（计算机应用技术专业论文）基于com的三维标准件库的研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 作为一种特殊的信息管理解决方案，标准件库软件系统主要是管理设计过程中产 生的零件数据，不仅包括零件的尺寸数据信息，还包括零件设计数据等多种设计信息， 并提供手段帮助后继设计工作调用这些数据信息，从而简化了设计工作中的重复劳 动，提高了企业的产品设计效率。 通过分析现有标准件库的状况，研究标准件库的相关技术，包括协同设计，零件 特征造型及特征编码技术、零件自动生成技术、c a d 零件的文件格式等的等，将 w i n d o w sd n a 结构，c o m 及c o m + 技术应用于标准件库系统，构建了一个开放式的 多层结构的系统。这样可以提供一个完整的零件信息管理平台解决方案，即作为设计 工作的基础数据平台，管理设计过程中产生的大量数据，也可以为协同设计的各个部 门提供数据。此外，这个系统架构是一种开放式的框架，通过c o m 技术封装标准件 库中的重用部分，结合底层数据库系统提供一个稳健的底层平台和一系列标准开发接 口，向开发人员提供了标准的调用方式来调用零件信息，使之可以如“搭积木”的方 式构建新的应用程序，具有很大的扩充性，可以为将来提供各种新的零件信息应用系 统，或者可以为各种大型的c i m s 系统，p d m 系统提供零件数据。 根据以上研究思路，作者采用v c + + 和a c c e s s 数据库，实现了产品级别的系统 i n t e 3 d l i b ，并且已经大量出售，广泛应用于各行业的设计单位。 关键词：三层结构，组件技术，标准件库，协同设计，特征编码 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t a sak i n do f s p e c i a lm i ss o f t w a r e ，s t a n d a r dp a r tl i b r a r yi sm a i n l yu s e dt od e a lw i t h t h en e wp a r ti n f o r m a t i o ni n d u c e di nt h e p r o c e s s o fd e s i g n i n g , s u c ha 5d a t ao fp a r t d i m e n s i o na n dt h o s eo b t a i n e dw h i l ed e s i g n i n g ，e t c i ta l s op r o v i d e sw i t hs o m es i m p l e m e t h o d s ，w i t hw h i c hi th e l p st h es u b s e q u e n td e s i g n i n ga v o i dt h er e p e a t e dt a s k si nt h e w h o l ep r o c e s s ，a n dh e n c e ，i n c r e a s et h ee n t e r p r i s e s w o r k i n ge f f i c i e n c ya n da m o u n to f f i n i s h e dp r o d u c t s o n a n a l y z i n gt h ep r e s e n ts t a t u so f s t a n d a r dp a r tl i b r a r ya n ds o m er e l e v a n t t e c h n i q u e s ， s u c h a s ，c o o p e r a t i v ed e s i g ni nm a n u f a c t u r i n g , f e a t u r em o d e l i n g a n d e n c o d i n gt e c h n i q u e so f t h ep a r t s ，a u t o - b u i l d i n gt e c h n i q u e s ，f i l ef o r m a to fc a d p a r t s ag e n e r a lp l a t f o r mb a s e d o n c o m + t e c h n i q u e sa n dw i n d o w sd n a s t r u c t u r ei sp r e s e n t e dt os i m p l i f yt h eb u i l d i n go fa n o d b m s ( o p e nd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) a d a p t a b l et ov a r i o u ss t r u c t u r e s t h u s ， w e 1 1 p u tf o r w a r dt h es o l u t i o