（机械电子工程专业论文）基于网络的快速成型远程服务系统的研究.pdf

摘要 摘要 快速成形技术被认为是近2 0 年制造技术领域的一次重大突破，其对制造业的 影响可与数控技术的出现相比。r p 系统综合了机械工程、c a d 、数控技术、激光 技术及材料科学技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转化为具有一 定功能的原型或直接制造零件模具，有效地缩短了产品的研究开发周期。快速成 型技术与网络技术的结合必将是时代发展的趋势，结合网络技术可加快i 冲技术的 发展和推广，使快速成型技术服务于企业，缩短企业生产周期。本文以快速成型 制造中心为对象，研究了基于w e b 的快速成型制造远程服务系统。 本文重点研究了基于w 曲的快速成型系统远程服务的系统结构和关键技术， 主要内容包括： 1 ) 对于快速成型制造中心的服务功能进行了研究，设计了中心服务的功能模 块，提出了采用a s p ，a c t i v e x 等技术实现的三层浏览器服务器结构模型。 2 ) 研究了网络服务的软件技术，分析了a s p ，c o m 技术和a c t i v e x 的工作 方法及开发技术。 3 ) 分析了r p 加工工艺选择的因数，提出了多目标模糊评价体系，设计了网络 i 冲工艺选择的优化算法。在i i s 平台上，利用a s p ，a d o ，s q l 实现了i 心加工 工艺参数的远程查询服务功能。 4 ) 深入分析了s t l 文件的结构以及其三角面片具有的固有缺陷，设计了s t l 模型文件的的拓扑结构，提出了缺陷检查和修补程序算法。 5 ) 研究了基于o p e n g l 技术的图形显示技术，设计了其显示流程，并对主要 功能函数进行了设计。 6 ) 设计了服务平台的主要页面，完成了系统数据库的分析和设计。 本系统研究拓展了快速成形制造加工中心的服务能力，实现了快速响应市场 和降低制造成本的双重目标，为进一步的网络制造服务奠定了基础。 关键词：快速成型、s t l 文件、o p 铋g l 、a c t i v e x 、工艺选择、数据库 a b s 仃a c t a b s t r a c t r a p i dp r o t o t y p i n g ( i 冲) t e c h n 0 1 0 9 ) ，i sa 1 1i m p o r t a l l tb r e a l ( t 1 1 r o u 曲i nm a l l u f a c t u m g t e c l l i l o l o g yf o rt w e n t yy e a r s t 1 1 ei n n u e i l c eo fr a p i dp r o t o t y p i n gt e c l m 0 1 0 9 yi se q u a li n v a l u et ot h e 锄e r g e n c eo fn c t e c h n 0 1 0 9 y a s 廿1 er ps y s t e mi n t e 掣a t e st h em e c h 撕c a l t e c h n o l o g y 、c a d 、n c 、1 a y e re i l 百n e e 订n ga n dm a t 甜a ls c i e n c e ，e t c ，w ec a l la c c u r a t e l y 饥m s f o n l lo u rm o d e li 1 1m i n di n t oar e a lp r o t o t y p eo rd i r e c t l yp r o d u c ec o m p o n e n tp a r to r d i e s s om a t ，t l l er e s e a r c hp 耐o do f p r o d u c t sw i l lb es h 唧l ys h o r t e n e d t 1 1 ec o m b i n a t i o n o fr pa n dw 曲t e c l l i l o l o g yw i l lp r o m o t em ed e v e l o p m e n ta 1 1 d s p r e a d i n gi nr p 姚o 】o g ya n ds h o r t e nm a l l u f a c t u r i n gp 鲥o d 1 1 1 蹦s 积i c l e ，w es t u d yt 1 1 er e m o t er p s e r v i c es y s t e mb a s e do nw 曲a r o u n dar pm 籼f a c t u r i n gc e n t e r t h ed i s s e r t a t i o np u t 锄p h a s i so nt 1 1 e k e yt e d l i q u eo fi n l p l e m e n t a t i o na _ b o u t r e m o t er ps e i c es y s t e mb a s e do nw 曲t h em