（航空宇航制造工程专业论文）面向装配模型的协同浏览、批注、查询技术研究.pdf

西北工业大举硕士沦文 摘要 蘧着全球仡市绣静彩成与互联耀技术器发震，凝产晶瓣开发常常需要遂行 跨企业、跨地域、跨学科的设计协作与方案决策。 三维模型的网络协同测览、批注、鸯询是进行远程协作的基本工具，利用 这些工具能够在网络环境下模拟人类专家群体合作工作的自然属性，进两促进 设计人员之间的设计概念交流，提高设计效率。 _ 本文缝分奉蓐臻有三维模型测燕、批注、查询技末戆蒸爨上，探讨了嗣终耀 域下产品协同设计的基本原理和三维模型协同浏览、协同批注、远程精确查询 等实夔技术。论文主要黟 究蠹容鞠翅囊点妻釜下； 1 、研究了产品模型袭达，提出了基于特征的产品模型表达方法。此方法包 含了零件几何外形、零件特征、装配层次关系、装配几何约束关系等信慧。 2 、磷究了网络浏览批注技术，提出了b s 结构麴协嗣浏览攒架，采用j a v a a p p l e t 和j a v a 3 d 技术实现了基于浏览器的协同浏览与三维模型批注。 3 、磷究了网络通信技术，提踺了剥蠲s o c k e t 与h t t p 按汉寐传簸数掇戆方 法，使得多用户协同设计时的消息数据实现可靠、实时传递，也保证了多用户 聿蹇藤浚专童时大数器量模黧数器的荠发诱溺。 4 、研究了产晶模型信息查询技术，提出了本地与远程相结合的混合式蜜询 裰檠，并程客户端采用u g 二次开发技术实现了麓于远程c a d 软件应用服务的 特征和几何信息豹远程套询。 5 、研究了简单的会议管理功能，利用j a v am a i l 实现了异步方式的会议邀 请，采用鱼峦竞争蕊方式获取援强同步控制权令肄，著袋蠲重发瀵塞豹方式实 现会议重播。 本文实瑰了甏蠢装黧懿秘司滋菱、懿注、蠢逮系统，系统暴滗b s 缝稳为 界地、异构环境下对三维模型交换设计概念，进行群体决策提供了一种有效的 二e 其。 关键词：协同设诗臻网测监蛰嗣批注揆网查谗 堕韭三些查篓堡圭堡苎 a b s t r a c t d e v e l o p m e u to fan e wp r o d u c to f t e nr e q u i r e st oc o i l a b o r a t i v ed e i g n a n dg r o u p d e c i s i o no f a c r o s se n t e r p r i s e ，s p a c ea n ds u b j e c t t h ec o l l a b o r a t i v ev i e w , m a r k u pa n dq u e r yo fat h r e ed i m e n s i o nm o d e la r eb a s e t o o l so fp r o c e s s i n gl o n g - d i s t a n c ec o l l a b o r a t i v ew o r k s i m u l a t i n gt h en a t u r ea t t r i b u t e s o fc o l l a b o r a t i v ew o r kf o rt h ee x p e r tg r o u p si nn e t w o r ke n v i r o n m e n tc a ns h o r t e n d e v e l o p m e n tp e r i o d s ，t h i st h e s i sf o c u s e do ne x p r e s s i o no ft h em o d e li n f o r m a t i o n ， c o l l a b o r a t i v ev i e wa n dm a r k u p ，d a t ac o m m u n i c a t i o no nn e t w o r k ，l o n g ”d i s t a n c ee x a c t q u e r y b a s e do na n a l y z i n gi m p l e m e n tt e c h n o l o g yo ft h ec o l l a b o r a t i v ev i e w , m a r k u p a n dq u e r y ，t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n d c r e a t i v ei d e a so f t h et h e s i sa sf o l l o w s ： f i r s t l y , an e wm e t h o do fm o d e le x p r e s s i o nt h a t c a r le x p r e s sg e o m e t r y , f e a t u r e a n da s s e m b l ym a t i n gc o n d i t i o n si sp r o p o s e d s e c o n d l y , as y s t e mf r a m eb a s e do nb sa n dt h ep l u g - i nt r a n s a c t i o n s e r v e rg r o u p s i sp r o p o s e d i ti m p l e m e n t e dc o l l a b o r a t i v ev i e w i n ga n dm a r k u po ft h r e ed i m e n s i o n m o d e lt h r o u g hj a v aa p p l e ta n dj a v a3 dt e c h n o l o g i e s 。 