nt ot h ep a r tl i b r a r y , w h i c hc a l lf u n c t i o na st h eb a s i cd a t a p l a t f o r m t ol o t so f m o d e l i n gs y s t e m sa n da l s od e a lw i t ht h ed a t ai n d u c e d d u r i n gt h ep r o c e s s o fd e s i g n i n g ，o rp r o v i d ei t sd a t at od i f f e r e n td e p a r t m e n t st h a tc o o r d i n a t et h e d e s i g n m o r e o v e r , t h i ss o l u t i o ni s a 1 1 o p e nf n t l r l e i te n c a p s u l a t e st h er e p e a t e d l y - u s e dp a r t so ft h e s t a n d a r dp a r tl i b r a r yv i at h ec o m t e c h n i q u e s ；t h e nb y t h eb o t t o md a l a b a s cs y s t e m , i t p r o v i d e sa s t a b l eb o t t o mp l a t f o r ma sw e l la sas e r i e so fp r o g r a mi n t e r f a c e s , w h i c h , h e n c e ，p r e s e n t st h e p r o g r a m m e r s t h es t a n d a r dt r a n s f e rm o d e l sa n d p a r ti n f o r m a t i o n t h i s c a l la l s om a k ei tc o n v e n i e n t t os e tu pl o t so fn e w a p p l i c a t i o n s ，p r o v i d i n gv a r i o u sn e wp a r ti n f o r m a t i o ns y s t e m s ，o ro f f e r i n g p a r t d a t at od i f f e r e n t l a r g e s c a l ec 1 m s a n dp d m s y s t e m s t h es o f t w a r ei n t e 3 d l i bw a sm a d ew i t ht h ea b o v e p r o j e c tw h i c h h a sb e e nl a r g e l yp u t i n t os a l ea n d b r o a d l ya p p l i e d t ov a r i o u sd e s i g n i n gd e p a r t m e n b k e yw o r d s ：w i n d o w sd n as t r u c t u r e ，c o mt e c h n i q u e s ，c o o p e r a t i v ed e s i g n s t a n d a r dp a r tl i b r a r y , d e s i g ne n c o d e i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者始刻j 鬯 日期：如_ 畔年午月2 6 ，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于， 不保密日。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名纠瞎 日期：烨牛月巧日 考死辛 b 瓤：卿年岛具z 6b 华中科技大学硕士学位论文 1 1 课题的提出及意义 1 绪论 计算机辅助设计制造工程技术( c a d ，c 舢州c a e ) 自问世以来已经极大的促进 了企业的产品开发工作，并进而对社会产生了不可估量的影响。1 9 8 9 年美国将 c a d c a m 技术评为过去2 5 年帕1 最杰出的工程技术成就之一。a s m e 又把它作为2 0 世纪最伟大的技术之一 1 一】。 随着c a d 技术的不断发展及其在工业领域的深入推广应用，产品的设计生产方 式己逐渐从传统的依靠手工绘图进行设计，大批量生产降低成本这一模式转向使用计 算机辅助设计，为用户提供灵活、方便、快捷、小批量产品的新模式。同时，产品的 功能和结构日趋复杂，产品的更新换代周期不断缩短，使得产品设计在产品的整个生 命周期中占据了越来越重要的地位。在产品的整个生命周期中，产品成本的8 3 以上 在产品的设计阶段被决定，而设计本身所占有的费用仅为产品全部成本的7 以下。 