（计算机应用技术专业论文）基于asp模式的三维数字化设计服务研究及应用.pdf

浙江大学硕士论文 摘要 摘要 基于应用服务提供商( a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ，a s p ) 的网络化制造模式使 制造企业专注发展其核心业务，同时借助a s p 提供的先进技术服务，快速响应 市场需求，利用a s p 服务商提供的知识管理系统，进行数字化设计，极大地提 高企业的竞争力。本文对提出基于a s p 模式的三维数字化设计服务，内容包括 三维标准件库、三维数字化产品目录、基于a s p 的协同设计。 本文主要研究了如下两个问题： 一、研究了基于a s p 模式的三维标准件库，提出了基于a s p 模式的三维标 准件库结构，提出了标准件的三维数字化定义方法，提出了基于x m l 的标准件 信息存储方式，并且描述了标准件库的实现、维护和更新机制。 二、研究了基于a s p 模式的三维数字化产品目录，重点研究了基于遗传算法 的多供应商比较。 三、研究了基于a s p 模式的协同设计，描述了人员协作方式和系统功能，提 出了基于a s p 模型的协同设计的体系结构。 关键词：a s p ，数字化设计、标准件库，产品目录、协同设计 工工 塑堡查兰堕主堡- 史 垒! ! 竺! a b s t r a c t e n t e r p r i s e si nm a n u f a c t u r ei n d u s t r yc o u l df o c u so nc o r eo p e r a t i o n sb yu s i n g a s p ( a p p l i c a t i o n s e r v i c ep r o v i d e r ) b a s e do nn e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n g i nt h e m e a n t i m e ，t h e yc o u l dr e s p o n dt of a s tc h a n g e dm a r k e t i n gn e e d sb ya d v a n c e dt e c h n i c a l s e r v i c e sp r o v i d e db ya s rt h e yc o u l da l s og e tab e t t e rc o m p e t i t i v ep o s i t i o nb y k n o w l e d g em a n a g e m e n ts y s t e mp r o v i d e db ya s ew es t u d ya s pb a s e d3 dd i g i t a l d e s i g n i n gs e r v i c e s i n t h i s t h e s i s ，i n c l u d i n g3 ds t a n d a r dp a r tl i b r a r y , 3 dd i g i t a l p r o d u c tc a t a l o ga n dc o l l a b o r a t i v ed e s i g n t h em a i ni d e ao ft h i st 1 1 e s i si s ： 1 w es t u d y3 ds t a n d a r dp a r tl i b r a r y w ep r o p o s et h ea r c h i t e c t u r eo f3 ds t a n d a r d p a r tl i b r a r yb a s e da s p a n dm e t h o d so f3 dd i g i t a ld e f i n i t i o no fs t a n d a r dp a r t s w ea l s o s u g g e s tt os t o r et h ei n f o r m a t i o no fs t a n d a r dp a r t si nx m l a n dt h e nw ed e s c r i b et h e m e c h a n i s mo fd e v e l o p m e n t ，m a i n t e n a n c ea n du p d a t e 2 w es t u d y3 dd i g i t a lp r o d u c tc a t a l o g 。