t h i r d l y , r e s e a r c h i n gd a t ac o m m u n i c a t i o no nn e t w o r k ，d a t ac o m m u n i c a t i o nw i t h s o c k e ta n dh t 砰p r o t o c o li sp r o l 3 0 s e d r e l i a b i l i t y , r e a lt i m e ，c o n c u r r e n c yo f m e s s a g ea n dm o d e ld a t ai se n s u r e d f o u r t h ，an e wc o m p o s i t eq u e r ym e t h o do fl o c a la n dl o n g - d i s t a n c e ，i n f o r m a t i o n o ff e a t u r ea n dg e o m e t r yb a s e d 嬲t o n g - d i s t a n c es e r v i c eo ft h ec a d s o f t w a r ea r e i m p l e m e n t e d f i f t h ，as i m p l em a n a g i n gf u n c t i o no f m e e t i n gi si m p l e m e n t e d ，i n c l u d i n gm e e t i n g i n v i t eu s i n gj a v am a i lp a c k a g e ，m e e t i n gr e p l a ys e n d i n gm e s s a g ea g a i n - t h es y s t e mo ft h ec o l l a b o r a t i v ev i e w , m a r k u pa n dq u e r yf a c ea s s e m b l yp a r ti s i m p l e m e n t e da tt h ee n do f t h i st h e s i s ， k e yw o r d ：c o l l a b o r a t i v ed e s i g n , c o l l a b o r a t i v e v i e w c o l l a b o r a t i v em a r k u p , c o l l a b o r a t i v eq u e r y 矾北 _ = 业大学硕k 论殳 嘎。4 研究背景和意义 第一章绪论男一旱三委节匕 随着垒球化市场的形成，企业正霹临着国隧国内市场竞争的严峻形势。企业只有不断缩 短产黑开发时间、撬赢质量、降低成本、荠改进服务，才能在激烈的市场竞争中立予不黢之 地。 薅绞熬产品开发存在蘑开发a 员之惩相互孤立、嚣发过程上f 游摺互戮褰及开发周期长 等难以克服的弊病。为了解决这些问题，人们引入了并行工程的理念。在并行工程产品开发 模式下，多学科团队在计算舸l 网络环境中向着组一致的g t 标而协同 作。这样的产品开发 棱式能馨撬离设诗教率，避凳在产鑫开发过程鹣上游阶毅出褒一f 游麓羧建戳解凌酌设计错误 吐 c s c w ( - ；t 算枧支持豹协嗣工作) 是并辛亍一稷最重要种实施方式，墩楚并行王程发展 到今天的一种必然的途径与趋势。c s c w 是1 9 8 4 年由美黼m i t 的i r e n eg r e i f l l d e c 的p a u lc a s h m a n 在个专题讨论会上剁造的新术语i 。c s c w 可以定义为这样的计算机系统，它支持 一缀耀户在诗葵辊燃络露多媒俸琢襞f ，共霹参与一个经务，劳撬供给毽们谤闷共事巧凌的 接口。 为r 支特产品开发过程中的各种活动，完铸表达产品的信息和数据的数字化产鼎模型是 岿需的。数字化产黼建模成为决定产晶开发策略成功麓关键雕豢丽c a d c a m 技术瓣成为 数字化产晶建模的实现1 具。 隧黄遵讯、电予技术豹发展，原采制约数据交流豹簸颈正在被蠡跛。躅络技术为建立未 来的c a d c a m 环境汗启了个新的领域。这种环境将会是全球化、以网络为中心、异地分 布的。 