由此可看出产品设计在产品开发过程中处于相当重要的地位d “】。 当前不断加剧的竞争压力和用户对产品越来越高的要求不断的促使企业在其产 品生命周期的各个阶段提高自己的效益。竞争要求企业改善甚至变革它们的生产模 式，以保证自己的产品更富有竞争性，能够尽快地进入市场，并力争获得最大的利润。 在这种背景下，先进的制造概念、生产组织模式，如集成制造( c i m ) 、并行工程( c e ) 、 虚拟制造( v m ) 等纷纷出现，帮助企业不断提高产品设计效率。 在设计制造过程中，随着新产品设计需求的增加，会使用或者产生大量的零件数 据。这些数据如何产生和调用，如何充分的利用并为以后的设计工作进行服务，使用 何种存储方式进行组织存储并进行有效的管理等问题成了当前产品设计领域一个热 门研究方向。 标准件库作为一种信息管理解决方案，可以管理设计过程中产生的新零件，不仅 包括零件尺寸加工数据，而且包括零件设计数据等多种信息，并可以提供简单手段帮 助后继设计工作调用这些数据，简化了设计中的重复劳动，可以很好的提高企业的产 华中科技大学硕士学位论文 品设计效率。 本文研究的目标是开发一个完整的零件信息管理平台解决方案，不仅可以作为设 计工作的基础数据平台，管理设计过程中产生的大量数据，也可以为协同设计的各个 部门提供数据。并且，本解决方案提供了一种开放式的框架，通过建立一个稳健的底 层平台和丌放各种开发接口，向开发人员提供了标准的调用方式调用零件信息，使之 t 可以按照“搭积木”的方式构建新的应用程序，从而具有很大的扩充性，可以在将来 快速的开发各种新的零件信息应用系统，或者可以为各种大型的c i m s 系统，p d m 系统提供零件数据。 本文的研究工作来源于国家高技术研究发展计划( 8 6 3 5 1 1 9 8 4 2 0 0 3 ) 和国家“九 五”c a d c a m 攻关计划的支持以及天喻三维c a d 软件零件库模块的研制需要。 1 2 国内外相关技术研究状况 标准件库系统作为c a d 系统的一部分，牵涉到很多方面，下面逐一介绍国内外 各个方面当前的发展状况。 1 2 1 当前国内外标准件库现况 ( 1 ) 二维标准件库。 国内= 维标准件库建库的工作已经开展了很长时间，并取得了丰硕的成果，在不 同的二维c a d 平台上建立了一大批技术成熟的系统。这些系统按照平台的不同可以 分为两类，类是基于a u t o c a d 平台，还有一类是基于自有版权的c a d 平台。其 中绝大部分系统都是基于a u t o c a d 平台，如华中软件公司的i n t e p a r tf o ri n t e c a d ： 只有少部分基于自有版权c a d ，如开目公司基于开目c a d 的标准件库。这两类系统 经过长时间的客户使用和再开发过程，都已经比较成熟，可以满足大部分铝4 造企业的 要求。 大部分二维标准件库选用a u t o c a d 作为基础c a d 平台是有内在原因的。其一， 作为一个成熟的产品，a u t o c a d 提供了功能丰富的二次开发接口，为开发人员提供了 有力的支持，开发人员可以在上面较为容易的实现二次开发功能。其二，a u t o c a d 平 台用户多，需求量大。a u t o c a d 作为全球市场份额占有率最高的二维c a d 软件，其 华中科技大学硕士学位论文 用户遍向各个行业的各个阶层，用户数量之大是其它二维c a d 产品无法比拟的。其三， a u t o c a d 的文件作为一个标准，可以在不同的c a d 平台上直接使用而不需要转换。 a m o d e s k 公司的a u t o c a d 软件占有很大的市场份额，其产品标准虽然没有被正式认 定为因际标准，但已成为了事实上的国际通行标准，全球所有的二维c a d 系统都支持 d w g 文件格式，不需要转换就可在其它二维c a d 系统上读取和修改a u t o c a d 的文件。 二维标准件库系统的开发方式一般分为两种：基于a u t o c a d 平台的系统，主 要利用a u t o c a d 平台的二次开发接口，单独开发一个应用系统，这样可以在不启 动c a d 系统的情况下生成零件文件；另一种是和用自有版权c a d 的代码，大多采 用直接丌发一个功能模块添加在c a d 系统中。两种方案各有利弊，第一种系统设计 简单，结构清晰，应用方便，但在技术上有较高的难度，需要对a u t o c a d 软件有 较深刻地认识；第二种方案破坏了原有c a d 系统的结构，在系统设计上要冒很大的 风险，但是出于在自有的c a d 平台上开发，熟悉c a d 平台结构，技术上风险较小， 符合国内当前技术发展水平。 ( 2 ) 三维标准件库。 三维c a d 的产品很多，从较常见的中高端产品如美国的u g ，达索公司的c a t i a ， 低端产品如s o l i d w o r k s 等。每个产品都是针对某一细分市场进行设计开发的，不会 也不可能兼顾到市场的所有方面，造成了没有一个产品可以像a u t o c a d 那样对三维 c a d 市场进行垄断，而且每个c a d 平台都有自己的文件格式，互相不能兼容，所以 三维c a d 的文件标准繁多且不统一，缺少一个公共支持的标准文件格式。