異構CAD 平臺機械設備通用件庫的研究

車 璐，許 昕

（山西科技學院，山西 晉城 048000）

0 引言

信息化技術的快速發(fā)展帶動了機械制造行業(yè)的巨大改變，對現(xiàn)代制造企業(yè)提出了更高的要求。提高產(chǎn)品在市場中競爭力的關鍵是如何加快產(chǎn)品的設計周期[1]。機械產(chǎn)品的結構比較穩(wěn)定，通用件、系列件和相似件占相當比例。不同用途和生產(chǎn)工藝的各種型號機械設備，其結構不完全相同，但是其結構形式和外形尺寸基本一致[2]。在機械制造行業(yè)中，存在著大量的系列化通用件。一款成熟產(chǎn)品可能除關鍵零部件外，大部分是由其他企業(yè)所生產(chǎn)，其設計過程中，存在著大量重復利用已有通用件的情況。因此，產(chǎn)品設計的重復率相當高。如果在產(chǎn)品的設計過程中，利用工具快速獲取已有零部件的設計模型及技術參數(shù)，就可以大幅縮短產(chǎn)品的設計周期，產(chǎn)品設計工程師們便可以將更多寶貴的時間投入到自主的、關鍵零部件的設計中，進一步提升產(chǎn)品的性能與質量[3]。

為了最大限度地共享企業(yè)內(nèi)部和外部的零部件資源，構建網(wǎng)絡化通用件庫成為通用件庫發(fā)展的必然趨勢。本文研究的機械設備通用件庫系統(tǒng)可最大限度地利用各企業(yè)、供應商及個人的通用件設計資源及成果，并綜合目前主流的三維CAD 軟件（如SolidWorks、UG NX、SolidEdge、Pro/E 等）的二次開發(fā)接口技術，開發(fā)出基于異構CAD 平臺的通用件庫系統(tǒng)，為不同CAD 用戶提供一個通用件資源共享平臺，使機械設備設計具有足夠的敏捷性和柔性，能極大地提升通用件資源應用的綜合效能，有效地縮短機械產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品研發(fā)質量，進而滿足客戶個性、多變的需求，這對提升企業(yè)競爭力具有十分重要的意義。

1 系統(tǒng)需求分析

系統(tǒng)需求分析就是調(diào)查系統(tǒng)的使用用戶對軟件系統(tǒng)功能的要求，并對其可行性進行分析，簡而言之就是分析用戶的意愿和需求。系統(tǒng)需求調(diào)查分析的目的是確定系統(tǒng)應該具備哪些功能，需要完成哪些任務，最后通過系統(tǒng)設計人員和用戶共同討論，達成一致意見，確定最終的實施方案。最終開發(fā)出滿足用戶需求的軟件系統(tǒng)。對于本文中的通用件資源庫系統(tǒng)的需求關系如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)需求關系圖

通過對企業(yè)調(diào)研，了解到企業(yè)用戶對通用件庫系統(tǒng)的具體需求，從用戶需求的角度來考慮通用件庫的功能需求。滿足用戶使用的最基本的需求，是一個完備的機械設備通用件庫系統(tǒng)的基礎。其基本需求包括：獲取通用件的基本信息，根據(jù)選定的通用件的基本參數(shù)，驅動CAD 系統(tǒng)生成通用件庫的3D 實體模型。此外，該系統(tǒng)還應具備以下功能：

（1）網(wǎng)絡共享。允許多個用戶同時借助該通用件庫系統(tǒng)設計或查詢相關資料；

（2）三維模型資源在線瀏覽。用戶通過該系統(tǒng)能在線瀏覽通用件的三維實體模型圖及二維尺寸示意圖，并可以查看通用件的幾何信息、屬性信息及參數(shù)信息等相關信息；

（3）跨平臺性。用戶即使在不安裝CAD 軟件的情況下，依然可以完成模型的在線參數(shù)化驅動，從而得到符合自己需求的三維CAD 模型，且能下載和應用該三維CAD 模型；

（4）資源檢索。用戶能通過本系統(tǒng)提供的模型資源搜索功能，實現(xiàn)在系統(tǒng)的海量資源庫中高效、準確地找到需要的三維CAD 模型及相關設計資料；

（5）內(nèi)部通用件資源的管理。管理員可通過該系統(tǒng)內(nèi)的管理工具對大量的通用件庫資源進行管理和分類，包括通用件及其相關數(shù)據(jù)的添加、修改和刪除等；

（6）通用件資源庫的動態(tài)擴充功能。管理員和供應商能夠利用系統(tǒng)提供的建庫功能動態(tài)的擴充、更新和修改資源庫中的三維模型資源。用戶也可上傳模型資源，但需要通過管理員審核，審核通過后可供所有用戶瀏覽和下載；

（7）良好的安全性。通用件資源庫具有完備的安全性能和健全的用戶權限管理系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)功能設計

2.1 系統(tǒng)功能的UML建模

UML（Unified Modeling Language）統(tǒng)一建模語言，又稱為標準建模語言。是描述、構建和書寫一個面向對象軟件密集系統(tǒng)制品的可視化語言，在系統(tǒng)的開發(fā)階段為系統(tǒng)提供可視化和模型化支持，UML具有易于表達、容易掌握、定義良好和圖形結構清晰等優(yōu)點[4]。在系統(tǒng)建模和軟件架構層次方面的應用效果很好。系統(tǒng)UML 用例圖由多個模型元素構成，包含系統(tǒng)、用例和參與者。是用于說明系統(tǒng)使用者、用例及系統(tǒng)使用者和系統(tǒng)中所提供功能的關系的一種示意圖[5，6]。

