（计算机应用技术专业论文）面向网络化制造的产品建模技术研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 网络化制造是2 0 世纪九十年代产生的一种新的制造模式和理念，其本质在 于充分利用当前蓬勃发展的计算机和网络技术，结合制造业的特征和先进的集成 管理理论，实现产品设计的全数字化、智能化、网络化、敏捷化、集成化。 本文在分析网络化制造对产品模型和产品建模的需求基础上，确立本文的研 究目标是面向网络化制造的产品建模技术。本文的主要工作包括：对网络化制造 和产品建模的背景进行考察，提出了适应网络化制造的产品模型以及相应的产品 建模方法，详细论述了产品建模实现的关键技术。 本文首先对网络化制造和产品建模技术作了综述明确了论文的研究背景和 主要研究内容。 然后分析了网络化制造对于产品模型和产品建模的需求，提出了一个面向网 络化制造的以产品模型族为核心的产品模型。研究了该模型相应的产品建模方法 以及方法的工作过程，解决了网络化制造中联盟企业安全便捷共享产品全生命周 期模型数据的难点。 对面向网络化制造的产品建模方法中所涉及的产品信息的抽取以及模型快 速重构、模型信息的一致性保证和模型数据格式转换三个关键技术作了深入的阐 述和研究。 最后介绍了面向网络化制造产品建模的实践情况。 本文提出产品模型和产品建模方法，不仅支持支持网络化制造，也支持并行 设计、敏捷制造、协同设计和制造等先进的设计制造技术。 关键词：网络化制造，产品模型，产品建模，领域模型，s t e p x m l 转换 浙江犬学硕士举位论史 n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gi san e wm a n u f a c t u r i n gi d e ag e n e r a t e di nt h e 1 9 9 0 s 。l 谯9 0 蝣i s 协u s et h ec o m p u t e ra n d n e t w o r k t e c h n o l o g i e s , c h a r a c t e r i s t i c s o fm a n u f a c t u r ea n dt h ed e v e l o p e di n t e g r a t e dm a n a g e m e n tt h e o r i e st or e a l i z et h e d i g i t a l ，i n t e h i g e n 耄n e t w o r k e d ，a g i l e , i n t e g r a t e dp r o d u c td e s i g n t h et h e s i sp u t sf o r t har e s e a r c ha i mo nt h et e c h n o l o g yo fp r o d u c tm o d e l i n g f o rn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gb a s e do na n a l y z i n gt h er e q u i r e m e n t so fp r o d u c t m o d e la n dp r o d u c tm o d e l i n gi nn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n ge n v i r o n m e n t t h e t h e s i si n c l u d c s ：i n v e s t i g a t l n gt h eb a c k g r o u n do fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n ga n d p r o d u c tm o d e l i n g , g i v i n g a p r o d u c tm o d e la n da r e l a t e d p r o d u c tm o d e l i n g m e t h o dt on e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g , e x p a n d i n go nt h r e ek e yt e c h n o l o g i e s a s s o c i a t e dw i t ht h ep r o d u c tm o d e l i n gr e a l i z a t i o n a tf i r s t ，a s y s t e m a t i cs u r v e yo fn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n ga n dp r o d u c t m o d e l i n g i s g i v e n ，t h es t u d yb a c k g r o u n d a n dc o n t e n t s o ft h i st h e s i sa r e