w ep a r t i c u l a r l ys t u d yc o m p a r i s o no f m u l t i s u p p l i e r sb a s e do ng e n e t i ca l g o r i t h m 3 w es t u d yc o l l a b o r a t i v ed e s i g n w ed e s c r i b et h ew a yp e o p l ew o r kw i t hi ta n d f u n c t i o no fs y s t e ma n dp r o p o s et h ea r c h i t e c t u r eo fc o l l a b o r a t i v ed e s i g nb a s e do i la s r k e y w o r d s ：a s p , c a d ，d i g i t a ld e s i g n ，s t a n d a r dp a r tl i b r a r y , p r o d u c tc a t a l o g ， c o l l a b o r a t i v ed e s i g n 一工工工一 燮兰：! 兰堡苎 塑堕 第一章绪论 本文的研究内容与两个方面背景密切相关，两个方面是密切联系的。一方面 是针对中国制造企业产品创新设计，对三维数字化设计在a s p 模式中的应用若 干关键技术进行创新性研究；另一方面是零件制造网络专业平台和数字化设计网 络系统研究。 1 1 研究背景 1 1 1a s p 模式 进入2 1 世纪以来，面对全球化的网络经济热潮，开展电子商务已经成为企 业适应新的商务模式、为未来争取生存空闻的必由之路。对于一个企业而言，无 论其规模大小，要实现其全面信息化，建立诸如m i s ( 管理信息系统) 、m p p ( 制 造资源计划) 或e r p ( 企业资源计划) 等信息系统都需要经过初步调查、需求分析、 系统建设方案的提出和实施以及购买各种昂贵的软硬件，同时还要配备专业的系 统维护人员、网络管理人员等。 对于数量众多的中小企业而言，要依靠自己有限的资源来建设这些复杂的信 息系统显然不堪重负：首先，信息系统分析与设计工作量大、实旄周期长、系统 复杂庞大、维护和更新难度大、频繁的软硬件升级和安全性防护对缺乏有经验的 信息技术人员的中小企业是个难以克服的困难；其次，即使企业投入巨资建立一 套“小而全”的信息系统，也会因为业务量不大，数据处理频度不高，从而使得 整个信息系统的利用率不高，设备负荷不足而产生极大的浪费。 为此，如何在广大中小企业中实施电子商务就成为摆在人们面前的一个急待 解决的问题。而a s p ( a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ，应用服务提供商) 的出现，为 中小企业实现e r p 等电子商务系统提供了一个相对廉价且实用的解决方案。 a s p ，是i n t e r n e t 与传统外包服务提供商及增值销售商的有机结合体。a s p 通过l a n ( 城域网) 或w a n ( 广域网) 向企业提供所需要的各种应用软件服务，如 人事、物流管理、财务、e r p 、e m a i l 服务等。它强调以网络为核心，替企业部 署主机服务及管理、维护企业应用软件并提供网上市场信息服务，极大地满足了 一d 一 浙江大学顽士论文 基于a s p 模式的三维数字化设计服务研究及应用 中小企业信息化进程的需要。而当一个企业需要使用这些服务时，只需要有上网 的终端设备及浏览器软件，就可以通过网络连到a s p 服务网站，通过身份认证 后就可以使用各种应用软件及存取各种资源。 与传统的信息技术外包业务相比，a s p 外包服务的目的是为企业提供各种软 件服务，规模可大可小，复杂程度可高可低，应用软件系统不一定要求复杂的硬 件设施，完全以开放平台为主，以i n t e m e t 作为连接手段，应用行业内标准和成 熟的软硬件。与i s p ( i n t e m e t 服务提供商) 和i c p ( i n t e m e t 内容提供商) 相比较， a s p 业务范围比较广泛，可以涉及到企业的方方面面；服务费用的计算也相当灵 活。因此a s p 服务的对象适合于业务量不大，数据存储不多，业务处理频度不 高但要求服务种类比较齐全的中小企业。 a s p 的出现对传统行业和信息技术行业都带来一种新的发展方式。对于中小 企业而言，a s p 把企业所需要的应用软件和数据资科存储在a s p 服务商的数据 中心，企业从i n t e r n e t 登录使用，只租不买，按服务付费。因此，a s p 从根本上 降低了中小企业内部部署信息系统资源( 从硬件到操作系统平台，再到软件系统 应用实施) 的负担，使得企业更快、更容易地应付市场需求的变化，更加专注于 自己的核心业务流程，更好地利用外部资源；甚至可以利用a s p 的用户构建企 业联盟、供需链管理，组建虚拟企业。 1 1 2 三维数字化设计 产品设计的数字化是企业信息化的重要内容。近年来，随着产品复杂性的不 断增长，以及企业间竞争的日趋激烈，传统的产品设计方法已经很难满足企业当 前生存和发展的需要。为了能在竞争中处于有利位置，实现产品设计数字化势在 必行。 产品设计过程本质上是一个对信息进行采集、传递、加工处理的过程，其中 包含了两种重要的活动：设计活动和仿真活动。因此产品设计也可以看作是一个 设计活动和仿真活动彼此交织相互作用的过程。设计活动推动信息流程向前演 进，而仿真则是验证设计结果的重要手段。 以三维c a d 为核心的创新设计系统是实现产品数字化创新设计的重要手 段，据国外有关调查报告分析，应用三维c a d 设计可使企业生产力提高4 6 ， 一5 一 浙江大学硕士论文 绪论 取代二维c a d 己成为企业和技术发展的必然。