（机械设计及理论专业论文）面向网络化制造的零部件参数化设计技术的研究与实现.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 随着信息技术和网络技术的飞速发展，网络化制造作为一种现代制造新模 式，正日益成为制造业研究和实践的热门领域，制造全球化、敏捷化、网络化和 虚拟化是现代制造业发展的趋势，而制造全球化、敏捷化和虚拟化均离不开制造 网络化的支撑环境，可以说制造网络化是现代制造业发展的主要趋势，网络化制 造将给现代制造业带来一场深刻的变革。网络化制造是企业应对知识经济和制造 全球化的挑战、实施的以快速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。 基于这一背景，本文分析了网络化制造的内涵、带来的企业经营理念和运作 方式的变化和现有c a d 技术的不足之处，针对机械行业提出了一种新的产品设计 思路，即面向网络化制造的零部件参数化设计，并研究了面向网络化制造的零部 件参数化设计相关领域的研究现状；在探讨c a d 系统的发展方向的基础上，指出 了面向网络化制造的参数化设计系统应具备的功能特征，对系统的结构模式、w e b 数据库系统结构、系统的工作逻辑和系统的整体体系结构进行了详细设计，并通 过对w e b 环境下的数据库互联技术的深入探讨，提出了采用j a v a 到本地数据库 协议的数据库连接方式；对参数化造型系统、参数化设计方法进行了研究，提出 了采用变量几何法与程序化参数化方法相结合的方法实现参数化造型；探讨了基 于二次开发的c a d 系统下建立特定产品的零部件库的方法和原理，对面向网络化 制造的零部件参数化设计的关键技术进行了深入探讨，包括产品数据的w e b 使能 技术、网络环境下产品模型的可视化技术和装配信息模型的建立技术；最后分析 了减速器参数化设计应用的必要性，选择和运用了相应的开发工具和开发技术， 采用删c 设计模式开发了面向网络化制造的减速器参数化设计系统，并给出了系 统运行过程各模块的运行界面。 本研究完成的面向网络化制造的减速器参数化设计系统在制造企业进行了 安装与运行，应用效果良好。实现了制造企业内或制造企业间设计人员异地协同 减速器产品快速设计，提高了产品的开发效率，加快了产品设计与制造的进度， 降低了设计成本，增强了制造企业的核心竞争力。 关键词：网络化制造，参数化设计，参数化特征造型，u g 二次开发，w e b 使能技术 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dn e t w o r k t e c h n o l o g y ，n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g a s am o d e lo fm o d e m m a n u f a c t u r i n gi si n c r e a s i n g l yb e c o m i n gah o tf i e l do fs t u d ya n dp r a c t i c e m a n u f a c t u r i n gg l o b a l i z a t i o n ，a g i l e ，v i r t u a l i z a t i o n ，a n dn e t w o r k i n ga r et h e d e v e l o p m e n tt r e n do fm o d e mm a n u f a c t u r i n g ，g l o b a lm a n u f a c t u r i n g ， a g i l i t y a n dv i r t u a l i z a t i o na r e i n d i s p e n s a b l e t oaw e b s u p p o r t i n g e n v i r o n m e n t w ec a ns a yt h a tn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gi sam a j o rt r e n d i nt h ed e v e l o p m e n to f m o d e mn e t w o r k - b a s e dm a n u f a c t u r i n g ，n e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n gw i l lb r i n g ap r o f o u n dc h a n g e n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gi s aa d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gp a t t e mo ft h ec o m p a n y sm a i na i mt oc o p e w i t ht h ec h a l l e n g e so fg l o b a l i z a t i o na n dt h er a p i dr e s p o n s et om a r k e t