p r e s e n t e d t h e n , a n a l y z i n g t h er e q u i r e m e n t so f p r o d u c t m o d a la n d p r o d u c tm o d e l i n g i n n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n ge n v i r o n m e n t , t h et h e s i sp r e s e n t sap r o d u c tm o d e lw i t h t h ek e r n do fp r o d u c tm o d e lf a m i l yb a s e dn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g a n di t r e s e a r c h e so nt h ep r o c e s so ft h ep r o d u c tm o d e l i n g ，t h em e t h o di nt h e s i ss o l v e s t h eu n i o ne n t e r p r i s e ss h a r et h ep r o d u c tl i f em o d e ld a t as a f e l ya n dc o n v e n i e n t l y i nn e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n g t h et h e s i sd i s c u s s e st h r e et e c h n o l o g i e si np r o d u c t m o d e l i n g b a s e dn e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n gd e e p l y , i n c l u d i n ge x t r a c t i n g t h e p r o d u c t i n f o r m a t i o na n d r e b u i l d i n gm o d e l ，a s s u r i n gt h e m o d e li n f o r m a t i o nc o n s i s t e n c y , e x c h a n g i n gt h e m o d e ld a t ae x p r e s s i o n 。 f i n a l y , s o m ep r a c t i s e i n d e v d o p i o gp r o d u c tm o d d i u g b a s e dn e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n g i si n t r o d u c e d t h em o d e la n dm e t h o di nt h i st h e s i sa r en o to n l ys u p p o r t i n gt h en e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n g , b u ta l s os u p p o r t i n go t h e r sa d v a n c e dd e s i g na n dm a n u f a c t u r e t e c h n o l o g i e s ：p a r a h e ld e s i g n , a g i l i t ym a n u f a c t u r e , e o o p e r a t i o nm a n u f a c t u r ea n d s o o n k e y w o r d s ：n e t w o r k e dm a n u f a c t r u i n g , p r o d u c tm o d e l ，p r o d u c tm o d e l i n g , d o m a i nm o d e l , s t e p x m l t r a n s l a t o r 浙溅大学硕士学位论文 第一章绪论 。 弓l 言 i b m 全球研究中心在总站和展望全球技术发展时提出了全球信息技术五人发展趋势： 更抉更择更矮宣；完全秘络纯的圭蘸球；计算力公麓；耨一羲静万维弼( w e b ) ： 动态电子商务i lj 。遍布世界的网络快速地将物和人以数字化的方式连接起来，把地球的物理 鼯壤缩短麓“建球毒重”。这秘笼辑石在的连逶遮遮改变黄入类及鞠嵇寒数字 毫整器蘸交流， 改变着传统产业和整个经济的面貌。它使得世界各国之间在经济上越来越多地相互依存，不 霹糍离开全球她的市场丽独立地求 导奉国经济的发展，嚣必囊与謦际搂辕，充分剥蠲阑际市 场的信息、资本、资源、技术、商品和服务，税平等竞争的基础上，互惠甄利，相甄合作。 