与校审r p 技术将c a d 的设计构想快速、精确而 又经济地生成可触摸的物理实体。显然比将三维的几何造型展示于二维的屏 幕或图纸上具有更高的直观性和启示性。更重要的是，对成品而言，设计人 员可及时体验其新设计产品的使用舒适性和美学品质。r p 生成的模型亦是 设计部门与非技术部门交流的更好中介物。 ( 2 ) 产品工程功能试验在r p 系统中使用新型光敏树脂材料制成的 产品零件原型具有足够的强度，可用于传热、流体力学试验，用某些特殊光 敏固化材料制成的模型还具有光弹特性。可用于产品受载应力应变的实验分 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 析。例如，美国g m 在为其1 9 9 7 年推出的某车型开发中，直接使用r p 生 成的模型进行其车内空调系统、冷却循环系统及冬用加热取暖系统的传热学 试验，较之以往的同类试验节省费用4 0 以上。 ( 3 ) 厂家与客户或订购商的交流手段在国外，r p 原型成为某些制造 厂家争夺订单的手段。例如位于d e t r o i t 的一家仅组建两年的制造商，由于 装备了2 台不同型号的快速成形机及以此为基础的快速精铸技术，仅在接到 f o r d 公司标书后的4 个工作日内便生产出了第一个功能样件，从而在众多 的竞争者中夺到了为f o r d 公司生产年总产值达3 0 0 万美元发动机缸盖精铸 件的合同；另一方面，客户总是更乐意对着实物原型“指手划脚”，提出其 对产品的修改意见。因此，r p 模型是设计制造商就其产品与客户交流沟通 的最佳手段。 ( 4 ) 快速模具制造以r p 生成的实体模型作模心或模套，结合精 铸、粉末烧结或电极研磨等技术可以快速制造出企业生产所需要的功能模具 或工装设备，其制造周期较之传统的数控切削方法可缩短3 0 4 0 以上， 而成本却下降3 5 7 0 。模具的几何复杂程度愈高，这种效益愈显著。据 一家位于美国c h i c a g o 的模具供应商( 仅有2 0 名员工) 声称，其车间在接到 客户c a d 设计文件后l 周内可提供任意复杂的注塑模具，而实际上8 0 模 具则可在2 4 4 8 小时内完工。 ( 5 ) 快速直接制造快速成形技术利用材料累加法亦可用来制造塑 料、陶瓷、金属及各种复合材料零件。 由于r p 技术给工业界带来巨大的效益。因而，它被誉为二十世纪后期 工渡界的一项重大( 革命性与突破性) 的科技发展。“九五”国家科技攻关 中，把先进制造技术列为重点资助的领域之一，而先进制造技术中的几项重 要内容，如：精密成形、c a d 推广应用、并行设计和并行工程、敏捷制 造、虚拟制造等技术方面都与r p 有关，甚至主要以r p 作技术支撑f ”】。 1 3 国内外快速成形的发展及现状 1 3 1 我国快速成形研究工作发展及现状 而我国r p 研究工作起步于9 0 年代初。刚开始时技术引进较多，1 9 9 4 年以来，我国已有二十几家企业或机构从国外引进r p 机器，加快了企业的 新产品开发、取得了巨大的经济效益【13 1 。但由于引进价格昂贵，如美国3 d 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 s y s t e m s 公司生产的s l a 2 5 0 系统售价2 0 万美元，s l a 5 0 0 价格高达4 0 万 美元，加之材料也依靠进口，使生产成本过高，往往是国内企业无法承受 的。 为了解决中国制造业对r p 的迫切需求，1 9 9 1 年以来，在中国政府资助 和支持下，一些高等院校和研究机构积极开展r p 研究，并取得较大的进展 “。我国最早在快速成形技术方面开展工作的有清华大学、西安交通大 学、华中理工大学和北京隆源自动成形系统有限公司。这些单位早期在开发 系统设备方面各有侧重。1 9 9 2 年，清华大学引进了当时先进的s l a 2 5 0 光 固化成形设备，成立了激光快速成形中心，开展快速成形技术的研究。