（机械工程专业论文）基于网络的模具协同设计系统研究与开发.pdf

摘要 摘要 基于网络的协同设计技术是建立在计算机支持的协同工作环境、i n t e r n e t 及w e b 技术、c a x 技术、多媒体技术以及并行工程概念等发展的基础之上产生的，旨在组织 多学科专家跨越地域和时问的障碍，实现产品的协同设计与开发。网络化协同设计是 对传统设计模式的一场具有划时代意义的革命，必将从根本上缩短产品的丌发周期， 提高设计质量，降低设计成本，全面改善产品的售前售后服务，增强企业的核心竞争 力。因此，它已经成为国内外学者和企业研究的一个热点。 模具是工业生产的基础工艺装备，模具的生产和使用，在基础工业中占有重要地 位，它是衡量一个国家工业水平的标志。模具产品的开发模式是一种典型的订单式、 长周期、多品种、小批量的设计制造过程。因此，为适应全球化竞争的需要，模具企 业必然要从分散走向合作，模具设计、产品设计、c a e 分析以及客户之间必须进行充 分的协作与交流，才能发挥各自的技术优势，设计出高质量的产品。 本文在对网络化协同设计的网络模型、支持协同设计的项目管理技术和可视化交 互技术等关键性支撑技术进行深入研究和分析的基础上，结合模具产品开发的特点， 丌发了基于网络的模具协同设计系统平台，主要工作包括： 1 ) 论文对网络化协同设计的内涵、工作模式、网络化协同设计系统的功能需求 和系统架构进行了系统的分析和研究。 2 ) 依据塑料模具开发的业务流程特点对协同设计系统中的组织结构和项目管理 技术展开了深入研究，提出了基于模具开发项目的协同设计组织结构，该结构支持并 行协同工作方式，能实现以模具设计为核心的横向动态管理。建立了项目的对象模型 ( 组织模型、过程模型和产品模型) ，设计了协同项目管理的工作流程。 3 ) 研究了i n t e r n e t 网络环境下的可视化交互技术，实现了基于w e b 浏览器的 c a d 图形浏览和上传，并通过多用途国际邮件配置协议m i m e 的配置实现了异构c a d 的直接启动。结合模具c a e 的特点，以整体方案的形式将c a e 技术溶入产品的协同设 计中。对基于v r m l 技术建立虚拟零件库的实现方案进行了探讨性研究，实现了v r m l 模型的网络上传、浏览功能。 4 ) 通过在模具企业的深入调研工作，对网络化模具协同设计系统进行了需求分 析。对塑料模具产品开发的业务流程进行了分析和重构，在比较了c s 结构和b w d 体系结构的原理和特点的基础上，基于b w d 体系结构，面向并行：【程提出了基于网 络的模具协同设计系统的框架模型并对系统的功能模块和工作流程进行了设计。 5 ) 在w i n d o w s2 0 0 0 操作系统平台下，通过安装配置i l s 及s q ls e r v e r2 0 0 0 服务器，进行了系统的全面开发工作。利用a s p 技术，在d r e a m w e a v e r 集成环境下， 摘要 丌发了基于网络的模具协同设计系统平台，完成了系统数据库及主要功能模块的设 计，实现了系统的初步运行。 本文结合我国模具企业开发产品的实际过程进行研究和系统开发，使所开发的协 同设计系统平台被模具企业和技术人员所接受，为模具的协同设计技术的推广应用奠 定了基础。 关键词：模具协同设计；协同项目管理；可视化交互；v r m l ；b w d ：a s p i i a b s t r a c t r e s e a r c h & d e v e l o p m e n to fw e b b a s e dc o l l a b o r a t i v e d e s i g ns y s t e mo fm o l d a b s t r a c t n e t w o r k - b a s e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ( n c d ) i sb u i l to nt h ec s c w ji n t e r a c ta n dw 曲 t e c h n o l o g y , c a dt e c h n o l o g y , m u l t i m e d i at e c h n o l o g y a n dc o n c e p to fc o n c u r r e n t e n g i n e e r i n ge t e i ta i m sa to r g a n i z i n gm u l t i - d i s c i p l i n a r ye x p e r t st oo v e r c o m et h eo b s t a c l e o fs p a c ea n dt i m ea n dr e a l i z i n gt h er e m o t ec o o p e r a t i v ed e s i g na n dp r o d u c t sd e v e l o p m e n t i t sa ne p o c h m a k i n gr e v o l u t i o n a r yt ot r a d i t i o n a ld e s i g np a t t e r n ，a n di tw i l lr a d i c a l l y s h o r t e nt h et i m et om a r k e to f a p r o d u c t , r a i s et h ed e s i g nq u a l i t y r e d u c et h ed e s i g nc o s t s 。 