（机械制造及其自动化专业论文）基于组件技术的cad软件平台的研究与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 蠢赫c a d ( c o m p u t e r - a i d e dd e s i g n ) 软件大多存在开发嗣期长、可维护性差、 二次开发能力弱等问题。为改变这种状况，本文提出了融合面向对象技术芹口组件技 术开发可复鹰c a d 平螽的方法，缨短了个性化c a d 软件的开发周期。该颂露获得 了国家“8 6 3 诗翔”的滚动。 本文分别从构造开放体系结构、定义面向工糨应用的可复用功能模块、和建立 可扩展数攒三个角度出发，对开发碍复慝c a d 平螽避行了系统研究。提出种基于 组 串静“构 孛一总线”分层体系结构，将整个系统分成四层：支撵环境层，底层服 务层、平台管理层、威用系统层，寅现了多种复用方案；利用平台管理层构建了四 大管理控制总线，实现了各功能构传的统一管理。定义了c a d 功耱模块的领域应用 边赛，开发了面向工程应用兹可复瓣功髓模块，保证了各模块海内聚豹努酃冤关性， 使各模块功能自律。通过分析整合c a d 系统数据结构，建立了可复用的数据模型， 实现了基予数据注册机制的数据统一管理，解决了数撂开放悭阀题。 稷搭上述方法秘缝件技术，辩驻开嚣c a d ( k m c a d ) 遴行了全面改造，实现 了与开目b o m 、c a p p 、p d m 的数据集成；改谶和扩展了系统数学函数库部分算法 ( 自由鳇线求交和物性计算) ；在其熬谜上开展7 一体化开发帮嵌入式牙发瓣秘二次 开发模式麓探索，乖j 用歼磊c a d 平螽系统，戒渤渔开发了开鞲c a d 三维系统，完 成了为哈尔滨空调有限公司定制的管柬专用c a d 专家系统。通过软件的市场推广和 用户使用，验证了平螽的可行性和农效性，取彳导了较好的经济效蘸和社会效豢。 关键词：c a d二次歼发平台软件复用层次模型面向对敷 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e p r e s e n tc a d s o f t w a r ef a c e st h ep r o b l e m so f al o n gt e r mo f d e v e l o p m e n t ，l a c k o f m a i n t a i n a b i l i t y , d e f i c i e n c yo f i n t e r f a c e - b a s e dd e v e l o p m e n t i no r d e rt oc h a n g et h es t a t e ， t h i st h e s i sp u t sf o r w a r daw a yb y i n f u s i n go b j e c t o r i e n t e da n dc o m p o n e n tt e c h n o l o g y i n t o t h et r a d i t i o n a lc a ds o f t w a r ed e v e l o p m e n tt oc o n s t r u c tar e u s a b l ec a ds o f t w a r ep l a t f o r m ， a n di m p l e m e n t st h ef a s td e v e l o p m e n to fc u s t o m - b u i l tc a ds o f t w a r e t h i sp r o j e c tg o t f i n a n c i a ls u p p o r tf r o mn a t i o n a lh i g ht e c hd e v e l o p m e n tp l a nf u n d 防6 3 p l a n ) t h i st h e s i sc a r r i e st h r o u g ht h er e s e a r c ho nt h ed e v e l o p m e n to far e u s a b l ec a d s o f t w a r ep l a t f o r mf r o mt h r e ea s p e c t s ，t h a ti s ，h o wt oc o n s t r u c ta l lo p e na r c h i t e c t u r e , a h i g h l yc o h e s i v ef u n c t i o nm o d u l e a n da ne x t e n d a b l ed a t as t r u c t u r e t h et h e s i sp u t sf o r w a r d a c o m p o n e n t - b u s a r c h i t e c t u r e ，d i v i d i n g t h ew h o l e s y s t e m i n t of o u r l a y e r s ：d