研制 出的世界上最大的l o m 双扫描成形机，已提供给国内的汽车制造企业，研 制成功的多功能快速造型系统m r p m s 已打入国际市场，自主开发的大型 挤压喷射成形r p 设备s s m l 6 0 0 ，s s m 成形尺寸已达1 6 0 0 8 0 0 7 5 0 m m 3 ，也居世界之首。西安交通大学多年来一直致力于s l a 的成形材料 和设备的国产化，并因此获2 0 0 0 年度国家科技进步二等奖和教育部科技进 步一等奖。华中理工大学从1 9 9 1 年开始，在政府的支持下开始进行r p 技 术研究，1 9 9 4 年开发成功l o m 样机，到1 9 9 7 年就向市场推出商品化的 l o m 成形设备。目前，该单位已对l o m 设备进行了系列化的丌发，同时 还成功地推出商品化的s l s 设备。该校还利用复膜技术快速制造铸模，翻 制出了铝合金模具和铸铁模块。研究成果已经商品化的还有北京隆源公司开 发的a f s - 3 0 0 激光快速成形机，该公司的r p 服务中心已为工业企业单位制 作了许多精密铸模。 此外，南京航天大学、上海交通大学、华北工学院等在该领域也做了许 多工作。例如在基于快速成形技术的快速制造模具方面，上海交通大学开发 了具有我国自主知识产权的铸造模型计算机辅助快速制造系统，为汽车行业 制造了多种模具。目前，部分国产r p 设备已接近或达到美国公司同类产品 的水平，价格却便宜得多，材料的价格更加便剖”】。我国已初步形成了r p 设备和材料的制造体系。近年来，在国家科学技术部的支持下，我国已经在 深圳、天津、上海、西安、南京、重庆等地建立一批向企业提供快速成形技 术的服务机构【l ”，并开始起到了积极的作用，推动了快速成形技术在我国 的广泛应用，使我国r p 技术的发展走上了专业化、市场化的轨道，为国民 经济的发展做出了贡献。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 1 3 2 全球快速成形技术的发展及现状 快速成形制作是c a d c a m 的一个中间环节，靠s t l 格式文件传递数 字代码，起承上启下作用。大部分商业化c a d c a m 系统都支持s t l 文 件。目前商业化c a d c a m 软件可采用三种方式进行造型：线框模型、实 体模型和曲面模型，但只有实体模型较适合快速原型的切片制作。快速成形 制作技术自1 9 8 8 年正式用于工业界以来，在美、欧、日等国家和地区已被 广泛用于汽车、家电、通讯、计算机、医疗、航空航天等行业，并向办公自 动化、艺术品、首饰等行业扩展1 1 1 i 。9 2 年以来，该技术更呈现加速发展趋 势。根据2 0 0 2o n l i n er a p i dp r o t o t y p i n gd i r e c t o r y 统计： ( 1 ) 1 9 9 4 年全球服务中心1 0 5 个，r p 设备为1 2 5 台； ( 2 ) 2 0 0 2 年全球服务中心3 9 7 个，r p 设备1 0 0 3 台； ( 3 ) 全世界范围内，2 0 0 0 年销售的各种r p 设备达到1 3 2 0 台，比1 9 9 9 年( 1 1 7 8 台) 增加了1 2 1 ，市场价值增长1 1 5 ，达到6 亿美 元： ( 4 ) 1 9 8 8 年到2 0 0 1 年7 月，全球共销售了6 7 0 0 多台成形机。 