為保證通用件庫系統(tǒng)內(nèi)部重要資源的安全可靠，系統(tǒng)各類用戶分為四個權限等級：普通用戶、高級用戶、供應商用戶和管理員用戶。不同權限等級用戶在系統(tǒng)中擁有不同的功能模塊使用權限，用戶可根據(jù)需要申請權限升級[7]。如圖2 所示為機械設備通用件庫系統(tǒng)UML 用例圖。

圖2 系統(tǒng)功能UML 用例圖

2.2 系統(tǒng)的功能模塊

異構CAD 平臺機械設備通用件庫系統(tǒng)不僅要為用戶提供一個通用件資源和軟硬件資源共享平臺[8]，還要為系統(tǒng)管理員提供一個智能、快捷的數(shù)據(jù)資源管理工具，實現(xiàn)對系統(tǒng)中所有資源的有效管理與維護。系統(tǒng)功能可大體分為兩部分：一部分是針對用戶提供的為方便其使用系統(tǒng)中模型資源的功能集合，包含通用件資源查詢、模型在線參數(shù)化驅動、模型在線瀏覽、模型資源下載等；另一部分是針對系統(tǒng)后臺管理人員提供的處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的功能集合，包含用戶信息及權限管理、數(shù)據(jù)庫管理和通用件模型擴充等。系統(tǒng)功能劃分結果如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)功能模塊劃分

3 系統(tǒng)體系結構

在整個通用件庫系統(tǒng)的研究與開發(fā)過程中，系統(tǒng)總體體系結構的設計十分重要。系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)的開發(fā)及系統(tǒng)的服務升級等過程都與系統(tǒng)的體系結構息息相關?，F(xiàn)在最為常見的系統(tǒng)體系結構主要有：瀏覽器/服務器模式（Browser/Server，B/S）和客戶機/服務器模式（Client/Server，C/S）。

C/S 結構的應用程序，具有較強的數(shù)據(jù)處理和事務處理能力，數(shù)據(jù)的完整性、協(xié)調(diào)性和保密性較高，但是C/S 網(wǎng)絡架構不能適應不同的硬件設備和項目組成員的不斷變化要求；B/S 網(wǎng)絡架構采用Web 瀏覽器來充當客戶端的角色，在一定程度上大大簡化了客戶端，但它在完成角色制定、權限分配、任務分工、項目管理等復雜工作時又非常困難[9]。因此，本文結合B/S 模式和C/S 模式各自優(yōu)勢，在該系統(tǒng)采用了基于混合網(wǎng)絡模式（C/S/W）的系統(tǒng)架構。通用件庫系統(tǒng)的體系結構如圖4 所示。

圖4 通用件庫系統(tǒng)體系結構設計

由圖可知，面向網(wǎng)絡的通用件庫系統(tǒng)共分為4層，包括用戶服務層、功能層、接口層和底層數(shù)據(jù)/資源層。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

本文是在對機械設備的快速集成設計系統(tǒng)研究的基礎上，結合當前通用件庫的研究現(xiàn)狀，以Visual Basic 6.0 為開發(fā)工具，三維CAD 軟件為開發(fā)平臺，以 SQL Server 2008 為數(shù)據(jù)庫管理軟件，依托C/S/W 混合網(wǎng)絡結構，開發(fā)了異構CAD 平臺機械設備通用件庫系統(tǒng)，以某產(chǎn)品為例，參數(shù)設置界面如圖5 所示。

圖5 參數(shù)設置界面

管理員或供應商上傳三維模型模板文件、產(chǎn)品實物圖等文件存入到臨時文件夾，并填寫模型屬性、繪圖軟件、供應商等。用戶也可將自己擁有的通用件資源上傳到系統(tǒng)中，但需要經(jīng)過管理員的審核。該系統(tǒng)的擴充界面如圖6 所示。

圖6 通用件資源擴充界面

為了確保通用件庫系統(tǒng)正常、高效的使用，必須有一個完善的后臺管理機制。本系統(tǒng)提供的后臺管理模塊主要包括了通用件資源管理、通用件擴充、用戶管理、數(shù)據(jù)庫管理、上傳資料管理。系統(tǒng)管理界面如圖7 所示。

圖7 系統(tǒng)后臺管理界面

5 結論

為了滿足各企業(yè)的多樣化需求，本系統(tǒng)提出了異構CAD 平臺能夠滿足多種CAD 使用者的需求，實現(xiàn)了通用件庫系統(tǒng)的跨平臺性。通過對系統(tǒng)的需求分析，細化了系統(tǒng)的主要功能模塊?；诰哂谢旌暇W(wǎng)絡模式的C/S/W 體系結構，設計了異構CAD 平臺機械設備通用件庫的總體框架模型。最終以實例驗證了該系統(tǒng)的可行性。實現(xiàn)了通用件模型的在線瀏覽、模型搜索、參數(shù)化配置、在線參數(shù)化驅動、資源上傳、模型及參數(shù)報告的下載等功能。用戶通過該系統(tǒng)獲得了一條便捷通道，實現(xiàn)了不同CAD 用戶的零件資源最大限度共享。加快機械產(chǎn)品的設計、提高了產(chǎn)品研發(fā)質量，滿足了企業(yè)快速響應市場的需求。