在大量发展二维c a d 和以几何 处理为主的三维c a d 系统后。国际上知名的c a d 软件供应商( 如e d s 、i b m 、 p t c 等) 都在投巨资研究开发支持具有创新设计能力的三维设计核心系统，以期 继续保持世界制造业的优势和c a d 软件产业的垄断地位。 设计数字化技术实现了产品设计手段与设计过程的数字化，缩短产品开发周 期，提高企业的产品创新能力。 1 2 国内外研究现状 a s p 应用服务提供模式诞生于美国，由于日本、欧洲当时已具备了a s p 市 场发展的四个基本条件：高度发达的i t 基础设旋、具有迫切需求的庞大用户群、 种类繁多的应用软件以及高度的服务意识和经验，因此a s p 一诞生，就在美国、 日本、欧洲等i t 产业高度发达的国家和地区得到迅速发展。 国外a s p 目前正处于从第一阶段向第二阶段过渡时期。第一阶段从1 9 9 8 年 a s p 的产生开始，到2 0 0 1 年为止。市场中的主要力量是原有的大型软件厂商， 例如e d s 、i b m 、o r a c l e 、m i c r o s o f t ，服务内容、收费方式等都有较大差 异，市场尚没有出现具有明显优势的企业，厂商纷纷将战略重点转向该领域，开 始了初期的竞争。 美国、欧洲地区a s p 市场比较发达，其绝大部分a s p 供应商均采用传统意 义上的a s p 模式。他们主要利用专门技术通过i n t e r a c t 提供商业应用托管服务， 包括p e o p l e s o f t 的人力资源，财务，分销和生产服务应用程序；s i e b e l 的销售自 动化和用户关系管理服务应用程序；b m a d v i s i o n 和c o m m e w eo n e 的电子商务 服务应用程序，e p i p h a n y 的业务智能和分析工具以及微软公司的办公室操作应 用程序。所有的应用程序都预先集成在a s p 供应商的应用服务托管平台上。 在美国a s p 市场上，主要的几种系统平台包括： ( 1 ) c i t r i x 公司m e t e f a m e n f u s e 。c i t r i x 公司作为a s p 一词的创造者，也是 全球a s p 行业协会的创始公司，是该技术的领导者之一。c i t r i xm e t a f r a m e 采用 应用服务器软件领域中最先进的体系架构，提供了一个可行的a s p 系统平台a 用户可以通过各种网络连接方式电话线、各种类型的专线、互联网、甚至是 无线连接、卫星微波，访问所需的应用软件。 ( 2 ) t a r a n t e l l a 公司e n t e r o r i s e i i a s p e d i t i o n 。t a r a n t e l l a e n t e r p r i s e 软件是首个 一6 一 j 塑兰! 塑! 堂奎 苎三垒塑塑塞塑三丝墼皇些塑盐垦墨旦塞垦窒旦 在不破坏软件系统架构前提下建立数据集中化的解决方案。它的e m e r d r i s ei i a s p 版提供了个a s p 系统平台，可以在不需要修改原先的应用软件和破坏原 有的系统结构的情况下，实现应用远程访问和集中管理，用户用浏览器来访问各 种非传统的、非w e b 化的应用程序。 ( 3 ) x e v o 公司开发的a s p w o r k b e n c h 管理系统可使a s p 在一个中央数据库 中同步配置应用程序和用户应用程序。同时a s pw o r k b e n c h 的计费代理程序可 以嵌入到所有应用程序服务器中，这样a s p 可以根据网络的使用、交易情况和 时间长度向用户收费。 ( 4 ) n e t e g r i t y 公司s i t e m i n d e r 。n e t e g r i t y 公司是安全访问管理市场中“唯 居于领先地位的厂商”。其产品s i t e m i n d e r 采用单点登录技术，简化用户访问控 制应用程序。在a s p 系统中，该技术建立一个中央数据库，存储用户的所有账 目，用户使用一个简单的签名就可以跨越每一个应用程序接触个人专用的信息， 进入他们所购买的所有应用程序。 ( 5 ) i b m 最提出了“e b u s i n e s so nd e m a n d ( 电子商务随取即用) ”的理念， 即：未来的电子商务将像水、电、燃气、电话等公共事业服务一样，无所不在， 可以按需付费，随取即用。未来，m m 将像电力公司向用户提供电力一样，通 过互联网向用户提供技术和服务。“电子商务随取即用”实际被看作是对外包服 务的一种重新包装，或者按照i b m 的说法，是外包的逻辑延伸和弥补。 除了上述的软件产品，许多学者和研究机构自己页开展了广泛的研究，取得 了很多成果和进展。例如张曙对分散网络化制造进行了研究【张曙，1 9 9 8 ；程涛 提出了分布式网络化系统构想 程涛，1 9 9 9 ；严隽琪提出了“数字化与网络化制 造”的概念严隽琪，2 0 0 0 ；刘飞，雷琦等人则对“网络化制造的内涵及研究发 展趋势”进行了分析f 刘飞，2 0 0 3 ；郑小林等人提出了“面向网络化制造的敏捷 供应链系统”【郑小林，2 0 0 3 ，并对“绍兴轻纺区域网络化制造系统”进行了研 究【郑小林，2 0 0 4 。