a i nc o n t t si n c l u d e ： 1 ) 1 l u 0 u 曲s t u d 姐n gm es e r v i c e 向n c t i o no fm er e m o t ei 己pm a n u f a 咖r i n gc e n t e r p l a t f o r m ，t h ew h o l ei n t e 伊a t e d 仔锄ei ss e tu pa n dr e s p e c t i v e 如n c t i o n a lm o d u l e sa r e d e s i g n e d ，m r e e - 1 a ) 惯b r o w s e r s e r v e rm o d e l i sp r o m o t e da i l dr e a l i z e d 2 ) s t u d i e dm ek e ys o f m a r ef o rw 曲s e r v i c es u c ha sa s p 、c o m 、a c t i v e x t e c l l n o l o g ) ， 孤dd a t a b a s e s y s t e m ，锄a 1 ) ，z e d m e i rw o r km e t l l o da 1 1 d d e v e l o p m e n t t e c l u l o l o g y 3 )a c c o r d i n gt o 也e e v a l u a t i n g i n d i c a t o ro fr pp r o c e s s ， p u tf o r w a r da m u l t i a t t d b u t e se v a l u a t i o ns y s t e i i l p r o c e s ss e l e c t i o na l g o r i m m o nt 1 1 ew i n d o w s o p e r a t i n gs y s t e ma 1 1 di i sp l a t f o 肌，t l l er e m o t ei n q u i 巧s e i c eo ft l l er pm a c h i l l i n g p a r 锄e t e r sh a sb e e l lr e a l i z e d b yu s i n ga s p 、a d o 姐ds q lt e c l l l l o l o 卧 4 ) s t l l d i e dt 1 1 es t lf i l ef 0 肌a 1 1 dd e f - e c t s ，e s t a b l i s h e dt h et o p o l o 西ci n f o m a t i o n 锄o n gp o i n t 、1 i n ea 1 1 df a c e t ，d e s i g n e daa l g o r i t h mf o rr e p a i r i n gm es t lf i l ed e f e c t s 5 ) d i s c u s s e dw a t c h i n gt h es t lm r e ed i m e n s i o n a lm o d e lo nt 1 1 e 馈) b yu s i l l g 0 p e n g la 1 1 da c t i v e xc o n 仃0 1t e c l m 0 1 0 9 md e s i g n e dt 1 1 em a i l l 向n c t i o no ft 1 1 ep r o g r a m 6 ) a n a l y z e da 1 1 dd e s i g n e dm es y s t 锄d a t a b a s e ，a c c o m p l i s h e dm ed a t a b a s e s t n l c t u r e ，c o n s 加l c t e dt 1 1 er ps e n ，i c ep l a t f o m ，r e a l i z e ds o m em n c t i o n so ft l l es y s t e m b a s e do nt 1 1 et e c h n i q u e sm e i l t i o n e da b o v e ，t 1 1 ep l a t f o r mo ft l l er e m o t er ps e r v i c e n a b s t r a c t b a s e do nw 曲i ss e tu p i tc a l lo 疏rs e r v i c ef o re 1 1 t e r p r i s e sa n da c h i e v et h eg o a lo f r 印i d l yr e s p o n d i n gt om a r k e ta n ds a v i n gt h ec o s t so fm a n u f a c t u r i n g i t saf o u n d a t i o n f o rt