（机械设计及理论专业论文）集成环境下的火工产品设计.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 集成环境下的火工产品设计 摘要 抚顺华丰化工集团有限公司是隶属于兵器工业总公司的定点生产火药、雷管 等火工产品的国有大型军工企业，在祖国的国防事业中做出了重要的贡献。为了 在竞争日益激烈的今天利于不败之地，该公司与东北大学c a d c a m 中心联合实施 了“企业信息化项目”，该项目前期工作主要分为三大部分，分别为产品设计( p d s ) 、 计算机辅助工艺设计( c a p p ) 、产品数据管理( p d m ) ，本课题所论述的即是该项目的 第一部分，集成环境下的火工产品设计。该系统主要包括两个方面，一方面是用 开发语言v i s u a lb a s i c 6 0 通过数据接口操作s o ls e r v e r 数据库建立产品设计系 统；另一方面是使用二次开发语言v b a 对a u t o c a d 进行二次开发，开发出一套通 过改变a u t o c a d 界面菜单来调用各功能模块的辅助系统。其中，编程时采用面向 对象技术，使程序具有更好的模块化结构，使开发w i n d o w s 应用程序更加容易， 而且相对于传统编程方法，程序的可维护性更好。本论文主要包括以下几大部分： 第一部分简单回顾了现代c a d 技术的发展历程，介绍了目前流行c a d 软件及 它们的主要特点，分析认为现代c a d 技术向标准化、开放式、集成化、智能化四 个方面发展，并体现出参数化造型技术、大型组件设计技术、变量化造型技术、 i n t e r n e t 技术等技术特征。 第二部分阐述了系统的集成方案，介绍了产品设计系统与各子系统集成的方 法，着重论述了以p d m 作为平台的3 c ( c a d c a p p c a m ) 集成方法。 第三部分主要介绍了集成环境下火工产品设计系统的总体方案，系统通过采 用o d b c 作为各子系统数据库的中间访闯途径，实现各系统之间的数据共享。数 据库管理系统采用m i c r o s o f t 公司的s q ls e r v e r7 0 数据库系统，并以v i s u a l b a s i c 6 0 作为数据库前端开发工具，采用该工具强大的a d o 数据库编程接口操作数据 库，以o l e 技术连接其他外部程序。同时还论述了系统的各个功能模块及其界面 设计，还简单介绍了用v b a 对a u t o c a d 进行二次开发而来的辅助设计部分。 第四部分着重论述了参数化技术的发展历程，介绍了参数化的定义、特点， 以及参数化设计方法的分类和参数化编程原理。根据抚顺华丰化工集团有限公司 的产品特点，以其中具有代表性的管壳为例，论述了参数化设计的全过程，并给 出了一些关键性的代码，以便读者更好的理解。 第五部分主要介绍了图形状态下产品零部件b o m 信息的提取。在a u t o c a d i i - 东北大学硕士学位论文摘要 环境下利用a u t o d e s k 公司提供的v b a 二次开发工具开发了产品零部件明细表生 成系统，在图形状态下生成产品b o m 表，并将b o m 信息传送给p d m 系统。 关键词计算机辅助设计( c a d ) ，参数化设计，面向对象，材料报表( b o m ) ， v b a 二次开发 - i i i 东北大学硕士学位论文 p r o d u c t d e s i g ns y s t e m u n d e rt h ei n t e g r a t e de n v i r o n m e n t a b s t r a c t f u s h u n h u a f e n g c h e m i c a li n d u s t r yl i m i t e dc o m p a n y , w h i c h b e l o n g t ob i n h z o n g ，i s ab i gw a r i n d u s t r ys t a t e o w n e de n t e r p r i s e t h e c o m p a n ym i a n l yp r o d u c e ss o m em i l i t a r y p r o d u c t i o n ，s o m e a s p o w d e ra n de x p l o d e i n o r d e rt ow i ni nt h ef u r i o u sm a r k e t c o m p e t i t i o n ，t h ec o m p a n yd e v e l o p “e n t e r p r i s ec o m m u n i c a t i o np r o j e c t ”w i t hc a d c a m c e n t e rn e u t h e p r o j e c tm a i n l yi n c l u d e s t h r e e p a r t s ：p r o d u c td e s i g nc o m p u t e r a s s i s t e d p r o c e s s u r ep r o j o c t ( c a p p ) ，p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ( p d m ) t h et h e s i sd i s c o u r s e u p o n t h ef i r s tp a r to ft h ep r o j e c t ，p r o d u c td a t as y s t e mi nt h ei n t e g r a t e de n v i r o n m e n t t h i ss y s t e mc o n s i s t so f t w om a j o rs i d e s ，o n ei st h a tw ec a n o p e r a t es q l s e r v e rd a t a b a s e t h r o u g hd a t ai n t e r f a c eb yu s i n gv i s u a lb a s i c6 0a n dt h es e c o n di st h a tw e c a na d o p t s v b aa st h el a n g u a g eo fa u t o c a d ss e c o n da n dt h e nd e v e l o pas e to fa s s i s t e ds y s t e m w h i c hf u n c t i o nc a nb er e a l i z e db yc h a n g i n ga u t o c a d i n t e r f i m em e n ui no r d e rt o t r a n s f e r i n gd i f f e r e n t 、f u n c t i o nm o d u l e s a tt h es m et i m e ，t h ea d o p t i o no fp r o g r a m m i n g t e c h n o l o g y t oo b j e c t - o r i e n t e d a p p l i c a t i o n m a k e st h e p r o g r a m h a v eb e t t e rm o d u l a r s t r u c t u r ea n dt h ed e x ；e l o p m e n to fw i n d o w sa p p l i c a t i o np r o g r a me a s i e r c o m p a r e dw i t h t h et r a d i t i o n a lp r o g r a m m i n g ，t h e p r o g r a m c a nb e e a s i l ya m e n d e d a n dm a i n t a i n e d t h i s p a p e r i sm a i n l yd i v i d e di n t of o u r p a r t s t h ef i r s tp a r tl o o k sb a c kt h ed e v e l o p i n gc o b r s eo fm o d e mc a dt e c h n o l o g ya n d i n t r o d u c e st h em a j o rc a ds o f t w a r ea n dt h e i rc h a r a c t e r s oi tc o n c l u d e st h a tt h em o d e r n c a d t e c h n o l o g yd e v e l o p s t os t a n d a r d i z e d ，o p e n ，i n t e g r a t e d ，i n t e l l i g e n t ，a n de m b o d y s o m e t e c h n o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s ，s u c h a s p a r a m e t e r i z e dm o d e l l i n gt e c h n o l o g y , l a r g e s c a l eg r o u p w a r ed e s i g nt e c h n o l o g y , v a r i a b l em o d e l l i n gt e c h n o l o g y a n di n t e m e t t e c h n o l o g y t h es e c o n dp a r te x p a t i a t e st h ei n t e g r a t i n gs c h e m eo f t h es y s t e m ，a n di n t r o d u c e s i 、，- 东北大学硕士学位论( - t h ei n t e g r a t i n gm e t ! i o do f p r o d u c td e s i g ns y s t e mw i t he a c hs u b s y s t e m a n dg a v eo u tt h e i n t e g r a t i o np r o j e c to f s c ( c a d c a p p c a m ) b a s e d o nt h ep d m s t h et h i , 。