d e m a n da n dc a ni m p r o v ec o m p e t i t i v ec a p a b i l i t yo fe n t e r p r i s e s ( b u s i n e s s g r o u p s ) b a s e do nt h i s b a c k g r o u n d ，t h i sa r t i c l ea n a l y z e d t h en e t w o r k m a n u f a c t u r ec o n n o t a t i o n ，t h ec h a n g eo ft h ei d e aa n dm a n a g ew a yo ft h e e n t e r p r i s eb r o u g h tb yt h e n e t w o r km a n u f a c t u r ea n dt h e e x i s t i n g t e c h n o l o g yd e f i c i e n c yo fc a ds o f t w a r e ，i nv i e wo ft h em e c h a n i c a lf i e l d ， o n ek i n do fn e wp r o d u c tc o o r d i n a t i o nd e s i g ns c h e m ew a sp r o p o s t e d ， n a m e l yn e t w o r km a n u f a c t u r eo r i e n t e da s s e m b l i e sa n dp a r t sp a r a m e t e r d e s i g n t h ec u r r e n ts t a t u sh a sa l s ob e e ns t u d i e d b a s e do ne x p l o r i n gt h e d e v e l o p m e n t o r i e n t a t i o no ft h ec a d s y s t e m ，t h e n e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n gp a r a m e t r i cd e s i g ns y s t e ms h o u l dh a v et h ef u n c t i o n a l e h a r a c t e r i s t i e sw a ss u m m a r i z e d t h es t r u c t u r ea n dt h ew e bd a t a b a s e s t r u c t u r e ，t h el o g i co ft h eo v e r a l ls y s t e ma r c h i t e c t u r ew e r ep a r t i c u l a r l y d e s i g n e d ，a n dt h ed a t a b a s et e c h n o l o g yo fw e bi sa l s od e 印l yd i s c u s s e d ， a n dt h e nt h em e t h o do fj a v ad a t a b a s ec o n n e c t i o na g r e e m e n tt ot h el o c a l d a t a b a s ew a ss e l e c t e d w 池t h er e s e a r c ho fp a r a m e t r i cm o d e l i n gs y s t e m a n dm e t h o d sf o rt h ep a r a m e t r i cd e s i g n ，t h ec o m b i n a t i o no ft h ev a r i a b l e g e o m e t r yo fp a r a m e t r i cm e t h o d sa n dp r o c e d u r e st oa c h i e v ep a r a m e t r i c h 江苏大学硕士学位论文 m o d e l i n g i sp r o p o s e d t h ew a ya n dp r i n c i p l et oe s t a b l i s hp r o d u c t s p e c i f i c c o m p o n e n t sl i b r a r yo ft h es e c o n dd e v e l o p m e n to ft h ec a ds y s t e mi s a n a l y z e d t h i sa l s op a p e rd e e p l ye x p l o r e dt h ek e yt e c h n o l o g i e so ft h e s y s t e m ，i n c l u d i n gw e b e n a b l e dt e c h n o l o g yo fp r o d u c t sd a t aa