（机械设计及理论专业论文）基于intraweb的solidworks标准件库图文信息系统.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 c a d 技术是先进制造技术的重要组成部分，是计算机技术在工程设计、 机械制造等领域中最有影响的一项高新应用技术。计算机网络技术、 c a d c a m 技术的发展，为c a d 技术的应用奠定了良好的基础。 网络技术是实现设计与制造一体化所必须的手段，基于网络的虚拟设计 与制造不仅可以显现包括设计与制造在内的全部生产过程，以达到降低成 本、缩短设计与制造周期、快速响应市场的目的，还可以实现产品的异地写 作设计与制造。 这些年，随着工业的发展，在机械产品设计中对标准件的使用也越来越 多，人们为了避免重复的劳动，纷纷提出和建立了各种形式的三维机械标准 件库。这些标准件库的建立和使用，提高了设计效率，充分体现了计算机辅 助设计带来的经济效益。但是由于各单位和部门所建的标准件库的使用目的 和标准不同，而且很多标准件只是供创建单位内部使用，无法达到共享资源 的目的，因此本文提出了基于网络的虚拟设计的思想，并进行了初步尝试， 建立了虚拟零部件库。建立c a d 标准件是实施c a d 应用的基石和提高c a d 应 用水平的重要途径。 本项目用s o l i d w o r k s 进行零部件建模，以i n t r a w e b 平台和c o m d c o m 组件技术为核心，应用d e l p h i 开发环境进行b s 模式下的多层分布式应用开 发，讨论了s o l i d w o r k s 标准件库的建立方法和i n t r a w e b 应用的开发机制， 利用d e l p h i 调用s o l i d w o r k s 提供的a p i ( 应用程序接口) 进行二次开发， 传入相应参数并对模板文件进行尺寸参数驱动，实现了i n t r a w e b 平台下 s o l i d w o r k s 标准件实体模型和标准件尺寸参数库的建立，同时提出了一种新 型的分布式虚拟设计思想和解决方案。 本系统在初步实现了利用w e b 浏览器直接测览三维模型、建立留言簿 进行实时交流、利用i n t r a w e b 平台实现了数据的远程浏览和查询、建立可以 直接用于虚拟产品设计制造的标准零部件库等功能的基础上对基于网络的 虚拟设计做了初步探讨。 本文融合虚拟现实技术、数据库技术、网络技术等一系列高新技术，对 基于i n t r a w e b 的动态交互式w e b 运作方式进行了详细的论述，设计了基于 武汉理工大学硕士学位论文 w e b 的国家通用标准件库网上查询、浏览、发布等功铑模块，并应用新型的 设计与管理理念，讨论了面向企业的标准件库的建立以及一种新型的网上信 息发布和共享途径。本文所做的工作是对我国发展基于网络的虚拟零部件库 的一次可行性尝试，具有一定的实用性和先进性，但有待实现产品化和商品 化。随着我国制造业计算机应用水平的不断提高和与通用件生产厂商等相关 部门的进一步合作，相信我国在虚拟设计领域一定会有比较成熟的电子商务 系统出现。 关键词：c a d ；d e l p h i ；i n t r a w e b ：s o b d w o r k s ：标准件库 i i 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t c a d t e c h n i q u e i sac o m p o s i n go fa d v a n c e dm a n u f a c t u r e t e c h n i q u e 。i ti st h e m o s t h i g h c l a s sa n dn e wa p p l i c a t i o nt e c h n i q u ei nt h ef i e l do f e n g i n e e r i n gp r o j e c t a n dm a c h i n o f a e t u r e ，a n ds oo n w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r k t e c h i n q u e a n dc a d c a m ，i tm a k e sa g o o d b a s ef o r a p p l i c a t i o n o fc a d t e c h n i q u e n e t w o r kt e c h n i q u ei sa n e c e s s a r y m e a s u r ea n d t h e o r y t or e a l i z et h e c o h e r e n c eb e t w e e nd e s i g na n dm a n u f a c t u r e t h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r eb a s e d o nt h en e tn o to n l yc a ns h o wt h et o t a l p r o d u c t i o np r