i m p r o v et h es e r v i c ec o m p l e t e l ya n de n h a n c et h ek e yc o m p e t i t i o na b i l i t yo fa ne n t e r p r i s e f o rt h i sr e a s o n ，n e t w o r k - b a s e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g nh a sb e c o m eah o ts p o to fr e s e a r c h e r a n d e n t e r p r i s er e s e a r c h t h em o l dm a n u f a c t u r ea n da p p l i c a t i o n ，w h i c hi sv e r yi m p o r t a n tf o rm a n yf i e l d so f t h e b a e k b e n ei n d u s t r i e s i n d i c a t e st h en a t i o n a li n d u s t r i a ll e v e l t h ef e a t u r eo fm o l d m a n u f a c t u r ei sap r o d u c t i o np r o c e s sw h i c hi s t y p i c a l l ys u b s c r i p t i o no r d e r i n g ，l o n g p e r i o d i c a l ，m u i t i v a r i e t i e sa n ds m a l lb a t c h t h u s ，i no r d e rt om e e tt h en e e d so fg l o b a l c o m p e t i t i o n , d i s p e r s em o l de n t e r p r i s e sm u s th e a df o rc o o p e r a t i o n m o l dd e s i g n , p r o d u c t s d e s i g n , c a es i m u l a t i o na n dc u s t o m e r sm u s tc a r r yo ns u f f i c i e n tc o o p e r a t i o na n d c o m m n i c a t i o n , a n dt h e nr e s p e c t i v et e c h n o l o g ya d v a n t a g e sc a nb ei n t e g r a t e da n d h i g h - q u a l i t yp r o d u c t sc a l lb ed e s i g n e d i nt h i sp a p e r , b a s e do nt h ed e e pr e s e a r c ha n da n a l y s i si nc o l l a b o r a t i v ed e s i g nn e t w o r k m o d e l s ，p r o j e c tm a n a g e m e n tt e c h n o l o g yf o rp r o d u c tc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，i n f o r m a t i o n e x p a n di n v i s u a le x p r e s s i o no ni n t e m e ta n dt h ek e ys u p p o r t i n gt e c h n o l o g i e s e t c a n e t w o r k - b a w dm o l dc o o p e r a t i v ed e s i g ns y s t e mi s d e v e l o p e dw i t ht h ei n t e g r a t i o no f f e a t u r e so f t h em o l de n t e r p r i s e sa n dw 曲b a s e dr e m o t em o l dc o o p e r a t i v ed e s i g np l a t f o r mi s e x p l o i t e d t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa l ea sf o l l o w s ： t i l i st h e s i sm a k e sas y s t e m i ca n a l y s i so na