1 4 网络制造的发展及现状 国外的典型研究如下： ( 1 ) 1 9 9 4 年美国能源部提出了“敏捷制造的使能技术( t e a m ) ”， t e a m 集成产品的设计和制造，建立了一个“产品实现过程模型”； ( 2 ) “全美工厂网络( f a n ) ”建立于1 9 9 5 年，是国家工业数据库，提 供包括生产能力、各种工程服务项目、产品及其价格和性能数据、销售和用 户服务、专门服务； ( 3 ) 1 9 9 5 洛克海德马丁航空公司建立“制造系统的敏捷基础设施网络 ( a i m sn e t ) ”，利用国际互联网支持和管理敏捷企业的供应链： ( 4 ) 美国通用电气研究和开发的“计算机辅助制造网络( c a mn e t ) ” 建立于1 9 9 6 年，它通过i n t e r n e t 网提供多种制造支撑服务，如产品设计的 可制造性、加工过程仿真及产品的试验等，使得集成企业的成员能够快速连 接和共享制造信息【1 8 】。这些网络主要为大公司成员和客户提供服务。 国内的主要研究有： ( 1 ) 虚拟异地合作设计组织主要强调在产品设计和开发中的获取，目 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 的是异地合作【l9 1 。目前，已经出现了一些对异地合作设计组织的新概念和 关键技术的研究，在实验室中有一些局部的和初级的试验，如上海交通大学 与上海飞机制造厂之间进行了异地设计的联网试验：西安交通大学、清华大 学与上海交通大学等高校也在策划异地合作设计网络。 ( 2 ) 分散网络化生产系统强调生产系统的网络化【20 1 。分散网络化使指 将动态的、没有固定隶属关系的、地理上相隔的集团，利用信息和通讯技术 把它们组织起来，快速地以合理的成本将产品从设计转入到生产环节的一种 方式。上海先进制造技术中心于1 9 9 8 年开始提供快速原型制造中心的上网 服务，同济大学也与香港某些中小型企业进行了联网合作制造模具的试验 口”，但这样的系统还需要做进一步的研究和实用化配套措施。 1 5 课题主要的研究内容 课题主要研究内容如下： ( 1 ) 熟悉几种典型的快速成形主要加工工艺方法，总结各种工艺方法 的优缺点，并建立工艺决策参数数据库； ( 2 ) 结合比较结果，确定工艺决策参数体系，选择合理的算法进行快 速成形工艺的匹配优化； ( 3 ) 建立基于w e b 的快速成形工艺决策系统，实现每个模块的功能。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第2 章快速成形工艺决策系统的总体框架 对于选择用快速成形b na - 的零件来说，根据零件的加工要求选择合适的 加工工艺方法是一个复杂的过程。它要权衡并协调零件的各项加工要求，并 结合各个工艺方案的特点，确定合理的加工工艺方法，为了综合效益最优， 还要根据一定的优化算法选出最优的工艺方案。本章重点介绍快速成形工艺 决策系统的构思过程以及根据多目标优化算法选择工艺方案的方法和过程。 2 1快速成形工艺决策系统的体系结构 本系统的基本构思是：任何连入i n t e m e t 的计算机均可通过网络利用 w e b 服务器上进行零件的加工工艺选择，用户无需购买及安装软件，软件 的升级和维护都是由w e b 服务器来完成。其体系结构采用以网络为中心的 三层b s ( 浏览器，服务器) 模式，与c s ( 客户机服务器) 模式相比具有 用户端界面统一、跨平台、系统成本低、维护升级方便、良好的开放性等显 著优点。 b s 模式是指在t c p i p 的支持下，以h t t p 为传输协议，客户端通过 b r o w s e r 访问w e b 服务器以及与之相连的后台数据库的技术及体系结构 口”。它由浏览器、w e b 服务器、应用服务器和数据库服务器组成( 图2 1 ) 。b s 模式突破了传统的文件共享及c s 模式的限制，实现了更大程度 的信息共享，任何用户只要通过浏览器即可访问数据库，从而克服了时间和 空间的限制睇”。 w c be1 一举f w e b 服绷is o l 请求厩 l 浏览器| 1 i 应用服务器 l i i 服务器 躅2 1b s 模式工作原理 f i g 2 1b sm o d u l ew o r k i n ge l e m e n t s b s 模式的工作原理是：客户端的浏览器通过u r l 访问w e b 服务器， w e b 服务器请求数据库服务器，并将获得的结果以h t m l 形式返回客户端 浏览器f 2 4 1 。 