尹华川等人将区域制造业信息化工程和a s p 模式相结合，提 出了区域性制造业信息化a s p 平台模式：建立了平台的6 层体系结构模型，并 提出了针对区域制造业信息化的专门功能系统【尹华川，2 0 0 5 】。还有很多学者 研究了网络化制造环境中资源的智能发现【蔡铭，2 0 0 3 1 杨涛，2 0 0 3 和优化配置 f 赵刚，2 0 0 3 1 。 一7 一 新江大学硕士论文 董仲元诠释了a s p 的概念，结合我国c a d 在我国中小企业中应用服务探索 了其发展前景与障碍，并以国内外成功范例阐明了这种革命性的服务方式对企业 发展的重要作用。提出使用a s p 模式提供c a d 服务 董仲元，2 0 0 1 1 。魏国前分 析了基于应用服务提供商理念的计算机辅助机构设计系统的组成框架和应用魏 国前，2 0 0 3 1 。景韶宇等人为了解决计算机辅助工业设计在区域网络化制造环境 下的应用问题，提出了一种基于应用服务提供商模式的应用方案，并且给出了基 于应用服务提供商模式的计算机辅助工业设计体系结构【景韶宇，2 0 0 4 。孔宪光 等人针对c a p p 目前面临的形势，分析了支持a s p 的网络化c a p p 应用服务平 台框架、服务流程，同时开发了用基于j 2 e e 的体系结构建立支持a s p 的网络化 c a p p 系统f f l 宪光，2 0 0 4 1 。 1 3 研究任务意义、目的及创新点 1 3 1 研究意义 a s p 服务模式是一种理念，如果不结合实际应用，不找到它的最终归宿，就 只能停留在对概念的炒作上。 据不完全统计，我国有机械制造企业4 6 0 多万家，其中大型企业1 顶多家， 约占2 左右，中小企业约占9 8 左右，是机械行业的主要组成部分。在壤个机 械行业不景气的情况下，如何进行企业改组，改进生产经营方式，生产效率，改 善服务质量，是关系到国计民生的大事。因而以中小企业的数字化设计应用为切 入点，推进a s p 服务模式在中国的发展成为了一条值得我们探索的道路。 经过调查，中小企业在计算机应用中出现的问题包括： ( 1 ) 中小机械制造企业如要引入计算机应用，将按购买硬件、软件、人员培 训、实际使用直至设备升级，软件版本升级的过程重复循环。这个过程需要很大 的资金投入，成为企业实现设计、制造、管理信息化的阻碍。而且企业缺少二次 开发能力，影响了计算机应用在深度和广度上的发展。 ( 2 ) 中小企业中计算机局限于单机单项技术应用，如c a d 、c a p p 、财务管 理、库房管理、人事管理等，缺乏系统集成应用。 ( 3 ) 成功开发计算机应用系统不仅需要系统设计员、硬件人员、数据库毽术 人员、程序员、操作员等计算机人才的共同努力，也要有领域内的管理人员和工 一8 一 浙江大学硕士论文 基于a s p 模式的三维数字化设计服务研究及应用 程技术人员参加，否则无法体现专业领域的先进设计思想。但目前中小企业难以 做到群英荟萃。没有开发本适合单位的软件系统的能力。以浙东为例，仅有1 2 ， 2 的企业有软件二次开发的能力。 a s p 将各种c a d 、c a e 、c a p p 、c a m 软件放到a s p 服务提供商的数据中 心，由企业通过i n t e r n e t 远程调用。同时还提供各种相关服务，如在设计方面， 提供虚拟零件图库，根据用户需求定制、解决设计过程中出现的问题。 而设计是制造企业的灵魂，制造业数字化的核心是设计数字化。现代设计是 基于知识的设计，其本身是一种知识高度密集化的工作，可以说没有知识就没有 设计。要实现真正的数字化设计，传统的单纯依靠设计人员拥有知识和文档记载 的知识，显然无法满足产品设计需求，更不用说提高设计、制造的效率和缩短产 品的研制周期。因此，必须通过知识管理来实现将设计与制造过程中积累的知识， 按照数字化设计的要求迸行收集、提取、整理和存储，并将其应用于产品的数字 化设计之中。 单靠传统制造企业自身的资源很难跟上信息技术的发展，而基于应用服务提 供商( a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ， a s p ) 的网络化制造模式则能较好地解决上述 问题，使制造企业专注发展其核心业务，同时借助a s p 提供的先进技术服务， 快速响应市场需求，利用a s p 服务商提供的知识管理系统，进行数字化设计， 极大地提高企业的竞争力。建立支持a s p 的网络化三维数字化设计应用服务平 台，可实现面向区域、行业企业群的提供c a d c a e 平台软件、技术服务、咨询、 培训体系，并帮助企业以较低成本和技术门槛建立新产品创新设计应用环境，促 进制造业企业提高认识和积极参与经济全球一体化，提高企业参与全球竞争的能 力。提高企业之间的协作与支持程度。共享制造资源，实现互补与共享转化机制， 改变企业大而全、小而全的不合理的组织结构，提高企业的创新能力、适应能力 及反应能力，适应现代化制造水平的要求。 