茛父殴来，产赫羿发工穗中由予缺乏菡瓢稔麓结构、实对逮信环境、共享兹数据搂型懿 及基本的协同评价、决策工具，常常不能满足如f 的一些设计人员需求： 在协阏设计中参加协终的用户要求能够蜜对、同步地观察同一个置维c a d 拨掣，被 剃w y s l w l s ( w h a ty o us i sw h a tls e e ，你觅即我免) 。在协词讨论的过程当中，粥户不 仪仅限于观察模型，还应该能够查询装配零件之间的装配关系、零件特征的参数尺寸等属性 僖惠。为了表达没诗蠢蚕，髑户运经鬻霉要褥讨论过程中的蠢凳蜜接稼滢在褶关静位置p j 。 由于袈配体的浆配方案可行性分析、可制造性分析等涉及到段计人员、 ：艺人员、加工 人员、l 装人员的参与，上述需求在鼗配体的讨论中变褥尤为突出。 莓肉努鹄溺筵、羲注、纛询系统，基本主都楚鏊予犟个零嚣辩撬注、态诲。两谣岛装聚 的浏览、批注、查询则能够向设计人髓、工艺人员、加工人员、l ：装人员提供更多的零件之 焖靛装配几何约藏关系、产熬层次关系等信息，这些僖惑对于集戏产品开发圜酞的瓣体殃慧 挺供了全方位的数据保证。又由于决策小组的决策过程常常蹙异构分布环境r 避行的，冈而 浏览、批 空、查询必须以网络为基础，通过网络来促进设计人员之间的- 暾计概念交换。 奉瀑麓来源予鞫象鸯然礴学基金( 5 0 0 7 5 0 7 1 ) i n t e r n e t 环笺嗣步蛰同竣诗豹关键技术磋究 $ i ：1 8 6 3 基金( 2 0 0 1 a a 4 1 2 0 3 0 ) 产品垒生命周划管理( p l m ) 系统研究。 西0 b 工业大学坝| 论文 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外的研究现状 国外的协同设计研究融合了c a d 技术、w e b 技术、分布式计算、数据库技术等相关的学 科技术。研究网络协同设计的热点主要集中于模型数据交换标准及枷同平台等方面。 1 2 1 1 模型数据窝换标准 鼹络协嘲设待的数据基戤是c a d 模型数据交按糕准，只有协作各方都支持相同的数据 变换标准才能实现相互交换设计概念。 传统的数据交换标准存拄数据量庞大、没静w e b 使能特性、不便于构造及解析、语义表 达不完善等缺点，搜褥萁对喇络秘嗣设诗的支持凄不佳。 国外一些大公蓊】及研究机构都投入了很多研发力量米制定新的适合t _ 网络协同设计的 援型数据交换橱准。 针对设计对象的不同，数据又主瑟分为二雅数据和二= 维数据。 随着w 3 c 肯l 定的s v g 标准的完善，网络上= 维设汁数据的传递也越来越容易，数据的 凝镌性遣穗黉了裸诞。s v g 熬全称是再舞缀矢整翻形 特征一 几何的映射来得到口“。再通过这种映射构造相应的x m l 中性文件，这样就可以将上述几种 信息集成到一起。 2 、模型的网络协同浏览、批注： 模型的显示是进行协同设计的基础，用户能够白由操纵模型，并可在模型空间中特定位 置添加、删除、编辑文本批注。 4 西北工业人学硕士论文 实现方法：对于数据的一致性，通过服务器接收稻户修改信愚，并盈将修改信息转发绘 所有用户来实现。对于视图的同步，采用触发方式采集拥有令牌棚户的装配模型变换矩阵， 遴过抟递交换筢终表达到褫裂弱步。 3 、数据的网络传输： 数据的传输应该能够适应同步与异步两神方式。服务器能够承担多用户访问冉勺负载，对 予数据应该区鄹对德，滔息数据应该多考虑安辩性器l 赢可靠往，模肇数据剡需考鑫天数程鼙 的并发访问。 实现方法：对于实时性和篱可靠矬数据采棚瑟肉连接的s o c k e t 采抟辕消息，对于模型数 据采册h t t p 来进行访问，雨并发性、平衡负载等问题由w e b 服务器解决。模型数辅还可阻 先采用z i p 的方式进行压缩然后再进行传输。 4 、傣纛蠢诲： 实现越予特征的模型中，特征尺寸信息、浆配层次结构信息、装配j l 何约束关系、特征 躐离的查淘。对于特征距离的查询应能做到精确查洵。 实现方法：采用本圭睦与远程相结合的 琵合鸯淘模式实现，对于可飘产晶模型信息中程 取的信息赢接在本地查询，对于特征距离则提交到服务器。利用罄务服务器对c a d 的二次 拜发模块采避 亍远瓣查淘。 本文针对以上几方面的研究内容，提出了以下一些新的见解： 1 、插件式事务服务器群：事务服务器根据应用来进行分类，将不同的应 j 设计成独立 的褛块，荠且裁拜j c o m 鲳传瓣方式寒实现应焉瓣集成。这种絮秘有翻予警务服务器匏璃麓 升级，降低模块之间的耦合性。 2 、远程c a d 软p 二应用服务：利用c a d 软纷提供的二次开发援口，没计具有特殊功能的 事务模块，在服务器端监孵客户的麻粥请求，并以c a d 软件为服务器后台的支撑程序，进 而向客户端用户提供c a d 软件的某些功能。例如：远稷的特征间距离精确奇词就媳一种远 糕c a d 较转瘴蠲鼹势。 1 。4 论文章节安捶 第一澎：绪论，奔绍论文研究背景、国内外研究现状和论文内容，根据论文的研究目标、 分析攒解决的关键陶题，并掇出本论文的研究内容和技术路线。 第二罐：协同c a d 系统模型，首先介绍相关的研究领域，分析传统c a d 系统模型，比 较传统c a 。d 系统与赆终按嗣c a d 系绞之闯的隧期，劳指出以网络为中心躲扔弱改计的优势 与特点。最后提出了协同浏览、批注、查询的系统框架。 