n dt h e m o d e lv i s u a l i z a t i o nt e c h n o l o g yo fn e t w o r k e dp r o d u c t sa n da s s e m b l y i n f o r m a t i o nm o d et e c h n i q u e st o c r e a t et h em o d e l f i n a l l y ，w i t ht h e a n a l y s i so ft h ea p p l i c a t i o no ft h en e c e s s i t yr e d u c e rp a r a m e t r i cd e s i g n s e l e c t e dt h et o o l so fd e v e l o p m e n ta n da p p l i e dt h e c o r r e s p o n d i n g d e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g y t h e nw i t ht h eu s eo fm v cd e s i g nm o d e ， d e v e l o p e dt h en e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gr e d u c e rp a r a m e t r i cd e s i g n s y s t e ma n dg i v et h ee x a m p l eo f t h ep r o c e s so f t h es y s t e m t h en e t w o r km a n u f a c t u r i n gr e d u c e rp a r a m e t r i cd e s i g ns y s t e mo f t h i s p a p e ri si n s t a l l e da n do p e r a t e di nm a n u f a c t u r i n gc o m p a n y ，g o o dr e s u l t s w e r ea c q u i r e d w i t ht h eu s eo fi t , t h ee n t e r p r i s ec a r la c h i e v ec o l l a b o r a t i v e d e s i g nr e d u c e rr a p i d l yb e t w e e ne n t e r p r i s e so rd e s i g n e r sa n de n h a n c e st h e e f f i c i e n c ya n ds p e e du pt h ep r o g r e s so ft h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r eo f p r o d u c t sa n dr e d u c e st h ec o s ta n de n h a n c e st h ec o r ec o m p e t i t i v e n e s so f m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s k e y w o r d s ：n e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n g ，p a r a m e t r i cd e s i g n ， p a r a m e t r i cm o d e l i n g ，u gd e v e l o p m e n t , w e b - e n a b l e dt e c h n o l o g y 1 1 i 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， 同意学校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。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容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。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密以 学位论文作者签名： 享和 指导教师签名： 砍去牵 l x 一6 年ll 月区日_ 矗年l 工月f ；日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均己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。 