o c e s s o fd e s i g na n d m a n u f a c t u r e ，b u ta l s oi tc a l lc a r r yi t sp o i n tt od e b a s et h ec o s t ，s h o r e nt h ec i r c l e o f d e s i g na n dm a n u f a c t u r ea n dq u i c k l yr e s p o n s et ot h em a r k e t ，i ta l s oc a nr e a l i z e s y n e r g e t i ct h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r eo fp r o d u c ti nd i f f e r e n tz o n e t ot h ed i s p e r s eg r o u pi ng e o g r a p h y , w ec a nu s ew e b a sat o o lt os u s t a i nt h e j o b w i t h t h ed e v e l o p m e n to f i n d u s t r y , s t a n d a r dp a r t sm o r ea n dm o r ea r eu s e di n t h e d e s i g no fm e c h a n i c a lp r o d u c t f o rt h e s a k eo fa v o i d i n g r e p e a t e dl a b o r ， p e o p l eb r i n gf o r w a r dt h ea d v i c et om a k e a j a v as t a n d a r dl i b r a r ya n dh a v ec r e a t e d s o m e j a v as t a n d a r dl i b r a r i e s u s i n gi t ，w ec b a ti n c r e a s et h ed e s i g n se f f i c i e n c y ，i t a d e q u a t e l ys h o w t h ee c o n o m i cb e n e f i tb r o u g h tb yc a d b u tb e c a u s ed i f f e r e n t u n i t sj a v as t a n d a r dl i b r a r i e sh a sd i f f e r e n ta i m ，a n ds o m eu n i t sj a v as t a n d a r d l i b r a r i e so n l yb eu s e di nt h e i ri n t e r i o r ，a tp r e s e n t ，i tc a n tb es h a r e d w eb r i n g f o r w a r dai d e at h a ti s m a k i n gav i r t u a lp a r t sl i b r a r yi n t h ew e b c r e a t i n gt h e v i r t u a lp a r t sl i b r a r yi nt h ew e bi sab a s et oa c t u a l i z et h e a p p l i c a t i o no fc a d ，a l s o i sai m p o r t a n ta p p r o a c ht oi m p r o v et h ea p p l i e dl e v e lo fc a d t h e p a p e rm a i n l y m a k ea d e v e l o p m e n t o f m u l t i p l a y e r d i s t r i b u t e d a p p l i c a t i o n b a s e do nb sm o d eu n d e r d e l p h i e n v i r o n m e n t b yu s i n g c o m d c o m c o m p o n e n tt e c h n i q u ea n di n t r a w e bp l a t f o r m ，d i s c u s s e st h ew a y t o s e tu ps t a n d a r de n t i t yl i b r a r yi ns o l i d w o r k sa n dm e c h a n i s mo fi n t r a w e b b yt h e h e l po fd e l p h ia n da p ip r o v i d e db ys o l i d w o r k s ，i td e v e l o p s t h el i b r a r yo f l l i 武汉理工大学硕士学位论文 s t a