外文翻译—基于网页的插齿刀计算机辅助设计系统.doc

基于网页的插齿刀计算机辅助设计系统摘录：本文介绍了一个基于网页的插齿刀设计新颖的概念，其核心包括CAD软件设计的实施方面。大坍工具和仪表有限公司的案例研究表明基于网络的CAD系统是比基于传统桌面的CAD系统更好的选择。其中一个主要的基于Web的CAD系统的发展问题是随后的处理的众多的产品图纸和草图。传统的面向Web的设计系统不是由专门的CAD软件集成处理技术图纸或者使用专用的图形可视化工具构成的。提出基于网络的CAD软件工具能对插齿刀的设计提供所依赖的技术支持而无需额外的客户端常规的网络浏览器程序软件并且能免费提供标准组件。I.引言在目前的齿轮制造过程中使用最多的是圆柱形铣刀。由于生成过程的性质，插齿刀的设计是一个复杂的并需要大量的计算的过程。计算机辅助设计（CAD）是对于插齿刀的设计的必不可少的方法，因为它允许快速设计生产工具与加强刀具几何精度的这一额外好处。历史上，通用的CAD解决方案已经被实现为传统的桌面应用程序。事实上，业界领先的CAD软件（如AutoCAD）1，Pro Engineer 2和SolidEdge3均是桌面应用程序。但在近年，设计过程移动到Web成为一种趋势。其原因在于网页技术和网页面对复杂的商业逻辑过程的交互式应用程序的解读优势4, 5, 6。但是，网页对于CAD真的准备好了吗？A：基于网页方式的优势和挑战一个典型的基于网页的系统是采用客户机 - 服务器模式的高度分布式来实现的。即在客户端共享一个共同的服务器进程并在网络浏览器中运行多个客户端。由于集中配置，在数据源和服务管理的网络系统更易于管理，与独立的软件相比更加可靠。可扩展性，可移植性和网络系统的稳定性使其对于软件开发商和最终用户来说极具吸引力。此外，基于网页的开发，部署和维护的解决方案通常比原来的台式机系统便宜。7 Web应用程序的跨平台兼容性和性能可以不用要求对不同的操作系统和软件包有深入了解。与桌面程序网络应用程序在客户端上需要更少的随机存取存储器（RAM）的相比，他们可以确保更好的数据安全性和可用性的任何有互联网连接地方。由于抽象的在客户端平台上基于Web的应用程序一定程度上较少与其他已安装的软件的硬件和软件会发生冲突。因此，基于Web的应用程序应该是不容易崩溃和有技术问题的。4 然而，基于Web的应用程序仍需面对一些挑战，其中是一个是安全问题。应用程序代码是最终用户和数据传输作为明文在网络上部分可见的。这通常是通过使用在受保护的企业网络的应用程序或者通过使用SSL处理的。持续的互联网连接是基于Web的应用程序的必要和关键，这种高度互动的应用，特别是对CAD软件是必不可少的。在设计过程中的连通中断是可以克服的，例如通过设计数据自动保存功能。传统的桌面应用程序是计算机的本地硬盘驱动器上的数据操作，而基于Web的应用程序依赖于网络连接来传输数据。根据不同的Internet连接和用户访问Web服务器上的应用程序数量的速度，基于Web的应用程序的性能可能会有所不同。其中一个解决基于Web的系统这个问题的可行的方式是要求这类产品的公司建立足够的互联网连接和内部的基础设施，来满足基于Web的应用程序的需求。B.网络技术的发展趋势研究了Web应用程序的发展趋势的M. Jazayeri5，指出Web应用程序最初是使用Web浏览器作为一个“简易的”客户端，通过翻译一些处理任务从服务器到客户端发展而来的。其中对互动性改善的第一步是在浏览器中的JavaScript支持复杂的客户端处理。延迟的问题已经由缓存解决。异步JavaScript的开发和XML（AJAX）技术，允许通过推动一些客户端 - 服务器通信为背景，以提高Web应用的整体响应能力。目前很多浏览器包括图形子系统，这让Web应用程序中得以拥有以前仅限于服务器端生成内容的灵活性。浏览器窗口式的支持使几何形状可以使用JavaScript的绘图方式来提高web应用的交互性。诚然，窗口式技术尚未完全被所有的浏览器支持。通过基于Web的系统和应用程序交付功能在网络上的依赖程度的增长幅度，近年来显著增长。性能，可靠性和系统的质量，已成为最重要的方面。并且，这些使得Web应用程序有更为复杂和具有挑战性的发展。为了支持大型和复杂的基于Web的系统和应用程序有一些网络工程方法，如以模型为中心的体系结构，面向服务的系统，以服务为基础的调解模式，基于组件的部署，敏捷性，成型等方面的发展8。基于Web应用的未来发展将由浏览器技术的进步来驱动。包括互联网基础设施，协议标准，软件工程方法和应用趋势。 5II.迈向基于Web的CAD 在2008年除达索系统9公布了其全新的Catia V6平台。该公司认为，在未来五年他们通过利用网络为自己的客户渗透市场将是必不可少的。