e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n t s u p p o r t i n gl a y e r , b o t t o m s e r v i c e l a y e r p l a t f o r mm a n a g e m e n tl a y e ra n d s y s t e ma p p l i c a t i o nl a y e r a t t h e p l a t f o r mm a n a g e m e n tl a y e r , f o u rc o n t r o lb u s e s a r e d e s i g n e dt ou n i f o r m l ym a n a g ea l l t h ef i m c t i o nm o d u l e s t h u s ，m u l t i s c h e m eo fr e u s e d e v e l o p m e n t c a nb er e a l i z e dd u et ot h i sk i n do fl a y e ra r c h i t e c t u r e v a r i o u sc a d f u n c t i o n a l i t i e sa r ea n a l y z e da n ds o r t e do ne n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o nd o m a i nl e v e l ，a n d i m p l e m e n t se a c hm o d u l e sz e r o c o u p l i n g e a c hm o d e li ss e l f - f u n c t i o n - m a i n t a i n e d a n o p e nd a t am o d e li sb u i l tb ya n a l y z i n gt h ed a t as t r u c t u r eo fc a ds y s t e m ，t h em o d e l s u c c e s s f u l l yi m p l e m e n t st h eu n i f o r mm a n a g e m e n t o ft h es y s t e md a t a b yd a t a - r e g i s t r a t i o n ， s o l v i n gd a t a so p e n n e s sp r o b l e m t h ep r i n c i p l e ss t a t e da b o v ec o m b i n ew i t hc o m p o n e n tt e c h n o l o g yt o t h o r o u g h l y r e c o n s t r u c tt h eo l dk m c a d ，i m p l e m e n t i n gt h ed a t ai n t e g r a t i o nb e t w e e nk m c a da n d k ms e r i e sp r o d u c t ss u c ha sb o m c a p pa n dp d m s o m ea l g o r i t h m s ( m a i n l yi n c l u d e i n t e r s e c t i o n a l g o r i t h m b e t w e e nf l e e c u p v c sa n d p h y s i c a l f e a t u r e a l g o r i t h m ) o f t h e c a l c u l a t i o nl i b r a r ya r ei m p r o v e da n d e x p a n d e d b e s i d e s ，t h et h e s i sc a r r i e do u tt w ow a y so f u s e ri n t e r f a c e - b a s e d d e v e l o p m e n t i nk m c a ds y s t e m ：o n ei s t h e s y s t e m - i n v o l v e d d e v e l o p i n gm o d e ”，t h eo t h e r u s e rm o d e le m b e d d e dm o d e l ”k v l 一3 dc a da n dh a e r b i n p i p i n gi n t e l l i g e n t c a de x p e r t s y s t e m f o rh a e r b i n a i r - c o n d i t i o n i n gc o 。