n d a r dp a r t sa n ds i z ep a r a m e t e r sb a s e do i li n t r a w e b ，b r i n gf o r w a r da n e w s t y l e t h o u g h ta n ds o l u t i o no f d i s t r i b u t e dv i r t u a ld e s i g n t h es y s t e mb a s i c a l l yr e a l i z et h a tb r o w s et h r e e d i m e n s i o nm o d e lu s i n gw e b b r o w s e r , s e tu pm e s s a g e b o a r dt oo b t a i nr e a lt i m e c o m m u n i c a t i o n ， l o n g d i s t a n c e b r o w s ea n dq u e r yd a t au s i n gi n t r a w e bp l a t f o r m ，e s t a b l i s ht h e u s e f u ls t a n d a r dp a r t sl i b r a r yt ov i r t u a ld e s i g na n dm a n u f a c t u r e ，a n ds oo n a n d m a k ea p r i m a r yd i s c u s s i o n 0 nv i r t u a ld e s i g nb a s e do nn e t w o r k t h ep a p e rc o m b i n eas e r i e so ft o pg r a d et e c h n i q u es u c ha sv i r t u a lr e a l i t y t e c h n i q u e ，d a t a b a s et e c h n i q u e a n dn e t w o r kt e c h n i q u ea n ds o o n ，p a r t i c u l a r l y d i s c u s st h er u n n i n gw a yo fa c t i v ea l t e r n a t i n gw e b s i t eb a s e do ni n t r a w e b ，d e s i g n as t a n d a r dm o d e ll i b r a r y u n d e r l y i n gw e bi n c l u d i n gi n q u i r i n g ，b r o w s i n ga n d r e p u b l i s h i n ga n ds oo n ，a p p l yn e w s t y l ew a y o f d e s i g na n dm a n a g e m e n t ，b r i n g f o r w a r dan e w s t y l ew a y o f r e p u b l i s h i n ga n ds h a r i n gi n f o r m a t i o no nw e b w h a t w eh a v ed o n ei s o n l ye l e m e n t a r ys t u d yt o h o wt o d e v e l o po u rv i r t u a lp a r t s l i b r a r yo nn e t w o r k ，r e a c hs o m el e v e lo fp r a c t i c a l i t ya n dh a v ec e r t a i na d v a n c e d t e c h n i q u e ，b u t i s e x p e c t e d t or e a l i z e p r o d u c t i o n a n dc o m m o d i t y w i t ht h e d e v e l o p m e n to fc o m p u t e r sl e v e l i nm a n u f a c t u r i n ga n dc o o p e r a t i o nw i t ht h e c o r r e l a t i v e d e p a r t m e n t ，w e b e l i e v et h a tw ew i l lh a v em a t u r ee l e c t r o n i c c o m m e r c es y s t e mi nt h ef i e l do fv i r t u a ld e s i g ni nt h ef u t a r e k e y w o r d s ：c a d ；d e l p h i ；i n t r a w e b ；s o l i d w o r k s ；s t a n d a r dp a r t sl i b r a r y i v 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 高科技为社会的飞速发展提供了巨大的潜力。