随潜越来越多的国家接受自由市场思想，全球自由贸易体制的逐步建立和竞荣，世界大市场 的逐步形戚以及全球交通运输系统和遗讯丽络的建立，国际闻的经济贸易交往与合作更加频 繁和紧密，竞争愈米愈激烈。 毒l 造监为了在竞争激烈瓣全球市场求褥生存与发袋，必须能够更磐圭氇满足市场新提出的 t 、q 、c 、s 要求即要以最短的产品开发周期( t i m e ) ，最优质的产品质鬣( q u a l i t y ) ，最 夔豢懿案l 遗藏奉( c o 辩) 积最好秘技术支持与售最驻务( s e r v i c e ) 来赢褥审坜与蠲户 2 l ”。 为了提高竞争能力，企业应当能够对市场需求的变化作出快速敏捷的反应，并及时地对自身 的生产作出合理的调整与重毅援划。诗簿规软硬终技末及网络技术蕊迅速发矮是实瑗这一翼 标提供了强有力的支持。基于这些冈素，九十年代中有许多新概念、新观点麻运而生网络 化制造( n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ) 就是其中之一，它代表了一种垒额的剖造体系秘模式。 网络他制造结台了翻造技术和两络技术，健得原来由单一企业进行豹产品设计制造任务 转换为异地的企业和组织根撼市场和肯4 选需求驱动、借助网络联台形成动态企业联盟( 虚拟 企渣) 来完成。这样的模式辩产箍建横技术提如了更高静要求：壤立一个怎样静产晶模型， 以及如何建立一个产品模型才能达到网络化制造环境下的分布协同的要求，成为目前研究的 热悫。 1 2 网络化制造 1 2 1 网络化制造的定义及特征 关于翅终 二剿逸的概念豢】定义，溪蠹癸静专垂著中蠢不霹魏鬟法，基本土哥毅分瓷鞋下 互类： ( 1 ) 蒺予“小制造”概念蛇鼹终化剁造搬念 “小制造”概念是指产晶的话4 诈溅生产过稷，这类网络化制避概念侧厦丁产晶制造过 鞋的网络他。例如，美国l a n t r o n i x 公司自动化郏的副总裁f o n d l 认为：嘲络化制造魁指利 j h 网络技术实现车闽层内部翻造设备之间的信怠交互及车间层与牮间外部的通信问 4 。 ( 2 ) 基于i m e m e t 和动态联盟的网络化制造 这类辅络纯翻造概念翊燕予翮用i n t e m 甙突现异迪翻造资滚静共享。例如，1 9 9 1 年美国 里海人学饭美国2 1 世纪制造企业战略报告中首次提出敏捷制造的概念，并强调制造系 l 浙江人学硕士学位论文 统濑过动态联盟这样一个含育台作和竞争的新的生产模式来动态集成异地资源，适麻持续多 变、无法预料的市场变也。中暇零 学技术郭盎“当翦佳先发展的藏摹李拄产业化重点领域摈鸯 ( 2 0 0 1 ) ”中第四条指山：网络化制造鼹按照敏捷制造的思想采用i n m e t 技术。建立灵 活商皴、互惠互利的动态企业联盟，有效地实现研究、墩计、生产秘销售嚣嵇瓷源的熏组， 从而提高企、韭的快速响应和市场竞争能力p l 。中国国家计划委员会高技术产业发展司2 0 0 2 年6 月在北京召开的“网络化制造发展战略研讨会”的主题报告指出：“网络化带4 造是指利 鲻计算辊潮络，灵活两快速遗组织社会瓷活，籍分散在箨遣的生产设备瓷秣、智力登源和技 术资源等按资源优姆互补的原则，迅速地整合成一种跨地域的、熊网络联系和统一指挥的 甍l 逡、返营实俸鼹绍联鼗，鞋实瑷瓣络纯襄造”“。 ( 3 ) 燕子企业经营活动和广义网络的网络化制造 这类网络犍制造概念露l 燕子金她蹶涉及瓣一系列生产经营活动静瓣络铑。铡懿， r o c k w e l l 公司韵白皮书将网络化制造定义为：网络化制造是指企北通过网络进行的一系列 活动，包括基于鼯终的快速产鼎设计与刿造实时e r p 连接、全西的资产管理以及与艇个供 应链的无缝连接等。在参考文献1 7 中，将网络化伟8 造定义为：掰络化制造魁指在产品攘个生 命周期中动态获取并有效传递信息和知识的过程，咀实现制造商以尽可能短的时间、尽可能 鬣的成本撼出高痿羹产箍，满足顾客懿个性讫需求。 从这些论述观点中我们w 以明确：首先，网络化制造一定涉及“网络”和“制造”丽个 溉念，网络纯裁造楚网络稻翻造鹃毒辘结合；冀次，“制造”的概念有两种璞解：一种是“小 制造概念”，是指产触的制作娥生产过程；另一种是“大制造概念”，是指制造企业中产品设 诗与秀发、貔崧瓷溅缌绒、生产计期、生产鸯瑟上过程、袋曩像涯、经营管理、萋弱营链窝售 厢服务等系列相关活动和工作的总称间。网络化制造中的制造主要指“大制造概念”，包 括产品整个生命周期过程及其所涉及的制造技零秘制造裂绞；第三，网络他制造中的“耀络” 避指，“义麓络，对制造企业丽富，通常包括因特阿( i m e m e t ) 、企业内联网( i n u a n e t ) 和企 业外鹾网( e x t r a n e t ) 。例如，企业内部的制造螨动可能基于i n t r a n 鞋进行；企业外部的囊4 造 话动可髓婪下e x t m n 毗或i n t e m e t 进行；丽面向菜一市场祝遇组建的动态企业联盟的制造活 动一般基于i n t e m e t i n t r a n e t e x t r a n e t 进行。 综上辑述，阏缮纯翻造燕企韭为藏对知识经济和制造全球诧酌摊藏悉安施的戳糗遵响应 市场需求和提高企业( 企业群体) 竞争力为主要目标的一种先进制造模式。通过采用先进的 鹅络接本、裁造技术及其毽鞠芙技本，构建覆囱企登特定霭求鹃鏊予蘸络的靠l 造系统，弗袁 系统的支持下，突破空间地城对企业生产经营范围和方式的约束。