n dr e s e a r c ht ot h et h e o r yo fc o o p e r a t i v e d e s i g n , w o r k i n gp a t t e r no fan c d ，a sw e l la st h ef u n c t i o nr e q u i r e m e n t sf o rc o l l a b o r a t i o n a n dt h ef r a m e w o r ko f c o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e m b a s e do nt h ep l a s t i cm o l dd e s i g np r o c e s sa n di t sc h a r a c t e r i s t i c s ，o r g a n i z a t i o ns t r u c t u r e a n dp r o j e c t m a n a g e m e n tt e c h n o l o g i e so fc o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e ma r cd e e p l y i n a b s o a c t r e s e a r c h e d , t h i st h e s i sp r o sf o r w a r dam o d e ld e v e l o p m e n t - b a s e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g n o r g a n i z a t i o ns t r u c t u r e ，w h i c hs u p p o r t st h ec o n c u r r e n tc o l l a b o r a t i v ew o r k i n gm o d ea n dc a l l p u tt h et r a n s v e r s ed y n a m i cm a n a g e m e n tw i t hm o d e ld e s i g na sc a ) r ei n t op r a c t i c e b a s e do n t h er e s e a r c h e s ，t h ea u t h o rc o n s t r u c t so b j e c tm o d e l sa n dd e s i g n e st h ew o r k i n gp r o c e s s d u r e o f c o o p e r a t i v ep r o j e c tm a n a g e m e n t t h i st h e s i sa l s op r o b r e si n t oi n f o r m a t i o ne x p a n di nv i s u a le x p r e s s i o na n di n t e r f a c e so n i n t e r a c t ，t h et e c h n i c so fw e bb r o w s e r - b a s e dr e a d i n ga n du p l o a d i n go fc a d a n dc a ed a t a a r eo b t a i n e df r o mt h er e s e a r c h b ya p p l y i n gm i m ea n da c t i v e xt e c h n o l o g y , i th a sr e a l i z e d t h ep r i n c i p i u mi n t e g r a t i o no fc a d ，c a ea n dc o o p e r a t i v ed e s i g np l a t f o r m d e s i g n e rc a r l p r e v i e wd e s i g nb yd i s p l a y i n gd w ff i l ei nt h ew e bb r o w s e r c a xs y s t e mc a nd i r e c t l y s t a r t u pf r o mw e bb r o w s e rb ym i m ec o n f i g t h ec h a r a c t e ra n df u n c t i o no fm o l dc a e t e c h n o l o g yi nc o o p e r a t i v ed e s i g ni sa n a l y z e da tl a r g e ，a n da p p l i e dc a es o f t w a r ei n c o o p e r a t i v ed e s i g np l a t f o r mt h r o u g hu n i t a r yp r o j e c t p r i m a r i l yr e s e a r c hw a sd o n et or e a l i z e t h