1 3 2 课题目标 针对企业产品创新设计，对三维数字化设计在a s p 模式中的应用若干关键技 术进行创新性研究；为形成数字化企业群体，研究数字化设计协同等关键技术， 提出面向三维数字化设计的区域制造网络系统的制造网络协议及相关应用管理 一9 一 浙江大学硕士论文 绪论 规范、应用实施模式和组织机制，开发面向零件制造网络专业平台和数字化设计 网络系统。 在制造业中通过a s p 模式实施三维数字化设计，将从根本上改变我国现行的 中小制造企业中的产品设计、制造和管理模式，简化产品设计作业流程，使产品 的研制技术得到明显改善，进一步提高制造企业的市场应变能力和产品开发能 力。 1 3 3 课题创新点 ( 1 ) 三维数字化协同设计：三维协同设计是本谍题中的重要组成部分，是在 计算机和网络技术支持下，一个群体协同工作在三维数字化的环境下完成一项产 品开发任务，它的目标是要通过三维数字化设计系统，提高群体成员间的协调配 合和协同工作水平，使设计工作具有全局性，更符合设计、制造、装配、使用、 维修和环境保护等要求。 ( 2 ) 在a s p 模式中引入三维数字化设计：国内a s p 的发展水平，从总体上 讲，仍处于初级阶段。较为成熟的以a s p 方式提供的应用服务太多集中在以下 几个方面：服务器租用( 企业租用a s p 的服务器) 、主机托管( 企业将各类主机 设备放在a s p 处，利用a s p 技术人员和优秀运营环境的优势，对企业的设备进 行管理与维护) 、数据托管( 企业将一些非核心数据保存在a s p 处，由a s p 来 对其进行管理与维护) 、网站托管( a s p 为企业建立企业网站，并由a s p 来进行 管理) 、邮件服务( 企业或个人向a s p 申请邮箱，并使用a s p 提供的邮件系统) 、 网上通讯录和网上日程安排等等内容。还有一些国内软件公司也正在尝试以a s p 方式为企业提供应用软件服务，如用友的伟库网试图以a s p 的方式提供理财、 分销管理服务等服务。另外国内约有5 0 家左右的公司正在或将推出基于a s p 的 各种应用服务，主要是与网站建设、网页设计、虚拟主机、邮件服务、数据托管、 电子商务部分解决方案等业务相关的服务。 提出通过a s p 模式提供三维数字化设计，在国内还是首创。 ( 3 ) 建立三维零件库。三维零件库作为a s p 提供的一种服务，它在因特网上 建立一个专业网站，存储很多厂家所生产的三维零件图样，可以通过访阀该网站 搜索在工程设计中所需要的零件图，提供v r m l 和d w f 格式的文件，以便用户 一1 0 一 浙江大学硕士论文基于a s p 模式的三维数字化设计服务研究及应用 在下载之前可以对图形文件进行二维和三维预览。，而且可以对零件进行参数驱 动的尺寸修改，实时显示修改后的结果，在浏览器端生成用户需要的零件；可以 把得到的图样文件下载到本地计算机上直接使用。 浙江大学硕士论文 基于a s p 模式的三维数字化设计服务总体架构 第二章基于a s p 模式的三维数字化设计服务总体架构 2 1 引言 企业采用c a d 技术以后，明显提高了企业产品的开发能力和市场竞争力， 使得c a d 的应用已成为现代企业的重要组成部分。但落后的信息管理手段降低 丁c a d 技术应用效率，阻碍了c a d 技术的全面推广。 企业的新的制造模式，如并行工程、敏捷制造、虚拟产品开发等，对信息管 理技术提出了更高的要求，不仅要求支撑技术能够支持多学科领域专家群体协同 工作，而且要求把产品信息与开发过程有机地集成起来，做到在正确的时刻，把 正确的信息，以正确的形式，送给正确的人，以便人们及时做出正确的决策。 为解决上述问题，高天一等人提出了基于数字化设计环境的设计方法【高天 一，2 0 0 0 。我们认为基于a s p 模式的三维数字化设计环境包括四大部分，见图 21 。 幽2 l 螭于a s p 模式的数字化设计环境 设计工具软件，如c a d ，c a m ，c a e 等 设计资源库信息抽象、集成环境 设计知识和经验 设计工具硬件，如p c 、图形工作站、三维坐标测量仪等 在设计资源库的支持下，利用设计工具软件，设计人员可以进行并行协同产 品设计。这种数字化开发环境能及时准确地向设计人员提供产品设计、制造、装 配、加工等各方面信息与帮助。 一1 2 浙江大学硕士论文 基于a s p 横式的三维数字化设计服务研究及应用 由于设计工具软件已经有许多非常成熟的商品化软件，因此不再叙述，本文 只讨论基于a s p 模式下，设计知识如何抽取、管理和重用，以及资源库的规划 与实现。 2 2 基于a s p 模式的三维数字化设计服务总体架构 通过总结当前的主流的a s p 解决方案，我们提出厮向互联网基于构件容器的 计算平台是符合三维数字化设计服务的体系结构。我们提出的体系结构充分融合 w e b 技术、a s p 模式和蔼向对象关系数据技术的最新成果，我们提出的体系结 构见图2 卫所示。 一 一一一一 一一一一一。1 用户界算舅( 通卑c a x 软件_ 她o l i d v 、r k s 、c a l l i a 、1 1 曼9 r o e ) l i t t p x m l 浏墨毋一 一j 。 