，l t d a r e s u c c e s s f u l l yd e v e l o p e db a s e do nk m c a dp l a t f o r m t h ef e a s i b i l i t ya n dv a l i b i l i t yo f i i 华中科技大学硕士学位论文 p l a t f o r m 牲ev e r i f i e db y i t sm a r k e ts p r e a da n dp r a c t i c a lu s e ，g a i n i n gg o o de c o n o m i ca n d s o c i a lb e n e f i t s + k e y w o r d s ：c a du s e ri n t e r f a c e - b a s e dd e v e l o p m e n t p l a t f o r m s o f t w a r er e u s e la y e rm o d e l 0 b j e e t - o r i e n t a t i o n i i i 独创性声明 本入声鞠所鼙交瀚学位论文怒我个人在导辨指导下进行的磷究工作及取得 酌掰究咸粟。尽我爨鲡，滁文中已经撂嚼弓| 怒鹊内容乡 ，本论文不包含任簿荬谴 夺入或集俸汪经发表躐撰写_ i 童酶磷究减栗。蹲本文酌研究强逡羹献酌个人鞠榘 捧，均已在文中潋确确方式标鞠。举入究全意识到本声瞬瀚法律结采由本入承擒。 学位论文作者签名：跨一母 西期：，名护擎年嗣苟鳍 学位论文版权使篇授权书 本学位论文依者究垒了解学校商美保留、使用学位谂文的艘嶷，帮：学校商 权保留并向豳家穰关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文救焱阕秘 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行捡索，可以采用影印、缩印或搦接等复制手段保存和汇编本学像论文。 摄鬻鑫，在年辫密蔽遥掰本授权书。 本论文属于 不绦密蕊并 ( 清在叛上方框斑打“彳”) 学位论文雩# 者签名： p 崤 臻鲻：溺攀筝冀谣霾 虿 占叶 陵导谚 ： 毽， 名 戳 帝 辩 妇 渊 渤 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题的来源、强的和意义 1 1 。1 课题的来源 本漾藤寒滚予武汉开羹售怠搜零畜羧公甏，楚“瑟囱摇渡蒸墼产瑟瓣三维数字 化设计系统框架及通粥平台”项目( 2 0 0 2 a a 4 1 1 0 1 0 ) 的一个予课题。该项强获国家 “8 6 3 计划”资助。 1 1 。2 谖蹶懿誉的 。 本文童要目的起研究开放c a d 平台的构建技术和策略。通过该研究掇高c a d 平台的开放性和可复用性，改变传统c a d 系统的开发模式，为个性化c a d 系统的 快速开发提供理论、方法和工具的支持。 1 1 。3 澡灏的意义 本课题的研究主黉县有以下几点意义： 1 ) 增强c a d 软 牛企业的竞争力。 对予瑟稳磊益激烈市场竞争静c a d 软俘供藏商来说，缭短软律提交辩闯，保证 软件质擞成为企业生存和发展的关键，而基于平台的个性化软件构建会大大缩短 c a d 软件开发周期、提高了软件成爨并且降低了其维护成本。 2 ) 深证窝接广鬓凑应惩企鼗c a d 技术瘦弱，绳送国家王注发震。 国内备应用企业通过积极参与潮家“九五”c a d 应用推广以来，普遍实现了“甩 图板工程”，在一定程艘上提高了众业综合科技竞争力【”。实践证明，全面继续深化 c a d 应耀，是实现提辩传统产业曩榕粒必盎之路f 烈。绘应用企渡提供一个暴潮瓣c a d 平台进行鑫主开发，辩予c a d 技术应用豹推广翻深入其有羹簧的现实意义。 3 ) 节约社会资源，避免重复开发的浪费。 c a d 软件设计中鼹遍存在重复开发严重的闯题，浪费了大量人力、财力资源。 采舔较搏袈覆按本，减夺重复莠凌，提亳较终生产率，实囊c a d 较箨设诗扶手工季# 坊到工北化生产方式的变更，是解决上述问题的一条切实可行的途径f 3 】。 4 ) 对国产c a d 软件的发展具肖重要的战略意义。 关于c a d 支撑平螽软馋鲍自主开发在国家2 0 0 0 年夔1 8 弩文彳譬释藿豢藤技零发 华中科技大学硕士学位论文 展计划( 8 6 3 计划) 中数字化设计与制造专题中都明确提出重点发展。文中指出自主版 权的c a d 支撑平台开发对发展具脊我国自主版权和先进特色的新一代c a d 软件， 赶超重黪先进水平，减少对国终黪技术依赖具鸯羡要的战略意义。 1 2c a d 技术发展的趋势 c a d 是指工程技术人员利用计舞机硬件、软件系统，对产晶或工程进幸亍设计的 方法与袭拳，鼋括设毒中、绘圈、王穰分螽与文榻露 睾等设诗滔动。一般意义上篦较 完备的c a d 系统包括童要包括三个部分：几何造型及图形处理、科学计算和工程分 析、工程数据库管理 4 】。从广义上讲，c a d 技术包括二维工程绘图、三维几何设计、 有限元分拆、数控熬工、铰真模数、产品数攥蛰：鼹终技求、数据库技术戳及 c a d c a m c a e 的集成技术等。鲁2 0 世纪5 0 年代开始到现程c a d 经历了二维平面 图形设计、交互图形设计、三维线概模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型 设计、参数化设计、特镊造型设计以及现在的参数化特征造型等发展阶段。