h ef e a t i l r er e s e a r c h k e yw o r d s ：r 印i dp r o t o 帅i n g ，s t l ，o p e n g l ，a c t i v e x ，d a t a b a s e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 西障6 月畜日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：通蛊 一 导师签名： 日期：沙 第一章绪论 1 1 课题背景及意义 第一章绪论 制造业是国家经济的发展支柱，无论发达国家、新兴工业国家还是发展中国 家，都把制造业的发展作为提高竞争力，振兴国家经济的战略手段来看待。对于 制造业来说，竞争的核心是新产品和先进的制造技术。制造企业必须同时具备四 个方面的能力，即时间竞争能力、质量竞争能力、价格竞争能力、创新竞争能力， 拥有先进的制造技术，制造出先进的、最能满足顾客需求的产品，谁就能在激烈 的市场竞争中成为胜利者。因此，改进产品功能、提高产品质量、缩短生产周期 和新产品的研制开发周期、降低生产成本、完善行销及售后服务，成为制造企业 面临的共同任务【l 】。对市场的响应速度和反应时间已经成为企业赢得市场竞争的关 键因素【2 】。制造技术是制造业的技术基础，是提高企业国际竞争力和创新能力的根 本途径。目前，传统的制造技术已难以适应现代化生产的需要，因此现代制造企 业纷纷采用先进制造技术( a d v a n c e dm a n u f a c t u i i n gt c c h n 0 1 0 缈a m t ) ，以增强企业 的制造水平和竞争力。 先进制造技术是以实现优质、高效、低耗、清洁、精益、敏捷、灵活的生产， 取得最大经济效益和社会效益的制造技术的总称【3 】。它在传统制造技术的基础上， 不断吸收现代科学技术在机械、电子、信息、材料、计算机、控制、能源、加工 工艺、自动化及现代管理等领域的高新技术成果，并将其优化、集成、综合应用 于产品的开发设计、制造、检测、销售、使用、管理和服务。先进制造技术有以 下一些发展趋势：信息技术对先进制造技术的发展起着越来越重要的作用；设计 技术不断现代化；成形及改性制造技术向精密、精确、少能耗、无污染方向发展； 加工制造技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展；工艺由 技艺发展为工程科学，工艺模拟技术得到迅速发展；专业、学科间的界限逐渐淡 化、消失；绿色制造将成为2 1 世纪制造业的重要特征；虚拟现实技术在制造业中 获得越来越多的应用；信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，先进制造生产 模式获得不断发展【4 】【5 】。 2 1 世纪初期的制造技术，正在从以机器为特征的传统技术时代，向信息化和 系统化技术时代迈进，将进入增强企业快速响应能力的敏捷制造阶段。现代制造 1 电子科技大学硕士学位论文 业正朝向网络化、全球化、智能化等方向发展，因而以网络化制造手段来改造制 造企业，使企业能快速响应市场，尽可能的满足个性化市场的需求，是现代制造 业必须面临的课题归1 。网络化制造是2 1 世纪先进制造模式之一。通过网络可以把 我国现有的制造资源根据市场的需求迅速组合起来，以提高我国制造资源的利用 率、实现我国制造资源的共享、提高企业对市场的反应速度、增强我国制造业的 国际竞争力。 8 0 年代后期发展起来的快速成形( r 叩i dp r o t o t ) ，p i n g ，r p ) 技术，被认为是近 2 0 年制造技术领域的一次重大突破，其对制造业的影响可与数控技术的出现相比 p j 。r p 系统综合机械工程、c a d 、数控技术、激光技术及材料科学技术，可以自 动、直接、快速、精确地将设计思想转化为具有一定功能的原型或直接制造零件 模具，有效地缩短了产品的研究开发周期。快速反求( r a p i dr e v e r s ee i l 西n e 耐n g ，r r e ) 技术、快速成形技术及以此为基础的快速模具制造( r a p i dt o o l i n g ，r t ) 技术可大幅度 缩减新产品开发、生产准备及规模化生产的周期，被广泛视为现代集成制造系统、 并行工程及敏捷制造等的关键使能技术。 快速成型技术与网络技术的结合必将是时代发展的趋势。网络技术的发展使 许多原有技术领域扩展了相当宽广的空间，获得了许多新的理论方向和应用方向。 企业为实现快速响应市场和降低制造成本的双重目标，需要通过不同企业间在技 术、设备、人员等方面的合作，充分利用现有社会制造资源，达到制造资源的共享和 技术资源的优势互补。 因此，研究基于网络的快速成形制造系统有重要的理论意义和现实价值，是 网络化制造的一个重要的方面。探究网络技术在机械加工领域的应用及实现，也 是对快速成型技术的扩展应用，加快i 冲技术的发展和推广，使快速成型技术服务 与企业。通过网络化远程快速成型服务，缩短企业生产周期，使快速制造更快速。 为中小企业提供快捷、便利、可靠的功能零件或快速模具制作服务。