学位论文作者签名： 朱葡云 日期：_ 一6 年1 2 月l s 日 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 网络化制造的概念和定义 网络化制造是企业为应对知识经济和制造全球化的挑战，实施的以快速相应 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 采用先进的网络技术、制造技术及其他相关技术，构建面向企业特定需求的基于 网络的制造系统，并在系统的支持下，突破空间地域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节的企业业务活动( 如产品设 计、制造、销售、采购、管理等) ，实现企业间的协同和各种社会资源的共享与 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“1 。网络化制造 的概念具有丰富的内容，并且其内涵还处于不断发展过程中。以因特网为代表的 网络技术，使设计制造各个环节的信息与知识在数字化描述的基础上得到流通与 集成，从而使异地的、不同企业的资源可以共享，使以满足全球化市场用户需求 为牵引的快速响应活动一一网络化制造成为可能。国外研究人员也对网络制造相 关的概念给出了定义，在国外大量文献中，与网络化制造相关的提法主要有 n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g 、 e - m a n u f a c t u r i n g 、e f a c t o r y等。其中 e m a n u f a c t u r i n g 可以堪称是网络化制造概念的延伸和扩展，而网络化制造可以看 成是e m a n u f a c t u r i n g 的一种主要的实现技术和系统嘲。 国家科技部高新技术发展与产业化司李健司长指出伽：基于网络的先进制造 技术( n a 们) 是一个不断发展的动态技术群和动态技术系统，是计算机网络，特 别是在i n t e r n e t i n t r a n e t e x t r a n e t 和数据基础上的所有先进制造技术( a m t ) 的总称。n m a t 涉及到制造业的各种制造经营活动和产品生命周期全过程，因此 其构成设计内容多，学科交叉范围大，但一般说来，基于网络是它相对其他制造 技术的主要特征。基于网络的先进制造技术与网络化制造技术应该属于同一个概 念。 江苏大学硕士学位论文 1 2 面向网络化制造的零部件参数化设计的产生背景 1 2 1 网络化制造带来的企业经营理念和运作方式的变化 网络化制造不是简单的制造网络化，它是符合网络经济规律的一种新的制 造模式，在这种模式下，企业的运作方式与经营理念都会与传统企业不同。网络 化制造带来的企业经营理念和运作方式的变化反映在以下几个方面“1 ： ( 1 ) 企业经营范围和方式上的变化 网络化制造突破了空间地域对企业生产经营范围和方式的约束，在经营范围 上，企业可以面向全球开展业务，在全球范围内寻找其零部件供应商，选择进行 产品创新开发制造的合作伙伴，开展产品销售；在经营方式上，企业可以通过基 于网络的制造系统实施更加符合用户需求的业务运作方式。 ( 2 ) 时间观念上的变化 由于网络化制造模式突破了区域地理上的约束，因此，导致了原来局限在一 个固定地区的企业业务运行事件的观念发生了变化。通过在不同的地点建立多个 开发组，利用这些不同地点存在的时差，采用将设计任务在不同地点的开发团队 之间进行传递的工作方式，可以实现产品2 4 小时不问断的开发，这样可以仅用 传统产品开发周期几分之一的时间完成产品的开发。 ( 3 ) 组织结构上的变化 在网络化制造模式下，需要建立以过程和项目管理为主线的、以团队工作 为主要方式的新型组织结构，并且按照这个新的组织结构，对参与人员和部门在 责、权、利上进行重新划分，以期建立一种以高素质的员工、创新的文化和知识 为中心，以网络化技术为手段，以创新为原动力，遵循网络经济规律的新的企业 组织模式，形成有利于加强团队合作精神和共享知识的企业文化，营造一种有利 于企业和员工之间相互启发、相互沟通和知识共享的氛围，有利于企业知识更新 和完善网络化环境，通过这种组织机制和网络化环境，提升企业对环境的适应能 力，从而能够迅速对外都市场的不确定性和多变性做出快捷的反应。 ( 4 ) 资源观念上的变化 网络化制造模式的应用还将导致企业资源观念的变化。网络制造模式下，企 业对资源的认识要从企业内的资源扩展到社会资源，企业要充分利用全社会的资 2 江苏大学硕士学位论文 源，包括制造资源、智力资源和知识资源，通过社会范围内的资源共享，提高企 业( 4 - 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。在网络技术的支持下，实施网络化资源共享系统是解决资源共享的技术问题 的有效手段，通过实现在线的资源发布、资源申请、资源分配、资源运行状态监 控和操作等，可以在最大程度上提高资源的利用率。 ( 5 ) 企业间关系观念的变化 网络化制造模式下，需要改变传统的认为企业间主要是竞争关系的观念， 倡导和贯彻企业间竞争与合作的理念，将对供应链上每个环节的管理模式从单纯 的合同契约关系的管理变成共同发展伙伴关系的管理，伙伴之间充分实现知识共 享、优势互补、利益共享和风险共担。 网络化制造除了给企业经营模式带来上述变化外，其本身还具有敏捷性、 协同性、数字化、直接化、远程化、多样性。 1 2 2 现有c a d 技术的不足之处 尽管c a d 在广泛的领域内产生了巨大的效益。