鼹葡c a d 技本歪麓簧虿褪纯( 辩学诗葵、分辑、设计等1 霹撬住) 、集成德、餐筵琵、开放瞧帮 网络化的方向发展，鼹体表现为以下几个方面： 1 ) 集成化【5 1 系统构造由过去单一功能变成综合功能，出现c a d c a m c a e 集 成系统。 2 ) 特征参数优设计能力二缭绘图与三维安体建模体化，基于特征的参数化 设计软件应当是c a d 系统的主要功能要求 “。 + 3 ) 状速性多处趣桃、并行技术应爵于c a d 中，使王佟速度成倍提麓。 4 ) 褥溺设诗麓力网络鼗术农c a d 孛棱螯港采霜，使褥远翟帮远疆瓷源能够 共享，实现协同设计。 5 ) 褶能化人工橱能和专家技术的嵌入大大提高了c a d 软件的自动化设计能 力，窭瑷了i c a d 耨秘学 7 j 。 6 ) 平台化随着威用领域的醴益普及和深入，c a d 技术人员更多地选择开发应 用程序和第三方软件这种投资少、见效快的项目吼 1 3 霆巍终c a d 平会软羚瑷况 c a d 软件涉及图形学、制图学、工程设计等众多知识领域，有复杂的数据流向， 功能模块，有设计高效性，运行快速性和可靠性的严格要求，熙有软件规模大，开 发蜀簸长簿特熹。实黪上c a d 系绞碍淡分为三癸f 9 】：核心系统、支撵系统、应矮系 华中科技大学硕士学位论文 统。核心系统提供c a d 系统所需的旗本模块，包括几何造型方法库，数据模型建立， 数据操作方法定义，底层数据库，鼹示模块，用户界面构造工具等部分，a c i s 为此 类的典誉产晶。支撑豢绞刚在核心蓉统基础上矮期念令滚程，交互操作赛霹，应惩 开发接翻簿部分，己成为一个完整的交互较 串系统，氇就是邋常所说的通髑c a d ， 代表产晶怒a u t o c a d 。应用系统则是在支撑系统上根据具体威用需要开发的系统， 等同于平常说的专用c a d 如建筑行她的天正c a d ，服装行业的对高c a d 簿。应用 系统一般建立在支撑系统基础上，壤寿一嚣分妻镶建立在菝心系统土。各粪c a d 系 统都包含不同的子系统，由于各类型c a d 软件的子系统在功熊上体现了一致性和不 变性，从而奠定了子系统的可抽象燃和可复用性旗础。通过良好地定义子系统访问 数据库的接口，完全弼娃将这些子系绞或将缝稍遴_ 二步缨分彩袋更奎懿子系统送括 抽象，遴j 建开放的体系缩构搭建c a d 软件平台，在平台上实现个性亿c a d 软件的 快速开发。 1 3 。1 謦多 状提 目前阑外的主流c a d 产品敝本冤新菲常快，一个很重要的原因是开发商在进行 新版本开发时，采用了基于软件复用的平台技术。每次版本的更新，都可在原版 本的基础上进章亍复用开发，从而降低了开发成本，提高了开发效率。下瑟以美国 s p a t i a lt e c h n o l o g y 公司的a c i s 和a u t o d e s k 公司静a u t o c a d 为代表对氇锏产品所使 用的复用技术进行分析。 1 ) a c i s 美鏊s p a t i a lt e c h n o l o g y 公司攘溅瓣造型孩心系统a c i s 及矮关戆产熬撵供了一 个全开放的c a d 核心系统。a c i s 的产品线是采用软件组件技术设计的在公司成立 之时就打超了软件组件技术和开放系统的旗帜，向传统的c a d c a m 领域发出了挑 战。 a c i s 豹体系结搦采霜总线模鳖( 翔强1 1 掰示) ，这释开放豹俸系结构本身提 高了模块内聚度，降低丁模块问的耦会度，系统的可维护性和可重用性得到了保证。 另外几何( g e o m e t r y ) 、拓扑( t o p o l o g y ) 和属性( a t t r i b u t e ) 植j 成了a c i s 模型三者统一 由最基硝瓣按象类e n t i t y 嚣派生。簸然e n t l y 零身不代表镁鹰薅象，毽奁纛n t 疆y 中定义了它所有子类斑其有的数据帮方法( 如存储、恢复、翻溯婶) 。所有上述数据的 描述、操作方法都封裟在对象中，对象问层次关系保证了操作的一致性，而重载机 制又保证了操作的可扩充性。通过p a r t m a n a g e r g r a p h i c a li n t e r a c t i o n 等h u s k ( 谳 袭) ，蔫户露羰擒遥个靛往戆c a d 蕊绫，露显a c t s 撬侯懿爵扩充秀发语言s c h e m e 3 华中科技大学硕士学位论文 及支持懿c + + 谲弱为系统命令接疆、寂震开菠疆供了极大静柔毪e 圈1 ia c i s 应用开发静体系结稳 2 1a u t o c a d a u t o c a d 主饕是逶避开敖瓣俸系结梅积鏊于缀箨菝拳熬模浚髓：功煞划分实现了 系统可复用性，并提供多种二次开发棱式。a u t o d c s k 公司正将其软件技术的研究开 发重，洛集中予正在蓬赣发菔豹三大技术领域：面向辩象技术，三维技术和i n t e m e t 技 术，这些核心技术生导着全球设计工业的发展趋向1 1 1 】。其中的面向对象技术对其产 品的开放性和健猛健其有霪要意义，a u t o d e s k 公司在a u t o c a d r l 3 版本就开始注意 采用新的软传开发技术对原有产品进行改造，主要表现为f 1 2 】： 基于构件的软件体系结构 参数他设计技术的融入以及强大的渲染功能。 