第三章：基于特征的产黼模型信息表达，研究常用的几种数据交换标准，针对协同浏览、 舷注、盎海静需求，提壅了蓥予特 蠹戆产鑫羧鼙信患表遮方法。 第四章：网络可视化技术。分析目前的网络可视化技术的 i f | ：究现状，提出了采朋j a v a a p p l e t 和j a v a 3 d 技术米显示模型豹几何外形，劳详细介绍了 j a v a 3 d 的使用方法，最后介到了 三三维模型秘同测览的具体蜜现。 第五麓：网络数据传输技术，在分析系统网络通信框架的基础上，将待传输的数据分为 消怠鼗摆鞠模型数懿，分绥了消息琢沿定义方戴蠢| 港患处理实瑷，荠采弼邂患传羲方式臻实 现多用户协同，最后介绍了兰维模獭信息的混合查询模式的实现。 第六奄：协同测览、批注、查询原型系统，讨论了原型系统豹功能目标、实王见框架，并 按照实铡的方式，介绍了翟歼协商会议瓣过程。 第七章：结柬谱，总结论文所进行的工作井对下一步的研究r 作提出了一些参考意见。 两北1 + 业大学顺l 论义 第二章枷同c a d 系统模型 2 。1 计箅枫支持的协同工作 计算执支持的协网工作( c o m p u t e rs u p p o s e dc o o p e r a t i v ew o r k ，c s c w ) 的概念可以从 c s 和c w 两方面采认识：在计算机技术支持的环境一f ( 郎c s ) ，特羽是在计算祝嘲络和多 媒体环境r ，一个群体协同j l 作完成项共同的任务【即c w ) ，它的目标是要设计支持备 耱吾撑鳇狲竭王作的应碍系统社 。 自出现c s c w 以来，随着时间的推移，熟潜在的研究及应用价值吸 f 了越来越多的研 究与开发投入。i n t e r n e t 韵迅猛发展和广泛普及。特别是以w w w 为代表的信息发布与资源 访溺方式的产泛流行为信惠资源鞠发稻及访闷撬供了翦掰束寄豹方便手段，使得隧辩髓遗瀚 信息访问变成现实，人们之间的距离因此而被拙近，同时也使基于i n t e m e t 在全球范围内开 展备静类型的协作成为可能。 多人谶行协同：t 作时，裰搦时间与空间可以将计算机支持盼协闯工作划分为：同地同步 模式、分布式同步模式、同地异步模式i 分布式异步模式。其中分布式同步模式最为复杂， 翥蘩考虑翻势俸馈惑嚣交互、镑嗣工终戆数据臻蛙等鞫蘧。 c s c w 对群体的协同工作进行支持，而群体的协 乍活动一般包括三个方面：邋信、合 作和协调。嗣绕着对群体活动这三方渐的支持，实现c s c w 系统的关键技术有：群体 ：作 璎论：协陵多媒体邋信：滓突解决与协润机案l ：菸享对象与黉= 发控涮；多嚣l 户界_ 蟊与天一天 交互接口；网络安全| 生：基于w e b 的协同工作等。 理在，协羁癍鲻系统鹣磷究和开发正逐灏飙早期麓支持工终组级的小规模协 磐囱支持 跨企业的、全球范围的大规模胁作方向发展。早期研究的小规模协作系统，如桌面会议系统、 协同编著系统、应用共享系统等，都只是给人们提供了一种辅助 生的交互和交流手段，其作 鲻逐不是激使乏或为企韭或梳构静关键性信惠蕊穑设施。嚣天燕搂秘 乍静潞嚣癍瑁系统是蕊 求支持企业内部和众业之间的协同 ：作，它具谢地域范围分散性、业务兴趣异构性和业务性 质关键性等特挺。 随着火规横协作的发展，c s c w 出现了一些新盼藏澍领域，包括：电子商务和e d i 、 虚拟企业和组织、协同设计与制造、远程教育、远程医疗、虚拟协作环境、合作科学研究等， 这些囊麴c s c w 癍蠲领域将y 砖米寒赫会人垂l 的五巷、学砑帮生嚣产生漂逡翡影响。 2 。2 计算机支持豹协同设计 计算机支持的协同瑷计( c o m p u t e rs u p p o a e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，c s c d ) 怂c s c w 在设计 ：俘中的商蠲，它继承了传统 b j c a d 系统的技术+ 并在冀罄穑上繁藤超来，僵是，c s c d 系统和传统的c a d 系统相比，发生了质的变化。c s c d 更关注于如何让片j 户去协同完成 设计经务。冒兹，c s c d 还没有一个缎一定义，毽一簸w 理祭为：为完成菜一设计疆撂，由 两个或两个以上设计主体( 戏称专家) 通过一定的信息交换雨i 互相协调机制，分剐以不同f | 奇设 计任务共间完成这设计目标。它的研究涉及剖计算机技术、人下智能、认知科学、行为科 学、设计方法论等诸多鞭域。 c s c d 在不同廊用领域或为了不同的协作目的其系缆构建会有些差异，但一般具有以 f 共同的特性： 6 西北r 业大学硕i - 论文 ( 1 ) 分布性。c s c d 是一个分布式系统，设计者可分布在世界蔷地，不受地域限制； ( 2 ) 面向任务具有时效性。一个任务，多个用户，而且任务完成群组就解体，对于新的 程努重新缉建新静c s c d 群缎； ( 3 ) 并发性和一致性。系统允许用户同时操作，需要维护数据的一致性； ( 4 ) 异构性。c s c d 系统经窝是跨部门、跨企业、跨行业的，因此它们 二作平台具有异构 性，主要体现往共享的数据滚、求解鲡谈的表达方式| 炙及饺愆静操作系统、矮 争结褥等方蟊； 此外，c s c d 还具有共享性、开放性、可靠性等特点。 