为实现制造 资源的共享和技术资源的优势互补，进一步缩短快速成形模具的生产制造周期。 1 2 网络化制造概述 1 2 1 网络化制造含义和特征 网络化制造指的是：面对市场机遇，针对某一市场需要，利用以因特网 ( i n t e i e t ) 为标志的信息高速公路，灵活而迅速地组织社会制造资源，把分散 2 第一章绪论 在不同地区的现有生产设备资源、智力资源和各种核心能力，按资源优势互补的 原则，迅速地组合成一种没有围墙的、超越空间约束的、靠电子手段联系的、统 一指挥的经营实体一网络联盟企业，以便快速推出高质量、低成本的新产品【8 1 。网 络化制造的本质是网络技术( i n t e m e t l i n t r a l l 刊e x 缸觚e t ) 和制造技术的结合。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一种快速方便的信息( 数据) 交 互手段和环境。网络化制造作为一种基于网络的先进制造模式具备一些基本特征 【8 】【9 】【1 0 】。 ( 1 ) 敏捷化 敏捷化的思想是网络化制造的核心思想之一。基于网络的敏捷制造和并行工 程等技术可显著缩短产品开发周期，迅速响应市场。 ( 2 ) 分散化 网络化制造分散化表现在两个方面：制造资源的分散性和制造系统中生产经 营决策的分散化。 ( 3 ) 动态化 网络制造联盟是针对市场需求和机遇，面向特定产品而组建的，根据市场和 产品的动态变化而变化，市场和产品不存在，网络制造联盟就解散，有市场和产 品机遇又重新组建。 ( 4 ) 协作化 强调企业间的协作与社会范围内的资源共享，通过企业间的协作和资源共享， 网络化制造可以提高企业( 企业群体) 的产品创新能力和制造能力，实现产品设计制 造的低成本和高速度，进而提高企业的竞争能力。 ( 5 ) 集成化 网络和信息的快速传输与交互支持企业内外实现信息集成、功能集成、过程 集成、资源集成及企业之间的集成。 ( 6 ) 数字化 利用信息技术，实现真正的完全无图纸的虚拟设计、数字化和虚拟化制造， 实现企业内部、企业与外界的信息流、物流和资金流的顺畅传递，保证了产品设 计与制造周期的缩短和提高工作效率。 ( 7 ) 网络化 网络化制造是建立在现代通讯技术和网络技术的发展之上的，组建高效的网 络联盟必需要以网络技术为支撑。 ( 8 ) 有多种形态和功能系统 3 电子科技大学硕士学位论文 结合不同企业具体情况和应用需求，网络化制造系统有许多种不同的形态和应 用模式，在不同形态和模式下，可以构建形成具有不同功能的多种网络化制造应用 系统。 ( 9 ) 技术内容丰富 网络化制造的研究与应用实施中涉及大量的组织、使能工具、平台、系统实 施和运行管理技术，这些技术的研究和应用既可以深化网络化制造系统的应用，同 时又可以促进先进制造和信息技术的理论方法及工具系统的研究与发展。 1 2 2 网络化制造的体系结构 网络化制造系统总体上可以分成企业用户以及支持它的一个网络化制造集成 平台两个部分。结构如图1 1 【1 7 1 ： n龠 n 企业l企业2雷 入 u 之岁 一 i n t e r n e t i t r a n e t e x t r a n e t 一一一一一一一一1 一卜一一一一一一 - v 共享 敏捷 产品产品 信息 企业 协同远程资源 供应 电子虚拟虚拟技术 协作 设计制造共享 链管 商务采购展示支援 系统与制服务系统 理系 系统中心与销中心 平台统 造售 应用软件系统 使能工具 c a x 、p d m 、e r p 、s c m 、c r m 项目管理、企业建模、 入 远程诊断、贷备互连 眵一一一一8 一一一一一一8 一一一 产品资源库 基础技术体系 网络化制造 制造资源库( 体系结构、标准 基础数据库规范和指南等) 标准与协议 图1 1 网络化制造系统的体系结构 4 第一章绪论 从图中可以看出，网络化制造系统包括五个层次： ( 1 ) 基础层 它主要为实施网络化制造提供基础性的支持，包括基础数据库( 产品资源库、 制造资源库、基础数据库等) 、相关的技术基础( 标准、规范、系统体系结构和网络 化制造系统实施指南等) 、网络化制造相关标准与协议等 ( 2 ) 应用与使能工具层 它主要包括各种实施网络化制造所需要的应用软件系统( c a d 、c a p p 、c a m 、 p d m 、e i 理等) 和使能工具( 项目管理、企业建模与诊断、设备互连等) ，这些应用 软件系统和使能工具为企业实施网络化制造提供技术支持。 ( 3 ) 应用系统层 它是企业实施网络化制造最主要的功能支持层。 ( 4 ) 网络层 它是企业实施网络化制造最重要的基础设施层，包括广域网( i n t e n l e t ) 、企业 内网( 1 1 1 t r a i l e t ) 和企业外联网( e x t r a i l e t ) 。 ( 5 ) 企业用户层 它是在网络层的支持下，通过互连网络实现企业互连，在项目管理和过程管 理系统的支持下开展企业网络化制造实际应用。 1 2 3 网络化制造的关键技术 网络化制造的关键技术有以下几个方面1 1 】【1 5 】【1 6 】 2 5 】： ( 1 ) 支撑技术 网络化制造支撑技术主要包括计算机网络、数据库以及异构对象间的分布计 算和互操作技术，制造系统的敏捷基础设施网络。 ( 2 ) 系统集成技术 对于企业应用软件的集成，需要以下2 个关键技术的支持：1 ) 信息共享模型 的研究，找到实现企业应用软件之间的信息交换与共享的元数据表示和结构，例 如基于l 的信息共享模型；2 ) 企业应用软件集成方法的研究，包括应用软件 交互接日的定义和标准化，应用软件封装技术等。 ( 3 ) 网格计算技术 网格计算是建立在现代计算机网络、w e b 技术、分布式处理、并行计算基础 上的网络化的分布式计算，它为在地理上分散的用户之间提供使用分布式的计算 5 电子科技大学硕士学位论文 资源所需的可靠的软硬件支持环境。这些计算资源包括超级计算机、计算机集群、 存储系统、可视化系统、软件和信息等。 ( 4 ) 网络化制造模式下的c a d c a m c a p p 技术，产品数据管理。 基于网络的c a d 佗a m c a p p 是网络化产品加工的基础工作。网络化制造环 境中包含许多超越事务管理的复杂数据模型，需要进行特定的数据管理，包含设 计、加工、装配、质量控制、销售以及服务与维护等各类数据。 ( 5 ) 协同工作、管理技术 网络化制造的关键就是协同，不同动作实体( 包括计算机系统、人和组织等) 的协同作用贯穿了整个产品生命周期的全过程。 1 3 速成型制造技术概述 1 3 1 快速成形技术原理及特点 快速成形技术是将计算机辅助设计( c a d ) 、计算机辅助制造( c a l 订) 、计算 机数字控制( c n c ) 、激光、精密伺服驱动和新材料等先进技术集于一体高新技术。 i 冲技术是基于离散堆积成形原理的数字化成形技术。它是在计算机的控制管理 下，根据零件的c a d 模型，通过材料的精确堆积，制造原形或零件的。其成形过 程是，首先用c a d 软件设计出零件的三维c a d 电子模型，然后根据具体工艺要 求，将其按一定厚度分层切片，即将其离散为一系列二维层面，将这些离散信息 同加工参数相结合，生成n c 代码输入成形机。成形机则依照n c 代码，顺序加工 各单元层面并彼此结合，从而得到与c a d 模型对应的三维实体，即物理模型或原 型。成型过程如下图1 2 【1 8 】： 图1 2 成型过程 6 第一章绪论 快速成型技术采用添加成型的方法，有别于传统的去除成型的方法，它具有 以下的特剧1 9 】【2 0 】： ( 1 ) 可以制造任意复杂的三维实体由于采用离散堆积成型的原理，将一个 十分复杂的三维制造过程简化为二维过程的叠加，所以可实现复杂零件的加工。 ( 2 ) 快速性从一个c a d 模型到零件成型，只要几个小时到几十小时。 ( 3 ) 高柔度性，无需任何专用夹具或工具就可完成制造。 ( 4 ) 技术集成，设计制造一体化。 ( 5 ) 具有广泛的材料适应性。 1 3 2 快速成型技术工艺 目前快速成型制造技术的具体工艺不下3 0 余种，根据成型方法可分为两类： 基于激光及其他光源的成型技术( 如s l a 、l o m 、s d m ) ；基于喷射的成型技术( 如 3 d p 、f d m 、m j d ) 。比较成熟的有以下几种【1 9 】： ( 1 ) 液态光敏聚合物选择性固化( s t e r e ol i m 孕a p h ya p p a r a t u s ，s l a ) 将激光聚焦到液态材料( 如光敏树脂) 表面，令其有规律地固化，由点到面，完 成一个层面的建造，而后升降平台，向下移动一个层片厚度的距重新覆盖一层液态 材料，再建造一个层，与前一层结合在一起。由此层层迭加，成为一个三维实件。 ( 2 ) 分层实体制造( l a m i n a t e d0 i b j e c tm a n u f a c t u r i r 喀，l o m ) 薄片材料( 纸、塑料薄膜等) 涂胶后与已成型的工件粘接，然后用激光刀具对材 料切割出工件边框和原型的边缘轮廓线， 通过升降平台的移动和薄片材料的送给， 并将不属于原型的材料切割成网格状。 可以再切割出一个新的层片，并将其与 前一个层片粘接在一起，这样层层迭加后得到一个块状物。层贴完毕，将不属于 原型的材料小块剥除，就获得所需的三维实体。 ( 3 ) 选择性激光烧结( s e l e c t i v el a s c rs i l l t 嘶n g ，s l s ) 将铺成具有很好密实度和平整度的粉末层面，有选择地自接或间接熔化，形 成一个层面。再铺粉压实，熔结成另一个层面，并与原层面熔结在一起，如此层 层迭加为一个三维实体。 ( 4 ) 熔融沉积成型( f u s e dd 印o s i t i o nm o d e l i n g ，f d m ) 将热熔性材料( a b s 、尼龙、蜡等) 通过加热器熔化后挤压喷出，并堆积成一个 层面。然后将第二个层面用同样的方法建造出，并与前一个层面熔结在一起。如 此层层堆积，获得一个三维实体。 7 电子科技大学硕士学位论文 ( 5 ) 三维印刷( t h r e ed i m e n s i o np r i n t i n g ，3 d p ) 与s l s 工艺相似，用粉末材料，通过喷头用粘接剂粘接成型。 