2 1 世纪将是高科技起决定 作用的时代。生产方式必将从依靠图纸进行设计，大批量生产降低成本转向 利用计算机进行设计，为用户提供满意、快捷、小批量产品的模式，必然将 实现从传统的设计、加工方法到现代的设计、加工方法的转变。 今天，全球性的竞争使得制造业面i 临越来越严峻的挑战。激烈的竞争迫 使企业改善甚至变革它们的生产模式，保证富有竞争性的产品能够及时地投 入市场，以获得最大的利润。为了迎接这一挑战，国际上开始对现代制造企 业的组织管理模式、产品创新设计技术、制造技术和制造工艺进行更深入的 研究以讨论现代制造业如何确立起上市时间快、质量好、性能价格比高、富 于创造性以及服务良好的优势。在这种背景下，先进的制造概念，如集成制 造( c i m ) 、并行工程( c e ) 、快速反应制造( r r m ) 、敏捷制造( a m ) 、虚 拟制造( v m ) 、精益制造( l m ) 以及快速原型制造( r p m ) 等纷纷出现。 在产品的开发周期即产品的设计、制造过程中，产品设计在产品开发过 程中处于相当重要的地位。据美国国防分析研究所1 9 8 8 年提出的技术报告 “u n i f i e dl i f ec y c l ed e s i g n ”和美国国家研究委员会( t h en a t i o n a lr e s e a r c h c o u n c i l ) 19 91 年编撰的“i m p r o v i n ge n g i n e e r i n g d e s i n g ：d e s i g n i n g f o r c o m p e t i t i v e a d v a n t a g e ”的介绍，产品生命周期成本的8 0 9 0 是由设计阶段 的最早1 0 - 2 0 的环节决定的。1 9 9 1 年美国国家材料顾问组对美国航天工业 的调查报告也得到了类似的分析结果，该报告指出产品全生命周期的成本在 概念设计阶段即有7 0 被决定，到基本设计、详细设计结束时分别有8 5 和 9 5 的成本已经被决定，生产以后的阶段只占5 左右的成本。英国o p e n u n i v e r s i t y 的设计创新研究小组( t h ed e s i g n i n n o v a t i o ng r o u p t ) 的r o b i n r o y 和其同事经过数年( 1 9 7 6 1 9 8 2 ) 的调查研究发现：重视设计的企业在经济 效益与投资回报方面成绩显著。另外据德国西门子公司进行的大量统计，尤 其是针对我国设计制造业的统计分析，亦得出了相同的结论。 因此，必须重新认识设计制造业在新形式下的特点，产品的竞争力愈来 武汉理工大学硕士学位论文 愈多地依赖于产品的设计。利用计算机技术的c a x 等一系列设计支持工具 将使设计实现一次性完成，而通过设计本身所决定的产品的成本的比例，正 如前面的分析那样愈来愈大。不可否认在过去的一段时期，尤其是5 0 - 7 0 年 代，人们对设计制造业的关注，主要将精力集中在大型数控设备与数控技术 的研究上，并一直想通过制造环节来获得产品的质量的提高和成本的降低。 然而，历史的发展和现实让人们认识到过分注重加工，实际上是在花大的精 力和成本来做不久措施，不可能从根本上来缩短产品开发周期，从而提高产 品质量、降低产品成本。 传统的设计方法主要是依靠工程图纸和实验来进行的它主要有以下缺 点： 难以表达设计者的设计意图 容易出现设计错误 设计质量低 设计周期长，不利于产品开发各过程信息交流 为了克服传统设计方法的不足，必须采用计算机技术。计算机辅助设计 ( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ，c a d ) 方法以设计直观、质量可靠、周期短、信息 交流方便为设计者提供了产品设计的全新工具。c a d 技术的应用，是当今 设计领域的一场信息化革命，并成为提高企业生产技术水平、提高产品质量、 增强企业竞争能力的强有力的手段和工具。多年来，国外c a d 技术的发展 和应用以及我国c a d 技术应用与推广的成果充分证明了这一点。 随着计算机辅助设计研究水平的提高，c a d 设计软件已逐步被广大工 程设计人员所使用，从而提高了设计效率和产品质量，并可较大限度地满足 用户的需要。与此同时，计算机辅助制造( c o m p u t e r a i d e d m a n u f a c t u r e ，c a m ) ，计算机辅助工艺设计( c o m p u t e ra i d e d p r o c e s s p l a n n i n g ，c a p p ) 等计算机辅助方法( c a x ) 也正得到广泛的应用。 在我国也同样经历了这种认识观念和技术研究重点的变革。然而鉴于我 国特定的国情，数控技术与设备的研究在现在和今后仍将是我国制造业研究 和发展的重点之一，同时我国工业发展的决策者和专家更认识到设计在制造 业发展中的关键作用，在国家8 6 3 高科技计划中实施了一系列注重设计发 展、改善设计思想和关联的重大措施。