c s c d 关键技术二釜要包括f q ： ( 1 ) 协同工作的管理技术。包括项弱管理和二 作流程鬻理。项醴管理有两个方面即项目 组织和项目控制，： 作流程管理是一种支持多人进行异地、异步协作的过程管理技术。主要 分为工作流建模帮运行两个酴段。 ( 2 ) 分布式数据管理技术。包括支持分布环境，版本控制管理和权限管理等技术。 ( 3 ) 网络数据痒搜术。它趣数据库技术与弼络技术两煮的有枫结舍，馒数据库技术与网 络技术二者的优点檠予一体，它可以刹蠲i n t e r n e t 中静w e b 瓣超文本、超链接功能查询数据痒， 充分利用数据库系统中的大最信息资源，使i n t e r n e t 同时媳有超文本功能和数据库功能，支 持c s c d 对大量售患豹调用和健输。 ( 4 ) 面向对象技术。建立网上共享产品对象必须利用面向对象技术，将协同开发中的产 品数据与功能方法栩绍合，即把某一产品数据和相关产鼎或操作的集合在一起进行封装，便 予嘲上传瀚帮共享。 ( 5 ) 异地协同工作技术。女l ：l n e tm e e t i n g 、e m a i l 、a g e n t 技术、c o r b a 技术等。 ( 6 ) 协同r 作中的冲突消鳜。在c s c d 中，冲突不可避免，只商有效的对冲突进行管理， 摇供合适的冲突消解方法，才能支持c s c d 顺利进行。 2 3 协同e a d 系统模墼 谤目c a d 系绞篷蓊月设诗瓣实瓒。 其，它继承了传统c a d 蓉统靛攮点，遂建圈籍联 系能够实现多个c a d 系统协作设计。 2 3 1 传统c a d 系统模型 传统瓣c a d 系统包含硬件与软件两大部分。硬件部分由图形输入设器、豳形霰示设备、 图形绘制设备等组成。软件部分则由系统软件、应用软件组成。 转统的c a d 系统豹应用款搏摸型包含四犬援块：参见圈2 - 1 。 图形用户接口：负责处瑗用户与c a d 应用程序之间的对话和交互，慧c a d 应用程序与 用户、操依系统之间的输入输出接口。 ，l 何造鼙功畿耩涣：提供，l 簿造型功麓靛瓣序包，圈嚣瑁户骥舀通过藏沼程廖接酲( a p i ) 调用几何造型功能模块的函数功能。 图形显示功毙摸块：受黉存姥帮管理产掮数据模型。 产品模型数据席：提供2 d 3 d 图形显示功辘的程序毹，圈形辩= | 户铵碍避过应用程序缓暖 ( a p i ) 调用图形显示功能模块的函数功能。 焉户通过鼠标、键盘等输入设备向c a d 系统输入信息，c a d 系统利弼显示嚣来反僚擦 作结果，最终实现c a d 系统的交互。 7 西北工业大学硕上论文 用户输入屏幕输出 撵捧系统 图形用p 接口 l 。“。r 一一r 一一“ 殛蠹 ：章霸 一j 一一一 、。 产品模型数据库 e a d 系统 强2 - 1 馋绕c a d 系统逝塌软件搂墅 2 3 。2 网络协同c a d 系统模型 由于传统的c a d 系统已经能够提供强大的儿何造型功能，在网络协同c a d 系统中将 充分利嗣箕，l 传造型功靛。用c l i e n l s e r v e r 瓣结擒来实现网络协同c a d 系统摸臻，参冕 图2 - 2 。网络协同c a d 系统模型将图形显示功能模块剥离到客户端，而将几何造测功能模 块部署在疑务器端，著且在服务器端共享同一产晶摸裂数攥痒，以此镶涯产瑟模型数据的一 致性。 i 二军 r 。圃f 川 磊藩 ，i b 丢纛氦云 、一一i 7 。j 、j 一t - m e 、 l：。：翌竺 j ，瓢 一l ! ll 凡俺造鼙姥能模块； l j | 产品筷篓数据库 | 圈2 - 2i u 卅络协同c a d 系绕模型 鞯户端遂过胬形耀户按强实现入梳交互，群通过嚼络与服务器转发瀵惑来实现协同设计 用户之间的人人交互。 网络蜘尉c a d 系统区别予搀统c a d 系统之处在于嶷现了人人交互、共享工作空闻、翊 户群体性、动态性和弗行性等特点。 人人交互：人人交互是基于c s c w 的c a d 系统隈别于传统c a d 系统的本质区别。传 西北工业大学t x - i z 论文 筑c a d 系娩盼人# l 有两种情况，一种蹩单机环境，蜀种分布式环境。这两i c a d 视 交互方式都是以工作内容为中心，仅仅获得是种“所见即所得”的人机圈形通讯效果。而 基t c s c w 熬c a d 系统囊 醛导的夫入交互徽搦“戳人为率”，不仅要支持传缓c a d 的“爨 见即所得”，还要解决计算机支持的通讯协作问题，获樽一种“你见即我见”的透明协作效 果或者“你见也许即我见”的明确协作效果。 共享王作空闻：共享：【作空阔蔗c s c w 中秘重要概念，它麓指参与共嗣任务静协作个 体之间通过c s c w 系统的j ：作界面对群体资 i 5 进行的凝享而不离开自己的：r 作地点。 蠲户群体性：憾鲮c a d 系统瑙户豹基本糖发是个人，其所谓的多用户是多个蓉本上没 有霞接联系的个人。i f , i c s c d 系统刖户的基本粒度是个特定的群体，群体中的个人有着 明显的合作关系。因此，c s c d 中多阁户概念则是指多个群体，多个群体分别在备自的兆 享工作空阐上姨事务塞瑟协潮设诗。 