该网站是全球基础设施和产品生命周期管理（PLM）系统，将需要基于尖端的Web协作和分发技术。10 几乎所有的CAD公司 - 包括Karat软件11和力克12 - 正在提供基于Web的产品数据管理系统，以帮助产品开发以及具体的产品，范围和集合的内部和企业对企业通信。 13 一些开发人员使用互联网作为交付的CAD服务的平台，像由P. Sypek等人介绍了微软CAD软件。 14 H. 杨和D.薛15回顾了开发基于Web的制造系统的研究，并表示，无视进度，大部分发达的基于网络的制造系统为原型的研究在先进制造Web技术上具有可行性和潜力。为发展下一代基于Web的制造系统很多问题都需要加以解决。作者概述了以下关键问题：产品开发合作伙伴之间的协作，数据建模，系统结构设计和安全管理。在设计，开发和实施的证明型的概念网络应用在产品设计和制造上的困难，能够在实践中观察到的16可以概括如下：往往这种软件对于品种繁多的web应用程序开发选择一个合适的，精确的和系统的方法是很困难的；该网站最初是作为共享电子格式文件，采用高度互动和复杂的CAD应用程序的信息媒介很困难;即使系统开发的节奏再快也是很难跟随网络技术演进速度的，更不用说研究人员在产品的设计和制造方面了。作为基于网络的CAD中最具挑战性的部分之一，在文献中设计的数据可视化的问题大多已经稍微缓解了。大多数现有的基于Web的CAD应用程序使用附加组件，比如“虚拟现实”和Java。主要的原因是很明显的事实，即目前没有共同的方法用于在Web浏览器的矢量图形可视化。可伸缩矢量图形（SVG）17被W3C批准作为互联网上的矢量图形的标准，但尽管SVG似乎并没有被广泛地用于技术图纸可视化。当分析基于Web的共享产品和制造数据的解决方案，E. Vezzetti 18的报道说缺乏统一的3D网络标准的现实刺激了表面上大量不同的专用软件或开源软件，并且，作为结果，不兼容的信息得以在Web上交换。CAD软件的要求，如广泛的计算，高互动性和技术图纸可视化阻碍了基于Web的CAD软件开发。但是，在产品设计的技术发展趋势表明为CAD软件开发基于Web技术的重要性。从使用Web技术的优势鼓励软件开发者找到基于Web的CAD应用程序的解决方案。完全基于Web的CAD系统可能是许多业务领域非常有前景的解决方案。III. 网络CAD的分类网络技术的进步使不同的网络CAD系统在最近几年发展起来。这些可能取决于实施的技术的不同如下进行分类。分布式CAD系统。一个典型的例子是由Denis等提出的CAD系统。19，基于模块化架构，信息交流沟通，提供了一个通用的架构为所有行业的CAD应用程序。另一个例子是iTSim20工具，用于微电子的散热设计，它采用分布式架构，集中式寻找信息，并提供与外部CAD / CAM系统的集成。基于网络的系统集成在一起的一种特有的CAD工具。例如，CyberCut21是使用Java的CAD工具WebCAD。单机工具CADET - 一个基于知识的系统进行产品设计评价，重新实现为Web-CADET22。由网络CAD系统的电机结合电机，有限元分析软件ANSYS，ActiveX，活动服务器页面（ASP）和HTML一起23组成。 Ahn等人，开发了汽车零部件24基于Web的CAD系统用户界面。完全基于Web的CAD系统。这些系统可以被进一步细分为两个主要类别。使用设计可视化特殊环境或观众的系统使用Java技术27实现的，（如JRE - Java运行时环境25）26，或X3D虚拟现实建模语言（VRML）28，29，30，28，31。这种方法当然有局限性，客户端必须使用某些软件来完善它的功能。在另一面，客户端系统上不需要任何额外的工具，而且网页浏览器是高度相容的。IV.案例研究：插齿刀的计算机辅助设计用于制造直齿轮和斜齿轮标准技术被称为切割产生。如果没有进入细节在这个阶段，我们可以注意到，在齿轮的切割产生过程中的坯料生产的形式是从刀具不同形式倒推得到的。可以说，如果一个齿轮齿廓的设计具有一定的渐开线的尺寸，它对设计者如何将要生产的具体的方法是无关紧要的。这个假设对负责生产和维护齿轮切削工具的人引起（并导致）了大量的麻烦。渐开线齿轮的齿廓相对简单这一事实并不意味着可以任意生产渐开线齿形 32。否则大部分合适的齿型是完全不可能生产的，或过程太复杂和昂贵。用于生产齿轮的精确的制造技术带来了一些对于齿轮的设计“外来”的考虑，例如所用的工具可能有更长的寿命，但能在有限的公差范围内生产所需求的齿轮。齿轮插齿刀的设计是一个复杂的过程，其中利用信息技术（IT）的工具设计过程以及具有高几何精度的快速发展是必不可少的。齿轮插齿刀的设计任务在高度参数化的设计过程中，需要大量的计算和生成过程，这一性质，并不能由现成的CAD套件所解决，。