在这神情 况下，欧洲一些国家联合提出了s t e p 文件格式，试图为设计、制造、检测等诸多环 节提供一个标准，但是，由于它所提出的时间不长和不完善性，还需进行更进一步的 研究，刁能够满足实际设计过程的需要。 国内三维标准件库建库的工作已经开展了段时间，取得了一些成果，在多个三 维c a d 平台上建立了标准件库。如在c a d d s ”，c a t i a l 6 ，u g 7 1 ，m d t i8 1 ，i - d e a s 9 l 等c a d c a m 系统上开发了标准件库，东北大学欧磊公司则在s o l i d e d g e 上面用其自 动化接口丌发了标准件库。除了东北大学欧磊公吾) 的系统形成了产品以外，这些标准 件库系统多是试验性系统，或者是某些学者的试验性成果，其系统研究目标是实现标 准件库的功能，而不是形成产品。这些系统大都不怎么成熟，仅仅是实现了利用二次 华中科技大学硕士学位论文 丌发接口实现标准件的功能，缺点非常突出。比如： 提供的零件种类非常有限，不能全面地提供符合某一标准的零件； 没有经过用户的实际使用测试，系统非常脆弱： 系统编制过程随意性很大，没有严格的系统分析和系统设计； 仅仅实现单机版本，不能满足协同设计和并行设计的需要： 系统结构脆弱，不具有扩充性，无法满足耒来可能增加的需要。 在国家经济大发展的背景下，为了提高本企业的竞争能力，国内大中型企业逐步 丌始重视制造业的设计工作。在普及使用二维c a d 系统的基础上，企业已经开始使 用三维c a d 作为其主要设计平台，并将大多数装配设计和仿真工作转移到三维c a d 平台上。由此，标准件库作为三维c a d 最重要的附属产品，它的需求量也跟着加大。 但是目前国内的标准件库系统多为试验性软件，面对日益增长的市场需求，无法提供 令客户满意的产品。 国内的三维标准件库和二维标准件库大都是采用的分模块按功能开发的研发方 式，主要作法就是将一个系统按照功能划分为多个模块，以模块为单位进行分组开发。 这种做法的好处就是针对某个c a d c a m 平台的标准件库系统开发劳动量小，缺点 就是每一个标准件库系统只能在对应的c a d c a m 平台上使用。如果需要更换 c a d c a m 平台，标准件库系统需要全部重新开发，设计人员需要重新进行软件使用 培训，造成极大的浪费。 就其功能而言，每一个标准件库系统都包含数据库和数据库管理两个部分，而数 掘库部分和数据库管理部分中只有极少数功能与具体的c a d c a m 平台有关系。数 据库管理部分的其余功能如数据管理和权限管理等，均与具体的c a d c a m 平台无 关。实际上，在不同平台上的标准件库系统中，系统对这些功能的要求完全相同。然 而在丌发新系统的工作中，由于开发语言，编译环境等不同，这部分代码对不同的平 台都要重复编写，从而造成代码重用度低，开发过程重复劳动过多。 国内的一些二维标准件库系统已经采用了分层技术，将标准件库系统的应用从单机 扩展到了网络，如孟宪福，崔建国的基于c o r b a 分布式零件库系统设计与实现， 提供了一种在局域网条件下的基于a u t o c a d 的建筑标准件库的设计方案。 华中科技大学硕士学位论文 1 2 2 协同设计 协同设计1 是通过产品生命周期各阶段相关人员之间的协作来共同进行产品的 丌发。协同设计过程中，由产品生命周期各阶段相关人员组成协同设计组，其目的就 是要优化机械产品的功能，减少生产和装配成本，并确保能经济简易地提供产品服务 和维护。防同设计应综合考虑包括供应商和消费者在内的产品生命周期中设计、制造、 装配、测试及维护等各个不同环节的影响和相互制约。 tlt lti 产品礁计瑷计括童工芑阚划生产寞 卑 ( a ) 传统的i 同事开发梗式 ( b ) 现有舸并行开发梗式 ( c ) 正在出现的、未来的并行开发模式 图1 1 几种开发模式 最仞的并行丌发模式中，工作组的成员均来自同一地点，图1 1 中( b ) 。组内以草 图和设计图纸等形式捕捉并记录设计信息，并在组内进行交流。随着计算机技术和通 信技术的飞速发展，近年柬，出现了一种新的趋势，产品开发活动更经常地是在异地 的、甚至跨企业的设计团队中进行。企业外的力量不仅向其提供它所需要的生产能力， 也向其提供某些产品开发成果。为此，产品开发各个阶段、各种开发活动问的信息交 流和协同要进一步加强。在这种情况下，不仅是产品本身的设计信息，与产品制造过 程有芙的过程性信息也成为产品信息的重要部分并将在新的产品开发模式中发挥非 幽龋 雌 、呶龋 i 华中科技大学硕士学位论文 常重要的作用。 1 ) 计算机支持的协同工作技术 信息化社会中人们工作的特点是群体性、交互性、分布性和协作性。计算机支持 的协同工作 t 3 1 ( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ：c s c w ) 技术和系统的发展正是 适应了信息社会中人们工作方式的上述特点，因此被认为是未来社会中广泛采用的技 术| 8 j 。