动态性与并行性：用户的群体性也决定了其成员的活动是动悉和并行的，成员应该能够 随时加入到系统中米，也能随时退出系统；多个成员可以在一致性维护和并发控制手段支持 下阊时、并行避 ：谗甭不会产生冲突。 正是由于这些特点使得网络c a d 系统打破传统的串行设计方法，将锌设计人受紧密地 联惹在一起，楚之其套对设计闽题进行实霹交溅戆毙力，在共享：作空闽中进行 季沦、决策 和定性分析的支持，使得在协同设计的过程之中能够早发现和解决问题。此外，在多个学科 的专家共同决策问题对，有利于缩短设计周期、提高设计质量。 2 3 3 协同浏览、批注、查询系统框架 网络协简c a d 系统内容庞杂，涉投到许多关键技术，本论文选择了其中的浏簏、批注、 裔询技术加以深入研究，弗实现了协闸浏览、批注、奇询系统。协同浏览、批注、查询系统 慕灞b s 豹结蜂寒搭建。系统藏功韪绫毒霉土捌分为三个攫凌：表承痿、蹙务逻辑瑟葺瑟数据链 理层。系统的总体框架参见豳2 - 3 。 表示艨：表示烘主要负资模型数据的表示以及用户的交互。出于采用j a v aa p p l e t 技术 使得客户端实现零安装，著髓可醣挺菇客户端的跨平台性，壹搂遗过潮楚嚣访阀w e b 熊务 器就可以下载客户_ l 6 j 的小应用程序。根据数据的不同类型，本层在与业务逻辑层通信时利用 了嚣彝连接的s o c k e t 簧辕 ! ；惑数据，秘蠲h t t p 蛰议佟竣摸型数据。这 莘殛嫖谣r 港息数 据的可靠性、实时陡，也保证了多用户并发访问模烈数据的稳定性。 业务逻辑层：业务逻辑屡主要负责具体应用的处理、消息应替以技协同会议的管理控制。 本瑶院较笺象。撮糍功穗霉叛分为：渡意服务器、事务稼务器、w e b 摄务器三六部分。箕中 w e b 服务器是表示朦的核心，它将信息组织成超文本，通过超文本标记谮青( h t m l ) 和超文 本传输协议( h t t p ) 实现与浏览器客户端的交互：客户端戆程序瓣台相关的消息服努器、事 务服务器实现业务逻辑。 数据处理层：数据处理屡由数据库服务器的数据库瞥理系统d b m s 以及相关的c a d 软 传蓉缝采绸或，受羹管理对数据蓐数蟾戆渎写撩馋。 本节只给出了协同浏览、批注、瀚囱系统的总体框浆，对于各个模块的详细设计与安现 将在后续的章节中邂步分折介绍。 9 两北l 业丈举顾士论文 2 4 小结 表示层 测熊器 1 一j l 鋈i 繁l | 篙 | l 蠹孟i 1 1 一! 辈j l ”一l 一 _ 二= 【= = ：二 二二二 艘务逻辑屡 消息服务船i h b 服务罄 奉章介绍了网络c a d 协褥设计的褶关研究领域，齄簏提出了协同测赞、批注、悫海系 统模型。通过比较传统c a d 模型与网络协同c a d 模型的特点，可以看剥以网络为中心的 秘嚣设谤方法正在 缓簧绞戆率蜇设诗方法，为多学毒萼熬专家遴露罄嗣设计、共享蹬诗惑想、 激发设计灵感提供了可行的解决方案。这些理论模型为论文的避步展开奠定了熬础。 1 0 西北工业人学硕十论文 第三章基于特征的产品模型信息表达 3 常用产品数据交换彦法 随着计箕枧辅助几何造曩! 技术豹发展，各种c a d 、c a m 、c a p p 系统程机械囊造、航空 虢天、造船、电子、建筑等行业得到广泛的应腭。企业肉，部门分- e 明确，部门与部门之闻 的数据信息交换频繁，特别是对于所设计或制造的产品的外形数据、装配层次关系信息等。 毽溺时蘩多瓣e a d 、c a m 、c a p p 系统鸯蓑嚣囊_ 誊臻熬傣惑娃理避箨，镀鼗之 霉约蔽垄定义， 襄现手段和存取方法均有差辨，信息滩以实现共享”。 为了解决数据交换与共尊的问题，有两种方法可以采用： 童接数据转换：直接在两静系统之闯徽辏蘩瑷秘，构造摸登之闻鹣映蘩。魏方法转 换的模型精确，但是成用范围有限。而且由于大多数的系统开发公两 于商业利益的 蒙隳，郝不公舞详细的内部数摄模型接述资料，这绘壹接数据转换譬来攫大困难。实 际的应用中，模型数据的双向传输经常会发生缺失，需要对转换的模型做修补。 标准数据转换：构造一种标准的模型描述方法利用中性格式来描述。 许多磷宠祝构与专韭纯 鸯数据转换公魂都 睾了丈量豹磅究与澍定工圣霉，氇产生”f 许多搽 准。例女f i i g e s 、d x f 、p d e s ，以及产品数据袋达与交换标准s t e p 。 利用这些国际撂准，各种c a d 系统通过备自的数据转换接翻将其内部的模型数据信息 转换为符台所选标准的中性文档描述文件，速行交换时又通过箨翁的数据转换接蜀将这些串 性文档的数据读八系统并转换为各自的内部数据模型格式。因此只要不同的c a d 系统支持 弼一耱数撰交换标建，裁可窭现c a d 系统之溺秘鼗据交换与共事。参见鲻3 一 。 s 1 ) 1 1 【j 毗w k 8 p 1 0 e ， c a t i a 幽3 - l 异构c a d 平台数据交换示意图 d x f 、1 g e s 、s t e p 等搿际标准豹澍定正麓为了满避产品数籀交换霸共享斡要求，侄最 它们又都有着各自的局限性。随着异地化协作设计方式的广泛麻用，在协同浏览、协同批注、 羚弱查询、远程决繁等镶域对数据交换标准提出了一些鞭麓要求： l 、反映模型的外形几何的数据需要有w e b 使能特性； 2 、数据量小或便丁压缩，能够饪现有带宽上进行快谜网络传输： 3 、格式篱蕈，便于筏选及解褥； 4 、不依赖于任何独立系统，具肖跨平台性； 5 、毡含模型豹外形、特征树、装配关系以及j # 凡德的特链信息。 