p 一一 一 _ _ 一一 应片j 樽卧层 功能组件层 一蒜丽- 丽面写面獗面磊 一 一 一 一。一一一誓7 一一_ 一i 丐嚣1 | ：暑一 。鼍i 数据模型层 “ 对象模型管理 a s p 基础服务w 二妻磊i 面一玟据处理和交蕻玩萄蘸磊i 蔓薪石面； 公共服务支撵平台 一一一一一一 开发平台，如j 2 e e ，c o b r a ，、v e bs e r v i c e 一n e t 一：一：一 一一一 l 一= = “。 嘲络与通信协议，面向对象关系数据库，操作系统、中f s 3 f , 牛 = = = = 一一一 - 一。一= 一一 一 异构分布的硬件环境层 蚓2 2 毓于a s p 模式的三镣数字化设计服务体系总体架构 2 2 1 底层平台层 底层平台层包括公麸服务支持层和异构分布的硬件环境层。公共服务支持层 中包括丌发平台、操作系统、网络与通信协议、面向对象关系数据库、中间件等。 我们提出的a s p 系统底层平台主要有三个特点，见图2 3 。三个特点在系统 设计的时候均龠萎重点考虑。 一1 3 浙江大学硕士论文 基于a s p 模式的三维数字化设计服务研究及应用 由于设计工具软件已经有许多非常成熟的商品化软件，因此不再叙述，本文 只讨论基于a s p 模式下，设计知谈如何抽取、管理和重用，以及资源库的规划 与实现。 2 2 基于a s p 模式的三维数字化设计服务总体架构 通过总结当前的主流的a s p 解、决方案，我们提出面向互联网基于构件容器的 计算甲台是符合三维数字化设计服务的体系结构。我们提出的体系结构充分融合 w e b 技术、a s p 模式和面向对象关系数据技术的最新成果，我们提出的体系结 构见图2 2 所示。 用户界面屠( 通, 用c a x 软件如s s l i d w o r k * ，c a t _ i a ，u g ，p r o j e ) i ji r r r p x m l 谢览骣嘲 应用模块侵 。靛捃槿娶孱 l 对象模型管理 a s r 基础服gw c b g 洲数掘齄理靳黉5 # 蚺删j 誉攀和龋褰冀新删薛 公共鹰鲁支捧平台 l l开发平台，如以e e ，b r ，w 曲s e r v l c e n e ti k一一一一!=；=：=!=!：!=。=爿l i同络与通信协议，面向对量关誊撒好库，操柞幕班、中阃件j e 口口t z z j z m = 口= z e 日d z = o j e = = = = 2 = = = ：= = = = = ：= ：= = = = = = = = = = = = ：= = = ：一 厂 一一一一 。再藉菊丽硬件环磊r 一一 创2 2 雉于a s p 模式的二缛数中化设计h 势体最总体架构 2 2 1 底层平台层 底层平台层包括公兆服务支持层和异构分布的硬件环境层。公共服务支持层 中包括盯发平台、操作系统、网络与通信协议、面向对象关系数掘库、中问件等。 我们提出的a s p 系统底层平台主要有三个特点，见图2 3 。三个特点在系统 设计的时候均需要重点考虑。 设计的时候均需要重点考虑。 浙江大学硕= b 论文 基于a s p 模式的三维数字化设计服务总体架构 可扩展性 安全和稳定 性 实用性 图2 3a s p 系统底层1 卜台特点 首先是可扩展性强，能够支持多种的硬件设备和软件系统。而我们提出的体 系架构一个重要的目标就是适应于更多平台。二是底层平台廉价实用。考虑到界 面友好、成本低廉、操作方便等原因，我们采用w i n d o w s2 0 0 3s e r v e r 企业版做 为主要服务平台。最后是平台的稳定性和安全性，a s p 系统数据基庞大，性能要 求高，需要2 4 小时对企业客户提供服务，而系统处于i n t e m e t 开放的环境中， 服务器中存有企业敏感数据和模型。因此稳定性和安全性需要重点考虑。 2 2 2 数据模型层 在数据模型层中包括对象模型管理、a s p 基础服务、w e b 实现机制、 数据处理和交换机制、模型和版本更新机制。数据模型层悬整个系统各种上层功 能实现的基础。 一1 4 浙江人学顽上论文 基于a s p 模式的三维数字化设计服务研究及应用 图2 ，4 对象模型层的六个主要服务功能 对象模型层有六个主要服务功能，见图2 4 所示。 一是向下连接并操纵数据库；二是向上为a s p 各功能组件提供基本服务和实 现机制；三是为a s p 与其他应用软件或者应用系统集成提供编程接口( a 州) ； 四是模型管理的基本机制。实现面向对象的动态建模，对模型的调用和访问，以 及其他应用系统数据模型与a s p 通用数据模型的交互等；五是实现w e b 处理机 制；六是实现模型和版本更新，我们主要采用了r s s 技术。 2 2 3 功能组件层 a s p 功能组件实际上就是由调用数据模型层的基础服务的一组程序( 界面) 组成，并能够完成一定应用功能的功能模块。如标准件库就是根据一定规则对标 准件进行抽象，对抽象出的信息以适当的数据结构进行定义和表达，形成对零件 的完整、一致表达的集合。我们已经开发完成的标准件库采用了基于模板的方式， 利用c a d 系统的参数化建模功能建立标准件的模板文件，把标准件的系列参数 存入规格零件库，调用时通过相应参数的映射机制生成实例化零件a p b , 1 功能组1 军层也将建立非标件库、行业零件库、文档管理、工作流与过程 管理变更控制等功能模块。 