但是随着信息化、网络化时 代的到来，c a d 技术存在以下几个方面的问题“3 ； ( 1 ) 产品设计模型难以面向产品的全生命周期 现有的c a d 系统几乎都是以几何建模为主，而且是作为一种通用的几何建 模工具而被广泛使用，在此基础上的设计模型通常只是具有几何信息，要在该模 型上添加工艺、材料、管理、销售、服务等方面的信息是很困难的，因此造成了 目前企业设计、工艺、制造、管理、销售和服务等方面应用的信息孤岛，这限制 了企业信息的集成。 ( 2 ) 设计过程难以支持并行工程 现有的c a d 系统采用的建模方式是以线框、曲面、实体造型为主，侧重于 产品最终的几何描述，而这种建模方式难以支持面向产品过程及性能设计的建 模，特别是并行工程环境下，任何一方的修改，均应通过网络快速生成修改模型， 并能回溯有关的历史设计，这就要求建模技术是动态且快速的。 ( 3 ) 异构c a d 系统之间的信息难以交换和共享 随着c a d 技术的推广深入，企业内的c a d 数据越来越多，异构c a d 系统之 江苏大学硕士学位论文 间的信息交换还比较困难，如果产品信息停留在文件管理阶段，则产品数据的安 全性难以保证。尽管存在一些标准文件格式的转换接口( 如d x f 、i g e s 、s e t 等) ， 但是转换后信息的完整性无法保证。此外，异构c a d 系统之间的设计数据的管理 也十分困难，难以为工艺、制造、管理、销售和服务等后续环节提供完备的信息。 为了解决以上c a d 技术的不足以及更好地适应网络化制造带来的企业经营 理念和运作方式的变化，面向网络化制造的零部件参数化设计应运而生。 1 3 面向网络化制造的零部件参数化设计的研究现状 面： 面向网络化制造的零部件参数化设计技术的研究，主要集中在以下几个方 i 3 i 基于网络的零件库技术 由于计算机技术迅猛发展、c a d 技术和标准化技术的广泛应用，国外对面向 网络化制造的零部件设计技术一直给予了充分重视。1 9 7 1 年，德国标准化协会 ( d i n ) 为建立c a d 标准件库而制定发布了标准件和通用件的d i n 4 0 0 0 标准，并逐 渐得到了多个国家( 包括中国) 的采用。随着w e b 技术的发展和制造业的全球化， 对服务提供商与企业之间，企业与企业之间数据交换和共享的要求业日益强烈。 为了提供一个传输零件库数据的中性机制和独立于任何使用零件库数据系统的 应用系统，i s o t c l 8 4 技术委员会在德国国家标准d i n 4 0 0 0 的基础上，制定了一个 关于计算机可解释的零件库数据表达和交换的国际标准i s 0 1 3 5 8 4 。i s 0 1 3 5 8 4 对零件库的基本原理、零件库的概念模型、表达式的逻辑模型、供应商库的逻辑 模型、零件族构造方法学等进行了描述，为零件库的信息表达、数据交换、使用 和更新提供必要的机制和定义。1 。这一标准的制定和实施为基于网络化制造的零 件设计提供了必要条件。在具体应用方面，目前国外已有多家极具规模的面向网 络化制造的零部件库提供商。如w e b 2 c a d 、i n p a r t 、3 d c o n t e n t c e n t r a l 、c a d c i i c k 、 t r a c e p a r t s 和p a r t n e t 。 在理论研究方面，国内对面向网络化制造的零部件库建库技术进行了研究， 上海交大的杨东，张申生等对基于i s 0 1 3 5 8 4 的零件库的零件的表达方法、体系结 构和实现方案进行了研究州”、浙江大学苏宝华等人基于零件库国际标准 4 江苏大学硕士学位论文 ( i s 0 1 3 5 8 4 ) ，对零件库建立的方法及基于零件库实现产品资源共享的原理进行 了研究，分析了网上信息交互的类型，讨论了零件库在产品设计中的应用嘲；浙 江大学的杨志雄等人对面向大规模定制的w e b 零件库的构建方法进行了研究并且 为了解决零件族结构和命名的多样化问题研究了零件本体的建立与应用嗍；中科 院对基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的零部件设计资源共享技术进行了研究。随着各种 c a d 系统在国内企业中的广泛应用，在企业内部以及企业与企业之间建立面向网 络化制造的c a d 系统之间的数据交换技术的零部件参数化设计系统是非常有必要 的。 1 3 2 网络协同c a d 技术 “计算机支持下的协同设计”( c o m p u t e rs u p p o r tc o o p e r a t i v ed e s i g n ) 是 近年来新提出的一种产品开发设计模式，它受到了国内外众多研究单位与制造商 的重视。协同设计可以定义为：在计算机技术支持的环境中( b p c s ) ，一个群体 协同工作完成一项设计任务( i i p c d ) ，它的目标是要设计各种各样的协同工作的 应用系统。协同设计是指为了完成某一设计目标，由多个设计主体，通过一定的 信息交换和相互协同机制，分别以不同的设计任务共同完成这一设计目标“”。协 同设计集成发展了并行设计的基本思想，借助于迅速发展的计算机技术和网络技 术，构成“计算机支持下的协同设计”1 1 。而面向网络化制造的协同c a d 技术是 计算机支持下的协同设计的一个重要方向。 面向网络化制造的协同c a d 技术一直受到国外研究的重视。