哈尔滨工业大学t 学硕士学位论文 2 2快速成形工艺决策系统的开发环境 在建立快速成形工艺决策系统中，用户提供的加工信息必须通过服务器 进行处理，才能得到返回结果，必须采用动态交互式的w e b 方式，因此要 用到网络编程语言和数据库知识。即在建立基于w e b 的工艺决策系统时， 需要一个提供w w w 服务的服务器软件、一个后台支持的数据库和一个对 数据库进行操作的语言。本系统选择的开发平台为w i n d o w s2 0 0 0 ，采用 a p a c h e 作为w e b 服务器，m y s q l 作为后台数据库服务器，p h p 作为程序 解释器。 p h p 是指超文本预处理器( p h p ，h y p e r t e x tp r e p r o c e s s o r ) ，它是一种网 络编程语言，是完全免费的，可以从p h p 官方站点( h t t p ：w w w p h p n e t ) 自由下载。p h p 遵守g n u 公共许可，源代码完全开放，具有可扩展性、面 向对象编程、可伸缩性等一系列优点【2 ”。a p a c h e 服务器是功能强大的免费 h t t p 服务器，特点在于高效、可靠、易于扩展，并且所有源代码公开。而 m y s q l 数据库系统与p h p 的搭配目前被认为是最和谐的组合【2 6 1 ，用 m y s q l 为中，j 、型企事业单位做w e b 上的数据库应用系统非常合适。综合考 虑这些因素采用a p a c h e + p h p + m y s q l 的网络编程技术。该方案是经济的选 择，没有附加的额外开销，系统的稳定性和扩充性能很好。 7 l ” 1 1 提供服务 a p a c h e 图2 - 2a p a c h e + p h p + m y s q l 的运作 f i g 。2 2t h eo p e r a t i n gp r i n c i p l eo f a p a c h e + p h p + m y s q l 用户在浏览器端通过w e b 服务器上的p h p 脚本语言程序访问各数据 库。w e b 服务器的运行平台是w i n d o w s2 0 0 0 ，也可以是u n i x 、l i n u x 等支 持p h p 脚本语言的任何系统平台。 2 2 1 服务器 a p a c h e 的诞生富有戏剧性，当n c s aw w w 服务器项目停顿后，那些 使用n c s aw w w 服务器的人们开始交换他们用于该服务器的补丁程序。 他们也很快认识到成立管理这些补丁程序的论坛是必要的。就这样，诞生了 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 a p a c h eg r o u p ，后来这个团体在n c s a 的基础上创建了a p a c h e 。经过多次 修改，成为世界上最流行的w e b 服务器软件之一。a p a c h e 取自“ap a t c h y s e r v e r ”的读音，意思是充满补丁的服务器，因为它是自由软件，所以不断 有人来为它开发新的功能、新的特性、修改原来的缺陷。a p a c h e 的特点是 简单、速度快、性能稳定，并可做代理服务器来使用【2 ”。 本来a p a c h e 只用于小型或试验i n t e r n e t 网络，后来逐步扩充到各种 u n i x 系统中，尤其对l i n u x 的支持相当完美。a p a c h e 有多种产品，可以支 持s s l 技术，支持多个虚拟主机。a p a c h e 是以进程为基础的结构进程要 比线程消耗更多的系统开支，不太适合于多处理器环境，因此，在一个 a p a c h ew e b 站点扩容时，通常是增加服务器或扩充群集节点而不是增加处 理器【2 8 】。