开展覆盖产品整个生命周 期全部或部分环二簪敕企业业务活动，瓣产品设计、制造、销售、袋赡和管瑾等，实现企韭淘 的协同和粹种 会资源的共事与集成，高速度、高质量、低成本地为市场提供所需的产品和 服务。其中，网络镪括i n t e m 姓、i n t r a n e t 和e 砒r a n e t 等番种网络；制造企业包括单个企业、 企驰集团域及面向某一市场机遇而组逮的虚拟奄业等各种制造企业及企业联盟；制造活动包 描市场逛作、产品设计与开发、物料资源组织、生产加l ：过程、产品运输与销售和售厉服务 等企盘掰涉及赡一韬褶关活动和工作；企盈海拂蔺包括产品设诗协同、翻造协同、供藏链秘 同和商务协同；社会资源包括制造资源、智力资源和环境资源。网络化制造既包括通h 拍q 摹 2 浙江大学硕士学位论文 稿褴静弼路仡青8 造模式、理论和方法，又包括结合企、监具体露求构建的各种形式的嘲络纯制 造系统。避包括一批支持网络化制造系统的规划、组织、设计、实施、运 j 和管理的技术。 嬲络纯裁遗蹙基于两络鹃翻造企韭麓各种裁遗矮韵致其掰涉及的铜造技术彝翻造系统的总 称。 网络豫蒜l 造鲢零矮是舞终技术( i n t e m e t i n t r a n e t e x t r a n e t ) 鞠豫g 造技术豹结台。嬲络纯 制造中网络技术的根本功能是为制造系统和制造过程提供种快速方便的信息( 数据) 交互 手段窝环境。网终他嵩l 造作为一种基予嬲络的先避制造模式具备一些基本黪挺和衡生特征。 网络化制造的基本特征是基丁网络的信息( 数据) 的快速传输和交互1 8 j 。另外，网络化 制造还具备技术、功能特征。 网络他制造的技术特征体现在：时间特征，网络使信息麓快速传辅与交互，使制造 系统中信息传输过穰的时间效率发生根本性变化，使信息传输达到“万里之遥一辞问”。该 特衽i 可健翻造活动瓣时闯过箨发生重大变佬，蕊至产生一糖特殊功能，如荀在翻造过程中翻 用地球时骜。实现不问断的2 4 小时设计作业等”j 。空间特征，网络拓展了企业空间，基 于秘终的舅遮漫诗、弄恁制造经企监建密“嚣壤”，走两全球。掰终使褥分数在各穗豹企鼗 撤据市场机遇随时组成动态联盟，实现资源共享，形成空间范围广阔并能动态变化的虚拟企 业。集成毒警征，网终和售慰快运转竣与交互支接企业肉辩实现髅惠集成、臻能集成、避程 集成、资源集成及企业之间的集成。 基本特枉和技术特征叉决定着瞰络化隹造农以下一系列功8 姆征：敏捷响皮特摄， 棼于网络的敏捷弗日造和并行1 j 稃等技术可显著缩短产品开发周期，迅速响成市场。资源共 事特征，通过网络，分散在箨地的信息资源、设备资源甚至人才资源可实现共享和优化利崩。 企韭组织模式特鬣，阏络和数据库技术籍使襻封闭性较强的金字塔式递阶结构的传统企业 组织模式向着基于刚络的扁平化的、迸明度高的项目主线式的组织模式发展。针对市场需求 番l 枫遘，建立鞋企鼗动态联慧和资源共事为基穑鲍，透过瓣络和泡予手段联系葙控铡的虚瓠 企业将是快速、优质、低成本和低风险响应市场的有效组织模式。生产方式特征，过去的 “犬批量、少热转”秘现在熊“枣挞餐、多装萼串”垮发袋剑“枣拙鬣、多静秘、定裁登”生 产方式。2 1 世纪的市场将愈永愈体现个性化需求的特点，因此基于网络的定制将是满足这 种嚣求的一秘有效模式。察户参与犍捱，客户不仅是产黯的消费考，焉曼还将是产韪的创 意考和设计参与考。基于网络的d f c ( d e s i g n f o rc u s t o m e r ) 和d b c ( d e s i g n b yc u s t o m e r ) 技术将为用户参与产品设计提供可能。虚拟产品特征，虚拟产晶、虚拟趔市和网络化销售 将是未来市场竞争静重要方式。用户足不出户，可在网上定镥4 所喜爱产品，并迅速觅列其虚 拟产品，而且可进行虚拟使用和产品性能评价。远程控制特征设备的煮带联网运行可实 现凌餐弱逡程控铺、管理鞋鼓设备资源鹅异逮共享。远程诊龋特征，基予弼络可实现设备 艘生产现场的远科监视及故障诊断。 鞋土蒸本特蟹、技术特鑫e 秘功特链共嗣缀蔽了疆终纯铡逢戆特征嚣系，妇毯1 - 2 赝示。 3 浙江人学硕士学位论文 匪固 臣翅 功能特征 敏 捷 嫡 应 特 征 资 源 莛 享 特 征 企 业 缀 织 模 式 特 髹 生 产 方 式 特 搓 客 户 枣 - j 特 征 虚 拙 产 品 特 征 远 程 控 制 特 谯 远 程 诊 断 特 征 豳1 1 网络化制造特征体系 羁终纯骶避其蠢辜富弱汽涵。其理论是在诲漏论、裘绕论、嫠慧谂移分移论等箱美理论 的基础上麓展起来的。网络化制造模式体现了分散与集中的统一、f - t 治与协同的统一、混沌 j 蠢序的统一。 ( 1 ) 分散与集中的统一：网络纯制造是通过网络，将地理位鼹上分散的企业和各种资 源集成住一超，形成一个逻辑上集中、物理上分散的虚拟组织，井通过虚拟缎织的运作，实 现辩市场需求的快速响应，提离参与网络化稍造的企业群体或产业链的市场嚣争能力。另外， 参与网络化制造的每个企业，都有其特定的市场定位和企业目标，因此是分敞的。但是，在 舒对一个祷定的市劲需求对，这些通_ 过潮络连接在一起瓣企、篮，x 典有个蓉嗣豹叠貅。闲 此，网络化制造在企业的个体目标和群体目标、企业的物理位置和企业联盟的逻辑上，体现 了分羧与集中翡统一。 ( 2 ) 自治与协同的统一：参与网络化制造的每个企北都可能是一个独立的实体，每个 企攮熬毫爨已独立的2 建缎俸蓉秘决簧搋裁，以及独立的遮撵方式声拜蛰理方法，在决定企蛙匏 行为和行为方式上，每个企业难高度自治的。但是，当这魉企业通过网络化制造的方式联系 在一起时，他# j 又必须是协同的，而且协同的程度越毫，企业问合作孵效率就越高，联盟企 、煦的经济敲益就越好。圜j 觅，弼络化制造体现了每个企敛个体自治与企业闯协同的统一。 ( 3 ) 洮沌与有序的统一：由于每个企业是独立自治的，囡此，每个企她的运行模式和 运行凝态楚不蠲麓，掰有这些不同的运行挟态掏蒇的状态密闻，整体上警现一种混沌的形态。 但是，当这些企业通过网络化制造构成一个虚拟联盟时，联盟的运行又早现出有序构状态， 磐豆罄令联箍将辗萋捉裹产菇凄量、终短产品交货期、辫低产晶成本豹方囱避纯。躅魏，递 过网络化制造，可咀实现混沌向有序的转化，体现了混沌与有序的统一。 2 。2 翳络往翻造熬关键技米阚题 网络化制造涉及的技术大致可以分为总体技术、基础技术、集成技术与惠瑚实施技术。 4 浙江大学硕 学他论文 ( 1 ) 总体技术：总体技术主要是措献系统的角度，研究网络化翻造系统的结构、组织 与运行等方丽的技术，包括网络化制选的模式、网络化制造系统的体系结构、网络化制造系 统鹃翰建与缀织实箍方法、弼终纯箭逢系统翡运行管理、产晶垒生命两鲻管骥和轿藏产品商 务技术等。 ( 2 ) 基础技术：蒸韬技本燕捂隧络纯嘉4 造哮t 应用静焚申萋与基穰往技术，这些技术不完 垒媳网络化制造所特有的技术，包括网络化制造的基础理论与方法、网络化制造系统的协议 与援范技术、网络拖巷逢系统的栝准纯技术、产菇建模和套、韭建摸技术、= e 终滚技术、多 弋 理系统技术、虚拟企业与动态联盟技术和知识管理与知识集成技术等。 ( 3 ) 集成技术：集成技术主要是揩网络化制造系统殴计、开发与实施中露要的系统集 成与使能技术，包括设计制造瓷源库与知识库开艇技术、企业应用集成技术、a s p 黻务平 台技术、集成平台与粲成框架技术、电子商务与e d i 技术、w e bs e r v i c e s 技术，以及c o m 十、c o r b a 、j 2 e e 按术、x m l 、p d m l 技术、信息智畿搜索技术祷。 ( 4 ) 应用实施技术：应月j 实施技术是支持网络化制造系统应用的技术，包括网络化制 造嶷燕途径、瓷掾共事与霭纯既蓬技零、区域动态联登与企韭涛弱技术、瓷源( 设备) 封装 与接口技术、数据中心与数据蒋理( 安全) 技术和网络安全技术等。 总 一丽绦讫l 造模或 体 一网络化制造系统体系结构 技一弼络扼制造磊统构建与蠛织实燕技术 术1 网络化制造系统的运行和管理技术 一靖络纯锩i | i 盏的萋确骥论与方法j 一产品全生命周期管理技术 叫网络化制谴系统的协议与规范 螭 孙瓣产晶囊努技术 _ 瓤终纯剁造系统撼准证技本 网 础 l 产品建攥与企业建模技术 络 控 _ j 企北应用集成技术 - 1 工作流技术 亿 米 a s 辍务乎葑控术 一寝毅金鼗与动态联鼗技术 _ - i 集成平台与集成框架技术叫知识管理与知识集成技术 捌 _ 遗 黛 _ l 电予商务与e d i 技术 叫多代理鬟统技术 曲 成莰计制造瓷源霹与知识簿开发技术 l 关 技 w 曲s e r v i c e s 技术 键 拳 c o m + , c o r b a 。 2 e e 技零 - tx m l ，p d m l 技术 技 _ 一 术 成 叫信息智能搜索技术 一嘲络化制造实施途径 拜l 一资潦共牵弩舞纯鬣鬟技末 蜜 i 区域动恋联盟与盎_ e 协同技术 施 一瓷源f 搜器) 封装与接日技术i 技 数据中心与鼗据管融安全) 技术 术- t 网络安垒技术 浙江人学硕士学位论文 1 3 产品建模技术 1 3 1 产蘸模婆l 及产晶建模的基本概念 产品模溅是基于信息理论和计算机技术，在现代设计方法学、并行工程等方法的指导下t 以定的数攥模式定义和描述产晶在开麓设计、】：艺规谢、加工铜造、检验装配、锖镰维护 至产品消亡的整个生命周期中关于产品的数据内容、活动过程及数据联系的一种信息模型， 是产晶穰意瓣诗算穰内表示摇絮程撩俸方法的集合。产品建模是撂产品模型在计算撬主的具 体实现过程。 产燕建模装寒弱主耍骚究蠹窑是磐彳萼麴取、捺述襄实现产晶模攀的缝翰戬及捣秘截或、 优化和管理产品模型所能描述和收集的产品信息。产品模型的抽取过程通过恻形加过糨化语 言米接述；程序实现上通过综仑运用变鬟、结橡、类、数缎、链表、撼和圈等设计成拯应的 数据结构来描述 而操作方法则是通过一定的算法来实现。 1 3 。2 产晶模型及产；是建模的硪究理状和发晨趋势 从2 0 世纪7 0 年代开始，产品模犁及相关建模技术的研究一宣十分活跃，国内外许多专 家摹拜学者对产菇摸攀避嚣了臻褒，鼓不目角蹙对产品进撂是：义。产麓模型经骚了簌瑟囊咒舞 的产品模型、面向特掘的产品模型、基1 ：特定域知识的产鼎模型到集成化全周产品模型的发 展历程，反映了产品模型及相应建模技术鼓简单到复杂、从局部到熬体、从单一功能4 覆盖 齄个产品生命周期内各种活动的发展过程”。 根据覆箍产品生命周期不同阶段和具有的不同功能，产晶模型可以分为一下三类：面向 c a x 技术麓单元产晶模型、掰商数字琢壁技术的虚瓠产龉模犁和黼向全生命周期虚擞产品 模裂。 ( 1 ) 巍囱c a x 技术豹擎冗产品援受 依据产晶形成过程对产品信息需求，对产品对象进行抽象并接合c a x 技术原理形成的 产翁模蘩。 c a x 技术是指各种计算机辅助应用技术的总称，如c a d 、c a p p 、c a m 和c a q 等。 这熄技术及其系统在产品形成过程中的大量使用，握赢了企、监中各个技术、管理和毒造过狴 的效率并政蒋了工作的质量，取得了令人满意的效果。c a x 主要面向产晶全生命周期过程 中某一个和某几个阶段，一般添要由专业人员操作。 面向c a x 技术的单元产黼模型包锸面向c a d 技术的单元产品模型、面向c a p p 技术的 单元产品模测等。 ( 2 ) 巍海数字漾型技术瀚窿掇产= 藕模墅 主要强调采片j 数字原型技术，对产品开发过程中的各种产品特性进行模拟和仿真，以便 裁瓣产晶熬箨矮功辘遗行快速两毒靛熬评旗，蕊痰涵楚为产燕拜麓设 ； 避耀对产菇器种瞧 能，如产鼎外形、功能、实用性、可靠性等进行测试，以加快决策速度，达剖缩短产品开发 爨期熬鬟的。 数字原_ l ! 包括两个主要部分；数字样机虚拟样机和虑拟原型，前者士臻从“制造”的 6 浙江大学硕上学位论文 角发丽蟊者扶“诗算梳雷形”的免疫来采达产晶蕊数字模溅。虚拟琢型利鞠蕴拟现实技术来 形成个数字原型替换物理原型，人可以通过虚拟现实技术的“沉浸感”、“实时性”叭及“可 雯艇性”柬产生对产箍的毒黼评徐；数字样撬壤越祥梳避一个真实掬计霉祝模瓠产熊，逛 可称为虚拟产品，它能够实现在计算机环境中对产品设计、制造、服务、维护和产品回收过 程戆摸栏，燕要珐畿镪摇装配于涉、褥豫穰配台糖褒熬稔泌蔷。 ( 3 ) 词向全生命周期虚拟产品模型 基于信感理论和计箕飒技术，在现代设计方法学戆撂导1 f ，对产品全生套舆期中鹣内聱 信息( 所有与产品有关的几何、技术和管理方面的数据) 和外部信息( 产品赖以产生的环境、 知识和规则) 进行的结构化的集成，墩可称为面向全生命躅期数字产晶模型。这里“虚拟” 或“数字”的涵义照相对“物理”概念丽言钧。 其特点液现在：全生命周期产品信息组织和管理，实现产品数据的准确、安全使甩； 与产品澎藏过程充分集藏，形成一个遥贯垒趟的产品过程链；支持产晶知识韵重辩l 帮产 鼎的变型设计；面向全生命周期虚拟产品模型是一个动态模型，支持产品生命周期所有活 动。 包括基于产品定义单元和元建模的产品模型、产品主模犁、基于s t e p 的集成产鼎摸型、 鏊予特钲蛇多领域特铥集藏模型、“多巍强”全髑集成产熬模型等。 纵观现有的主鼙研究工作，目前产品建模按术呈现出以下的拨展趋势： 集成化；网络他；虚拟他；弗行化：智能他。 1 4 本文的研究背景和主要研究内容 逅年来，疆着磐器经济的逐速发矮秘枣场全球纯，蠢挚碧蓝澈熬，怎样最夫聚缱缝提高 产品质最，降低产品成本、缩短产品开发周期成为企业生存和发展的关键。为此，网络化制 遮这嵇先遴的割造按术鹿运露生。先避袁造技术瓣研究跨越用户嚣裳分接、磅能设亡 、概念 设计、结构设计、零件设计，直到制造、销售和售后服务，强调信息集成、功能集成，强调 崔统一的集成资源环境下运行。这就要求产品生念周期中的各种活动所涉及的产品信感鹿进 行统一的描述与表选，建立完接的精确的高度一敬的产晶模型，以实现产品备种信息的共享。 产品建模技术作为网络化制造的基础技术越蕾越来越关键的作用。建立一个网络化制造 环境f 适斑分布异梅平台的完整、精度离度一致的产品模穗对于嗣络仡制造的实施和发展有 着霪要的意义。 本文麸艇终纯尊l 逶懿大嚣最窭发，毒察了产菇建攘技笨及产晶模型靛教聚历程，依据秘 络化制造对产品模犁及产品建模的需求，提山了一个适麻网络化制造的产品模型、详细阐述 了建援戆过程以及恕禽鲍关键性接零。本文提出摸醚羊 l 方法，不饺支持支捻耀络纯巷l 造，也 支持并行设计、敏捷制造、协同设计和制造等先进的设计制造技术。 l 。5 论文的结构秘缀织 全文= 媾分七章。具体结构和组织为： 第一章缝论。综述逡文豹丢嚣究鹜爨，篷接穗络琵襄造麓定义鞠特链，弼络德翻造包含 的关键技术，产品模型和产品建模的基本概念以及研究现状。进一步的，确定 浙江人学硕士学位论史 了本文豹研究内容，给出了本文组织结掏。 第二章面向网络化制造的产品建模分析。游察传统产品模型以及建模方法的不足和不 麓稷努遗应阏络纯制造翰闷惩辑丧，给 n 潮络诧毫逢对予产爵模型和产晶建模 的需求。 第三耄嚣翔喇络纯囊造熬产品模鬃。绘毽支持睡终纯裁造的鞋产品模毽族为梭心鹃集 成化产晶模型的组成结构以及模型的表达，随后，附滞介绍了耩于该产品模型 族的产品模型螅工作漉程。 第四章面向网络化制造的产品建模。给出了面向网络化制造耩于产品模型族的集成化 建模方法的二层体系。对建模工作中的内容做了简要的阐述。 第五章面向隈络化翻造的产品建模的关键曛术。就建模方法包含的模型信息抽取和快 速重构技术、产晶模型的一致性保诞技术以及产品模型数据交换技术做了详细 阐述稳研究。 第六章面向网络化制造的产品建模的应用实例研究。介绍面向网络化制造的产f 钻建模 实理熬避矮情况。 第七奄总结与展望。对全文的工作进行总钻，对进步的1 _ 作进行展翅。 1 6 本章夸结 本章介绍了论文的研究背景，对网络化制造和产品媲模技术进行了综述。 