一1 5 浙江大学硕士论文 基于a s p 模式的三维数字化设计服务总体架构 2 2 4 应用模块层 我们的a s p 系统除了提供给用户些必要的基础服务外，我们还提供了应用 模块供用户选择。每个应用模块都建立在功能组件层基础上，通过将互相之间能 够建立关联的若干功能组合在一起或者针对行业的特定需求而定制开发，并且提 供给用户一个友好、易用使用的界面，来实现某一特定方面或者特定行业的应用。 选择这些应用模块可以大大减少用户进行客户化的时间和人员投入，从而提高系 统的效率。比如我们开发的智能扣件模块、行业标准件模块、协同设计模块提高 了设计人员的生产效率，降低企业新产品开发的周期和风险。 本文开发的三维产品目录应用帮助使用基于a s p 模式的三维数字设计平台 的客户实现实时产品模型更新和在线贸易。产品目录应用核心业务是采用三维技 术和c a d 技术，将企业客户的各种信息放在网站上，包括企业的三维产品模型， 从而为企业客户提供一种直观和可视的自我宣传手段，同时，上游设计企业可以 将下游零部件制造企业的c a d 模型直接加入虚拟产品设计中。 2 2 5 用户界面层 主流的c a d 软件都支持基于w e b 方式的访问，用户通过安装我们针对不同 商业c a d 软件开发的客户端，就可以在使用c a d 设计产品的时候，直接使用 我们构建的a s p 平台提供的三维数字化设计服务。 现在我们已经针对s o l i d w o r k s2 0 0 5 ， 2 0 0 6 两个版本开放出了相应客户端。 2 3 关键实现技术介绍 2 3 1 统一数据模型技术 网络经济的兴起使制造环境发生了根本性的改变，使得全球化生产、全球化 竞争成为现实，也使制造企业从库存生产方式向按需生产方式转变，一方面，制 造企业要避免因产品种类过多而造成的时间拖延和资金浪费，另一方面，必须设 计出创新的产品，以满足客户对定制产品的需要。为了使产品更快地上市，制造 商不得不越来越依赖他们的供应链：很少有产品是由一个公司单独完成的，也很 少有公司掌握产品的所有信息，因此协同显得尤为重要在经济全球化的大背景 一1 6 浙江大学硕士论文 基于a s p 模式的三维数字化设计服务研究及应用 之下，制造过程本身就是在供应链中协作完成的，于是，数字样机技术应运而生。 作为对数字样机技术的延伸和支持，基于a s p 模式的三维数字化设计服务体协 更强调让制造商把供应商、合作伙伴和客户都带入制造过程，通过他们之间的协 同，在计算机上实现制造过程数据样机技术是面向产品的，而a s p 服务平台 是面向客户和服务的。 在建模和分析的过程中，可能有多个企业参与活动，这些企业采用的c a d 环境往往不同，如何提供统一的a s p 服务是虚拟装配的最大难题之一。 目前主要的c a d 数据交换方法是通过中性文件格式进行数掘交换，并为此 制定了多种产品数据交换国际标准和工业标准，如i g e s 、s t e p 、v d a f s 、s t l 、 d x f 等。但是，这些交换标准存在很大的局限性，严重制约了c a d 系统互操作 的实现，应该说，基于s t e p 、i g e s 等标准的c a d 数据交换只是一种低水平的 c a d 互操作实现。目前c a d 数据交换存在以下缺点和不足。 首先，这些数据交换方法丢失了高层设计意图。d x f 不能支持三维模型数据； s t l 支持三角面片模型，不能表示自由曲面和实体模型；i g e s 和v d a f s 都只 能表示三维几何数据，不能表示参数、约束、特征等设计语义，也不能处理非几 何信息：1 9 9 4 年发布的第一版s t e p 标准( i s o1 0 3 0 3 ) 也不完善，只能支持线框、 曲面、实体造型和配置控制，而不能支持参数、约束和基于历史的造型，因此， 使用这一版本的s t e p 标准进行交换的c a d 模型丢失了所有设计意图，对于当 前主流的c a d 软件来说，约束、参数化、特征造型和基于历史的造型是不可缺 少的基本功能。因此现有的数据交换方法不能满足时间应用的要求。 其次，一个更严重的问题是，用现有数据交换方法转换的几何数据不能保证 完全无误，有可能会出现错误使得转换失败。由于实现算法上的不同，尽管两个 c a d 系统都遵从同一个数据交换标准，也可能因为容差控制的不同而导致数据 交换不成功。有时候，在同一个c a d 系统的不同版本之间也可能出现数据不兼 容的情况，即前一个版本系统创建的模型不能正确的导入新版本的系统中。这是 因为系统的不同版本在算法实现细节上有差异。 再者，现有的s t e p i g e s 标准都是采用中性文件进行交换，中性数据文件一 般都很大，这是一种离线( 脱机) 的数据交换方式，不能支持在线( 联机) 的实时数 据交换。 一1 7 浙江大学硕士论文 基于a s p 模式的兰维数字化设计服务总体架构 现有c a d 数据交换方法存在的上述问题严重阻碍了设计数据重用等新的应 用。本文提出使用u m l 建模语言进行产品分析建模，通过基于x m l 的特征描 述表示模型部分数据格式。 