ep l o to fb u i l d i n gf a b r i c a t e dp a r t sd e p o t ，a n dm a d et h ew e bu p l o a d i n ga n dr e a d i n g f u n c t i o no f v r m 儿a v a i l a b l e r e s e a r c h e sw a sd e e p l yd o n ei nm o l de n t e r p r i s e sa n dr e q u i r e m e n t sf o rm o l dn c d s y s t e mw a sa n a l y s i e d a n a l y s i sa n dr e s t r u c t u r ew e r ed o n et ot h ep r o c e d u r e so fp l a s t i c m o d u l ep r o d u c t sd e v e l o p m e n t t h r o u g ht h ea n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no fc s s y s t e m s t r u c t u r ea n db w ds y s t e ms t r u c t u r eu n d e rn e t w o r ke n v i r o n m e n t ，b a s e do nb w d s t r u c t u r e , t h ef r a m em o d e lo fw e bb a s e dc o o p e r a t i v ed e s i g np l a t f o r mi sb u i l t t h ef u n c t i o n m o d u l ea n db a s i cw o r k i n gp r o c e d u r eo f t h es y s t e ma r ep u tf o r w a r d t h ew h o l ey s y t e md e v e l o p m e n tw a sd o n eb a s e do nw i n 2 0 0 0s e r v e r + i i s 5 0 + s q l s e r v e r u s i n ga s pt e c h n o l o g y , t h ea u t h o rd e v e l o p e dw e bb a s e dm o l dc o l l a b o r a t i v e d e s i g ns y s t e m , d e s i g n e ds y s t e md a t a b a s ea n dm a i nf u n c t i o n a lm o d u l e ，b a s i c a l l yp u t w o r k i n go f t h es y s t e mi n t op r a c t i c e t h i st h e s i sm a d es t u d ya n ds y s t e md e v e l o p m e n tw i t l li n t e g r a t i o no ft h ep r a c t i c a l p r o d u c t sd e v e l o p m e n tp r o c e d u r eo f m o l de n t e r p r i s e si no u rc o u n t r y , s ot h a tt h ed e s i g n e d c o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e mo fm o l dw a sa c c e p t e db yt h em o d u le n t e r i p r i e s e sa n d t e c h n i c i a n s ，a n dm a d ef o u n d a t i o nf o rt h ei m p r o v e m e n ta n da p p l i c a t i o no fc o o p e r a t i v e d e s i g nt e c h n i c so f m o l d h ex i n h a i ( m e c h a n c i a le n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s o r ：m ak ea n dl i a nl i p i n g k e yw o r d s ：c o l l a b o r a t i v ed e s i g no fm o l d ；c o l l a b o r a t i v ep r o j e c tm a n a g e m e n t ；i n f o r m a t i o n e x p a n di nv i s u a l ；v r m l ；b w d ；a s p i v 西安工程科技学院学位论文知识产权声明 本人完全了解西安工程科技学院有关知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位 期间学位论文工作的知识产权归属西安工程科技学院。