dp a r te x p a t i a t e st h ew h o l es c h e m eo f t h ep r o d u c t d e s i g ns y s t e mt h r o u g h u s i n go d b ca s t h em i d s ta c c e s s i n g w a yo fe a c hs u b s y s t e m ，t h i ss y s t e m c a n i m p l e m e n tt h e d a t ac o m m u n i o no fe a c h s y s t e m s q ls e r v e r d a t a b a s e s y s t e mo f m i c r o s o r c o m p a n y i su s e da sd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m a n dv i s u a lb a s i c6 0 ，i s u s e da sd a t a b a s ed e v e l o p i n gt 0 0 1 i t sp o w e r f u la d od a t a b a s ep r o g r a m m i n gi n t e r f a c e s a r ea d o p t e dt oo p e r a t ed a t a b a s e , a n do l e t e c h n o l o g yi su s e dt oc o n n e c to t h e ro u t e r p r o g r a m s i nt h e m e a n w h i l e ，t h i sp a r t a l s od e s c r i b e se a c hf u n c t i o nm o d u l e s ，t h e i n t e r f a c ed e s i g no ft h e s em o d u l e sa n dt h ea s s i s t e dd e s i g ns y s t e mw h i c hc a nb er e a l i z e d t h r o u g ha d o p t i n gv b a a st h el a n g u a g eo f a u t o c a d ss e c o n dd e v e l o p m e n t t h ef o u r t h p a r t i n t r o d u c e st h e d e v e l o p i n g c o b r s eo fp a r a m e t e r i z e d ，c o n c e p t ， c h a r a c t e r , t h es o r t i n gp l a na n dt h ep r i n c i p l eo fp a r a m e t e r i z e dp r o g r a m m i n g a c c o r d i n g t op r o d u c tc h a r a c t e ro f f u s h u nh u a f e n gc h e m i c a li n d u s t r yl i m i t e dc o m p a n y , t h i st h e s i s t a k e sp i p es h e l la sa ne x a m p l e , a n di n t r o d u c e st h ep a r a m e t e r sa s s u r i n g ，t h ec h o i c eo f i n p u t i n gw a y sa n d t h ee s i g no f d i a l o g u ef o r m a tt h es a m et i m e ，i no r d e r t ol e tr e a d e r u n d e r s t a n db e t t e rt h i st h e s i sl i s t s8 0 m ep i v o t a lc o d e s t h ef i r hp a r tm a i n l yi n t r o d u c e st h ep i c k - u po fp r o d u c tp a r t sb o mi n f o r m a t i o n t h i ss y s t e md e v e l o p sp r o d u c tp a r t sl i s tc r e a t i o ns u b s y s t e mu n d e rt h ee n v i r o n m e n to f a u t o c a dt h r o u g hv b at h a ti st h es e c o n dd e