前一阶段，基于我国国情的“甩图板” 工程可以说是一种改变人们尤其是设计者观念，促进新的设计方式变革的准 备过程。“甩图板”不是目的，正如许多企业家和专家指出的，甩了图板， 我们再千什么? 这是一种对传统设计方式变革的强烈要求和认识上的进步的 武汉理工大学硕士学位论文 表现瞻观世界经济的发展，下一步进行对设计，尤其是体现支持新的设计思 想的计算机设计支持工具与环境的攻关研究，将决定我们是否能够在世界经 济中占有一定的地位。更为重要的是，他将全面推动我国国民经济的发展。 因此，对设计思想、设计技术，特别是计算机辅助设计工具的研究与攻关， 开发真正支持产品设计的三维平台和应用系统，应该是我们当前的首要任 务。 1 2 我国三维设计系统的现状及发展分析【1 4 】 当前计算机辅助技术正不断向着标准化、集成化、智能化和网络化方向 发展。就国外而言，计算机辅助技术的使用已经非常广泛，在较大范围内实 现了零件造型和制造。然而在国内，由于起步比较晚，经济实力不足，计算 机辅助技术的应用水平与国外的差距非常大，很多地方仍然采用相当落后的 设计方式，已不能适应新时代的要求。 在我国大多数企业特别市中小型制造企业中，一般都采用手工绘图或简 单的二维c a d 系统来绘制工程图，而设计制造的总体水平与市场竞争的要 求迫使企业采用更为先进的设计手段来提高企业的产品创新设计能力。只有 三维产品设计工具才能够做到对制造业产品设计的全面的真正的支持。但是 目前我国的三维c a d 软件商还没有提供一个价格合理、功能强大、适合我 国国情的三维产品设计工具供设计者选用。 昂贵的u n i x 工作站的c a d 系统对于中小型企业来说是难以承受的， 企业需要价格便宜、便于维护和推广、使用微机平台的三维c a d 软件。国 外c a d 软件商也正看到这一点，如e d s 公司收购s o l i d e d g e 、i b m 公司收 购s o l i d w o r k s 、a u t o d e s k 公司从二维c a d 产品开始转向三维c a d 产品。 他们目前采用低价倾销的政策向我国市场大量推销其产品。 国内c a d 技术的研究发展几乎与国外同步，特别是二维c a d 技术的研 究和软件开发己完全达到商品化的程度，国内9 0 的用户是使用国产品牌的 c a d 系统。在三维c a d 系统，在某些局部技术上达到先进水平，但从软件 商品化来看，大多数仍处于原型开发阶段，离商品化的软件包产品尚有一段 距离，其主要原因有； 1 ) 三维c a d 系统的技术难度较大，他包括计算机图形学、特征建模技术、 运动学和动力学仿真技术、参数求解技术等方面。单就集合造型而言， 国外就进行了近二十年的研究和开发，至今仍在几何模型、局部运算、 武汉理工大学硕士学位论文 消隐技术、显示算法等方面进行不断的完善。国内目前仍然没有较稳定、 可靠、完善的几何造型核心，特别是在求交算法、局部运算曲面模型方 面仍不成熟，显而易见，达到三维c a d 系统的商品化难度更大。 2 ) 国内三维c a d 技术研究人员不但数量少，而且队伍非常不稳定。许多 研究机构主要靠研究生作为主要研究力量，研究队伍不够稳定，许多研 究和开发工作难以得到持续。 3 ) 个研究开发机构片面追求大而全。从几何建模、特征建模到各种应用系 统的研究和开发全面进行，使得为数不多的研究人员更加分散，难以重 点突破。国外商品化c a d 系统，在几个主要技术方面都是采用专业公司 开发的系统，如几何系统几乎都是采用p a r a s o l i d 和a c i s ，参数化和求 交算法都采用了d c m 。 4 ) 封闭。我国几个主要三维c a d 系统开发商几乎都是在封闭的小环境自 主开发，缺少技术和战略联盟，平台研究和开发商缺少应用系统，应用 系统缺少平台，许多特色技术难以真正实现。 5 ) 资金投入不足。三维c a d 系统商品化，无论是在人员和设备投入上都 非常大，而且持续也较长。尽管国家自“六五”以来投入了大量的资金 用于三维c a d 系统的研究和开发，但资金投入过于分散，而且投入不多， 使得许多研究和开发难以深入进行。 6 ) 市场。市场培育、市场宣传、和策划不当，使三维c a d 系统还没有上 市就几乎夭折。就软件的特点而言，应用是推动软件开发的主要动力。 国内大多数三维c a d 系统开发商在原型系统开发出来以后，缺乏大量的 市场策划和宣传，缺乏企业的试用和推广，形成市场少导致投资更少， 研究开发人员减少的不良局面。 综上所述，造成国内三维c a d 系统难以商品化的原因很多，可喜的是， 国内许多人已经认识到这方面的原因，也普遍认为只有坚持发展我国的c a d 系统才能真正推动我国c a d 技术的应用，迫切希望早日实现我国c a d 软件 的商品化和产业化。三维c a d 系统商品化，无论是在技术上、经验积累、 人才培养还是在市场培养等方面比二维c a d 系统商品化要困难得多。在国 外低价倾销的竞争形势下，一旦放弃国内三维c a d 系统的开发和产业化， 将意味着永久退出这块市场，最终受损失的仍然是国家和广大的企业。国内 大型企业在十几年前引进的u n i x 工作站上c a d 系统正是由于在升级服务、 二次开发、技术支持等方面做得不够，使得一些企业无法真正让其发挥效益。 