本人保证毕业离校后，使用学 位论文工作成果或用学位论文工作成果发表论文时署名单位仍然为西安工程科技学 院。学院有权保留送交的学位论文的复印件，允许学位论文被查阅或借阅；学校可以 公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 薹夕彳共扣 灸缸射韬 西安工程科技学院学位论文独创性声明 禀承学校严谨的学风与优良的科学道德，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碍的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和 致谢的地方外，学位论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，不包括本人 已申请学位或他人已申请学位或其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研 究所作的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了感谢。 学位论文与资料若有不实之处，本人承担相关责任。 学位论文作者签名：囊亨炙 日 期：痴彳，以z 第1 章绪论 1 1 本课题研究的背景 1绪论 制造业是国民经济和综合国力的支柱产业，世界制造业的实践证明，制造业的发 达程度决定着其它产业的发展。随着信息技术、材料技术、新能源技术等新技术与制 造技术的相互交叉、渗透、融合，传统意义上的制造技术在原有基础上得到质的飞跃， 形成了当代先进制造技术。当前，先进制造技术发展非常迅速。随着全球信息网络的 建立和完善，国际竞争和协作氛围的进一步形成和发展，制造企业在世界范围内的重 组和集成进一步加速，制造全球化必然是2 1 世纪的一个重要发展趋势，这将促使先 进制造技术得到更快的发展。 现代设计技术是先进制造技术的主体技术之一，也是先进制造技术的核心与灵 魂。随着先进制造技术的发展，计算机和信息技术的进步，制造业生产模式的变革， 竞争与合作的全球化，人们对生态环境、资源的关切和对产品品质多样化的需求等， 使设计技术、方法和手段发生了深刻的变化。作为现代设计技术发展方向之一的网络 化协同设计方法及系统的研究已经成为制造业研究的热点“1 。 模具是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、仪表、家电和通讯等产 品中，6 0 9 6 8 0 9 6 的零部件都依靠模具成型。国民经济的五大支柱产业，机械、电子、 汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应。模具的设计制造技术是制造 业的重要组成部分，其设计制造水平直接关系到制品的质感、花色及质量，是制约我 国工业产品升级换代、替代进口、打入国际市场的瓶颈。 塑料模具是模具中非常重要的一大类，塑料模具和制件的生产有其自身一些特 点：塑料制件大部分是外装件或功能件，例如各种电器制品的壳体、日常家用塑制品 等。这些制件大部分都是形状或尺寸精度要求很高，又急需与其他产品配套上市的急 需件；成型塑料制件所需的模具设计制造成功后，还需要反复地试模与修正，从而使 其开发交货时间异常紧张；模具制造基本上是承接式生产，即用户作为制品设计者， 只能从功能方面提出要求，而模具制造者根据用户的要求，设计制造出模具，用户与 生产者之间需要足够的交流。为了适应现代制造业的发展趋势，要求采用并行工程的 模式组织塑料模具的设计制造。 近年来，信息网络技术、i n t e r n e t 和w e b 技术的出现和飞速发展，打破了技术 交流的时空限制，极大地拓展了制造业信息化的深度和广度，为产品设计与制造赋予 了新的理念和技术内容，基于网络实现资源共享和信息交流的协同设计工作模式已经 第1 章绪论 成为制造业迫切的需要。基于网络的模具协同设计系统研究与开发就是我们顺应这一 发展潮流而提出的研究课题。 1 2 本课题国内外研究现状 自上世纪9 0 年代以来，在机械制造业领域产生了许多新概念、新思想、新理论 和新技术。这些概念或理论大多强调l a f ( l e a n ，a g il e ，f l e x i b l e 精益、敏捷、 柔性) 的概念。从管理和制造模式来看，国内外先后提出了并行工程( c e ) ，敏捷制 造( a m ，a g i l em a n u f a c t u r i n g ) ，虚拟制造( v m ，v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ) ，虚拟产 品开发( v i r t u a lp r o d u c td e v e l o p m e n t ，v p d ) ，虚拟样机( v i r t u a lp r o t o t y p e ，v p ) 等概念。从组织结构上来看，出现了动态联盟、虚拟企业、异地工作组等概念。“埘 针对这些概念，国内外的专家学者们做了大量的研究工作。