v e l o p i n gt o o lp r o v i d e db ya u t o d e s k c o r p o r a t i o n , w h i c hc a nc r e a t ep r o d u c tb o m u n d e rt h eg r a p h i cs t a t ea n dc a l ls e n dt h e g o mi n f o r m a t i o nt op d m s y s t e m k e y w o r d sc o m p u t e ra s s i s t e dd e s i g n ( c a d ) ，p a r a m e t e r i z e dd e s i g n ，o b j e c t - o r i e n t e d ，b i l l o f m a t e r i a l ( b o m ) ，v b a f u r t h e rd e v e l o p m e n v - 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成 果除加以标注和致谢外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括 本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人签名：扔蓐枷 日期：别砌a ，石 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 计算机辅助设计( c a d ) 技术简述 1 1 1c a d 技术的发展历程 计算机辅助设计是指用计算机来辅助一项设计的建立、修改、分析和优化， 是随着计算机技术而发展起来的- f 高科技技术，它是以交互式绘图作为基本技 术基础的。随着计算机技术的迅猛发展，c a d 技术不仅深刻的改变着产品设计和 制造的传统方式，而且还直接影响到企业生产管理的模式和商业策略，给企业带 来巨大的经济效益。因此，c a d 技术已进入普及阶段，商品软件已趋于成熟，被 广泛应用于机械、电子、航空、航天、汽车、造船等许多行业。 c a d 技术最早起源于5 0 年代的美国，它以美国麻省理工学院研制的第一代 a p i 语言加工的数控铣床为重要代表。a p i 语言可用来定义零件的几何元素，并 由刀具的运动轨迹来形成零件的形状。利用这个原理，美国g e r b e l - 科学仪器公司 的创始人hj o s e p hg e r b e r 为美国波音公司身生产了世界上第一台平台式绘图 仪。它使用a p i 语言编程进行计算机绘图，但是它还不能实现人机交互设计。 到了6 0 年代，限于计算机硬件和软件发展的水平，发展的是二维图形系统， c a d 工作仅局限于计算机辅助制图和计算机几何设计。6 0 年代初期，美国麻省 理工学院的i s o u t h l a n d 开始对人机交互式系统进行研究，并于1 9 6 3 年在美国联 合设计计算机年会上发表了题为“s k e t c h p a d ：一个人机通讯的图形系统”的论文， 论述了阴极射线管屏幕显示与光笔技术在计算机图形输入输出和指令执行中的 作用。同时开发了s k e t c h p a h 交互式图形处理软件包，标志着计算机绘图的开 始。1 9 6 4 年世界上第一个机械c a d 系统“计算机设计扩展系统( d a c 1 ) 在美国通 用汽车公司问世，该系统可用于汽车车身的结构和外表面的设计。随后美国i b m 公司与l o c k - h e e d ”公司又联合开发成功了著名的c a d c a m 系统“计算机图形 增强设计和制造软件包( c a d a m ) ”，它可用于设计和绘图，有三维线框建模功能、 三维结构分析功能和数控功能。这些都在理论和实际上为c a d 技术的发展奠定 了基础。 至于在7 0 年代，由于大规模电路进入实用阶段，随着计算机硬件的发展， c a d 技术初次进入工业领域。由于当时的硬件和软件的费用昂贵，c a d 主要用 东北大学硕士学位论文第一章绪论 于大型企业，如美国的波音飞机公司、通用汽车公司等。除了出品a u t o c a d 系 统的a u t o c a d 公司以外，约有1 7 家公司如c v 、c l a m a 、a p p l i o n 、 i n t e r g r a p h 等从事c a d 技术开发工作，销售商品化的c a d 系统，并在c a d 技术的应用中取得了较好的经济效益，使c a d 技术越来越受到政府和企业的注 意和重视。 8 0 年代是c a d 技术得以发展和普及的的重要阶段。一方面随着计算机技术 的进一步发展，高档微机、图形工作站的出现，彩色高分辨率显示设备的出现， 以及计算机图形处理技术的日趋成熟，使得大量有实用和推广价值的c a d 软件 包相继出现，并出现了仿真三维设计功能，可以广泛应用于各行各业。根据国外 的资料统计，自1 9 8 2 年以来，c a d 软件和硬件的销售每年阻超过1 0 的速度在 增长。例如在美国不仅计算机图形处理技术的日趋成熟，而且大量有实用和推广 价值的c a d 软件包相继出现，并实现了三维仿真功能。 