反过来，目前可以在生产中使用的专业化的插齿刀设计软件不能出在市场上。目前用于插齿刀设计的Dathan软件工具和压力表有限公司33，在世界上是信誉小于10的插齿刀制造商，都不提倡使用或要求能过更换的现代硬件。对于Dathan软件工具和压力表有限公司的电脑辅助设计系统来说，插齿刀方面的发展是必不可少的。通过对于独立的和实现新的基于Web的CAD系统的比较分析估计，后者将通过多达45减少维护费用，降低12的停机时间。此外，基于Web的系统预计将与其他公司的内部系统，如订单处理和检测系统更好地集成。通过消除对操作系统和相关软件的依赖以及使用开放标准和开源组件的系统的预计寿命为10年，这是独立系统寿命的近两倍。A. 一般考虑对插齿刀CAD软件包的关键功能要求是从输入数据生成刀具到齿轮轮廓，使其可视化，协助设计细化，最后，生产工具，图纸均适用于CAM系统输出的能力。该系统应该是面向未来的，模块化组合，可扩展性和与其他基础设施开放式互连，特别是CAM和CRM系统方面。基于Web的方式为软件开发提供了便利的单向转型，由以文字形式输入数据的共轭刀具和齿型的设计参数以及制造细节的图形来表示。作为用于通过操纵图形表示的装置的访问来直接修改并没有要求，该系统的客户端部分设计成工作在后台的常规Web浏览器。参照图1的软件，客户端部分是根据写在正在响应于客户端A.，请求输入端F，由服务服务器端的控制器B以及一个专用的语言的模板C转化设计导出G，即同时通过视觉上的代表性的共轭分布和通过客户端I和服务器端B控制器来配套设计参数。视觉效果通过可伸缩矢量图形（SVG）格式的图形数据交换和表示17。用户界面的交互功能是通过MochiKit34和ExtJS的35 JavaScript库的支持，并且提供了在浏览器上的JavaScript的运行时的一个抽象层来具体实现。当使用该软件时使用的为AJAX36技术，它使用JSON作为客户端和服务器之间的数据交换格式，所以在客户机和软件的服务器部分之间能够经行数据交换而不会有类似桌面软件的经历，例如重新加载网页。为了加快设计过程，现有的设计E项的数据库和标准数据库D被集成到系统中。该软件的服务器部分是用Python编程语言和Turbo Gears中37编程框架实现。该框架有助于处理Web请求，并提供身份验证和部署服务。Postgre SQL的38数据库由于其优秀可靠性和快速被选为数据库后端。图 1. 基于Web的CAD齿轮插齿刀系统图B. 用户界面用户界面的开发以最大限度地提高CAD系统的可用性和支持设计师与不同层次的相关领域的技术知识为标准。为确保所显示的信息可以被有效管理，该接口实现可折叠的面板，因此，仅需控制最低限度的项目来获取每次的显示结果。C. 计算引擎如前所述，插齿刀的设计需要通过大量的参数描述和大量的计算。目前正向传播推理引擎已经实施，以确保扩大的引擎系统知识库能得到新的计算结果。该引擎采用人工智能的元素，包括统一的当前状态，条件及结果运行评估程序的过程。D. 参数化设计可视化 基于Web的设计软件的的性质在于加强一些具有挑战性的设计数据可视化。最重要的挑战是使图纸马上在Web浏览器上提供给用户，而无需使用户被迫使用补充方案。考虑到两种广泛使用矢量图形格式：SVG或Flash，优先考虑SVG，尽管比Flash的普及来说少得多，并且Flash由万维网联盟推荐，并且已经获得了主流浏览器的支持 17。生成结果可视化应是自动化结果，而且SVG所擅长的其本质是一个XML（可扩展标记语言）39的子集，即，人类可读的文本。SVG文件是一组语句称为标签指定的几何对象，包括他们的位置，大小以及其他属性。大小和位置是由属性来指定 - 文本节点与数值。基于这样的文本格式，不仅人类可读，也很容易由程序生成。 图2展示了新的CAD系统，它包括在技术图纸基础上产生的计算结果，并用SVG格式表示了模块化的用户界面。E. 工业应用 插齿刀的设计可以通过施加三个不同工作流程的一种来完成，每种方式由不同的输入和略微不同的处理来完成。刀具只与工作流程中容许输入的刀具参数直接相关，与此相反，在齿轮和刀具的工作过程中定义了应该由刀具生成的齿轮。最后，对于重新设计工作过程使用相同的齿轮数据作为齿轮和切割的情况，此时的齿轮被重新定义在一个不同的节圆直径。齿轮插齿刀的设计过程，在图3中包括了所有上述三个工作流的过程模型示。 决策点显示为黄色，涉及到数据收集和处理活动，用绿色表示，而以几何处理和可视化相关的部分是粉红色。蓝色方框突出了重新设计的特殊活动。 在本文提出的基于Web的CAD软件系统涵盖了插齿刀设计的从开始计算设计参数，设计刀具图纸和数控代码，到准备CAM机器整