2 3 2 基于u m l 的建模语言 c a d 系统丌发是把当前的常规设计过程分解、模型化，映射为计算机表示 和处理的模型，最后形成c a d 系统，其关键是系统分析建模，其中对机械设计 过程的分析尤为重要。机械c a d 中对象众多，各对象之间关系复杂，需要实现 方案设计、结构设计、零部件设计、标准件管理、产品数据管理等众多功能。 本项目设计的a s p 服务平台提供利用面向对象方法对机械c a d 进行分析和 设计，可以更好地分析机械零部件之间的关系，完整描述零部件信息，实现机械 各设计阶段的顺利连接。而u m l 作为面向对象技术的标准建模语言，可以贯穿 于标准件库的需求分析、系统分析、设计、实现等各阶段，使开发过程标准化。 u m l 的定义包括u m l 语义和u m l 表示方法两个部分，u m l 语义通过其 元模型严格定义。元模型为u m l 的所有元素在语法和语义上提供简单、一致、 通用的定义性说明，通过这些特点可以使产品设计、分析、检测人员在语义上取 得一致。另外，u m l 语义支持对元模型的扩展定义。u m l 表示法定义了u m l 的表示符号，为建模者和建模支持工具的开发者提供标准的图形符号和模型语 法。这些图形符号和文字所表达的是应用级的模型，在语义上它是u m l 元模型 的实例。在实际建模过程中，以u m l 语义为基础，根据企业模型的特点，加入 领域知识方面的约束。约束采用u m l 中的构造型( s t e r e o t y p e ) 和标记值( t a g ) 表示，对于复杂约束，则采用对象约束语言( o c l ) 进行描述。 2 3 3 基于x m l 的特征描述 模型的特征描述是基于a s p 模型的三维数字化设计服务的核心技术产品从 市场需求分析丌始，经过产品概念设计、工程与结构分析、详细设计、工艺过程 设计、数控编程直至加工装配成具体的最终产品，在这一系列的产品开发过程中， 企业的每个应用系统所涉及的行业数掘领域不尽相同，各系统信息繁杂，存储方 式各异，相互独立，不能有效地实现信息的自动传递和交换，因此，有必要将产 一1 8 浙江大学硕士论文 耩于a s p 模式的三维数字化设计服务研究及臆用 品设计与制造紧密结合，在各模块之间实现信息可靠、有机的提取、交换、共享 和处理的集成。 x m l 作为下一代互联网信息交互的核心技术，x m l 是一种通用数据接口标 准，具有简单、易于理解、自描述、可扩展、可交互的特性，允许用户为各类数 据创建自己的标电，创建不依赖于平台、语言的开放数据，与采用固定数据模式 的s t e p 标准而言，x m l 数据模式比较灵活，可以随时修改和添加实体信息， 更适合于产品全生命周期中信息的交换和共享。 大量的模型( 标准件、非标件和企业自定义模型) 最终存放在a s p 服务器上 的知识库中，表示模型的数据格式采用x m l ，因此，u m l 建模环境下构造的图 形化数据模型需要转换字节流格式。转换过程中采用数据流交换格式( s m i f ， s t r e a m b a s e d m o d e li n t e r c h a n g ef o r m a t ) ，目的是建立不同的知识库、中间件、工 具之间的标准交换机制。转换实现需要两方面的支持：x m ld t d 生成规则和 x m ld o c u m e n t 生成规则。前者针对编码元数据生成x m ld t d ，后者把元数据 解释成与x m l 兼容的格式。d t d 与x m l 分离的优点在于d t d 可以存储在本 地，数据交互只需传递x m l 文件。 2 3 4 基于知识库的模型管理 产品模型实质是设计知识的载体，它不仅包含产品的几何信息，而且包含产 品功能、设计需求和设计知识等非几何信息，它不仅支持产品的常规参数化设计， 而且支持产品的创新设计，从而对产品设计的全过程提供有效支持，提高设计效 率。 当前的参数化建模技术，实质是对产品几何模型的尺寸变量进行约束，即对 需要进行参数管理的几何尺寸变量施加约束，并自动求解约束，生成新的三维模 型。参数化技术在一定程度上对设计知识进行了表达，但有如下局限性： 1 、不能表达非几何变量和工程约束。产品设计过程中涉及大量的功能或性 能参数，例如零部件的材料、重量、转速和输入输出功率等。这些非几何变量与 产品的几何外形尺寸之间存在一定的约束关系。目前的参数化设计仅仅限于几何 尺寸的约束，一无法表达这些参数。 2 、不具备逻辑判断功能。在产品设计中有许多设计知识，它们太多是带有 一1 9 浙江大学硕士论文 基于a s p 模式的三维数字化设计服务总体架构 一定智能化的设计经验，要将它们应用于c a d 系统中，仅仅通过现有的定义几 何元素之间的关系和定义约束数学表达式的方式是不够的。设计知识中包含相当 多的逻辑判断，对不同的前提有不同的处理方式，这是设计知识的重要体现。而 当前的参数化方法只能对变量旋加等式约束，不能表达包含逻辑判断的设计知 识，参数化设计的能力受到很大限制。 3 、 难于表达不等式约束。在产品设计过程中有许多强度、刚度的要求，如 。 【o 】，t t ，0 0 】等，约束的参数允许在一定的范围内修改变动， 等式约束无法对其表达。 4 、 不能保证模型拓扑结构不变。在参数