c a d 技术在我国起步比较晚，6 0 年代开始用计算机在产品开发中进行数值型 分析计算工作，7 0 年代初期开始研究c a d 技术，重要的研究内容是计算机辅助 几何设计和计算机辅助绘图，重要应用是船体的放样。进入8 0 年代后，这一领域 发展势头迅猛，机械制造、船舶、航空、电力、电子建筑等领域开展了c a d 应 用工作，实现了各行业的c a d 系统。2 0 年来，经过广大科技工作者的努力，取 得了可喜的成果和明显的效益。有代表性的c a d 国产软件有机电部所属机械自 动化研究所开发的p c - m e c a d s 危机机械c a d 系统、华中科技大学开发的“开 目c a d 系统”以及北京宇思机电公司开发的工程机械c a d 系统“y s m c a d ” 等。 实践表明，推广和应用c a d 技术对改造传统产业，发展新兴产业，提高劳 动生产率，降低工程造价与产品成本，增强国际竞争力等有着巨大的推动作用。 当今c a d 技术及开发水平已经成为衡量一个国家的科技现代化和工业现代化水 平的重要标志之。 1 1 2c a d 软件的技术特征 经过4 0 多年的发展，现代c a d 设计软件不再是仅仅代替手工绘图的一种工 具，而是传统设计与手段的变革。现代c a d 随着计算机软硬件技术的日益完善， c a d 技术得到迅猛的发展。c a d 技术由传统的简单的二维绘图发展到今天基于特征 的三维参数化造型和变量化造型设计技术，其主要包括以下几个方面： ( 1 ) 参数化造型技术 东北大学硕士学位论文第一章绪论 参数化技术可以定义建立实体的参数并且可以参数化设计实体模型。 参数化造型技术的主要特点：基于特征、全尺寸约束、尺寸驱动设计修改、 全数据相关。这种技术彻底克服了自由建模的无约束状态，几何形状均以尺寸参 数的形式而得到有效的控制。 参数化设计p a r a m e t r i c ，也叫尺寸驱动d i m e n s i o n d r i v e n ，是c a d 技术在实 际应用中提出的课题。它不仅可使c a d 系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘 图的功能。目前它是c a d 技术应用领域内的一个重要的且有待进一步研究的课题。 使用参数化造型技术可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配图， 和生成工程图。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统可使设计人员从大 量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度并减少信息的存储 量。参数技术公司p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yc o r p 的p r o e 三维绘图软件就是最 早使用参数化造型技术的软件。 ( 2 ) 变量化造型技术 美国的s d r c 公司在开发i d e a sm a s t e rs e r i e s 软件中形成了一套独特的变量 化造型理论及软件设计方法。 变量化造型技术是在参数化造型技术的基础上做了进一步改进后提出的设计 思想。它保留了参数化造型设计的基于特征尺寸驱动、设计修改全数据相关的特 点，而在全尺寸约束方面做了重大的修改。它将形状约束和尺寸约束分开来单独 考虑，因为设计过程就是一个不断改进、不断完善的过程，将形状约束和尺寸约 束分开来考虑就可以让设计者对实体上的任意特征实时地进行编辑修改，方便操 作，更好地表达设计者的创作意图。变量化造型技术还将工程关系e n g i n e e r i n g r e l a t i o n s h i p ，如载荷可靠性等关键性设计参数作为约束条件，这对产品的结构 优化有重要的意义。变量化造型技术的基础是主模型技术。 主模型技术包括几何信息、形状特征、变量化定义、拓扑关系、几何约束、 装配顺序、性能描述、绘图、样件及刀具设计、加工参数运动关系、设计规则、 数控加工工艺信息描述等。 主模型技术彻底突破了以往c a d 技术的局限，成功地将曲面造型和实体造型 2 种方式结合起来，也就是将曲面看作是零厚度的实体。组封闭的曲面就构成 一个实体，并且通过实体上的任意一个平面的一点都可以拉伸成一张曲面，从而 将实体和曲面有机地结合在一起。这样在产品设计的全过程中数据结构完全一致， 为以后的协同设计和并行设计打下了良好基础，也解决了参数化技术中的曲面问 题，为变量化技术在汽车工业航天工业和家电工业的大规模应用奠定了基础。 ( 3 ) 大型组件设计技术 东北大学硕士学位论文第一章绪论 组件就是应用模块，至少要满足两个技术条件： ( 1 ) 是功能上自足互不重叠的对象 ( 2 ) 各模块之间的接口定义清晰 用这种模块建立应用系统，只要了解接口定义，不管对象内部是怎么工作的， 将其内部数据封装起来。这是面向对象技术的特征，这样构成的新系统可改变规 模，比较灵活，质量较高。作为发展软件技术的新方向，软件组件技术无疑比传 统的专有数据结构的技术更具生命力。 几乎所有的3 dc a d 软件都具有由下而上的设计功能，也就是说先设计零件再 逐步建立组件。新的组件设计技术则是先以组件的外观为基础，对半组件或是零 件去做设计。因此可以产生由上而下的设计效果，使用由上而下以及由下而上的 双向设计方法与理念。