c s c w 是在不同计算机上的多个用户分工协作，共同高效地完成一个复杂的问 题这一新工作模式的要求下而被提出来，并越来越受到人们的重视。因此，面向并行 工程的计算机支持的协同设计是实施并行工程的重要方法之一，也是今后发展的必然 趋势。 文献1 4 将计算机支持的协同设计研究的关键技术归纳为以下三方面【“i ： ( 1 ) 基于共享对象的协作：设计文档是系统中的共享对象，通过支持对共事对 象高效的在线访问( o n l i n ea c c e s s ) ，可以极大地降低多重存档的要求，并提供了用户 间异步协作的方式。出于设计文档是具有复杂结构的多媒体对象，同时要在多个用户 对它刊时进行操作时保持一致性，为此其中的研究内容为：共享对象的信息模型；共 享对象一致性机制；修改提示机制。 ( 2 ) 多用户的实时交互：在设计过程中经常需要位于不同地点的设计人员迅速 地进行协商并做出决策。因此，事实上需要多媒体桌面会议功能的支持。 ( 3 ) 多用户的工作协调和任务调度：为了有序地完成协作设计，用户问还要根 据社会角色( 总工程师、部门主任、设计员等) 赋以不同的权限，进行工作协调，并 按照进度要求进行任务调度。 对支持并行工程的c s c w 系统，其功能需求如下： ( 1 ) 支持多小组之间和组内成员之间的协同感知。 ( 2 ) 具有感知多媒体的同步控制功能，以支持感知的力度。 ( 3 ) 系统应支持多种应用的装入和卸出，不同用户可以定制和载剪自己的界面 u 工作区环境设置和视图显示。 ( 4 ) 一致性维护的控制机制和规则可以根据应用进行选择或编程，尤其要提供 产品设计下冲突不可调和的一致性控制。 华中科技大学硕士学位论文 ( 5 ) 分靠数据的自动映射。并行工程中各小组获取产品的不同特征信息，因此 要在备小组间建立产品特征信息的自动转换机制，以便各小组之间对设计方案的评价 t j 决策，提高并行设计效率。 ( 6 ) 知识库和推理机制共享。 2 ) 1 斌络协同技术研究 力。维网是i n t e r n e t 上的个巨大的客户和服务器集，信息的传递采用一种开放的 标准h t t p 协议。w w w 客户利用w w w 浏览器，产生请求，发送给服务器，并将 服务器产生的结果提交给客户。服务器接收并验证请求，检索数据，然后发送给 客户。客户服务器模型描述了服务消费者( 客户) 和服务提供者( 服务器) 之间的通信 模式。这种模型允许在不同的站点交互交换信息。由于w w w 客户一服务器模型采 用了丌放的标准，可支持不同的操作平台，因此利用这种模型来支持协同设计是 非常适合的1 ”。 在i n t e r n e t 上构建支持协同产品概念开发的接口【1 7 1 应当具备以下三个方面的功 能，即支持产品概念设计、支持协同工作、满足设计环境的需求。要支持用户进行概 念设计工作，则用户接口必须： ( j ) 提供一个支持基本设计功能的三维空间； ( 2 ) 能够组织对象创建复杂的实体； ( 3 ) 能够指定某对象的特性，这可通过结合某些格式化文本( 如h t m l ) 来实现； ( 4 ) 允许用户指定或选择某一对象或对象集并修改其特性。 为了支持几个用户同时进行协同工作，则此用户接口必须： ( 1 ) 能够在同一设计场境中显示不同参与者的存在； ( 2 ) 能够允许或禁止某一用户访问某一对象，使不同用户具有不同权限； ( 3 ) 能够允许用户提供不同的视模式； ( 4 ) 应该允许用户借助于私有工作空间独立工作，并在适当的时候将其加入到 共事工作空问中； ( 5 ) 能够使协作者“沉浸”于群体协同的虚拟环境中。 在设计环境的需求方面，此用户接口需采用低费用、低维护和易使用的运行环境， 并且平台应该是独立的。 7 华中科技大学硕士学位论文 1 2 3 w i n d o w s d n a 结构及c o m 技术 w i n d o w sd n a ( w i n d o w sd i s t r i b u t e di n t e m e ta p p l i c a t i o n sa r c h i t e c t u r e ) 是微软公 司提出的一种包容其所有产品策略的软件体系结构，是一种多层分布式应用程序模 型。它可以分为表示层，业务逻辑层，数据层三层。而这些层都是抽象的概念，只存 在逻辑上的分隔，不一定存在物理分离，每层也可能只有一个物理结构，也可能含 有多个物理结构。 将单个应用系统按某种规则分成几个部分，每个部分即是一个组件1 8 1 。 c o m ( c o m p o n e n to b j e c t m o d e l ，组件对象模型) 技术提供了一种开放式的组件 技术，可以快速方便的生成含有特定功能的组件，是d n a 结构中业务处理中的主要 组成部分。准确地说，c o m 技术并不是一种开发语言或是和某些开发语言相关联的 技术，而是一种二进制规范，规定了标准的接口访问技术。 c o m 技术主要为三层结构的逻辑层服务的，但是它可以独立存在，作为软件的 一个部分单独使用。c o m 技术是由o l e 技术发展而来，开始的设计思想是由o f f i c e 系统的v b a 设计小组提出，目的是提供一种简单的剪贴版技术，后来经过长时间的 发展，逐步演变成为一种将软件进行逻辑划分，进而并行开发的技术。 