英国等欧洲六国在 1 9 9 5 年开始的y i s i n e t 项目是一个“建立在a t m 网上协同三维可视化与虚拟现实基 础上的一个跨越欧洲的设计系统”，分布在异地的企业可以在互联网上通过 h t t p ：e - v i s t o m 进行针对复杂产品的虚拟协作，提供制造业的协同解决方案 ( c o l l a b o r a t i o ns o l u t i o n sf o rm a n u f a c t u r i n g ) ，以及基于互联网的知识资本 ( i n t e l l e c t u a lc a p i t a l ) 的共享，该研究项且在虚拟协作设计研究方面己经取得了 一些很大进展。以美国通用电器公司的“c a m n e t ”项目为代表的是一个以交换和共享 信息为目的的制造企业问相互联系的网络。类似的还有美国能源部的“敏捷制造的使 能技术”，香港与内地企业间的“分散网络化生产系统d n p s ”。这些研究都强调一种 灵活的生产组织模式，以满足异地制造以及国际协作生产的需要，但对设计方面的支 持较少。亚洲许多国家也自1 9 9 6 年起每年召开一次“c s c wi nd e s i g n ”的国际会议， 讨论设计中的协同工作问题。1 在国内，以西安交通大学润滑理论与轴承研究所为主、国内多家企业和研究机构 参与建设的中国现代产品设计与研究开发网络c m d n e t ( h t t p ：唧c h i n a m o d e r n d e s i g n c o m ) ，提供了互联网上的支持设计资源服务和支 持设计资源信息等服务，旨在推进现代设计，研究重点在于现代设计中分布式知识资 源的获取和异地设计中的知识资源远程调用，提供了一些计算程序，但相对孤立，对 设计的整个流程支持还不够。中科院计算所对基于c o r b a 的企业遗产系统封装进行了 研究，建立了个中等规模和复杂程度的齿轮减速器协同设计系统c o d i c g r s ，较好 地解决了遗产系统的数据库互访和分布异构环境下基于工作流的集成问题。中国制造 协作网( h t t p ：嗍c m c g o v c n ) 是以行业企业联盟为主的研究，主要注重于制造 资源的商务利用和资源供求信息的交流等。 此外，国内不少高校和研究机构进行了关于虚拟制造体系和虚拟产品开发体系的 2 第l 章绪论 研究，在理论上达到了一定的高度，如南京理工大学制造工程系进行了关于面向c s c w 的c a d c a m 系统的研究，主要在u g 平台上进行二次开发，并取得了一些重要成果。 但这些研究均偏重于制造资源的重组和再分配，而且是在国外软件基础上做的开发， 没有自主的版权，在应用上受到一些限制。 从这些研究现状可以看出，现代产品的开发过程与信息网络的集成是目前研究的 重点，而要实现这方面的集成，必须首先针对现代设计的过程模式和其具体要求进行 研究。现代设计是面向市场、面向用户的设计，要求产品设计周期尽量缩短；现代设 计要求对产品进行全寿命周期设计，从而使设计对象成为一个时变系统，要求某一环 节的设计者可以方便快捷地与其他环节的设计者相联系；而且现代设计所面l i 螽的系统 越来越复杂，对象所属的领域也越来越宽，需要不同专业的专家来协同工作。所以， 异地的并行协同设计的顺利进行是现代设计取得效果的基础，也是并行工程得以实施 的技术基础之一。先进的网络信息技术恰好可以提供高效率的信息交流，这为协同设 计通过互联网来进行提供了有利的条件。 i n t e r n e t 与w e b 技术的发展很快，同时，网络技术的发展也给协同设计的理念 和模型不断赋予了新的内涵。目前，这是一个新兴的热点问题，相关的新概念和技术 不断出现。“。1 ” 1 3 本文选题的依据与意义 1 3 1 我国模具行业特点及现状分析 模具是制造业的基本工艺装备，在生产中的应用极为广泛，几乎全部塑料制品和 由铝板、钢板等制成的绝大部分产品，都要通过模具加工而成。模具是“效益放大器”， 模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍甚至上百倍。模具生产水 平的高低，己经成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定 着产品的质量、效益和新产品的开发能力。模具设计、制造的效率对产品的开发效率 有着决定性的影响，模具工业是国民经济中重要的基础工业。简单讲，模具产品的开 发具有以下特点： 1 ) 订单式小批量型产品模具属于面向订单设计制造类型的产品。首先是由模 具的使用客户向模具设计制造企业发出订单请求( 模具的用途、精度、寿命、效率、 数量、交货期等) ，然后由模具企业设计制造，并且模具产品的需求常常为小批量。 2 ) 有协同性要求型产品从模具企业的生产规模来看，我国大多数模具企业属 于中小型企业。其生产活动多以设计为主，而制造过程常常需要外协加工。 3 ) 制造过程复杂型产品模具的设计制造是一个非常复杂的过程，它涉及到制 第1 章绪论 造领域的所有方面。其特点是单件小批量生产，而且模具往往不是最终产品，其交货 期的要求较为苛刻。所以缩短模具设计制造周期将是提高企业竞争力的重要途径之 一o 4 ) 经验因素影响型产品现在的模具设计大多还是凭经验进行的，要设计出一 副令用户满意的模具往往需要经过设计、制造、试模、到修模的多次反复，从而造成 模具设计制造周期长，成本高，一旦哪个环节出问题，都可能造成模具的报废。 