由于这项技术是将组件与实体去做分隔，因此在同一环境 中可以包括有许多个实体，使用者可以将不同的实体定义成一个组件去完成由上 而下的组件设计。 ( 4 ) i n t e r n e t 技术 i n t e r n e t 正在改变我们的一切。正在引入注目地改变着全球设计业，正在影 响着诸如工业产品、工程建筑、道路桥梁等我们生活中所有不可缺少的产品设计。 i n t e r n e t 促使设计本身发生了巨大变化： ( 1 ) 使设计能在设计室和绘图室以外进行 ( 2 ) 使设计贯通于企业的完整生产和销售过程之中 这种变化己成一种明显的发展趋势，并且将导致更为巨大的变化。在当今的 世界，取得全面优势的关键在于应用i n t e r n e t 技术，实现企业内部思想快速的交 流，早期的设计过程经常决定了所占用开发费用的大部分比例。如果设计师早期 的工作是在封闭的情况下进行的就会增加低效的风险。 i n t e r n e t 技术是最为高效的设计集成方式，贯穿了整个商业过程并且超越了 客户和供应商。它使设计具有高度的互动性，跨越了因低效造成的实际尺寸与设 计师目测所产生的鸿沟，客户销售人员和市场推广人员能够容易地在产品开发阶 段衡量出产品的商业价值因而能够帮助创造出适应市场所需求的产品。 i n t e r n e t 技术的应用还使协同化设计和并行化设计成为可能。传统串行作业 的设计开发过程往往会造成产品开发过程中出现反复，使产品开发周期长，成本 增加。如果利用i n t e r n e t 技术，把产品设计中的各个串行过程尽可能多地转变为 协同工程和并行工程，在协同设计和并行设计时，考虑到各个工序中的可制造性、 可装配性，则可减少反复缩短开发时间。并行工程和协同工程便是基于这一思想 的一种先进设计与制造模式。 d 东北大学硕士学位论丈第一章绪论 ( 5 )c a d c 从c a e p d m 集成技术 现代设计制造系统的发展趋势是集成化、智能化，目的是达到高度的自动化。 实现这一日标的基础是给系统的各个环节提供能够共享的产品定义。现有的 c a d c a m 系统，因不能用一个完整的产品模型来支持各工程应用活动，在设计制 造及检验的各个环节中，使用者需要重复地输入和识别一些信息，定义一些新模 型，以满足各工程应用子系统的具体需要，各子系统的概念信息也必须依靠人工 来识别和综合处理，从而导致产品自动设计和制造中信息处理的中断、人为干预 量大、数据大量重复处理的后果。 c a d c a m c a e p d m 信息集成技术是解决在现有商品化c a d 系统下，通过特征 技术实现c a d 与c a m 、p d m 产品数据管理等应用系统信息集成的有效方法。这一技 术的研究与开发不仅在c i m s 和并行工程中具有广泛的应用前景，而且在一般企业 应用计算机辅助设计提高产品开发和生产效率方面也有广泛的应用前景，这也是 国内外c a d c a m 技术的主要研究热点之一，不断有新的研究成果出现。 1 1 3c a d 技术的发展趋势 经过4 0 年的发展和完善，c a d 技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应 用，并已成为企业的现实生产力，c a d 技术发挥了越来越重要作用，是其他任何 技术都无法大体的。未来c a d 技术的发展趋势可以归纳为以下几个大方面： l 、智能化设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域，智能c a d 是 c a d 发展的必然方向。从人类认识和思维的模型来看，现有的人工智能技术对模 拟人类的思维活动( 包括形象思维、抽象思维和创造性思维等多种形式) 往往是 束手无策的。因此，智能c a d 不仅仅是简单地将现有的智能技术与c a d 技术相 结合，更要深入研究人类设计的思维模型，并用信息技术来表达和模拟它。这样 不仅会产生高效的c a d 系统，而且必将为人工智能领域提供新的理论和方法。 c a d 的这个发展趋势，将对信息科学的发展产生深刻的影响。 同时现在的计算机辅助设计系统智能化程度越来越高，原来的烦琐操作逐渐 由计算机智能化地进行处理，用户只需要很少的操作就能就能把图形做合理的修 改。在图形的绘制方面，很多系统增加了智能化导引机制，系统始终猜测用户的 设计意图，使用户使用起来非常顺手。 2 、集成化计算机辅助设计在工程中是一项基本的按术。随着该技术的发 展，计算机辅助分析( c a e ) 、计算机辅助制造( c a m ) 、计算机辅助工艺( c a p p ) 也 在企业中得到了推广和应用。模型进入c a p p 后，需要人工介入，在c a d 和c a l m 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 之间也需要由数控加工人员进行大量的数据提取、组织和重新输入的工作。这不 仅造成了信息中断和重复劳动，严重影响工作效率的进一步提高，而且能发生信 息丢失和错误，降低系统的可靠性。因此，必须使计算机绘图所建立的模型能被 c a d c a m c a e 所接受，以达到总体最优的效果。 c a d 技术的集成化体现在三个层次上：其一是广义c a d 功能 c a d c a l 三c a p p ，c 埘c a q p d m e r p 经过多种集成形式成为企业一体化解决方 案，推动企业信息化进程。