w i n d o w s d n a 结构和c o m 技术已经应用各行业的各种应用软件中，例如m i s 系统 1 9 22 1 ，网络数据库系统口弛4 1 ，g i s 系统【2 5 26 1 ，供应链系统等2 7 。2 8 1 。另外，早在1 9 9 8 年，国内软件企业的巨头金蝶公司就已经宣布其核心e r p 产品：k 3 完全建立在微软 公司的三层结构上。由此可见，作为一种成功的体系结构，w i n d o w sd n a 结构完全 圳。以胜任很多方面的要求。 1 3 本文的主要工作 i n t e s o l i d f 5j 是华中科技大学c a d 中心和天喻软件公司推出的商品化三维造型软 件，本文实现的i n t e 3 d l i b 针对i n t e s o l i d 零件模型进行的三维c a d 应用的应用性研 究，探讨了三维c a d 在商品化和产品化的指导方针。结合软件工程和数据库理论， 选定标准件库作为研究的切入点，综合计算机学科中多方面的理论，使用多种开发平 台，实现了开放式的标准件系统h n e 3 d l i b 。 8 华中科技大学硕士学位论文 本文主要完成以下工作： ( 1 ) 提出了利用c o m 组件技术开发标准件库的新方法： ( 2 ) 结合i n t e s o l i d 开发的需要，w i n d o w sd n a 结构和c o m 组件技术，重新设 计了一种标准件库的软件结构； ( 3 ) 结台特征编码和装配技术，将零件按照零件族进行分类，并依此设计了数 据库的表结构； ( 4 ) 应用以上研究和实践成果实现了一个基于c o m 的三维标准件库系统。 华中科技大学硕士学位论文 2 1 引言 2 标准件库的关键技术 标准件库并不是一个简单的数据管理系统，不仅包含有普通的数据管理技术，还 牵涉到很多其它方面的关键技术。第一个是关于软件系统结构的技术：w i n d o w sd n a 架构和c o m 技术；第二个是关于零件生成方面的技术：特征编码技术；第三个是关 于零件参数化方面的技术：装配技术；第四个技术是如何使用v c + + 对数据库的大对 象进行存取。 通过对当前技术的跟踪，本方案选用微软公司的w i n d o w sd n a 架构作为软件的 基本框架，利用c o m 技术来开发软件。本章主要分析了、) i r m d o w sd n a 架构和c o m 技术的特点，简要介绍了i n t e s o l i d 系统的特征编码技术和装配技术的基本概念，并 在最后讨论了如何使用v c + + 在数据库中存取大对象的问题。 2 2w i n d o w sd n a 架构和c o m 技术 在当莳软件设计过程中，随着软件系统规模的日益庞大，系统结构设计可以直接 影响整个软件的质量，其在软件研发过程中的地位越来越重要。因此，如何在设计阶 段就确定一个比较好的系统结构是软件研发工作过程中的重要任务之一。 2 2 1w i n d o w sd n a 架构 最初，m i s 软件的结构基本是单机版，许多逻辑上没有关联的功能混合封装在一 个执行文件中，并且在文件中没有严格的逻辑划分。发展到现在出现了客户端服务 器结构，软件的结构在逻辑上进行了划分。目前许多系统都是用二层c s 这种结构来 设计。随着二层c s 计算模式不断成熟，也就日益暴露出其局限性。首先，由于只有 两层结构，许多应用逻辑都必须放在客户端实现，且只能对特定的客户。这样做主要 有两个缺点。第一，客户端过于庞大，就是“胖客户端”现象；第二，当业务发生变 化时，其维护成本将变得相当高昂。数据显示，在软件周期中，维护成本已经占到了 系统全部成本的6 0 。另外，从软件工程的角度看，这种二层结构的扩展性和可重用 l o 华中科技大学硕士学位论文 性都比较差。其次，随着i n t e m e t 的爆炸式的发展，分布式计算成了必然趋势，而c s 体系中，客户端和服务器端绑定过死，无法灵活的适应不断变化的需要，于是出现了 多层系统结构的设计思想。 w i n d o w sd n a ( w i n d o w s 分布式网问应用架构：w i n d o w sd i s t r i b u t e di n t e m e t a p p l i c a t i o n a r c h i t e c t u r e ) 提供了基于c o m 的三层结构：数据层，业务处理层和客户 服务层，将系统按照功能分为不同的层次，各个层次相对独立，层次之闻通过事先约 定的接口通讯。使用这一架构，开发人员可以从分布式应用程序的建立或者组成所需 要结构的负担中解脱出来，把精力更多地集中在商务解决方案上【“。 d n a 架构的一个优点是将系统按层次分开之后，可以通过更改相关层次来实现 功能的改变。由于各层次具有相对的独立性，更改某个层次将不会对其它层次产生影 响。系统结构如图2 1 所示： 客 户 服 务 屡 业 务 处 理 层 数 据 层 幽目 暖 图2 1d n a 系统结构图 w i n d o w sd n a 框架包括大量系统服务和基于组件的应用服务，所有这些服务都 是通过c o m 技术提供给开发者的。