当前，随着计算机应用技术的飞速发展，一些模具制造企业也逐步采用了 c a d c a p p c a e c a m 等技术来进行模具的开发，并收到一定的成效，但是这些仍与市 场的要求有一定的距离。为了缩短模具产品开发的周期，提高模具产品的质量。一方 面是要提高设计与加工的技术水平，缩短设计与加工周期。另一方面是要以并行工程 的思路来组织生产，使有可能同时进行的工作并发进行，从而大大缩短模具的开发周 期，在设计制造中多应用科技手段以提高模具产品的质量。 1 3 2 本文选题的意义 随着科技环境和生产技术的发展，产品的生命周期变得越来越短暂，产品的种类 越来越丰富，现代的企业所处的市场全球化和竞争日趋激烈。信息、通信和计算机技 术的迅猛发展，正在推动制造业技术和组织的变革，各种计算机辅助技术的应用，以 及工业发达国家利用远程信息网络，将位于异地的、具有不同功能的企业连接起来， 引起了生产组织的变化。异地协同制造是一种实现快速响应市场和可持续性发展的生 产模式，其成员在地理上是相隔的或跨部门的，各自具有独特的核心技术，组成异地 协同制造企业是按市场机制通过竞争实现的。异地协同制造企业的组织及其集成问题 不同于传统的企业。新的竞争环境对企业提出了新的要求一敏捷而柔性地响应市场需 求。另外，从本世纪中叶以来，微电子、计算机、通讯网络和自动化等科学技术的飞 速发展，掀起了以信息技术为核心的新浪潮，它们在制造领域的广泛渗透、应用，推 动着制造业的深刻变革，极大地推动了制造活动的发展，促使制造业日益向着高度自 动化、智能化、网络化和集成化的方向蓬勃发展。网络化的协同工作环境将构成我们 人类工作和生活的一种基本环境和方式。 模具开发是典型的客户定制式生产，是越来越需要充分利用行业内现有资源进行 网络化制造的一个行业，所以，成为我们课题研究的背景。基于网络的模具协同设计 技术建立在协同工作理论、c a x 技术和信息网络技术的基础上，其发展历程较短，应 用新技术较多。尽管在国内外开展了多项研究，但尚未达到实用阶段，而且在协同数 据的管理方面研究较少。因此，结合w e b 和i n t e r n e t 技术的发展和模具设计制造业 的需要，研究适合我国特点的模具企业利用i n t e r n e t 相关技术进行异地协同设计的 4 第1 章绪论 模式，并且进行相关的技术开发，是目前迫切需要解决的问题。 1 3 3 课题来源 本文的研究工作是建立在作者曾主持的青年基金项目“基于网络的纺织机械产品 协同设计研究”( 0 4 x 9 0 3 7 ，西安工程科技学院科研基金资助) 的基础之上，并通过与 陕西黄河模具有限公司的合作，开发了基于网络的模具产品协同设计系统平台，该论 文为上述工作的深入与总结。 1 4 本文的研究内容 在对当前网络化协同设计理论和技术发展的状况进行深入分析和研究的基础上， 同时结合对陕西黄河模具有限公司的深入调研工作，本文作者在以下几个方面开展了 研究与实践工作： 1 ) 对网络化协同设计的内涵、工作模式、网络化协同设计系统的功能需求和系 统架构进行了系统的分析和研究。 2 ) 依据塑料模具产品协同设计的业务流程特点对协同设计系统中的组织结构和 项目管理技术展开了深入研究，提出了适合系统需求的项目组织模式，建立了项目的 对象模型，设计了协同项目管理工作流程。 3 ) 研究了i n t e r n e t 网络环境下的可视化交互技术，实现了基于w e b 浏览器的 c a d 图形浏览和上传，并通过m i m e 的配置实现了异构c a d 的直接启动。结合模具c a e 的特点，以整体方案的形式将c a e 技术溶入产品的协同设计中。与此同时，对基于 v r m l 技术建立虚拟零件库的实现方案进行了探索性研究。 4 ) 结合塑料模具产品开发的业务特点，对网络化模具协同设计系统进行了需求 分析，在比较了c s 结构和b w d 体系结构的原理和特点的基础上，基于b w d 体系 结构，提出了基于网络的模具协同设计系统的框架模型，并设计了系统的功能模块和 工作流程。 5 ) 在w i n d o w s2 0 0 0 操作系统平台上，安装配置了i i s 及s o ls e r v e r2 0 0 0 服务 器，利用w e b 数据库技术及a s p 技术开发了基于网络的模具协同设计系统平台。 第2 章网络化协同设计工作模式及系统架构 2 网络化协同设计工作模式及系统架构 网络化协同设计技术是建立在计算机支持的协同工作环境、因特网技术、多媒体 技术基础之上的一种新型的产品开发方式。其旨在组织多学科专家跨越地域和时间的 障碍，基于并行工程思想，在产品的初始设计阶段就考虑到后续的工艺和加工需求， 共同激发创新灵感，促进设备资源的共享，有利于快速获得制造技术信息，实现复杂 产品的协同开发，以适应2 l 世纪“全球市场”所要求的“全球角造”的需要。本章 将概要介绍网络化协同设计的相关基本概念及系统架构。 2 1 网络化协同设计的定义 2 1 i 协同的定义 协同工作是人类社会解决各种复杂问题或完成各种大规模任务的一种重要和有 效的工作方式，它通过团队中多个成员的共同努力和合作来最终完成任务。协同设计 是协同工作的一种具体形式，协同是人类活动的本质特征，协同设计中的协同是指设 计者通过协作工具不仅共享产品设计信息，而且可以共享设计者之间的应用，这种协 作是人与人的全方位的合作。