目前创新设计能力( c a d ) 与现代企业管理能力( e r p 、 p d m ) 的集成，已成为企业信息化的重点；其二，是将c a d 技术能采用的算法， 甚至功能模块或系统，做成专用芯片，以提高c a d 系统的效率；其三是c a d 基 于网络计算环境实现异地、异构系统在企业间的集成。应运而生的虚拟设计、虚 拟制造、虚拟企业就是该集成层次上的应用。 国际c a d 商品系统开发的另一个趋势是在全球范围内优选最成功的功能构 件，进行集成。至今最成熟的几何造型平台有两家：p a r a s o l i d 和a c i s ；几何约束 求解构件有一家，它的主要产品是2 d 和3 dd c m 。我国开发的机械c a d 应用系 统已经部分采用a c i s 和p a r a s o l i d 平台，这是合理的。但是国际上近来又有一种 思潮，要求软件开发自由化，以免受制于一、二家公司垄断f 生产品的束缚。这就、 是选用l i n u x 操作系统以及在它基础上开发各种共享软件，开放源程序。 ， 3 、开放性c a d 系统目前广泛建立在开放式操作系统窗i z l9 8 2 0 0 0 n t 譬 和u n i x 平台上，在j a v al i n u x 平台上也有c a d 产品，此外c a d 系统都为最 终用户提供二次开发环境，甚至这类环境可开发其内核源码，使用户可定制自己 的c a d 系统。 4 、标准化除了c a d 支撑软件逐步实现i s o 标准和工业标准外，面向应 用的标准构件( 零部件库) 、标准化方法也已成为c a d 系统中的必备内容，且向 着合理化工程设计的应用方向发展。 传统形式的手画工程图己经有了成熟的国际标准，相互都能理解。而存储在 磁盘、光盘上的形形色色的c a d 二进制数字记录，要想实现标准化就复杂、困 难得多。从8 0 年代中期起，i s o 国际标准化组织着手酝酿制订这类标准，称作 i s 0 1 0 3 0 3 产品数据表达与交换标准，简称s t e p 。它要涵盖所有人工设计的产 品，采用统一的数字化定义方法。由于s t e p 标准涉及的面非常宽，众口难调， 标准的制定过程十分缓慢，存在问题很多。 c a d 软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，为了支持异构跨平台的环 境，就要求它应是一个开放的系统，这里主要是靠标准化技术来解决这个问题。目 前标准有两大类：一是公用标准，主要来自国家或国际标准制定单位；另一是市 东北大学硕士学位论文第一章绪论 场标准，或行业标准，属私有性质。前者注重标准的开放性和所采用技术的先进 性，而后者阻市场为导向，注重考虑有效性和经济利益。后者容易导致垄断和无 谓的标准战。 1 2 课题的意义和主要任务 抚顺华丰化工集团有限公司的支柱产品为用途广泛的火药、雷管等军工产品 和其它民品。作为一家老国营企业，虽然c a d 技术得到了初步的应用，但应用 也仅仅停留在设计过程的各个独立环节上，如机构分析和绘图等；在利用c a d 技术提高设计效率和设计准确性方面也是一片空白，是一种低层次上的应用。为 了适应国内、国外市场的要求，突破产品品种单一，拓宽产品种类势在必行。按 目前的状况，新产品开发的能力、新产品开发周期等均不能满足市场变化的需要， 为此迫切需要利用c a d 提高新产品设计水平，减少设计工作量和设计时间，提 高产品设计水平能力，缩短产品技术准备时间。 基于以上考虑，抚顺华丰化工集团有限公司与东北大学c a d c a m 中心联合 开发了针对该企业的“企业信息化项目”。本课题即是该项目的一部分集成环境 下的火工产品设计，另外两部分分别为计算机辅助工艺设计( c a p p ) 和产品数据 管理( p d m ) 。火工产品设计系统主要为该公司的火工产品开发出简单高效的产 品设计系统，提供绘图的辅助工具和建立各个零件库，通过使用产品设计c a d 软 件，设计人员可以简洁快速的实现产品图浏览、设计数据文件查询等操作，切实 有效的提高设计过程的准确、高效，同时实现与c a p p 系统和p d m 系统的集成。 东北大学硕士学位论文第二章产品设计系统的集成方案 第二章产品设计系统的集成方案 2 1 系统集成概述 2 1 1 集成的必然性 系统集成( s y s t e mi n t e g r a t i o n ) 是进一步提高计算机应用水平的有效途径。随 着计算机技术，特别是网络通讯技术的飞速发展，应用系统集成己成为新的热点 之一；同时随着企业信息化进程的发展，企业所使用的应用软件越来越多，信息 集成的深度和广度也从c a d c a p p c a m 的集成，发展到c 订s 的信息集成，进 而发展到并行工程的过程集成，直到敏捷制造中的企业集成。然而所谓的“自动 化孤岛”问题的存在使得企业渴求把各个分散的子系统互连起来，形成一个集成 的系统以便使它们彼此协调和有机地工作，最大限度地减少数据的冗余，保持数 据的一致性和完整性，为领导的决策提供真正有用的综合信息。 2 1 2 系统集成的概念及集成内容 由于技术发展快、范围广等特点，系统集成的概念并无严格的定义。