为了满足这些要求，本文提出了基于特征的产品艨次模警并利用x m l 技术实琥了校 型信息表达，r 面逐一详细介绍。 ， ，嚣鬯 t f 西北d 止大学颁f j 论文 3 2 基于特征的产品层次模型 3 2 1 产晶模型层次关系 由于在协同工作环境中，大多数需要交流设计概念的情况都是针对旋配件来避行的， 而且产品也是基于单个零件劁孑装配体到装配体逐步搭建起来的( 参见圈3 - 2 中| ! i 勺零部件 瑶) ，所酷产品模型瓣定义应该甄装配麓次来麓歼。层次模雍斡优点在予熊够方矮豹表述装 酉已体的层次关系。 线集面箍 几何层 一二一一一一二一， 幽3 - 2 几何信息分层模! i ：! 一个宪整戆产黯信惠氢摇豹瘫寨缓多，敬产磊凡舞没诗除菠主要毽撂产晶尼霹属蛙、 物理属性( 质量、材质等) 以及零件间的装配几何约束关系等。本文根据产品几何信息、装 配几何约束关系的不同抽象程度，将其分为零部件层、特征层、几何层。 零部节 屡：娃憨装配俸为穰苇点，零停为基本节点， 包含了零件名称、零件的全局标识号、零件的各种属性信 息、零件与零终之间的装配凡何约哀关系。 特征朦：以零件为父节点，特征为基本节点，包含了 特征所属零件的全岗标识号、特征名称、特征的全局标识 号、特短类型、将程参羲、将短定穆等待薤穰怠。 儿何层：以特征为父节点，点、线、面为基本节点， 包台了点、线、磊所雇特征的全竭标识号，点、线、西的 筒部标识号，点的嫩标、线的灞点垒乖器以及面的三角蟊片 数据。 各屡之间运过撼瑷号避持跌越来建立咒秘设诗除毅 产品模裂的层次关系，参见阁3 - 3 。 2 $ * 堪 。、，一。j 1 w 。 誊鞲鳓j * i 1 1 i 。y ! , 、。1 j 、 、 ，r y f i ￥纠。 一二。：。一量二。 i 鞲麟篓 n m 0 jo ：。分 。t 琢 n 气：i “ 熬3 - 3 产品模型墨谈默甜关系 【! i 北工业大学坝i _ _ 论文 3 2 2 零部件层 装配体是一组具有相互约束关系的零件集合，描述个完整的装配体，除需要番个零件 的信息外，还需要零件问相互关联的性质和结构，因此，装配模烈j 匀较完糕信息包括三个方 甏：零伴德患；装越俸中零件之闰的壤次荚系；确定装配中零朝：位置嚣 方秘的装醚笑系。 3 2 2 1 模型零件装配树 装配体可分解成不同愿次的子装配体，子装配体叉可分解成若干子装配体；阿l 嚣个零件。 袈配体一般指机械产品，子漱配体是指部件。通常把零件、f 装配体、装配体之间的这种层 次关系壹观地表示戏一裸壤翟零咎装醚瓣，翔掏3 - 4 联示，挺瓣禳节点楚装配锩，爨繁点 魁组成装配体的备个零件，中间肖点则是子装黼体。装配树的层次关系体现了实际形成装配 体的装配顺序，同对i 旦表达丁装配体、子装配体及零件之间的父、子从属关系。 渊 t 零件 隧j 零件， 零粹 融 零件 零件t r 零锌，零搏 藿萋冀豳一毋 i 霉i i i 藏麓! ! ! ! 鎏i 一雩：搏 雩譬 嚣蕾盐童_ 二= _ 茹 、零件零件 零韩 圈3 4 装配树结构 模型的零件装配层次数据结构如图3 - 5 所示。其中的点、线、面集属性是为了与特征 屡的点、线、面构造映射丽设计的，这样就可以将零部件层与儿何层联系起来。 为了输造层与瑟之闻静关系本文经蠲了栎谖号来避行皎辩。标 号楚播透u g 数字模 型中对象的字符串。u g 数字模型分为零件模型和装配模型，其中零件模型在其物理文件中 镶存了零件所包食的所有对象的h a n d e l ，蕊装b 模型中只存放了参与装酝的零转疆针。丽 程装配模穗中，参与装配的零件所包含的对象| 句h a n d e l 号，麓在装配擦懋加载的过程中动 态分配的，因而在装配模型的不同s e s s i o n 中，同一对蒙的h a n d e l 号可能是不同的。本文构 造蕊远程悫谗是根撵模型数攥生或摸块撵褒瓣对象探识号采遴行囊诲豹，为了确像特查询煎 对象的正确性，查询与模酗数据生成模块必须是在同一s e s s i o n 中进行。 本文将零件模型中每个对象固定不变的h a n d e l 号称之为局部标识号将装配模型中为 簿个霹象动态分配的h a n d e l 号称之为全局标谈号。亩予一个装配摸囊中可髓包禽多个穗丽 的零件模型，为了减小数据冗余，只需要存储一份零件模型的信息( 例如：零件外形信息) 鼯霹。通过全局标识号可以在装配摸裂孛确定唯一静对象，著虽研根据全岗标识号辑关联熟 鲻部标识号查找刘该对象所对应的零件模壁僖怠s 根据予装配体( 零件) 全局实例标识号与所属( 子) 装配体全局实例标识号( 父。竹点 鹳标谖号) 藏霹鞋慰至l 装配体、孑装酝蒋秘零搏之润麓父、子扶麓关系，觚焉遂过数据爨鞠 恢复出树形结构的装配体模型零件装配树。 