另外，协同的效果不是各个设计单元设计能力简单相加 能得到的 其协同的含义具体体现在以下几个方面： 1 ) 产品设计信息的协同在产品的协同设计中所有参与单元面对的是同一产品 信息模型。由于同一信息源在不同的设计环境中描述不尽相同，不同的设计单元出于 不同的需要对信息的使用方式也有差别。因此，存在着不同设计单元之间设计信息的 规范化和标准化要求。 2 ) 设计过程的协同各个设计单元所承担的子任务间存在一些关联性，这决定 了各个设计单元的设计活动必须按一定顺序协调一致地进行。 3 ) 设计工具的协同不同设计单元根据自身拥有的设计资源所使用的设计工具 不完全一样，同一设计单元也可能使用多种设计工具，协同设计应该提供这些设计工 具的管理方法。 4 ) 设计环境的协同协同设计是跨部门甚至跨企业的活动行为，不同部门、不 同企业的设计环境存在差异，并且这种异构的设计环境随着设计的进程是动态变化 的。所以异构环境的集成是协同设计系统的一个重要内容。 5 ) 网络通讯的协同异构环境下各个设计单元之间的通讯是包含知识处理机制 6 第2 章网络化协同设计工作模式及系统架构 的通讯，通讯过程包含对不同的知识理解以及表达方式之间的转换等协调工作。 2 1 2 网络化协同设计的定义 一般认为，网络化协同设计( n e t w o r k b a s e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，简称n c d ) 也称异地远程设计，或直接简称协同设计( c o l l a b o r a t i v ed e s i g n ) 。它是计算机支 持的协同工作在设计领域的应用，是对并行工程、敏捷制造等先进制造模式在设计领 域的进一步深化。网络化协同设计是一种新的设计模式，是指由两个以上的设计主体 或称专家) ，为共同完成一设计目标而组成一个产品开发团队，在计算机通信网络提 供的分布式协同环境支持下，以群体工作目标为核心，并行、协同地设计产品的过程。 从网络化协同设计的概念可以总结出网络化协同设计的基本特点“”1 ： 1 ) 群体性设计活动由两个或两个以上设计专家参与，而这些设计专家通常是 相互独立的，并且各自具有领域知识、经验和一定的问题求解能力。 2 ) 并行性多个设计专家要实现的最终设计目标是共同的，他们在各自的岗位 上并行、协同地进行着各自的设计。 3 ) 灵活性参与设计的专家数目可以动态地增加或减少，协同设计的体系机构 也是灵活多变的。 4 ) 异地性设计专家所在的位置物理上可能是分离的。 5 ) 协同性具有相应的协调各自设计专家完成共同设计目标的机制，包括通讯 协议、通讯结构、冲突检测与仲裁等。 2 1 3 协同设计与并行工程 并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 简称c e ，它是一种系统工程的方法，实行 动态优化地处理问题。c e 通过组建多学科的团队和设计流程重组，从根本上改变传 统的产品设计模式。首先，并行工程是一种集成化、系统化的设计方法学，它强调产 品全生命周期各个阶段过程的集成、并发与优化。并行工程要求人们在进行产品生命 周期的上游阶段的工作时，充分考虑下游工作的可实现性。其次，并行工程强调过程 重组与流程改进，并提出了以产品为中心，组成有关部门代表参加的多学科小组进行 团队工作的工作方式，促进产品设计不同阶段工作之间的及时交流、协调，避免跨不 同设计阶段的大返工。这种工作方式不仅加强了部门问的协调，而且集成了多学科人 员的智慧。可见，c e 与协同设计样强调团体协作。“”。 并行工程的核心是并行一体化设计，强调产品设计及其相关过程同时交叉进行， 即在设计阶段就要考虑制造、装配等下游活动所涉及的所有环节和因素。因此，涉及 产品整个生命周期的各个不同部门的小组成员必须协同工作，即在产品设计阶段，不 第2 章网络化协同设计工作模式及系统架构 但设计小组成员之间进行讨论、协调产品的设计任务，而且其它部门如工艺、制造、 质量等小组要参与产品设计工作，如对产品设计方案提出修改意见等等，使设计尽可 能一次成功。支持并行工程的网络化协同设计的特点如下： 1 ) 协同的层次性并行工程的实施涉及到多个学科小组人员的协同工作，因此 协同不仅在小组内部成员之间进行交互协同，而且小组间也需要协同工作。 2 ) 同步与异步并存由于并行工程的并行设计分为组间和组内协同，组内成员 的工作紧密联系，协同一般要求同步进行。而组之间的设计工作可能需要隔一段时间 才进行协同，所以协同可以异步进行。 3 ) 支持多媒体并行工程中的多媒体分为两大类：感知多媒体和应用多媒体。 感知多媒体指用户之间通过多媒体信息( 如键盘的输入、鼠标的动作以及图象、声音 等信息) 进行交互，这些信息一般可以直接在用户间传输，并能被对方感知，以理解 对方行为意图和环境状况等；应用多媒体指有应用软件产生的多媒体信息( 如由应用 软件产生的图形、图象和声音等) ，也称为虚拟多媒体，它们一般在共享应用层由用 户进行协同计算得到结果。 4 ) 用户工作区的动态定制与裁减面向并行工程的协同设计中小组内成员在产 品设计中感兴趣不同的侧面，在不断地改动自己的工作区裁减与界面定制，因而不同 用户之间的产品信息和界面映射关系在经常地改变。同时，小组间所关心的问题不同， 所以其界面和工作区设置截然不同。 5 ) 分布式知识库共享和信息映射并行工程下的多学科小组具有各自特征的专 家知识，并由各小组进行维护。不同的知识库需要不同的推理机制和特征信息映射机 制