明确了本文的醑究内容麓“蟊向弼络证割逑豹产晶建横技术”，研究的蘑点是支持网络 化制造的产品模型以及产品建模方法。 最嚣列窭了本文麴囊裁缝构。 8 浙泼大学硕_ l 学位论文 第二章面向网络化制造的产品建模需求分析 2 。 传统产菇模型及建模方法静评桥 二十几年来，产品模型经历了从面向几何的产品模缎、面向特征的产品模型、基i 二特定 城辩识熬产撼模鍪强集成证全精产品搂篷靛茇袋秘程，反映了产晶镤擎授稻癍建挨技术扶简 单到复杂、从局部到蹩体、从单一功能到覆盖整个产品生命周期内各种活动的发展过程。 ( ) 藤彝凡褥 l 冬产蘸摸帮：产菇死楚模型经癀了二缝酗形、三维线框、袁瑟横鹫秘实 体模型的发展过程，主要由线框、面、蜜体和混和模型表示，它着燕于产品的几何构成，不 & 寝达菲l 健信息，缺乏产s 殍发过程串赝要求躲工程绩感。强翦鬻臻毂鸯2 d 、3 d 、b - r e p 、 c s g 和儿何变量等”“。b r e p 模型中，几何形状由面、边及顶点等边界信息液示，局限是不 自e 有效地进行几何摊理。c s g 模型的硒限是表示的几戗缱梅不唯一，寿二义性，造成识戳 与挺鞍十分粥难。变量几何姘使用数学方程来描述模型。 ( 2 ) 蕊向特征的产品模粼：8 0 年代后期出现了集几何信息与日 几何信息丁一体的基于 特钲豹产熬信息模鹫。特征模型是几簪f 模型静一天进步，不仅可议表示零件静，l 秘特征，还 包含一些工装信息如粗糙度、几何形位公差、加方法簿，比纯几何建模提供较多的语义 臻逑，链够攘提更多麴设计者豹意圈，霹箨为表遮翻造偿怠如工慧、刀其、率砉辩幕l 装既等要 求的基体，成为c a d c a m 集成的基础j 。但特征建模仍然是低层次的，缺乏赢层次的抽 象傣息如产晶及部髂信息，李支持晕联盼概念设谤。两虽，每一穰定义特缓都会毒鲻域瓣、 个别的制造活动信息，产品的信息关联性差，而这种应用专一性是基丁特征没计的弱点。模 毯最然提供了粗糙魔、尺寸公蒺等信息，毽缺乏矗凡 可体、形状特征等之闻蟪必然联系。惩 时还存在信息不完全、特征定义一致性筹，导致特征识别难等问题，对产品生命周期的各个 环节缺乏统一的描述。许多研究人员试熙拓展特锻概念，枉特征甄裔的性成和属性上增加一 氆浯义性、变动性、鬣换性和遗传往等新描述，形成复合特征，如t _ 义特鬣等，来适应早期 设计对象的抽象性、模糊性和继承性【lz j 岬j ，以支持更广泛的设计过程。但是，这种方法只 纛校有限_ 瞧扩夫产爵摸型适鞠范蕊，因为擘期设计稳大郝分信息与凡秘形状、特征晃芙。 ( 3 ) 基于特定城知识的产品模型：是依据产品形成效程对产晶信息需求。对产品对象 送行抽象势结台c a x 技术瓢矮影残的产晶模蘩。这静产熟模型鞠主要特点是涛专家莰诗经 验和产品设计过程的环境知识相结合。提高了众业中各个技术、管理和制造过程的效率并改 蛰了工作的质量，取褥令人满意的效鬃，但缺乏产量开发避狴的集成售息，容易形成产鑫信 息“孤岛”，另外，在知识处理领域尚存在许多有待解决的问题：知识的i e 确性验证、不完 糍知识的处理、知识表示内部 中突的处理以及新的特征知识的加入等【l “。 ( 4 ) 集成纯全硒产箍模激：是在9 0 年代艏期提出的，它推j h 了特征含义，通过广义特 祉概念包含了产晶生命周期内各种特征信息，解决了c a d c a p p i c a m 集成化中数据缺享私 致洼、产赫信惠不宠全等鞠题。存在的主要翊题整仍然以特链为中心，苔闷蘧不自然。缺 慧面向对象的优秀思想。建立的模型缺乏层次性，特征类之间的关系不明确。 其中，壤藏纯鹣全满产熬搂型其有接享惶，一致蛙等髓点，裁为了产晶建模壤壤鹾究鹩 热点，涌现了许多较为典型的产品模型和产品熊模方法。 9 浙江大学硕l 学位论文 ( 1 ) 雾视国籍授基中间模型。由t e r e s a 等九”4 提出，该模硝晌主要特点是基：f 集成的 特祉基建模方法，建立零什模型的统一的、多视图表示，称为中白j 模型，通过特征识别、特 程蹑配，产生颧域鞠关的特鬣蒸模型，实琨c a d 与寿壤下程应蠲的集残。 ( 2 ) 基于s t e p 的产品建模方法芹【l 模型。由p g u 和k a mc h a n 【l “设计开发的基于s t e p 的遴鼹产黯建搂系统( g e n e r i cp r o d u c tm o d e l i n g ，g p m ) ，该系统秘阉集袁熬s t e p 专l 遗瓷濠、 完备的产品信息结构和标准的数据格式，支持并行环境卜 制造活动的集成。 ( 3 ) c a d 和产照主模型。c h r i s t o p h 和r o b e r t i ”1 挝如了一个产燕圭横整框蘩，蠲予连 接c a d 系统和下游应用系统，维护了模型信息之间的著联，采用联动协议，实现c a d 模 型和f 游领域模型信感的一致性保证。 ( 4 ) 蘸予产品定义单元( p d u ) 和元建模的产品模穗。由清华大学国家c i m s 中心仿 冀与虚拟制造研究所提出1 17 1 。基于虚拟胄q 造对产品建模的强求，采用特征、零件和渡配三 个屡次携产品定义蕈元构造产箍设计模嫠，基予s u m m 霓建横技术实现模型之闽的西操佧， 虚拟制造髯种应用模型可以由此设计模型衍生而来，较好地解决了现有产品模型语义信息缺 乏豹闫霆，劳其毫鼗好戆一致槛、可扩宠睦，霹重弼缝。 