随着计算机技术的发展和企业c a d 技术应用水平提高，原有的二维 4 武汉理工大学硕士学位论文 c a d 产品已无法进一步满足企业参与市场竞争的需要，三维造型设计、c a e 、 c a m 、p d m 等技术日趋成熟，为企业高层次应用需求提供了可能。而且中 小企业经过前几年的实践，对c a d 技术已有深刻的认识，随着c a d 技术应 用的不断深入，特别是中小型企业对三维c a d 系统有很大的需求。面对目 前仍被国外c a d 系统垄断市场的局面，只有尽快推出我国自己的c a d 拳头 产品，并在此基础上不断推出专用c a d 系统，才能真正加快我国c a d 技术 的应用和推广。要想推出的三维产品设计工具能够在企业的产品设计中发挥 真正的作用，必须把握如下的发展趋势： 1 ) 几何造型平台专业化 国际上流行的趋势是应用已有的先进的几何造型平台进行开发，实践证 明这是一种行之有效的方法，如9 5 年以后所推出的s o l i d w o r k s 、s o l i d e d g e 、 m d t 、i n v e n t o r 等c a d 系统。 2 ) 智能化、网络化和集成化 随着高速网络的迅速发展，产品设计、制造异地化虚拟化已成为可能。 设计者可以进行远程评价、设计方案修改、设计任务分配、装配和加工等， 为虚拟工厂提供了有力工具支持。 3 ) 微机化 由于目前微机的性能几乎接近于工作站水品，而且微机的开发环境、应 用软件开发周期远小于工作站平台。因此，低价位、高性能的三维c a d c a m 软件将逐步取代工作站c a d c a m 。 4 ) 技术培训和二次开发专业化 基于组件技术开发的应用软件已逐步成熟使系统集成非常方便，因此， 应用技术开发逐步形成各个功能独立的专业系统，便于专业公司进行专业开 发。 1 3 三维c a d 系统技术综述【1 5 】 七十年代后期以来，c a d 系统得到了迅速的发展。早期的c a d 系统是 以几何造型为基础的，这一类c a d 的应用，使产品设计、分析、制造等环 节构成一个统一的有机体成为可能，但同时也显示它的不足之处，即它的几 何模型的不可编辑性。八十年代中后期，以p r o e n g i n e e r 为代表的参数化造 型系统出现后，参数化设计技术在产品模型与设计系统中得到了迅速的发 展。其主要特点是以参数化特征造型为核心，采用统一数据表达，使绘图、 武汉理工大学硕士学位论文 加工、分析共享统一的数据模型，应用之间数据双向关联，使得设计、装配、 分析等工作可并行展开。当前，产品造型与设计的主流技术包括：几何造型 技术、特征造型技术、装配设计技术、参数化设计和变量化设计、产品数据 的交换及标准化以及集成技术与协同设计技术。 1 ，3 i 几何造型技术 几何造型技术已经成为c a d 领域的通用基础技术，提供线框、曲面、 实体的统一的拓扑和几何描述，其几何模型采用非均匀有理b 样条( n u r b s ) 方法表示：以欧拉操作为基础，实现形体的拓扑局部操作；提供对于产品形 体构造历史过程的管理；实现稳定的点、线、面、体的集合运算；栩栩如生 的真实感图形的生成与显示。目前代表这项通用基础技术最高成就的几何引 擎为；a c i s 和p a r a s o l i d 。a c i s 和p a r a s o l i d 几何造型核心均由英国剑桥大 学布雷德( b r a i d ) 等人推出的，1 9 7 4 年b r a i d ，c h a r l e s l a n g ，a l a n g r a y e r 以及 荷兰经济人p e t e rv e e n m a n 创办了s h a p ed a t a 公司，开发出第一代实体造型 软件r o m u l u s ，于1 9 7 8 年推向市场。1 9 8 1 年s h a p ed a t a 公司并入美国的 e v a n t s & s u t h e r l a n d 公司，后者从1 9 8 6 年开始开发第二代产品p a r a s o l i d ，增 强了解析二次曲面和交互查询、局部修改形状等功能。1 9 8 9 年底布雷德等 推出了第三代产品a c i s ，并且与美国s p a t i a l 公司联合，加入了n u r b s 曲 面模块，向外出售接口源程序。从建模能力来看，a c i s 和p a r a s o l i d 都支持 线框、曲面和实体任意组合，且模型基本上相同。9 7 年底的资料表明p a r a s o l i d 在交互查询和局部布尔运算方面比a c i s 要强。从性能来看。p a r a s o l i d 的运 行效率比a c i s 略高。这是由于a c i s 采用面向对象技术和模型管理造成的。 从开放性来看，p a r a s o l i d 采用c 语言编写，而a c i s 采用面向对象的数据结 构，用c + + 编程，向外出售接口程序。鼓励各家软件公司在a c i s 核心开发 系统的基础上，发展自己的集成系统。凡是在a c i s 上开发的c a x 都有共 享的几何模型，相互可以直接交互产品数据，a c i s 构成了这些系统的几何 总线。a c i s 产品开发出来较晚，错过了第二代c a d c a m 系统发展的高峰。 相对而言，采用的系统较少。但它的面向对象体系结构和开放接口，是目前 软件发展的趋势。