1 3 3 快速成型技术发展趋势 我国i 心研究工作起步于9 0 年代初，清华大学、西安交通大学、南京航天大 学、华中理工大学、上海交通大学、华北工学院等在成形理论、工艺方法、设备、 材料、软件等方面做了大量的研究、开发工作，研制了有自主知识产权成型机。 目前，快速成形有以下的发展方向例【2 l 】【2 2 】： ( 1 ) 快速成形技术正向多种材料复合成形方向发展，无需装配，一次制造多 种材料、复杂形状的零件和部件。 ( 2 ) 快速成形将向降低成本、提高效率、简化工艺的方向发展，其目的是普 及快速成形技术和提高快速成形的应用范围。 ( 3 ) 改善快速成形系统的可靠性、生产率和制作大件能力，尤其是提高成形 件的精度、表面质量、力学和物理性能，为进一步进行模具加工和功能实验提供 基础。 ( 4 ) 开发性能好的快速成形材料。 ( 5 ) 开发快速成形的高性能软件。 ( 6 ) 快速成形方法和工艺的改进和创新。 ( 7 ) 快速成形技术与c a d 、c a e 、c a p p 、c a m 以及高精度自动测量、逆 向工程的一体化集成。 ( 8 ) 发展桌面系统，利用网络实现远程控制。 ( 9 ) 快速模具制造。 1 4 网络化快速成形制造的研究现状 1 4 1 国外研究现状 自美国8 0 年代中期开发出i 冲技术以来，r p 技术在国外得到了快速发展和广 泛的应用。全世界已有5 0 0 0 多台快速成型设备在运行，还有4 0 0 多家i 冲& m 服务 中心为中小企业服务。r p & m 设备及服务年增长率在2 0 以上，提供r p 服务的 制造中心成为制造业中的朝阳工业。由于i 冲m 的需求增长，研究机构与企业在 网络化方面也进行了大量研究开发工作2 4 】【2 5 】： 第一章绪论 ( 1 ) 美国纽约大学、c 锄e 西em e l l o n 大学、加州伯克利大学9 0 年代初便开 始了远程制造服务模式的研究，在二维零件的机械切削加工方面获得有限的成功 后，一方面继续其在三维零件远程机械切削加工制造服务模式的努力，而另一方 面则将其研究范围扩展到了远程快速成形与制造( i 心& m ) 上。 ( 2 ) 德国拜仁慕尼黑大学( b i b a ) 开发了“r a p i dp r o t o 咖i n gs y s t e ms e l e c t o r ， ， 帮助普通用户选择最适合自己产品的r p 工艺方法。已解决“i 冲一n o v i c e s ”由于不具 有全面的i 心知识很难快速准确选择适合的i 冲方法的问题。 ( 3 )美国加里弗尼亚大学进行了“t e le m 删f a c m l i n gf a c i l i t y ( i m f ) ”项目的 研究，开发s t l 文件检查器，远程用户可通过s t l 文件检查器自行对所提交s t l 文件进行校验并对模型的缺陷进行自动修复。并且可以对用户所提交的任务进行 自动排队管理。 ( 4 ) 英国u m v e r s i t yo fw a l e sh s t i t l l t e 的设计工程研究中心开发了“r a p i d p r o t o t y p i l l gd e s i 弘a d v i c es y s t e m ，这个系统帮助设计人员或项目经理( 特别是中 小型企业的设计人员或项目经理) 在产品开发阶段规划出快速原型最适合的工艺 方法，并且还提供广泛的快速原型技术知识和信息。但是，目前这仅是一个实验 原型系统。 ( 5 ) 美国加州大学的伯克利分校对远程设计和制造进行了详细系统的研究， 完成了“c y b e r c u t ，项目，这是一个基于w w w 的设计和制造工具。它的核心功能模 块“m a n u f a c t u r i n g a d v i s o r ys e r v i c e ”，它为远程用户提供加工工艺的规划和材料的 选择。已经从最初的m a s l o 发展到现在的m s 2 0 。它还提供了基于i n t e m e t 的 c a d 系统。 ( 6 ) u i l i v o fn l i o n o i sa tu r b a n a c h 锄p a i 弘和哥仑比亚大学则将远程快速成 形与制造系统视为敏捷制造或c i m s 的重要使能技术，已开发了这种制造模式的 示范系统。 ( 7 ) 南加州大学则在美国西部2 0 多家r p 服务中心及3 ds y s t e i n s 公司、 s t r a t i s y s 公司和s m s 公司等的支持下正开发一个称为o n 一1 i n er a p i dp r o t o t y p m g m a n u f a c t u r i n g 的系统，旨在使那些专门的即服务中心能通过1 1 1 t e m e t 为异地的客户 提供远程的r p & m 服务。 ( 8 ) 在工业界，3 ds y s t e m s 公司已开始通过1 1 1 t e n l e t 尝试为客户提供r p & m 服务，在网上创建了快速成形与模具制造虚拟公司。 9 电子科技大学硕士学位论文 1 4 2 国内研究现状 自2 0 世纪9 0 年代初我国学者从国外认识了r p 技术后，即着手研究在我国科 技人员不懈的努力下，经过1 0 年的研究开发与推广应用，我国已掌握了从设备到 工艺材料的核心技术。