典型的w i n d o w sd n a 架构在逻辑上由三层组成： 客户服务层、业务处理层和数据层。客户服务层为应用的客户端部分，他负责与用户 进行交互：业务处理层构成了应用的业务逻辑规则，是应用的核心部分，通常由一些 m t s ( m i c r o s o f ft r a n s a c t i o ns e r v e r ) 组件构成；数据源为后台数据库，负责数据的维 华中科技大学硕士学位论文 护和操作。通常这部分使用o l ed b 提供的一套通用a p i ，以连接结构化的和非结构 化的数据存储。这三层只是逻辑上的分层，不存在严格的物理分层，在实际应用中可 以灵活运用，不必拘泥于其架构。下面介绍各逻辑层的功能。 ( 1 ) 客户服务层 主要功能包括： 通过用户界面从用户收集信息： 将用户信息送给业务处理层进行处理； 从业务处理层接收处理后的结果信息： 把结果显示给用户。 表现层可以提供的服务有h t m l ，d h t m l ，w i n 3 2 a p i ，网络数据库服务，g i s 系统等1 1 9 2 2 2 6 1 。 ( 2 ) 业务处理层 主要功能包括： 从客户服务层接收数据： 将接收到的数据按照一定的逻辑规则进行运算： 按照应用程序的要求，和数据层交换数据； 将执行结果返回给客户服务层。 业务处理层提供的服务有i n t e r a c ti n f o r m a t i o ns e r v e r ，m t s ，c o m 等 ( 3 ) 数据层 主要功能包括： 实现数据的存储、检索、更新、修改的操作； 维护数据的完整性。 数据层提供的服务是通过a d o ( a c t i v ed a t ao b j e c t ) 和o l ed b 来操作各种类 型数据库，电子邮件服务器系统和文件存储系统。 2 2 2c o m 技术分析 将单个应用系统按某种规则分成几个部分，每个部分即是一个组件 1 8 1 。 c o m 技术提供了一种开放式的组件技术，可以方便的生成特定功能的组件，是 华中科技大学硕士学位论文 d n a 结构中业务处理中的主要组成部分。准确地说，c o m 技术并不是一种开发语言 或是和某些开发语言相关联的技术，而是一种二进制规范，规定了标准的接口访问技 术。 c o m 技术有以下特征： 接口标准化。c o m 是一个二迸制标准，组件可以通过一致的接口相互访问。 这样我们可以很容易把系统按功能分为多个模块，由不同的单位分别开发，或者采用 流行的分包方式将各模块分包给不同的软件公司或人员。这样，代码的设计和编制可 以进行并行处理，极大地缩短了开发时间。 语言无关化。c o m 是一种面对对象技术，可以在各种面对对象语言中使用， 如：v c 抖、v b 、j a 、，a 等等。应用c o m 技术创建的组件也具有对象的一些特征， 如接口的继承、多态性等等。因此可以按照面向对象的方式来处理组件 1 9 i 。 版本控制。c o m 要求对象的多个版本部保留在同一个对象模块中。因此在 对于更新版本时，只需在对象中添加新的接口，而不必改变对象原来的接口。这样可 以提供良好的向下兼容性，有利于系统的扩展。 不透明性和透明性。组件内部结构对组件使用人员来说是不透明的，也就是说 非组件开发人员完全不能访问组件的私有方法。同时组件位置对每一个组件使用者是透 明的，任何一个组件使用者可以用完全相同的方式访问本地或者异地的组件对象。 使用方便。a x t i v e x 控件是c o m 的表现形式之一，利用a x t i v e x 控件将各个 重用功能封装，可以为不同的用户提供完全相同的操作方法，并提高代码的共享和 重用效率。 通过对c o m 技术特征的分析，我们可以得到以下结论：c o m 是一种将软件模 块化分析和并行开发的有效技术，利用这种技术，可以将软件的主要功能按某种逻辑 规则进行划分，并将其各个模块单独进行开发。 2 2 3 优点 使用w i n d o w sd n a 架构和c o m 技术，可咀使系统结构具有以下优点： 系统的设计分层进行，各层之间相互独立； 使用已有的组件，辅以少量代码编制，用“搭积木”方式快速开发新的系统： 华中科技大学硕士学位论文 当业务规则发生改变之后，只需要修改相关组件，并发布新的组件，不需要 改动其它的功能模块； 一个组件可以同时在多处使用，既可在同一个应用系绞中多处使用，又可由 几个不同的应用系统同时使用，从而使代码的复用成为可能； 系统的高度模块化佼开发工作可以并行进行，提高了开发效率。 2 3 特征编码技术 i n t e 3 d l i b 的研究对象是i n t e s o l i d 的三维零件及装配模型，因此其中标准件对象 实体集也就是l m e s o l i d 三维模型上的各种实体组合。我们可以通过研究i n t e s o l i d 三 维模型来解决标准件库系统生成标准件的问题。下面就简要介绍下h a t e s o l i d 三维 模型的特征编码技术。 