最显著的特点是凡是在a c i s 基础上扩展的c a x 系统， 都可以直接交换几何信息。且s a t 文件格式已经成为事实上的工业标准， 所有市场成熟的分析、加工、运动访真或其他的c a d ，c a m 系统都支持s a t 文件格式。另一方面由于m d t 使用了a c i s ，推动了s p a t i a l 公司的研究和 6 武汉理工大学硕士学位论文 开发，使a c i s 产品在性能上有较大的提高，特别是在局部操作和运行效率 上有较大的提高。再者，世界上各大学校和科研机构( 特别是美国的大学) 都采用了a c i s 作为研究开发平台，因此，a c i s 是一个有发展前途的平台。 1 3 2 特征造型技术 特征造型技术是产品造型与设计方法的一个里程碑。它是在产品造型与 设计技术的发展和应用水平达到一定程度，要求进一步提高生产组织的集成 化和自动化程度的历史进程中孕育成长起来的。产品造型与设计从二维起 步，经历了线框、曲面和实体的发展阶段，最后发展到特征造型，着眼于更 好的表达产品完整的功能和生产管理信息，为建立产品的集成信息模型服 务。特征( f e a t u r e ) 作为一个专门的术语，兼有形状和功能两种属性， 它包括产品的特定几何形状、拓扑关系、典型功能、公差和技术要求等。特 征造型技术使得产品造型与设计在更高的层次上进行，设计人员所操作的不 再是原始的线条和体素等纯几何要素，而是包括几何信息在内的产品的全功 能要素。特征的使用直接体现了设计意图，使得建立的产品模型容易被人理 解并便于组织生产。 1 3 3 装配建模技术 装配建模的最终目的就是将用户的需求转化为实实在在的产品，研究装 配建模方法的目的就是为了既反映实际的产品设计过程，又为设计人员提供 良好的设计工具，提高设计效率。然而产品的设计过程是一个非常复杂、具 有极高创造性的过程，它是一个设计一评价再设计的过程，在这个过程中， 参与了大量的人脑工作，使装配模型的研究遇到了相当大的困难。国内外的 学者对装配建模的研究投入了大量的精力。研究主要集中在以下几个方面： ( 1 ) 自底向上装配建模的研究； ( 2 ) 支持概念设计方法的研究； ( 3 ) 集成制造系统： ( 4 ) 支持自顶向下设计方法。 产品设计过程是一种自顶向下为主、自底向上为辅的设计过程。显然， 为了支持产品的设计过程，装配系统必须支持自顶向下的设计过程。目前三 维造型系统一般都或多或少地引入了自顶向下的思想，而不单纯支持自底向 上过程。如s o l i d w o r k s 系统就允许在装配环境下产生零件。虽然这些功能十 武汉理工大学硕士学位论文 分微弱，但是这方面的研究已经成为c a d 研究的热点。支持自顶向下的设 计过程不仅仅是支持产品的功能分解，它需要的是上层功能对下层实现的控 制，这种控制从本质上说是通过设计变量来实现的。产品内部各功能块之间 的设计变量之间的关系相当复杂，形成了一个般图，称为约束网络。要解 决自顶向下的问题，就必须求解约束网络。设计过程中设计变量和约束的加 入并不都是显示的，由于人具有较高的智能，许多设计变量和约束可以隐含 在设计中如工程设计中水平、垂直线这种约束常常是自然加上的。支持自 顶向下设计过程的系统应该记录用户显式地指定的约束，也应该能自动将隐 含关系记录下来，这就是所谓全参数化问题。 1 3 4 参数化变量化设计 参数化造型采用几何约束来表达产品模型的形状特征，从而获得一簇在 形状上或功能上相似的设计方案。通常对设计对象的形状结构比较定型，可 以用一组参数来约定尺寸关系参数的求解比较简单，参数与设计对象的控制 尺寸有约束对应关系，设计结构的修改受尺寸驱动，生产中最常用的系列化 标准件就属于这一类型。变量化设计是指对象的修改需要更大的自由度，通 过求解一组约束方程来确定产品的形状和尺寸。约束方程可以是几何关系， 也可以是工程计算条件，设计结果的修改受到约束方程驱动。变量化技术容 许尺寸欠约束存在，这样设计者可以采用先形状后尺寸的设计方式，将满足 设计要求的几何形状放在第位而暂不用考虑尺寸细节，设计过程相对宽 松。目前，参数化造型技术受到越来越多的重视，在许多大型通用的c a d 系统中都体现了参数化造型的思想。 1 3 5 曲面造型技术 人们在不断发展新的几何造型方法的同时也在不断研究这些造型方法 中复杂曲线、曲面的几何表达方法及相关的算法。围绕着曲面的表达方法， 许多学者先后对解析曲面、c o o n s 曲面、b e z i e r 曲面、b 样条曲面、n u r b s 曲面、变形曲面等表达方法进行了大量的研究。在曲面表达方式不断发展的 同时，对曲面的设计方法及相关的算法如扫描、放样、求交、等距、过度、 拼接、光顺以及局部操作等方法也作了相应的研究。迄今为止n u r b s 是 最强有力的曲线曲面表达模型，在国际标准化组织( i s o ) 正式颁布的工业 产品数据表达及交换标准( s t e p ) 中，已选用n u r b s 表达方式作为产品几 武汉理工大学硕士学位论文 何描述的主要方法。 1 3 6 产品数据交换及标准化 c a d 技术的不断发展与日益成熟的各行业产品造型和设计的不断深入， 使得产品数据的交换和标准化工作越来越显示了它的重要性。