组建国家级r p 技术推广应用服务中心，有效地推动了我国 r p 技术的发展。但整体水平与国外先进水平相比还有较大差距，主要表现在产品 规格型号少，工艺材料品种单一，特别是在产业化和应用服务方面的差距尤为突 出。 国家科技部借鉴国际上r p & m 服务中心成功的经验，倡导并资助在天津、西 安、武汉、宁波、深圳等地区筹建了一批专业性的r p & m 技术应用服务中心，一 些地方政府也筹建了一些生产力促进中心，如河南生产力促进中心等。还有一些 单位( 如海信、海尔、上汽等) 也购置了相关设备，开发自己的产品。r p 中心的 服务领域遍及家电、汽车、轻工、医疗、通讯、摩托车等行业，快速原型制造业 务呈递增趋势。西安交通大学先进制造技术研究所和西北快速成形生产力促进中 心已开展r e c a d c a e 】妞r t 的集成系统的研究，并建立了快速成形制造服务网 站，开展了快速成形模具网络化制造服务的研究。国内其余r p & m 生产力促进中 心也已建立了相应的网站，并可提供初步的远程制造服务。 i 冲& m 信息网络中心虽然在沟通用户与r p 应用服务中心方面发挥积极作用， 但距离完善实用化的网络化制造服务平台尚有一定的差距。大部分的快速成型中 心网络化服务还处于初级阶段，仅以产品和企业宣传为主。各个中心很难完全拥 有全线的快速开发技术，一般仅有该项技术中的部分技术资源，即使像西北快速 成形生产力促进中心拥有了全线的快速开发技术，但也很难具备每种技术的完全 工艺手段。而一个新产品的开发可能要用到各种技术中的各种工艺手段，另外具 有这种技术的生产力中心国内也仅有十几家，远远不能满足日益增长的快速原型 制造的需求。东西部地区分布也不平衡，在西南地区还没有快速成形的服务中心。 目前，我国中小型制造企业占制造企业的绝对多数，企业的规模、技术和资 金都不足。对于一般企业来说，使用快速成型设备主要用来制作处在研制中的新 产品样件，使用频率低，不必要购买成套的昂贵设备和配备专门的技术人员，寻 求快速成型设备的共享就成为快速成型设备应用的主要模式，同时也就决定了国 内企业大部分的新产品快速开发是通过异地完成的。因此提供r p 服务的r p & m 中心具有很大的潜在需求，构建快速成型制造的分散化网络化制造服务平台，服 务于广大的中小企业具有重要的现实意义。 l o 第一章绪论 1 5 论文的主要内容 建立网络化制造服务平台，可以实现快速成型资源共享，异地设计、制造， 是网络化快速成型制造的主要内容。作为一个服务平台，其研究的内容很广泛， 是一项复杂的软件工程项目。作为近期目标，本课题主要围绕基于w e b 技术的快 速成型制造远程服务系统的若干关键技术和实现方法进行详细研究，构建了一个 快速成型制造远程服务系统的基本框架，完成了系统软件的初步开发，为以后进 一步开展相关研究做了一些基础性的工作。论文主要内容包括系统的体系结构、 功能设计、基于w e b 的快速成型系统的c a d a m c a p p 、快速成型加工仿真等。 各章节内容如下： 第一章介绍了网络化快速成型制造系统的基础背景和意义，分析了网络化快 速成型制造在国内外的研究与应用状况，根据实际拟订了全文研究的主要内容。 第二章对基于网络的快速成型远程服务系统的详细设计。规划了基于w e b 总体结构设计、相应各个模块的功能以及工作的流程，和其实现的技术方案。 第三章详细的叙述了基于w 曲快速成型远程服务系统所要使用的一些关键软 件技术。 第四章对s t l 文件拓扑信息的建立，s t l 文件缺陷修补及w e b 图形显示的 研究。 第五章详细设计了系统的数据库，并实现了w 曲下的相应的模块功能。 第六章总结了全文的工作，指出了主要的研究成果，并展望了今后需要进一 步完善和深化的工作。 电子科技大学硕士学位论文 第二章基于网络的快速成型系统的结构体系 2 1 系统的体系结构 2 1 1 网络计算模式 随着计算机技术的飞速发展，网络环境下的计算模式也发生了重大变化，经历 了从最初的终端主机( t e m i n a l m a i n 疔锄e ) 模式、到8 0 年代的客户机服务器 ( c l i n t s e r v 哪模式，再到9 0 年代中后期出现的浏览器朋艮务器( b r o w s e r s e r v e r ) 计 算模式三个阶段。近年来，基于w 曲的浏览器朋艮务器计算模式得到了人们广泛的 重视，基于浏览器服务器模式的应用软件正在越来越大的程度上取代传统体系结 构的应用软件，成为当前应用软件开发的主流。 ( 1 ) 终端主机( t e m l i n a l m a i n 丘锄e ) 模式 它由大型的主机和多个与之相连的终端组成，其核心是大型主机。主机负责 整个系统的所有数据处理，而那些终端只负责命令的输入和结果的输出，终端不 具备任何的数据处理能力，只是作为输入输出的设备。这是一种分时系统，用户 接口、数据处理等全部功能常驻一台主机，主机连接的多个用户通过终端或仿真 来执行主机的应用，多个用户通过分享主机系统的时间片来进行工作。