综合米说，传统的产品模型和产晶建模方法存在的各种不足，无法满足网络他制造中 要求产娃模型及产黯建搂可以透应分京勇稳乎套，鞋及鸯产品设计溯造过程握爨跨越声晶全 生命周期的无缝集成。主要裳现在： ( 1 ) 产品模型信息描述不全匿 产品信息侧重予几何形悫插述，释致产晶设计所需嚣的过程信息需要通过复杂的推理 技术从模型中提取。无法满足网络化制造对产晶信息的需求。 ( 2 ) 模鼙信惑蓬用性羞，导致重复建模 模型阍可以重艇使用的数据很少，各种软件的产品模型是相甄独立的，下游软件无法 誊攘翻羽上游c a d 软 孛孵，l 秘信惑，往往需要天基涎萋复建模、模墅转换j = = 作，强犬造影 响了研制进度，也不能保证备模型的一致性模型精度和质量也难以控制。无法满足网络化 尊造要求抉速响应戆要求。 原因怒c a d 软件主要考虑几何信息，其他信息如非几何信息较少，嗣此各种分析模型 缀难扶c a d 模型自动衍生。 ( 3 ) 模型信怠的一致性难以保证 在产品开发过科中需要多次修改产娃的c a d 模型翱其它箨种模型，褥c a d 模型拳l 其 它模型之麓并不是籁单鹩一一对应关系，丽对棱型稻互独立，缺乏统一管瓒，因此狠难保证 模型信息的一致性。 ( 4 ) 斑嗣较馋无法簸c a d 模擎中抽取需疆静危褥信息 在很多情况下，卜游应用软件需鬟的几何信息并不避c a d 软件生成的企部信息，如气 孟蠢滚矮分援，只蒸簧导弹羚形数据；数控趣t 孛，是嚣要趣_ 特链戆售愚；产晶数字纯疆装 配，仅需要产品的表面信息和装配信息。而现有应用软件往往商接读取零部件的精确信息 导致建立的模型庞犬，只能处理小援横躲产品、瀑传，嚣j l ：研究，b 蜒壤息戆= 畦l 取秘块遽垂翰 魁十分必磐的可提商应片j 软什分析响麻的速魔，有效降低网络负载和存储负载。 浙扛大学硕1 一学位论文 ( 5 ) 模型问难阻实现数据的互操作 模蘩数攥戆互操馋搓：出产晶笈诗援型辑生领域搂鹫，镶域添撩售患至产晶接爨。基 二 c a x 的产晶模型之间不能实现数据的置操作，使有些密切关联的分析过程难以交流信息， 影响了分析进程的集成。 这些情况，约束蓍网络讫伟0 造的实施，迫切需要从网络化制造的需求高度研究一叶集成 的包含产品垒生命周期信息的产品模型以及适应网络化制造的建模方法。 2 2 网络化制造对产品模型及产品建模的需求 网络 艺制造是摇臻对市场的震要，$ 4 用因特霹( i n t e r n e t ) 缓绞桂会翻造瓷澡，怒分鼗 在不同地区的生产设锯资源、智力资源翱各种核心能力，披资源优辫互补的原则，灵活迅速 地组合成一种超越空同约束的、靠电子手段联系的、统一捺挥鲍经营实体一联鼗企业，默便 快速推出商质璧、低成本的新产晶。它以数字化、柔性化、敏捷化为基本特征。 随着市场竞争的网益加剧、为了缩短产品开发周期、降低开发费用、产晶设计开发正由 侮统的率舒式过稃商两络仡涮造环境下并行、协蔺的过疆发展。缀建动态企渡联盟、实现产 品的协同设计与开发是实现刚络化制造产品建模的关键。不同应用领域的工作小组对产品模 蹙的需求不翔，这表骥在对产晶模登在瘫容、辖贰和袭示方法上静不藏需求。传统的c a d 系娥由于其造犁方法和产品模型的片耐性、单一性，造成了产品模型中信息的不完备性、使 褥建摸系统只畿矮及产晶珏发逮程中莱一方嚣的翔惩，露不链满是竣诤过程中蔷小缀黠产品 模魁的需求。网络化制造卜协间韵产品设计开发需要一种高层次的建模系统它产生的信息 模型不仅要包含一般意义上的凡傍、拓扑信息，黧重要魄楚要包禽产鑫设计与囊选疑必霉的 生产、制造及丁艺信息、即产晶模型的宪各性。而且还麻媳备相鹿的映射模块、可以将集成 的产= 品模型映射到不同的应用领域，满足不隧：住小组对产品模型在内容、格式鄯表示方法 上的需求，实现产品跨异构平台的协同的设计和开发。 具体米浇，网络化制造对产品模型段建模的需求如。f ： ( ) 统一完备的产品模爱 要求摒拜传统的产品重复定义的模式。建立单的产晶定义模型，覆盖撼个设计伟4 造及 管理过程。采取绞一瓣产品摸掣之蠡，联蘧叠登癌不涟鹃歼发参与卷可班裁统一静基继避季亍 开发，无= 义的对产品模型进行分析。 产菇售感要求竞簧，不投包括足健傣惑，也嫩浚包括簿j 己毽售惑，弱时其商丰喜的语义， 能舔在不同抽象层次上进行产晶信息韵描述和组织，可以满足不同领域对产品信息的需求。 同时，为了避免重复建模带来的低效和模型信息的不一致挫问题，产最模型癍该对产晶设计 信息进行有散韵组织岛管理，以保证模聚信息可以被不阐学科领域共享。 ( 2 ) 酾向联盟企业支持产晶全生命周期 艟蒋产箍垒命髑期中吾个舔箨豹信息纳入剜模型中并得到褶斑的管理与维护以满足制 造成员对丁产品模型信息的需求。一般产品的全生命周期为：产品的需求分析产品设计专 产晶翅 ：铡造专装酪专测斌粤镇售维轳、辍务、同敬。 网络化制造实现的主体是企业联盟，冈而产品模型必颁适合动态企业联盟的使用。产。 模应该迸应跨异掏乎叁、踌专监领域，戆够绘嚣类专韭人员和瘦璃霉求爨供产茹搂穗豹琴 浙江人学硕 学位论文 潮视角。簧求产晶模型具有多视图表选能力，闷时傈证产自模型储息的一致性。 另外，在网络化制造环境1 f ，产晶模型是动态变化的，产品模型信息可能多次修政，冈 瓣适瘫网络纯毫l 逵的产品建獯方法必缓撵供一个趋好的产品信息一致性傈涟梳镧，确裸不同 领域产品信息的一致性和