2 3 1i n t e s o l i d 中的形状特征拓扑实体编码技术 基于历史的参数化实体造型系统中一个重要的问题是如何标识实体模型的拓扑 元素( 面、边、点) ，从而保证在零件模型依据其创建历史重构时，能够识别出“相 同”的实体并且能够得到理想的零件体，从设计的观点来看，就是维护了设计师的设 计意图。i m e s o l i d 作为这样一个基于历史的参数化实体造型系统，其所采用的特征造 型技术以及特征拓扑实体编码机制保证了i n t e s o l i d 系统能够实现其基本功能：基于 历史、参数化p 4 。引。 2 3 2i n t e s o l i d 零件特征造型过程 文献中介绍的基于历史的形状特征建模系统的零件创建过程首先是设计一个基 特征，然后在此基特征上增加其它特征，造成的直接后果就是零件材料的增加或减少， 甚至会伴随着零件拓扑结构的大幅度变化i s 4 。在创建零件的每一个状态中，都有一个 零件体( p a r tb o d y ) 矿个原始特征体( p r o t of e a t u r eb o d y ) 。设零件的某一状态为s i ， p b ( s i ) 为此时的零件体，而p f b ( s i ) 为此时的原始特征体，此时p b ( s i ) 和p f b ( s i ) 之问 的布尔运算符为o p i ，则状态s i + l 时的零件体p b ( s i + i ) 为： e b ( s 。) = p b ( s ，) ( ( ) 只) p f 丑( s ，) 在i n t e s o l i d 系统的零件创建过程中，是以原始特征体( p f b ) 上的拓扑面作为编 1 4 华中科技大学硕士学位论文 码的基础实体， 2 3 3 拓扑实体编码 原始特征体上编码p 43 5 1 的编码实质上是将码当成一种属性附着到原始特征体的 面上。此编码内容的组成和原始特征体的生成方式密切相关，而且编码一经生成，在 其生命期中就不会再更改，其随着所附着的面的生成而生成，随着所附着的面的消失 而消失。通过拓扑实体编码可以记录拓扑实体。依据所记录的编码内容在零件体上可 以搜索对应的拓扑实体。在造型过程中进行布尔运算时，由零件体上所有特征的特征 面集与新的特征的特征面集的拼合( m e r g e ) ，分裂( s p l i t ) ，存活( a l i v e ) 和删除( d e l e t e ) 所带来的相关的编码的处理问题也在i n t e s o l i d 中得以解决。 2 3 4 形状特征编码技术 特征层次的编码指的是在特征这一层次进行编码，而不是对其特征面进行编码。 这一层次的编码包括对所有的形状特征，草图，空间曲线和曲面等等。 每一种特征类型的编码是与其生成方式密切相关的。扫特征是基于草图的形状特 征，其编码与草图的编码紧密结合在一起。局部特征包括园角，倒角，抽壳和阵列等 等，它们的编码受到所操作对象的制约。 在i n t e s o l i d 中将所有类型的形状特征的特征面编码以下面的七元组例进行通用 的表示： c 胭。( f a c e ) = f e a t l d r m 。，i d l ，i d 2 ，i d 3 , i d 4 ，矗5 ，o p t i o n 其中，i d l ，i d 2 ，i d 3 ，i d 4 和i d 5 的取值由f e a t u r e 的类型和f a c e 决定。其中的 o p t i o n 为可扩展项。 2 4l a t e s o l i d 装配模型的特点 2 4 1 装配捌结构 人们设计一个产品时，最先想到的不是单个的零件，丽是根据产品需要完成的功 能柬设计它的构造，并伴随着功能的一级级分解，把产品的构造一级一级地细分，逐 渐形成一些有特定功能的子装配体，直到最终不可再分的零件，再进行详细的零件设 1 5 华中科技大学硕士学位论文 计和最后的组装设计。用这神自顶向下( t o p d o w n ) 的设计方法所设计出的产品具有多 层次结构，装配体中构件之间的这种逻辑组成关系可以通过装配树来表达【3 9 4 0 1 。 装配树的最高一级为装配体，中间的各级为构件，即零件或子装配体，予装配体 弓装配体具有相同的逻辑层次结构，可以进一步细分，最下面一级为零件。装配树用 “了装配体”表达一组功能上或物理结构上相关的零件集。采用装配树表达装配体， 称为层次模型，优点是能表达产品中零部件间的层次关系。基于层次模型的设计分析， 降低了问题求解的复杂度。 在装配体中，一个同样的构件可能被多次应用。一个装配体里可能用到多个相同 的螺栓，如果将这些螺栓的实体信息全部保留在装配模型中，则不可避免的造成计算 机大量的存储空间被浪费，同时也造成数据冗余和不一致。为了解决这个问题，采用 了实例技术。虽然说实例“抛开”了几何实体信息，但是并不是说完全和它断绝关系， 而是不保留详细的几何描述，只保留一个指向几何实体信息库的指针。这样在装配模 型中不必有四个相同的螺栓的几何描述，只需要有一份详细的几何描述就足够了。这 样做不仅消除了数据冗余，提高了效率，同时也保证了数据版本的致性，不会出现 相同的零件有着不同的几何实体信息。从数据结构来看，实例组合成部件，形成产品 结构树的基本组成单位。 2 4 2 坐标系及装配变换矩阵 每个零件都有自己的坐标系，零件的几何数据是基于这个坐标系来确定的。装 配体或子装