英国拉 夫堡大学的w e n s t o n 教授给出了一个定义：系统集成是将基于信息技术的资源及 应用( 计算机软硬件、接口及机器) 聚集成一个协同工作的整体，集成包含功能 交互、信息共享以及数据通信三个方面的管理与控制。系统集成另一个比较流行 的定义是将企业各部门的应用子系统在总体设计的指导下以数据库为核心，网络 技术为支撑和现代的计算机接口方法把各有关的单项应用软件系统，连接成一个 有机整体相互支持相互调用，共享资源和数据信息，发挥单项应用所起不到的整 体效益。通俗的讲，系统集成就是按照用户的需求，对众多的技术和产品进行合 理选择，最佳配置各种软件和硬件产品与资源，组合成完整的、能够解决客户具 东北赶学硕士学位论文第二章产品设计系统的集成方案 体施f h j 需求的集成方案，使系统的整体性能最优，在技术上具有先进性，实现上 具有可能性，使用上具有灵活性，发展上具有可扩展性，投资上具有受益性。 企业信息化，系统集成是基础。系统集成的基本内容主要包括以下几个方面： ( 1 ) 运行环境的集成：指不同的硬件设备( 工作站、微机、各种外设) 、操作 系统( u n i x 、w i n d o w s 、o s 2 ) 、数据库( d b m s ) ，以及其它系统软件的集成。 ( 2 ) 信息的集成：从信息资源管理出发，将整个企业的数据信息进行总体规 划与应用分析，统一规范设计，建立统一的数据库系统，使不同部门、不同专业、 不同层次的人员在信息资源方面高度共享。信息的集成主要涉及到数据的组织、 管理、数据库平台的选择以及数据库互连接等相关技术，这些是系统集成的核心 和基础。 ( 3 ) 功能的集成：对企业而言，就是将计算机辅助技术( c a d c a p p c a m ) 、 企业m i s 系统、e r p 系统、d s s 系统、o a s 系统等应用群体有机地融为一体。 ( 4 ) 技术的集成：企业信息化是计算机技术与行业技术综合应用的结果。因 此，两者必须有效地集成起来。 ( 5 ) 人和组织的集成：目前国内关于系统集成的理论和框架很多，但失败的 也多，其中一个重要的原因就是忽略了管理、人和组织的集成。系统集成不单纯 是计算机的应用技术，它首先需要企业领导特别是“一把手”从现代管理思想、 方法和哲理上亲自组织开发实施，其次必须和企业现有的管理模式和组织机构相 适应，只有那些充分体现中小企业特色的系统集成，才能对企业做出真正的贡献。 最后，系统集成需要人的正确协调，尤其需要业务人员和业务管理人员的积极参 与和良好协作才能最后成功。因此集成的核心是信息的集成，关键是人和组织的 集成，目的是提高生产技术水平和管理水平，增强企业的综合竞争力。 2 1 3c a x 集成平台- p d m p d m ( p r o d u c td a t am a n s 9 6 m e n t ) ( 产品数据管理) ，它能集成产品生产周期 东北大学硕士学泣论文第二章产品设计系统的集成方案 内的全部图、文、数据等多媒体信息，实现并行工程的使能技术：将产品设计、 分析、制造、工艺规划和质量管理等方面的信息集成在起，进而实现对整个产 品生命周期内的数据的统一管理。p d m 技术是对工程管理( e d m ) 、文档管理 ( d m ) 、产品信息管理( p 刀) 、技术数据管理( t d m ) 、技术信息管理( t i m ) 、 图像管理( i m ) 及其它产品定义信息管理技术的一种概括与总称。一个成熟的 p d m 系统能使所有参与产品创建、交流及维护的人员在整个产品生命周期中安 全、有序、高效地共享与产品相关的所有异构数据，包括图纸与数字化文档、c a d 文件和产品结构等。 用户界面层l 用1 l 里三 l 用宇n l +j i 物流控制系统l l 人事 财务 采购加工发货 c a e 应用系统层 c a x 计划计划计划 c a p p 物资 r 下t m i s c a m l m r p i i l 销售 c a t 计划 c a q 车间rp k _ 。r ll 上上 p d m 产品结构配置管理、人员组织管理、工作流程管理、系统集成工具等 异分布式数据库( o r a c l e 、s o ls e r v e r 等)l 网络( t c p i p ) 与通信服务、信息通用转换接口 异构计算机硬件平台和操作系统( d o s ，u n i x ，w l n e o w s 等) 1 0 东北大学硕士学位论文第二章产品设计系统的集成方案 进行一体化集成管理的技术。由图2 1 我们可以得知，p d m 将计算机在产品设计、 分析、制造、工艺规划和质量管理等方面的信息孤岛集成在一起，对产品整个生 命周期内的数据进行统一的管理，为实现企业全局信息的集成提供了信息传递的 平台和桥梁。为了做到这一点，p d m 在关系型数据库的基础之上加上面向对象的 层，使得c a d c a p p c a m 之间不必直接进行信息的传递，所有的信息传递都可 以通过p d m 这样的中间平台来进行，从而克服了传统的3 c 系统之间( 尤其是c a d 与c a p p ) 集成的复杂性。同时，由于p d m 用计算机技术完整地描述了数字化的 产品模型，因此，e p r 可以自动地从p d m 系统得到所需要的产品信息，比如b o m 等。 p d m 作为一种软件框架系统，它提供了在产品生命周期各个环节中数据管 理、流程管理与控制的集成环境。因此，基于p d m