西北工业太举倾士论文 图3 - 5 零件裟配层次数据缩构 按黧翻3 5 繇示装配接次关系，可叛缛劐招f 的鼗攒结秘： p u b l i cc l a s sc s u b k s m s t r i n gms n a m e ；子装配( 零件) 名 s t r i n gms h a n d e l ：子装酉已体( 零件) 实例标识 s t r i n gms p a r e n t h a n d e l ：掰_ | | 墓( 予) 装配俗安恻据识 v e c t o rmv f e a t u r e = n e wv e c t o r ( m a x f e a t u r e s ) ：零件所包含的面集 v e c t o rm = () ： 零件所包含的点、线集_ v f e a t u r e 2 d n e wv e c t o rm a x f e a t u r e s d o u b l em = 】：垒标交换矩阵_ d t r a n s f o r m r t e wd o u b l e 1 6 3 ，2 2 2 模型装配关系 装酝关系也包锤嚣个方嚣翡是容； 1 、确定装配体中零件相对位置和方向的定位关系； 2 、彤戏装配体的各个零件参与姨配的局裁i 几何对象之间韵几锕约柬酲合关系。参见图 3 6 。 图3 - 6 装毪b 几何约束关系实例 常用的几何约寐配合关系有【j w ： 面贴合蕊个面的顽涟矢方向相反，两个面位i ：嗣一匾上， 装配) 是指莫辅线对齐。半径穰等；澄衽囱沟法炙方向褶菠。 面对齐两个面的面法矢方向相同，两个面位于同一个面上 轴线对_ 莠，半径相等。 线对齐孔轴类的中心轴线在同一支线上。 角度两个物体的一对表面法矢相筹一个角度。 1 4 对于捌圆柱面( 即孔辙 对于到圆柱面是指其 西北工业大学硕士论文 距离两个平行的线、两个平彳j = 的面i 囊及两个平行的线瑟之间的蹬离。 对称一两个物体关于参考对象的对称配合。 翅溺嚣个椽律籀甥接舷鲢装怒。 由于有的装配模型只是给定了一个零件的大概装配协置，具体的装配几何约束关系还需 要召开协网会议进行讨论。所以本文将零件的搬标变换矩阵放在了零件装配层次数据结构 中，即使零忭之闻没有凡俺约束关系仍然能够辩零件送行定谴。 配合关系参数 一一| 鹜3 7 装懿尼辩辫策关系数措结构 配合关系的约束是指一个组件剑组件的约柬，即通常所说的组件a 配合到组件b ，则称组 搏a 为主动组 譬，缌传8 为被动缀 牛。被动组件在装配空间中的位謦鲴定，瓣主动缀件将交换 l 满足约束关系的位置上p ”。图3 7 所示数据结构中，妊同心约策时需要阁到第二主动组件 与第二被劫组件。在配合关系为相对鹧己合时，目a 台关系参数即为相对的距离。 3 2 3 特征层 3 2 3 i 特征的定义与分类 装链楚在产赫生鑫周期各狳段溪凌中，麸一定耋亟象洪次上捺述产晶黪偿患巢躐籍识辩j 。 用特征描述的产品信息模型麒有形态、材料、功能、规则和约柬等内容，并且是可量化的。 特征般可划分为如下几类： 形状特征：擒述一定工程意义海功麓死僻形状赣怠。形状特征叉可分为主澎状特鬣 和辅助形状特征( 简称为主特征利辅助特征) 。主特征用于构造零件的主体形状结构，辅助特 援渊予对主特薤蛉鲻部修饰( 妇捌是、逮刃撼、中心i l 等) ，它辫细子主特征之上。当然弱勘 特征也可以附加于另一辅助特征之上。 精度特征：用于描述零件的形状位置、尺寸和粗糙度等信息。 餐瑾聿寺薤：蠲予捶述零终麓繁瑾售患、魏标题携望豹零镁+ 名、冒号、援鼙、设诗蓍、 日期等。 技术特征：刚于描述零件的性能、功能等。 材料特征：糟于描述零件材辩酶纽分和条件，如性能撬范、热处理方式、表面爱璜 方式与条件等。 装醒特薤：遥 表达零转在装配过程中嚣爱羽鹣售惑。 实际虑用时，使用形状持征和与这一形状相关的依赖于应用领域的工程语义来描述产 晶模型。幽此可见，形状待征是特征技术的基础，是特征造型主錾的研究对象。而在协同浏 西- j i m 业夫学砸：p 论文 览中，模型可视化的关键就在于形状特征的表遮。 3 。2 3 2 基于历史静模型特铥树 在产晶设计阶段，设计人员进行建模时使用设计特征来表达设计意网，从功能的角度 撼述零件的构造。这种功能的实现最终将反映到模型的，l 何形状j ：。为了使参与协怍的设计 a 虽充分娩了解模搿的结构，模型斡特征稿楚禳重要的种信息源。 本文采用了基于历史的熙有非冗余的模型特征树表达方法。基于历史的模型特征树( 参 霓蛰 - 8 ) 在提节纛下只有一层特征时节点，娜节点颞序只播逮了特征造爱对特征生成兹先 后顺序，并不反映特征之闯的依附关系。基于历史的模型特征树，能够反映造型时的特征添 加顺序，而且在存贮结构上也更加简单( 参见髑3 - 9 ) ，便于网络上的传输。 鏊疆鋈鬣薹篓薹薹薹 1 8 ” i 日3 c v l i r ( 1 ) ih g ：警轧斟o 1日圆b l e m ( 4 ) 卜匦靴一 l 圈3 - 8u g 中基于历史的模型特征树 3 2 4 几何层 躅 - 9 模型特征树数揣结构豳 几何罄记录了点、线、词的几何拓扑信息，是整个基于特征的产品屡次模型的基础。出 于阉一个装配体中可能包含参个相同的零件，对于零件的特征、几何外形等相同的信息只需 蕊存储一次即可。弼为了唯一确定死辩的实例，在零帮件层则需存储点、绫、萄等几何静变 例标识。这种处理方法避免了特征层与几何层的重复，也使得特征层与几何层的结合更紧密。 见秘层的数攘结构觅图3 - 9 。 由于本系统几何外形的信息