到目前为止a p a c h e 仍然是世界上用的最多的w e b 服务器，市场 占有率达6 0 左右。世界上很多著名的网站如a m a z o n t o m 、y a h o o 、w 3 c o n s o r t i u m 、f i n a n c i a lt i m e s 等都是a p a c h e 的产物，它的成功之处主要在 于它的源代码开放、有一支开放的开发队伍、支持跨平台的应用( 可以运行 在几乎所有的u n i x 、w i n d o w s 、l i n u x 系统平台上) 以及它的可移植性等方 面【2 9 1 。 2 2 2 p h p 语言 p h p 是一种服务器端解释的脚本语言。p h p 代码在服务器一端被解释 转变成普通的h t m l 页面内容，送给浏览器一端。这种模式使得我们可以 用它来实现相当复杂的功能。p h p 支持i n t e r n e t 开发的一些前沿技术。这些 技术包括身份认证、x m l 、动态图象生成、w d d x 、共享内存，以及动态 p d f 文档等等，另外p h p 是很容易扩展的。 p h p 是一个服务器端的脚本语言。一个服务器端的脚本程序与 j a v a s c r i p t 在许多地方有点相像，两者都允许开发人员在w e b 页面的h t m l 中插入一些程序( 脚本) 。其结果就是，这些脚本使你可以控制在浏览器窗 口内会显示什么，这显然要比直接使用h t m l 要来得灵活得多。 j a v a s c r i p t 和p h p 的关键的不同点是：当w e b 浏览器解释j a v a s c r i p t 时，包含这个脚本的w e b 页面已经被下载了，而对于类似p h p 这样的服务 器端脚本程序来说，解释的工作是由服务器在将页面发出到浏览器之前完成 的i j 。解释工作完成后，w e b 页面中的p h p 的代码将由脚本运行的结果所 代替，浏览者看到的完全是标准的h t m l 文件。脚本是完全由服务器来处 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 理的，所以称为服务器端脚本程序。 2 2 3 m y s q l 数据库 m y s q l 是一个小巧玲珑的数据库服务器软件，对于小型应用系统是非 常理想的。除了支持标准的a n s is q l 语句，它还支持多种平台，而在 u n i x 系统上该软件支持多线程运行方式，从而能获得相当好的性能。对于 不使用u n i x 的用户，它可以在w i n d o w sn t 系统上以系统服务方式运行， 或者在w i n d o w s9 5 9 8 系统上以普通进程方式运行【3 l 】。 而总体来说，m y s q l 数据库具有以下主要特点： ( 1 ) 同时访问数据库的用户数量不受限制； ( 2 ) 可以保存超过5 0 ，0 0 0 ，0 0 0 条记录； ( 3 ) 是目前市场上现有产品中运行速度最快的数据库系统： ( 4 ) 用户权限设置简单、有效 3 2 1 。 数据库的主要功能不仅可以组织和管理很庞大或复杂的信息和基于w e b 的库存查询请求不仅仅为客户提供信息，而且还可以为用户自己使用数据库 提供如下功能： ( 1 ) 减少记录编档的时间 ( 2 ) 减小记录检索时间 ( 3 ) 灵活的查找序列 ( 4 ) 灵活的输出格式 ( 5 ) 多个用户同时访问记录 2 3快速成形的主要工艺方法 自世界上第一台快速成形机问世以来，r p 技术的工艺方法已有近2 0 种，目前较为成熟的有立体光固化、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融 沉积、三维印刷、掩模光固化法等【3 3 】。在制作原型方面，这些工艺都分别 有各自的特色和优缺点。下面对这几种典型的成形工艺作简要介绍。 