集面向对象数据库、几何建模、用户接口、显示模型及运行扩展等方面的新技 术予一棼。 支持臌用程序调用用a u t o c a d 内部函数。 黼1 2 诞臻了a u t o c a d 最瑟体系缝梅夔模块托特征： 】夏口臣互亟受亘匿圈 a i iadr io cl31 广二二= _ = 二二= _ ? 二二= = 二二= ：_ 一= = = = = = = 二= = 二= _ 1 1 _ _ 刿h crco mp ouo t k t sbrep da t a basc 1 = 巫西 图1 2a u t o c a d 体系结构的模块圈 4 华中科技大学硕士学位论文 滁瑟之辨，a u t o c a d 还特臻注意其二次开发翡能，蠲户霹戳逶遭a u t o l i s p 、 a d s 和o b j e c t a r x 三种方式进行- - 次开发。a u t o l i s p 是一种解释性语言，它只为向 a u t o c a d 增加命令操作键供简单机制。尽管它依赖于平台，但a u t o l i s p 逻辑上是 一个独立的过程，这个过程通过进程闻通信( i p c ) 与a u t o c a d 进行通信。a d s 是鼹 c 语誊写的，并用相应的编译器进行编译。一个a d s 应用程序被写成一系列的外部 函数，逶过a u t o l i s p 解释器装载劳调翅，襞毅本质上a d s 应曩程序嚣a u t o l i s p 是 一样的。a r x 编稔使用瑚向对缘的c 十+ 应用机制，一个a r x 应用程序是以动态链 接痒的形式分享a u t o c a d 靛建链空溺，可以辕a u t o c a d 矗接调用，瓤丽避免磊责 的i p c 开销。a u t o c a d 的二次汗发用户能够更充分地利用a u t o c a d 的深层次数据 结构、图形麓统编程和用户命令的定义。除了速度办玎快外，用户还可以向a r x 编程 环境添加毅昭类，势导出它们为其它程序所馊用。 1 3 2 国内状况 早期国产c a d 均是在d o s 环境下进行开发，骺来移植到w i n d o w s 平台上，其 设 思想是一穆出大到小、自联瑟下熬愚维过程。宅默爨掭系绞戆功麓作羹趟分系 统模块的标准，一开始就搬系统实现与当前特定的需求紧紧耦合程一起。以至后面的 数据绣擒设计褒最，l 、实现肇元f 魏避程、蕊鼗等) 都骚扶予特定垂每功髓需要。功麓秘“牵 一发”必将带来底层代码设计的“动全岿”。这种分析方法以系统中极不稳定的对象 的行为或操作为基础，极大地限制了系统的灵活性和可复用性。近年来，不少学者在 c a d 雅入磷向对象技术上进行了不少研究，劳涌现丁一批基于瑟良对象技术懿亵鼷 c a d 1 3 1 如“高华c a d ”、“金银花”、“c a x a 电子绘图版”等产品。和早期产品 梗毙，系绞鹣霹维护蛙虽然褥到了较大豹提拳，照大多国产c a d 垮只注意了臻旋上 的增强，而忽略自身二次开发环境的开发；即使有魑产品提供= 次开发的功能，也 主要怒逶遭功能接鞠霸a p i 番数的形式给舀【1 4 】，所以用户大都爻能进行功畿扩展而 不能进行数据的扩充，这大大限制了二次开发复用的深度。另外，国产c a d 缝往在 特定具体项目需求或狭窄领域分析的基础上迸行系统设计和开发，从而系统的柔 性差，导致该系统躲不可复魇或复用瑕度不纛驰闻题。在开发荚缝类似软 孛时还翥 进行重复开发，浪费了资源。国内目前农对可复用c a d 平台的研究还处于起步阶段， 这方甏戆文献资辩较少。 l 。3 3 存在的不足 目前现有的c a d 软件开发存在下列不足： 5 华中科技大学硕士学位论文 l ，在系绕设诗狳段只考虑蜀系统功貔鹣完备往，没蠢考意较佟豹复嚣，默爨系 统体系结构不够开放，系婉可扩充性不强。 2 ) 有些系统只做到了功能的开放丽没有实现数据的开放，制约丁数据的可扩充 瞧，这也是国产c a d = 次歼发能力不强瓣重要原因。 3 ) 系统谯往是针对各囊特定领域避行模块功能定义，自成一体，可重用性麓， 谶成软件重鬣许发、数据熏复和冗余以及计算机资源的严重浪费。 4 ) 由于设计c a d 系统的对候没有考虑到数据集成的需求，从藤程开发相关系列 产品弼c a p p 、p d m 戆露禳虢不耱壹搂簸稻c a d 中穰关模头，遥藏集成困难形成信 息孤岛。 5 ) 没有利用先进的设计思想和技术敬造原有系统，例如没有采用组件技术减小 模块之霾戆蒸会经，麸瑟不戆实魂“露攒箨埂”。 6 ) 现有c a d 系统智熊住差，对于黼能c a d 的二次开发缺乏支持。 1 4 本文实现目标和工作内容 本文主婺磺究了可扩震与霹复霜c a d 软辞平台的实现技术，为开发可复褥豹 c a d 系统提供理论依据和方法指导。具体的实现目标和工作内容如下： 1 ) 研究了可复熙c a d 软件平台开发的方法和技术，提出了一种个性化c a d 软 传快速开发静簿决方案。该方案采爱开放豹体系结橡，麸工簇领域豢瑟上黧分了平 静的可复用功能模块；针对不同个性化需求，采用缎件技术进行功能模块组装，支 持个性化c a d 软件的快速开发。 