a u t o c a d 的 广泛使用使得a u t o d e s k 公司的d x f 文件成为一种事实上的工业标准，但其 存在信息定义不完整、信息量冗长、文件格式不合理等不足。而a n s i 于8 0 年代制定的i g e s 是目前各国广泛使用的国际标准数据交换格式，但它也存 在如下的问题：数据文件大、某些几何类型处理不稳定、只注意了图形数据 转换而忽略了其他的信息的交换。s t e p 是i s o 制定的国际统一的c a d 数 据交换标准，为产品在生命周期内规定了唯一的描述和计算机可处理的信息 表达形式。a c i s 的s a t 格式在近年来显示其作为工业界产品造型与设计标 准的良好特性，事实上几乎所有的大型c a d c a m 软件都提供了对s a t 文 件的支持。 1 3 7 集成技术与协同技术 随着社会的进步和经济的不断发展，参加基础上设计的技术人员数量也 随之增加这些技术人员可能处在不同的地域和国界，而项目设计本身却要求 设计人员之间密切地进行联系和交流这就形成一个矛盾，要求c a d 系统给 予解决而且设计并非只是简单的绘图，它需要多方面的资源信息，如原材料、 设备、人员、技术资料等，单一的c a d 系统显然无法满足这一要求，而计 算机支持的协同设计和集成环境则可以较好的解决这些问题。 作为信息化集成系统的基础，基于w e b 的应用系统，是i n t e r n e t i n t r a n e t 技术推广以来发展最快的一种计算机应用系统，正在逐步取代很多传统意义 上的c l i e n t s e r v e r ( 客户) r 务器) 计算机应用系统，无论是企业、机构的内 部计算机应用系统，还是在互联网上的网上应用服务系统，基于w e b 的应 用系统都发挥着越来越重要的作用，逐渐成为计算机应用系统的主流模型。 使用基于w e b 的应用系统，计算机用户不需要安装任何客户端软件，只需 要有标准的b r o w s e r ( 浏览器) 软件，即可访问和使用计算机应用系统，而 且客户的计算机系统可以不受硬件平台的限制，从最简单廉价的电视机顶 盒，到功能强大的图形工作站系统，都可以成为客户的计算机应用终端。计 算机硬件技术、网络技术的飞速发展，为制造业迎来了信息化集成平台技术 9 武汉理工大学硕士学位论文 的新时代，这项技术的到来将引起人们思想观念、工作模式以及生产方式的 根本变革。制造业信息化集成平台的实现对提高企业的创新能力、缩短开发 周期、降低成本、提高质量、提高企业的市场竞争力都起着强有力的推动作 用。 多个设计者通过联网的计算机进行图形、图像、文字和声音的交流、讨 论方案、协同工作，查询和浏览相关信息，从而大大提高设计质量和进度。 在这种集成环境下，处于不同地域、不同设计平台、不同专业的设计人员如 同在同一虚拟设计室内工作，各专业设计人员通过中间模型处理器对模型进 行操作，建立和修改与本专业相关的各种信息。各专业的设计内容可放在本 专业的“层”上，其他专业的设计人员可参考它们，但不能对其进行修改。 中间模型的运用可使设计信息得到及时交流和传递，更好地解决协同设计中 不同专业间的相互协作问题。 异地设计采用不同应用软件时，可以利用中间数据文件来实现数据转 换。不同工具之间的数据传递和共享，即对协同设计中不同专业问的信息共 享和集成问题，可采用建立中性数据库的方法，把应用程序中被处理的全部 数据放在数据库中，由数据库管理系统通过统一的界面进行管理。为满足协 同设计的要求，可以采用客户机服务器、浏览器，服务器结构，它们分别适 用于局域网小范围和互联网大范围的协同工作。采用组件、简化群件的设计 及开发工作，这种组件化即插即用的结构可使各功能模块满足不同领域的应 用需求。采用组件技术、j a v a 技术和动态主页发布技术，并将它们集成在一 起以实现c s c w 工作状态下的复杂任务通信。工作区和图像阅读区采用了 a c t i v e x 技术，并为用户提供了开放的二次开发接口。电子自板区包含一定 的平面绘图区域，在该区域进行的画笔操作将传输到应用此系统的其他客户 端，所有成员共享一个数据集合，根据权限彼此浏览交流信息。 系统采用主页发布技术组织页面，使应用服务器可以接受用户的输入， 并依据用户的输入信息返回页面，让用户页面始终保留最新的消息。协同设 计通过网络进行，因此安全问题十分重要，即要防止设计人员因误操作删改 别人的文件，也要防止不相关人员的非法进入。采用身份认证、访问控制和 加密等措施予以解决。 将组件技术( c o m p o n e n t t e c h n o l o g y ) 引入到开放的集成平台的 构造中，基于组件的系统模型仍然是一一种面向对象的结构，但系统中的对象 是按照规范设计的模块，这些定义良好的软件模块( 称为组件c o m p o n e n t ) 在系统中共存并且充分的相互作用。按照这种结构，可以将若干组件结合起 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 来，以建立更大和更复杂的系统。这种模型的关键在于一种高效的总线结构， 使组件之间能以一公共的接口互相连接，做到组件的即插即用，无缝集成。 在这种模型的系统中，组件间的通讯链接数是线性的，并且由于各组件接口 规范的一致性，通讯的复杂度大大下降，也提高了组件的互操作性。根据组 件在系统中地位的差异，系统中的组件可以分