如文献“”中认为， 通过异地合作设计来组织异地设计资源，对设计资源进行优化配置，可以缩短设 计周期，提高设计质量和促进创新设计；文献“”提出了基于w w w 的协同概念设计 模型；文献“4 1 提出了一种支持产品和工艺设计的计算机协同工作( c s c w ：c o m p u t e r s u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ) 系统模型；文献“o 提出了基于网络的协同c a d 设 计的系统结构。文献“6 1 提出了一种基于i n t e r n e t 的产品异地并行设计系统的体系 结构，并对于主要不同于传统并行工程的有关i n t e r n e t 接口、w e b 数据库接口以 及网络信息发布等技术问题做了探讨。 5 江苏大学硕士学位论文 1 4 本文研究内容及意义 1 - 4 1 课题来源 本课题来源于国家“8 6 3 ”项目“面向网络化制造的a s p 平台开发及应用( 项 目编号：2 0 0 3 a a 4 1 4 0 2 1 ) ”，这个项目已经完成并通过了验收。 1 4 2 主要研究内容 本文研究内容主要包括： ( 1 ) 探讨了网络化制造模式的含义和发展现状及其对企业经营理念和运作 方式的影响；分析了传统c a d 技术存在的问题和网络化制造的参数化设计的相关 技术的研究现状。 ( 2 ) 在分析面向网络化制造的参数化设计的信息管理和集成的需求的前提 下，指出了传统c a d 系统的不足及发展方向，总结了面向网络化制造的参数化设 计系统应具有的特征，并对系统结构的数据库工作逻辑和体系结构以及系统的工 作逻辑和整个系统的体系结构迸行了深入的探讨。 ( 3 ) 探讨了参数化设计方法和参数化特征造型技术，提出了采用在线交互 参数化方法中的变量几何法与程序化参数化方法相结合的方法实现本系统模型 的参数化设计，并分析了三维c a d 系统的参数化设计策略，提出了基于u g 二次 开发的参数化零部件模型库的建立方法和原理。 ( 4 ) 对面向网络化制造的零部件参数化设计的关键技术进行了研究，探讨 了产品数据的w e b 使能技术及网络环境下产品模型可视化技术和系统模型的建 立方法，提出了采用v r m l 技术实现系统零件模型网络环境下的可视化，并给出 了应用实例。 ( 5 ) 分析了系统的各种开发技术、开发工具和采用m v c 模式进行系统的设 计与开发；运用j s p 、数据库、u g 二次开发等技术，设计与开发了面向网络化制 造的减速器参数化设计系统原型，并对系统应用进行了验证。 1 4 3 研究工作意义 虽然目前许多商用c a d 软件( 如u g 、p r o e 、c a r l a 等) 可以进行特征参数 6 江苏大学硕士学位论文 造型设计，且其功能已经非常成熟和强大，但他们都属于通用软件，适用于各种 领域不同产品的开发。尤其是机械产品的设计开发，更需要将软件功能与产品的 设计特点进行分析和总结，总结优化产品的设计流程，缩短产品的开发周期，只 有将产品设计的各个环节如概念设计和详细设计以及机构强度分析等，构筑在网 络化制造的环境下的专用c a d 平台上，才能最大程度的发挥大型c a d 软件的效用。 网络化制造的零部件参数化设计充分利用i n t e r n e t 的优势，使得不同物理地点 的c a d 软件可以交互工作，从而优化零部件资源的存贮、最大范围实现零部件资 源的共享。 产品设计工作的成本只占产品成本3 1 8 ，但由产品设计决定的产品结 构、材料、尺寸、精度等，将对制造与管理以及交流用户的使用、维护产生重大 影响，所以产品设计工作决定产品成本的8 0 9 0 “。产品开发周期占整个 产品生产周期的7 0 ，而产品生产周期优势影响企业竞争力的首要任务，决定 了企业经济效益，面向网络化制造的参数化设计，既能缩短产品开发周期、优化 产品结构、合理利用材料、又能方便制造，是企业快速设计和节育设计成本的有 效途径。 7 江苏大学硕士学位论文 第二章零部件参数化设计系统体系结构 2 1 面向网络化制造的参数化设计系统的特征 目前，随着信息技术和网络技术的发展，为满足市场竞争需求，传统的c a d 系统正朝着集成化、网络化和可视化的方向发展。 集成化传统的集成指的是基于信息的集成，它是以统一产品数据模型及工 程数据库为基础，在c a d 系统与其他系统之间或c a d 系统内部实现信息传递、响 应、分析及反馈，从而达到系统各模块之间的无缝集成。其核心问题是实施标准 及建立基于特征的统一的产品数据模型和工程数据库。随着大型c a d 商用软件如 u g 、p r o e 、s o l i d w o r k s 等的发展，使其不但具备强大的三维造型功能，还具有 良好的分析与仿真功能为后续的c a p p c a m c a d 的集成提供了可能。此外，许多 高级编程语言，例如v c + + 、v b 等都具有与数字化设备相连接的接口。这些优势 技术的发展促进了c a d 技术向着集成化的方向发展。目前，随着对集成内涵认识 的不断深入，认为集成是以信息集成为基础的多集成，实现多集成的目的，是在 t q c s e ( t t i m e ，q - q u a l i t y ，c - c o s t ，s - - s e r v i c e ，e - - e n v i r o n m e n t ) 目标 下，寻求全局最佳决策，实现可持续发展战略。 