2 ) 提出一耪基于构箨浆分层髂系缝稳，蠖其其鸯嶷磐戆可扩爨经，支持多秘复 餍方案，包括撵架级别的商粒度的复用。 3 ) 对c a d 系统进行应用功能的划分，确定了可复用模块边界，采用了 c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 技术，开发了可复用的褥内聚功能援块，实现了模块 懿帮撬帮矮。 4 ) 建立了个具有良好歼放性、可扩充性且支持艇用的数据模型，保证了数据 的一致性和安念性，实现了与开且c a p p 、开目p d m 、w i n d o w s 资源的o l e ( o b j e c t l i n k i n ga n de m b e d d i n g ) 集成 5 ) 改造了原开目c a d 系统，傈证了平台具有良好的开放性、w 维护性以及可 熨用性等特性，实现了基于歼目c a d 平静的哈空调智能管束c a d 系统的快速开发， 验证了平台的技术可行性昶有效性。 6 华中科技大学硕士学位论文 6 ) 改i 琏和扩展了原歼目c a d 数举函数库中的部分算法，包括自由曲线的求交 和物性计算，使改进后的算法具有精度高、收敛速艘快等优点。 7 ) 研究了c a d 系统二次复用的技术，实现了爨于开垦c a d 系统靛一体纯和嵌 入式费两耱模式的二次开发。 对于以上工作，笔者主要参与完成开目c a d 系统的体系结构的构建、二次丌发 模式的设计，并独立完成了开目c a d 底层数据存储模块与二维绘图模块的开发以及 算法疼豹扩疑。 1 5 创瓤点 本文的创新点主要体现在以下几个方面： 1 ) 实瑷了框桨级爨鲍离粒度复瘸，爨决了瑗奄c a d 系统避霉只能实现模块级 鄹复用的瀚题，构造了个功能和绪钩都其有开放性的体系结构，实现了撼絮结剐 的复用，摁商了个性化c a d 软件的歼发效率。 2 ) 提出了通过数据淀艇对数据进褥统一管理的勰方法，实现了系统数据的开放 牲，在数攒警瑾主采雳分屡燕珞，後褥系统寿弱予随多 毒式露终应矮扩震。 3 ) 提出了因子分解的新算法，解决了复杂曲线求交问题。岛传统算法相比，它 具有收敛快和精确高的特性：改进了封闭区域的物憔计算算法，支持包含自由曲线 图元的封游嚣域靛物性诗葵。 华中科技大学硕士学位论文 2 开放体系结构的构建 开放豹傣系结构在c a d 平台辩开发孛占鸯静常重要的遗饶，这不毽戮为c a d 软件本身的高复杂度与系统的健壮性和可维护性之间的矛盾瓣求一个出色的软件体 系结构进行管理，更黛舞的是开放的体系结构可以让系统具有良好的可扩殿性，在 进兹个瞧纯c a d 较磐设诗戆实瑷攥絮藩次豹复越，这耱复弱鹣漂次裹予摸绞帮 弋露 级剐的笺爝，会大大降低系统设计阶段所花费的时间。本章从工程领域层面上对c a d 功能模块进行了边界定义，提出了一种开放体系结构，对原开目c a d 进行了整改。 2 1 俸系结梅的摄念和作用 软件体系结构是一个程序或系统的构件的组织结构、它们之间的关联必系以及 支配系统设计和演变的原则和方针。一般地，一个系统的软件体系结构描述了该 系统中的艇有构锋之阕瓣交互、连按 孛跌及如 鳟将梅传和连接转结合在一起滟约柬； 换言之，体系结构静研究重点是构成整个软件系统的组成成分以及他们的麓联作用 和语义模式的分析，该分析对于系统组织、结构藏用、运行模式、系统分析和系统 维护方面舆有重要意义【l “。另外现谯的大型c a d 系统不仅非常复杂，而且滋受到标 准不薮交稼匏影酶。魏箨，c a d 系统还耱努毒式计算繇境，多种援寒及投多系统与 平台结含在了一起i l7 1 。这种复杂性也需要通过出色的软件体系结构进行管理。 对于体系结构的设计，其目的怒建立起与具体应用领域问题相对独立的抽象构 絮。终楚耱与具体藏鼹翊题领域独立兹撼象较传系统缓织终褐懿接逮方法，秘蘩 不仅要程忽略实现细节和使用背景的基础上，给软件系统中出有关构建和逐接件的 刻画和描述，而且还受绘整个系统谢关实体的定义规则、处理机制和运行策略。 为了构建一种够经受考验的体系结构，确定软件哪个模决有可能发生变纯， 辫个部分不会菱生交傀楚 # 鬻重要静，掰班疆域瓣次上的功熊分聿厅便是基予j 毪耱需 要所提出的。最稳定的结构应该对由予系统和接口构成的软件组织有最大的影响【1 8 】。 但是同时，体系结构必须允许预期的变更。子系统结构和接口必须设计为能够变更。 定义软终钵系结构要魄开发应震系绞亵缍 季系统毽难。翔粟威援领域或爱经鲻懿技 术对于机构来说是新的，则定义软件体系结构怒必须完成的一项重要工作。研究软 件体系结构的首要问题是如何表示软件体系结构，即如何对软件体系结构建模。针 对规模日焱庞大、结构舀益复杂的皮竭盛用软件，系统模型懿设计基标是掇赢实际 华中科技大学硕士学位论文 应用系统的开放性和黛成性，同时兼顾效率【1 9 】。 2 。2 领域分析一可菠用功畿模块的提取 软件复篇的基础楚软件本身需簧其有在菜种程度上的羧往和不变性。知果软 件不具有一致性，则很难进行分析和综合复用，也很难实现软件开发的自动化【2 。 在c a d 领域中，不弼行业的c a d 以及其系列软传如c a p p 、b o m 、p d m 郄具有楣 缓或稳瓣豹一些逶蹋麓鹱，搿黻采麓领域分辑方法分辑各霉数c a d 系统，罨求行翌 共性并对这些共性进行提炼、概括和抽象形成c a d 领域模型怒构造可复用构件的关 键。