这种模式 可以使资源得到充分的共享，但主机负载过大，用户界面不友好，系统扩展、管 理、维护不易。 ( 2 ) 客户机服务器( c l i n t s e 砷模式 客户机服务器模式的基本原则是将计算机应用任务分解为多个子任务，有多 台计算机分工完成，即“功能分布”。c s 模式是一种两层的体系结构，在两层结构 中，系统的应用程序被分割成客户机和服务器两部分。前端应用程序由客户机完 成，包括用户界面的处理显示、应用逻辑的处理，如何与数据库交互。服务器则 负责向客户机提供数据服务，实现事务逻辑和数据管理，包括接受客户机的数据 库请求，处理对数据库的请求，格式化结果并传给客户机，维护数据字典、索引， 优化查询，更新处理等。 采用客户机服务器模式的系统可以合理均衡事务的处理，充分发挥客户和服 务器系统的资源。一个服务器可同时为多个客户机提供服务，并且服务器具有并 1 2 第二章基于网络的快速成型系统的结构体系 发控制、封锁等能力，从而协调多用户对于共享资源的访问。同时，由于服务器 的服务对客户来说是透明的，客户可以完全不知道服务器系统硬件和软件的配置， 这就为最终达成分布式事务处理和分布式计算提供了良好的机制。客户端一般采 用图形用户界面，客户端应用程序是事件驱动程序，具有强大而灵活的交互性。 但是，随着应用深度的提高和规模的扩大，传统客户机服务器模式的局限性暴露 出来：数据交互和业务规则全移到了客户机上，客户机越来越庞大，客户端负载 重，系统开发和维护复杂；客户机直接和服务器相连，部分关键的安全检查机制 位于客户端，很容易把企业的业务规则泄漏出去或造成安全漏洞，另一方面，用 户也可以通过应用程序对数据库进行操作，使安全性差；服务端数据库必须与每 一个活动的用户保持连接，在多用户、多数据库的情况下，容易造成信息堵塞， 使系统性能下降。 图2 - lc s 模式 ( 3 ) 浏览器朋艮务器( b r o w s e r s e r v e r ) 模式 两层c s 结构实现了功能分布，但还不均衡。为了减轻客户端的负担，引入 了三层c s 结构：客户机、应用服务器、数据库服务器。浏览器朋艮务器( b s ) 模 式是c s 结构的发展，是以w e b 为基础的特殊的三层c s 结构，b s 应用服务器 就是w e b 服务器。 浏览器服务器( b r o w s e r s e r v e r ) 模式三层结构按功能分为用户服务层、应用 服务层和数据服务层，功能层次如下： 用户服务层。该层主要负责在客户端通过图形界面实现与用户的交互，并向 应用服务层提交服务请求。该层对应于客户端的w 曲浏览器。 应用服务层。该层处理所有来自客户端的服务请求，包括数值计算、数值分 析等与用户界面和数据存储无关的工作。同时也能作为中介，进一步向其他的分 布式应用系统服务器提交服务请求。该层对应于w 曲服务器。 数据服务层。实际上它是关系数据库系统，负责数据的维护工作，通过该层 完成数据的查询、存取、索引等操作。该层对应于数据库服务器。 1 3 电子科技大学硕士学位论文 图2 - 2b s 模式 浏览器服务器( b s ) 模式有许多优点：由于w 曲支持底层的t c p i p 协议， 使w e b 网与目前的几乎所有局域网都可以无缝连接，彻底解决了异构系统间的连 接问题；简化了客户端，无须像c s 模式那样在不同的客户机上安装不同的应用 程序，而只需要安装一个通用的浏览器软件即可，操作相对简单；b s 的所有功能 都体现在w - e b 服务器上，系统的相对集中性大大减轻了系统的开发和维护的工作。 目前，c s 和b s 这两种模式是网络中主要的模式，这两种模式具有各自的特 点。c s 有很强的实时处理能力，与b s 方式相比，更适合对数据库的实时处理 和大批量的数据更新，且c s 发展非常成熟，其交互性强于b s 模式。b s 模式在 客户端只需安装一个通用浏览器软件即可，使操作变得十分简单，适合于网上信 息的发布。因此，在整个基于网络的快速成型制造系统中，有些功能适合用c s 模式，而有些功能适合采用b s 模式。可以采用混合式的结构模式来开发整个系 统。 2 ，1 2 网络化快速成型系统的网络体系结构 图2 3 系统网络结构 基于网络化的快速成型系统是快速成型企业信息服务网和远程制造服务系统 的集成，本论文主要以研究远程制造服务为主。远程用户通过i n t 锄e t 连接到快速 成型服务制造中心，远程数据的访问和管理采用b s 模式结构，这样远程用户就 可以使用任何一台装有浏览器的机器，通过i i l t e m e t 访问系统。由于是采用m t e n l e t 1 4 第二苹基于网络的快速成型系统的结构体系 来实现对系统的操作，主要的计算功能都由服务器来承担，这样可以避免大量数 据的传输，客户端只承担界面的交互、参数输入、浏览等功能。快速成型机的上 位机和服务器采用c s 模式，将系统的功能合理分配到客户端和服务器端，一方 面避免了客户机和服务器之间频繁传输数据容易形成瓶颈的缺点，另一方面，也 可以充分利用配置较高的客户机，合理分担服务器的部分计算功能，以减轻服务 器的负担。系统的网络结构如图2 3 所示。 2 2 系统的功能分析 本系统是面向用户和企业的，其主要功能是为用户和企业提供快捷的产品快 速成型远