网络化i n t e r n e t i n t r a n e t 技术的发展为分布式并行协同设计提供了软、 硬件环境，使实施并行产品设计和基于i n t e r n e t 的异地设计成为可能，为实现 异地制造奠定了基础。利用网络化技术可以针对某一特定产品，将分散在不同物 理地点的现有智力资源和设备资源进行迅速组合，使设计资源发挥最大的潜力。 可视化利用科学计算可视化技术、虚拟现实技术，主要包含两部分的内容： 科学计算数据的数字及图形动态显示以实现设计信息和模型的可视化。 这里要强调的是，网络化是实现异地不同c a d 系统之间信息、资源、技术传 输、集成以及交互和共享机制的关键方法。面向网络化制造的参数化设计系统应 具有以下特征： ( 1 ) 面向网络化制造的参数化设计系统具备同构或异构性和地理位景上的 分布性，它延伸了传统c a d 系统的概念和内涵，各分系统之间由同构或异构自治 的c a d 软件构成，并且在地理位置上具有分散性。 ( 2 ) 面向网络化制造的参数化设计系统是构筑在i n t e r n e t i n t r a n e t 之上 8 江苏大学硕士学位论文 并采用典型的t c p i p 等通信协议实现相互通信和信息资源的传输和集成。 ( 3 ) 面向网络化制造的参数化设计系统的工作模式是采用异步协同的方式 进行。具有一定权限的设计人员登录系统后可以进行在线的参数计算、设计与存 储。 2 2 系统结构模式 近年来，随着网络技术和w e b 技术的不断发展、j a v a 技术以及通信技术的 飞速发展，导致很多应用系统的应用体系结构从c s 结构向更加灵活的b s 多级 分布结构演变，使得软件系统的网络体系结构发生了根本的改变。本系统以w e b 为中心，使用t c p i p 和h t t p 传输协议，客户通过浏览器向服务器发送服务请求 及与数据库连接，为了避免基于传统c s 结构模式的应用系统的特定客户应用程 序只能针对特定的服务器程序的灵活性和柔性差的特点，采用b s 结构。 基于b s 结构的应用系统中，客户无需安装客户端专用服务程序，只需安装、 配置相应的针对浏览器的插件，如为了支持三维图形的网络显示需安装v r m l 的 浏览器插件，相关的执行代码可从服务器端下载到本地运行，服务器将承担大量 的计算及其他服务性工作，如数据库的操作，采用该结构可大大简化客户机的工 作。 b s 结构采用基于浏览器朋艮务器数据库( b r o w s e r s e r v e r d a t a b a s e ) 三 层模型的b i s 逻辑构架如图2 1 所示。 图2 一i 三层结构的b s 逻辑构架 客户机层有w e b 浏览器和客户机构成。本层中包含系统的显示逻辑，其任务 是由客户通过w e b 浏览器向位于网络上的某一w e b 服务器发送服务请求，w e b 服 9 江苏大学硕士学位论文 务器响应客户机请求，在对客户的身份进行验证后利用w e b 网页将服务结果回传 给客户端，客户机接收回传来的w e b 页文件，并将其显示到w e b 浏览器上。 服务器层通常是具有扩展功能的w e b 服务器，包含系统的处理逻辑。其操作 流程是：当接收到客户通过w e b 浏览器发送来的服务请求时，其首先执行相应的 扩展服务应用程序进行求解，如果服务请求牵涉到对数据库的操作，则首先执行 对数据库的连接操作；在连接操作完成后，通过s q l 等方式向数据库服务器提出 服务请求；数据库服务器在接收到服务请求后，进行相应的权限验证，对相关数 据库进行诸如查询、增、删、改等操作，并将操作结果回传给w e b 服务器，再由 w e b 服务器传送给客户端。 数据库层由数据库服务器构成，用于对数据库处理逻辑的操作。其任务为： 在接收到服务器端的服务请求后，对相应数据库执行查询、修改、更新等操作， 并将操作结果返还给w e b 服务器端。 2 3 基于w e b 的数据库系统 2 3 1 面向网络化制造的参数化设计的信息管理和集成的需求 如前所述，面向网络化制造的参数化设计系统是对传统c a d 系统的拓展和外 延，是传统c a d 技术与网络技术的相互融合。面向网络化制造的参数化设计系统 的核心在于集成，即信息和资源的集成，由于各分系统异构性和自治性以及地理 位置上的分散性，对其信息管理和集成提出了新的需求和挑战，其主要表现在以 下几个方面“： ( 1 ) 位置透明性：即用户在使用面向网络化制造的参数化设计系统时，在 不必知道数据信息的物理存储地的情况下，就可实现分布式异地数据的访问和操 作。 ( 2 ) 异种数据的透明性：即用户在使用面向网络化制造的参数化设计系统 时，可方便快捷地实现对各分系统产生的不同格式的数据信息的透明访问。 ( 3 ) 数据的一致性和完整性：其可通过数据库本身的分布式事务管理机制 来实现。 针对上述三个目标，系统采用基于w e b 数据库系统即可方便快捷地实现。 1 0 江苏大学硕士学位论文 2 3 2 系统的数据库工作逻辑和体系结构 为适应基于w e b 的数据和信息的存储要求，本系统的w e b 数据库系统应具备 如图2 2 所示的体系结构。 