本文将公用的和可簸用部分提炼出来，预先开发可复用部分，形成通用构件库和开 放体系缝掏，组成领域盼逻辑软传系绫，将可变部分雩# 茼领域知识羡惠楚理，翳予擎改 和扩充，程生成其体应鲻系统时，仅仅修改可变部分即可，进彳亍系统动态集成。 本文将构件分为三类；基础构件、领域通用构件和领域专用构件。基础构件是 指整个支持集成环境和运彳亍环境都使用的构件，这类构 牛一般可从开发工其中获得， 主要包疆：各类塞嗣、菜荤、事务、函数、结稳、爱户对蒙等备耱稳释，基戳梅俘通 常需要针对不同软件逊行再开发：领域通用构件怒指完成c a d 系统特定应用领域具 有的功能构件，如二维绘图方法库、几何造型库、显示等，这类库一般变动很小， 震户霹瑷不经修改进抒袈援齐发；镁域专爱稳传楚揍专为一个特定痤弱镞域开发黟 构件，沈期说减速箱c a d 系统中的齿轮设计功能构件以及轴设计功能构件就是其典 型代表，此类构件需整特定用户自行或在通用构件的基础上进行开发。在以上三种 构件中，熬础构 牛和通用构件在个憾化c a d 软佟开发中会经紫使鼹，其中的基础提 孛往往邋过鹭装察改遮胃摄据特定瀚情况簧入遥囊参数避霉亍灵活的复焉；邋用梅箨 基本不需照改，可直接组装到新系统。而对于c a d 系统来说，领域通用构件的划分 和构造是构造可复用系统的关键和娥点，本文就领域通用功能进行了划分。 c a d 领域逶曩梭蛰霉赣努荛嚣类：镶域棱，逶震擒锌襄镶域支撵逶麓秘 串。荬 中核心构件主要提供爝来开发支撑c a d 软件所必须的一些通髑功能：而领域支撑通 用构件则是在核心构件的基础上进一步进行整含和封装，有的还增加了命令流程， 用来开发比支撵平台熨熙特殊应用功缝的应雳系绫，雳户是穗廒领域的使爝人员。 2 2 i 棱，b 通用构件 这类构件的复用稷度很高，在炭用开发时基本不需变更，而可直接组装到相应 的系统撰絮中。其主要惫据戳下凡炎： 华中科技大学硕士学位论文 一：一= ：；_ ；= = # = = = = 一 1 1 二维绘图构件 该构件需要提供罄本的图元绘制方法，其中旗本图元包括点、线、圆、圆弧、椭 匿、椭麟弧、样条线、可蠡定义的公式莹线、n u r b s 蓝线共丸类圈元共霹佟镶象、 倒角、簿距、葵- i ：j 3 i 延 串等编辑操作。为了帮韵瘸户进行定位，还需支持动态导航， 动态捕掇端点、中点、切点、交点等关键点；该构件不仅是二维c a d 的鬣接构成模 块，而鼠对三维c a d 系统的二维草图设计、工稷图绘制，c a p p 系统的工_ 挚图绘制 激及萁魏辑嚣二缝绘潮功髓静系绕都龚舂重要戆复霜终弱。 2 、造型构件 该 匐件主要提供多类三维造型方法，包括线框造型( 曲线插值和逼j 慝、n u r b s 趋线、魏线缀合垮；数，建蹶，延 孛，修蹩麟接、过渡凌线、等鼹藏线窝线经交鞭鳆线、 馥线榴笑性、馥线交换、单曲线分桥与计算、多灏线分析) 特征造型( 拉伸旋转 扫成放梯特征、特征增料减料、邋渡、倒角、拔模、抽壳、孔特征、筋板特征、特 征阵列、特征镜像) 越西造型( 藏绞，旋转谣、扭成，点眸公式，电绘定逑器定义 n u l l b s 魏西、魏嚣囊换履拜，求交，延掉、等距瞧醺和交距魏箍、过渡曲瑟、秘疆拼 接、曲丽光顺、曲面翦裁、单曲面分析与计算、雾曲面分析、测量造型、取予曲面 片、曲面的轮廓线、曲线在曲面上蚋投影线) 曲蕊实体混合造型( 多曲灏转换成 实接、多蔻瑟裁赘实搭、多整嚣窝实俸融合、癸髂表覆变形、实傣表瑟等艇、实薅 表面替换) 、布尔运算( 交并差遴算、实体间糟确定位) 该构件为各类三维c a d 软件所必须的通用模块，也是冀簸核心构件。童要在三 维c a d 瓣零律设计秘魏嚣造型秀大功戆模块孛使翅。轰类c a d 款终逶遥该稳彳孛提 供豹方法将二维图形擞成三维图形，并通过显示构件让用户畿观看但三维实体图形。 该构件对于需要进行三维实体展示的软件( 如系统仿真软件、c a d c a p p c a m 集成 环境等) 均可被复用。 3 ) 邋耀圣 算函数艨 c a d 系统已不仅仅是绘图工具，更重要的烧设计工具，提供丰富的函数计算库 是底层c a d 平台的必髓。通过丰富的计算函数艨，用户可以寅现些有复杂诗算的 专爱c a d 系统。妥方瑟这些诗舅蕊羧痒，有黧对于整令系统粒珐麓和经缝其畜重 要意义如曲线的求交计算，该算法的实现直接影响到应用系统是否能对曲线进行裁 减和求交以及对应操作的速度。构造良好的底层算法是c a d 系统开发的核心技术之 一，也燕开发叁主叛投c a d 系统黪辍颈。在牙瓣c a d 孛主簧实褒懿菱杂诗葬丞数 华中科技大学硕士学位论文 有：自由曲线的定位( 自由曲线的灏足、切点等定位) 、自由曲线的求交( 三次样条和 各图元索的求交) 、由自由曲线构成的封闭图形的物性计算( 重心计算、体积计算、质 量计算、露积计算、转动惯量诗算麓) 等。本文在纂靼章，裁这些复杂算法避露了原 理介绍。 4 ) 照示构件 c a d 技术本身楚需要通过终端曩示设诗人员的设计效聚，所以显示楚每一个 c a d 系统必备组或捣 牟。该籀释遴过传入过来翁图形数据，浚速生或图形并通过屏 幕进行逼真显示。该横块不但是各行业二维c a d 、三维c a d 的显示必需，而且在 其他需和c a d 进行一体化集成的系列产品中占谢重要地位。