2 3 1立体光固化法 立体光固化法( s t e r e o l i t h o g r a p h ya p p a r a t u s ，简称s l a ) 又称为光敏树 脂液相固化成形。这种激光快速成形方法所使用的构形材料是一种液态光敏 哈尔滨工业大学工学硕十学位论文 聚合物，在紫外光的照射下会发生聚合固化反应，由液态变成固态。 立体光固化法的制作过程是先用成形机中的数据处理软件将c a d 设计 好并转化为s t l 文件格式的零件按一定的间距切层( 层厚很薄，通常为 0 1 - 0 2 m m ) ，得到各截面轮廓，然后，对每一层的数据进行分析和转换， 形成一条一条的扫描线。开始加工时，液槽中盛满液态光敏树脂，激光器发 出的紫外激光束在控制系统的控制下先在升降台上扫描底部支撑，此时，平 台上表面较液体树脂上表面低一个层厚，该层加工完毕后，就形成一层支 撑，接着使升降台下降一个层厚，以使在原先固化好的树脂表面再附上一层 新的液态树脂，然后刮板将树脂( 黏度较大) 液面刮平，再扫描第二层支 撑，新固化的一层牢固的粘结在前层上。如此反复，直到扫描完整个底部 支撑，然后再在底部支撑的基础上按上述方式扫描零件各截面轮廓层，直到 整个零件扫描完毕，得到三维实体原型。零件制作完毕后，工作台上升，使 零件露出树脂液面，取出零件，经清洗、晾干、除去支撑等后处理，零件便 制作完成。其原理如图2 3 所示： 图2 - 3s l a 成形机工作原理闰f 3 4 1 f i g 2 3t h ew o r k i n ge l e m e n t so fs l am a c h i n e 其优点是： ( 1 ) 技术较成熟，应用较广泛，成形速度快； ( 2 ) 能直接得到类似塑料的树脂件； ( 3 ) 表面粗糙度较小，a n t 精度能达到o 1 m m 。 其缺点是： ( 1 ) 成形过程中的化学和物理变化使得尺寸精度不易保证，且会发生 蠕变； ( 2 ) 须对整个截面进行扫描固化，成形时间较长，成形后要进一步固 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 化处理； ( 3 ) 由于未被激光束照射的部分仍为液态，因此对于悬伸部分要事先 设计支撑，固化后再去除； ( 4 ) 光敏树脂固化后较脆，易断裂，可加工性不好，工作温度不能超 过1 0 0 。c ，会吸湿膨胀，抗腐蚀能力不强，且价格昂贵； ( 5 ) 产生紫外激光的激光管寿命只有2 0 0 0 小时左右。 2 3 2叠层实体制造技术 叠层实体制造技术( l a m i n a t e do b j e c tm a n u f a c t u r i n g ，简称l o m ) 又称 为薄片分层叠加成形，也是几种最成熟的快速成形制造技术之一。其原理如 图2 - 4 所示，供料机构将涂有热熔胶的箔材( 如涂覆纸、涂覆陶瓷箔、金属 箔等) 逐步送至工作台的上方。计算机根据c a d 三维模型的截面轮廓线， 控制激光切割头在平面内的移动指令，逐一在工作台上方的材料上切割出轮 廓线，并将无轮廓区切割成小方网格碎片，以便在成形之后能剔除废料。随 后，热压机将一层层箔材粘合在一起。可升降工作台支撑成形的工件，并在 每层成形之后，降低一个箔材厚度( 通常为0 1 - 0 2 m m ) ，以便送进、粘合 和切割新的一层箔材。如此循环往复，最后形成由许多小网格状废料块包围 的三维原型。将废料剔除即可获得三维产品。 图2 - 4l o m 法成形原理f 3 4 】 f i g 2 - 4t h ew o r k i n ge l e m e n t s o fl o mm a c h i n e 其优点是： ( 1 ) 尺寸精度较高； ( 2 ) 只须对轮廓线进行切割，制作效率高： ( 3 ) 无霈设计支撑； ( 4 ) 制成的样件有类似木质制品的硬度，稍作处理后可在2 0 0 。