困2 2 数据库系统结构 一个典型的w e b 数据库系统主要由w e b 浏览器、w e b 服务器和数据库服务器 三部分组成，它们的功能分别阐述如下： ( 1 ) w e b 浏览器：w e b 浏览器作为客户端w e b 界面，用户通过其向w e b 服务 器提出服务请求，w e b 服务器对服务请求做出相应的解释并求解，并以h t t p 的 形式返回给客户，客户机接受回传过来的主页文件，并通过浏览器将其以网页的 形式显示出来。 ( 2 ) w e b 服务器：w e b 服务器用于执行相关事务处理逻辑。它的任务是接受 用户请求，执行相关的扩展应用程序与数据库服务器相联接，通过数据库查询语 言s q l 等方式向相应的数据库服务器提出数据处理服务申请，数据库服务器解释 服务申请并执行相应的数据处理操作，当操作完成以后，将处理结果返回给w e b 服务器。w e b 服务器接收数据处理结果并返回给w e b 浏览器。 ( 3 ) 数据库服务器：数据库服务器用于执行相关数据处理逻辑。其主要任 务是接收w e b 服务器对其发出的对数据库操作的请求，执行对数据库的查询、修 改、增删、更新等具体操作，并将操作结果返回给w e b 服务器。 本系统为了能够实现异地参数化设计，在典型数据库系统的基础上通过 t c p i p 协议实现基于二次开发的c a d 软件平台端的用户与系统数据库服务器交 互，如图2 2 所示。c a d 端用户首先通过t c p i p 协议与特定的数据库连接，连 接完成后可通过二次开发模块中的相应菜单和对话框输入和更改参数对数据库 江苏大学硕士学位论文 中的数据进行更新、修改等操作。 2 3 3w e b 环境下的数据库互联技术 目前，用于w e b 环境下的数据库互联技术主要包括c g i 技术、服务器a p i 技术、r a d 技术、j d b c 技术等“”。 ( 1 ) 通用网关接口c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 技术 通用网关接口c g i 是用来扩充w w w 服务器功能的一种开放式协议和规范。早 期的w e b 只能提供静态h t m l 文档，缺乏与后端数据库信息的动态交互能力。而 c g i 技术的引入为该问题的解决提供了一种有效的途径。其运作机理是：客户通 过浏览器利用h t t p 协议实现与w e b 服务器的通信，而w e b 服务器则以c g i 规则 实现对c g i 程序的调用，c g i 应用程序再以某种服务器实现对其他信息服务器的 访问，并将访问结果通过c g i 返回给w e b 服务器，通过w e b 服务器再返回给客户 浏览器。 基于c g i 接口的应用比较简单、灵活，开发工具较为丰富( 如p r e l ) ，功能 范围广，技术较为成熟。但是，使用c g i 编程是针对具体的复杂应用( 如具体的 数据库管理系统) ，平台的无关性差，连接效率和运行效率较差，特别是针对功 能强大的网络应用，更显得力不从心。 ( 2 ) 服务器应用编程接口s h o i ( s e v e ra p p l i c a t i o np r o g r a m m i n g i n t e r f a c e ) 技术 服务器应用编程接口技术是针对c g i 运行效率低下、编程困难等问题，由 w e b 服务器厂商开发的各自的a p i 。目前，影响较大的主要有：m i c r o s o f t 公司 的i d c 脚本文件( i d c ) 、n e t s c a p e 的l i v ew i r e l i v ew i r ep r o ，以及后来取 代i d c 的a s p a d o 技术。 使用s a p i 编写的程序具有运行效率高、功能强大的特点。但是由于不同的 a p i 是由不同的厂商开发，因此它们之间缺乏互通性和跨平台性，从而限制了应 用范围。 ( 3 ) 快速应用开发r a d ( r a p i da p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t ) 技术 p a d 作为一种快速软件开发技术，早在w e b 数据库出现之前就已经产生。传 统的r a d 工具包括：p o w e r b u i l d e r 、d e l p h i 、u n i f a c e 、o r a c l e d e v e l o p m e n t 2 0 0 0 江苏大学硕士学位论文 等，他们在数据库开发和管理方面提供了强有力的工具。目前，随着w e b 数据库 应用需求的不断升温，基于w e b 数据库的r a d 工具不断涌现并获得了显著的发展， 典型的有：i n t r a b u i l d e r 、集成i n t e r n e td e v e l o p m e n tk i t 的p o w e r b u i l d e r 等。 p a d 工具的主要特点是具有图形开发界面和可视化计算技术的支持。用户通 过具体的图形界面和鼠标点击以及键盘操作即可方便快捷地开发出相应的程序 代码。p a d 工具虽然解决了直接使用s a p i 技术编程带来的缺陷和困难，提高了 程序的开发效率，但是其与s a p i 技术具有同样的缺点，即与特定的w e b 服务器 捆绑得太紧，缺乏跨平台性和通用性。 ( 4 ) j d b c ( j a v ad a t a b a s ec o n n e