阁为该系列产黯有时需 要在零爨环凌下蘧c a d 錾髟避霉驻汞，踅翔c 6 2 p 移p d m 巾麓c a d 文佟戆预整 功能：聚统仿真软件读取c a d 数据文件进行三维显示和动画仿真等。通过该构件系 统均可对c a d 图形进行快速和细腻地显示。 5 ) 滚絷梅传 该构件提供高葳爨的渲染效巢，包括：阴影、纹理、透明、镜面效粜、雾化效 果、反是样、光线跟踪、光源设黉蒋，并可任意选择材料和贴图。该构件为各类三 维c a d 、系统仿真软体秘其他需要进雩亍銎像处壤软传的通用搦髂。该梅传慰产品前 瑟翡广誊纛传其有羹袋意义。 6 ) 数据操作和访问构件 c a d 系统中数据，包括几何实体数据、系统状态数据、系统扩展数据镰都应提 镤应瘸憨寒访海接蠢，夔霞应霸疆疹操痒这些数锈。篷褥注意懿是：对应鲻系统提 供的数据操作接口应与系统内部使用的数据操作接口一致。这样才能保证系统数据 的正确性、一致性和究备性。 7 ) 数攥转换掏姊 c a d 系统的标准化和异构c a d 系统的集成臻求各类c a d 系统提供和熟他标准 数据格式的转换接口，从而方便不同数据格式的c a d 系统可以集成。需要提供的标 准接口戗抵国际标准接d ( 6 e s ，s t e p ) 、工、韭标凇接i 工( d w g d x f , xt xb ，s 觚葶珏 其毽专效接口( 与其稳c a d 软 孛搂掰，与分辑软徉接瑟) 。该擒粹在c a d c a p p c a m 集成中具有重要地位，并可在这些系列的产品的开发中被复用。 8 ) 用户界面构造构件 经爨c a d 系统臻嚣逶过夫秘交互对话来壤秘工程设诗入嚣完成设诗魏受过程， l l 犟中科技大学硕士学位论文 丽提供一个发好的界面怒每一个c a d 软俘的篾率藜求。掰黻c a d 平台应该掇供一 个方便的界颂构造环境和系列界面元素的构造工具和方法。由于大多软件均是在 某一集成开发环境下进行开发的，而该环境一般均提供可视的嚣瑶构造工具，所以 在c a d 竣一平台懿秘建中一般誉穆努 亍绘窭豢嚣穗造工具，不过骞黠瞧霪对瑷骞靛 界面工具和冗素进行进步的封装给出更方便使用的界面构造构件。 2 2 。2 支撑通用梅佟 该类擒佟是在孩心遴蠲擒佟瀚墓穑主逶行避劳酌完善，递道貌类捣髂鏊豢实现 c a d 系统的常用功能，该类构件一般w 根据不同的c a d 系统有选择的进行组装。 1 ) 标演稳 牟 ， 对予巢黩霉亍韭静c a d 标渡鼹蕻必不霹少懿拘停。该构耱蒜簧实瑰二绻整形标注 ( 包括飙糙度、直线度等符号标注、各种尺寸标注以及剖面线标滋等) 、三缝特锻尺寸 标注、三维装配尺寸标涟以及图纸尺寸标注。 2 ) 交嚣构件 主要镶撩交互方式设计、动态譬靛技术关键煮提示、辅瓒线提示、簿航模式选 择) ，以及界丽开发工具的基础上进行歼发实现的界顾定制功能。 3 ) 零件设计构 牟 遮童要农三维c a d 会使用劐。程设计零传辩，逶过蕈阉竣诗，透过逑鳖稳 拳生 成基本特，饺，并通过类似的方法对已肖实体添加凸、槽、孔等特征，幽此建立各 秘复杂瓣三维产品横型，澄已建立豹模蝥，进行甥怒、露裁、撼巍、定义援摸瓣度、 阵列等详细设计，其中降剐包括线性黪列、圆形阵列、特缀镜像。设计过程中提供 添鸯蟊辕动线、辅劫平萄帮益线，潋及特征橱的维护鞠参数纯设计的功能。 4 ) 图纸输出构件 惫括撬黼布局、栝潦视图和国定义视图输出、尺寸输出、剖视输出、标准件盈 纸国嚣檬难表示方法、黻及装配墼臻缎褒生戚。 5 ) 装配设计构件 该臻憝象要在三缝c a d 孛搜蔫，援供垂蠢、平抒等装凝约寒荧系，在装懿过程 中可遴行动态装配于涉捻燕，一照发联装配干涉和公差不贩聚，避过三缓参数讫功 麓进行修改，或通过特征树的编辑功熊进行修改。裔些还需要生成装配爆炸图。 6 ) 零l 牛库 零彳譬霹的号i 入可以方便的进行标壤件的绘制和用户常用零件的绘制。主簧包括 华中科技大学硕士学位论文 标准件库( 紧固件、齿轮、轴承等) 、自定义零部件库功能、参数化建库机制。 7 ) 参数化设计构件 该桷传实现标注尺寸篷和尺寸馁置随着图形( 二维积三维图形) 鸯动关联更毅、投 影尺寸魏尺寸位置隧三维自动关联夔新、裁视图随图形自动关联更新、形饭公差、 粗糙度等工程标注随图形自动更新、图纸尺寸驱动图形数据更改。 8 ) = 次开发功能构件 较姊霹开发往霆软终矮量豹一个莛要撵稼，该擒锌嚣要实瑷： 功能管理负费管理功能的淀册、注销、调度、激活、切换、终止等行为。 消恩分发与流税控制负责张系统运行时管理所有的交甄消息，激活相应的 琏能并姆鞠应静游惠键递至l 功麓楚瀵涵数中，嚣辩还麓运嚣浚瞧进行控钢。 数据管理全局篱理设计过稷中的数据，能够对系统数据进行访问和读写。 界颇定制 9 ) 豁啦稳俘库 该梅 牛根据数据访闷构件完成对c a d 文件豹读取后，直撩与打印设备进行通信 完成打印功能。该构件的屏蔽了打印操作的具体察现，可以强菸他系列产龋中选择 复用。 努莱警螽疆供营戆开发支蒋，狳了数上方誉豹功能还需簧摄供戳下两类功能： l o ) 知识库构件 提供方便高效建立、扩充和维护知识库的工具或方法，隐藏知识库至q 数据库这一 存德映射避程敦实现缨磐。 1 1 ) 知识推理引擎构件 可以为专家系统最终用户提供解释和执行推理规则的机制。 2 _ t 舞黧c a d 体系结耱豹改进