c 以下 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 的环境中使用，可进行一定的切削加工： ( 5 ) 所用二氧化碳激光器寿命达2 0 0 0 0 小时； ( 6 ) 构形材料价格便宜。 其缺点是： ( 1 ) 不能直接制作塑科件； ( 2 ) 表面粗糙度较高，工件表面有明显的台阶纹，成形后要进行打 磨； ( 3 ) 易吸湿膨胀，成形后要尽快表面防潮处理： ( 4 ) 工件缺少弹性。 2 3 3激光选区烧结 激光选区烧结( s e l e c t i v el a s e rs i n t e r i n g ，简称s l s ) 又叫选择性激光 烧结工艺。这种快速成形机的工作原理与s l a 相仿，不过所用成形材料不 是液态的光敏树脂，而是粉末状的高分子材料、金属或陶瓷与粘结剂的混合 物等，成形时先在工作台上铺一层粉末材料，并加热至略低于熔化温度，然 后激光束按照截面形状进行扫描，被扫描的部分材料熔化、粘接成形，不被 扫描的粉末材料仍呈粉粒状作为工件的支撑，一层完成成形后，工作台下降 一个层高，再进行下一层的铺料和烧结。原理结构如图2 5 所示。 柑术 柑宋 释嚣 升降点佧赍 图2 5s l s 成形原理 f i g 2 5t h ew o r k i n ge l e m e n t so fs l sm a c h i n e 其优点是： ( 1 ) 可直接得到塑料、陶瓷或金属件，可加工性好； ( 2 ) 无需设计支撑。 其缺点是： ( 1 ) 成形件结构疏松多孔，表面粗糙度较高； ( 2 ) 成形效率不高； 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 ( 3 ) 得到的塑料、陶瓷或金属件不如传统成形方法得到的同类材质工 件，需进行渗铜等后处理，但在后处理中难于保证制件尺寸精度。 2 3 4熔融沉积快速成形 熔融沉积快速成形( f u s e dd e p o s i t i o nm o d e l i n g ，简称f d m ) ，又叫熔 丝沉积。这种快速成形机所使用的构形材料是丝状热塑性材料，其工作原理 类似于标花蛋糕的制作，丝状材料由供丝机构送进喷头，在喷头中加热到熔 融态，按照截面形状涂覆在工作台上，并快速冷却固化，一层完成后喷头上 升一个层高，再进行下一层的涂覆，其成形过程原理如图2 - 6 所示。 图2 - 6f d m 成形原理图 f i g 2 6t h ew o r k i n ge l e m e n t so ff d mm a c h i n e 其优点是： ( 1 ) 能直接制作a b s 塑料； ( 2 ) 尺寸精度较高； ( 3 ) 材料利用率高。 其缺点是： ( 1 ) 表面粗糙度较高，需后处理； ( 2 ) 成形时间较长； ( 3 ) 材料昂贵： ( 4 ) 悬臂结构处要设置支撑，不过新型f d m 快速成形机l 设置了两 个喷头，一个喷成形材料，另一个喷支撑材料，并且支撑材料可以进行水溶 去除，减小了后处理时间。 2 3 5 三维印刷 三维印刷( t h r e e - d i m e n s i o n a lp r i n t i n g ，简称3 d p ) ，也称粉末材料选择 哈尔滨工业大学工学硕十学位论文 性粘结，如图2 7 所示。含有水基粘结剂的喷头在计算机的控制下，按照零 件截面轮廓的信息在铺好的一层粉末材料的工作平台上，有选择性的喷射粘 结剂，使部分粉末粘结在一起，形成截面轮廓层。一层粉末成形完成后，工 作台下降一个层厚，再铺上一层粉末，喷粘结剂，进行下一层轮廓的粘结。 如此循环，最终形成三维产品的原型。粘结得到的制件需置入加热炉中作进 一步的固化或烧结，以提高其强度。 | 璺i2 - 73 d p 成形原理图 f i g 2 - 7t h ew o r k i n ge l e m e n t so f3 d pm a c h i n