（机械制造及其自动化专业论文）基于web的冲裁模cadcam系统关键技术研究.pdf

周勇、f基于w 曲的冲裁模c a d c a m 系统关键技术研鲴 摘要 计算机技术和网络技术的迅猛发展使制造业日益向着自动化、智能化、集成 化和网络化方向发展。单机版的模具c a d c a m 技术不能满足制造业新的要求。 本文根据当前c a d c a m 发展新技术，分析网络c a d c a m 系统的体系结构，将 c a d c a m 和网络技术相结合，研究基于w e b 的模具c a d c a m 系统开发的关 键技术，并成功开发出模具c a d c a m 系统。具体研究内容如下： 基于w e b 的冲裁模c a d c a m 系统体系结构的研究。从网络c a d c a m 特 点出发，探讨网络c a d c a m 系统实现的关键问题，结合网络c a d c a m 系统设 计需求，详细讨论网络c a d c a m 系统的实现方案，并在此基础上提出基于w e b 的三层b s 框架结构，确定系统体系结构，同时对系统进行功能设计，划分功能 模块。 c a d c a m 系统图形生成的研究。在比较a u t o c a d 二次开发工具( a u t o l i s p 、 a d s 、o b j e c t a r x ) 的基础上，选用o b j e c t a r x 作为本系统图形生成的开发工具， 探讨a r x 开发环境配置、基本结构与功能和数据库操作等问题，运用和开发a r x 功能函数，实现模具c a d c a m 系统中图形的生成和显示。 模具刃口尺寸计算及标注方法的研究。在对a u t o c a d 中d x f 文件结构分析基 础上，结合冲裁件图形轮廓的特点，采用将冲裁件图形单元信息和尺寸信息相匹 配的新方法简化模具凸、凹模刃口尺寸计算过程中模具刃口尺寸磨损变化类型的 判断方法，从而实现冲模刃口尺寸自动计算和自动标注。 线切割自动编程的研究。对等误差直线逼近圆弧节点算法进行研究，结合线 切割各项工艺条件，开发出线切割自动编程系统，通过自动编程系统对冲裁模零 部件图形文件信息进行提取和处理，生成线切割数控加工指令。 基于w e b 技术的应用程序开发技术应用。运用c o m 技术，在v i s u a ic + + 6 0 环境下进行服务器端组件的实现，并结合a s p 技术对系统安全进行设置及对页面 数据进行验证等，完成基于w e b 的冲裁模c a d c a m 系统界面设计和功能模块实 现。 关键词：w e b ，冲裁模，c a d c a m ，o b j e c t a r x ，算法，自动编程 周勇j f基于w e b 的冲裁模c a d c a m 系统关键技术研究 a bs trac t b e c a u s eo ft h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt 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 ，m a n u f a c t u r i n gh a sd e v e l o p i n gt o w a r d sa u t o m a t e d 、i n t e l l i g e n t 、i n t e g r a t e d a n dn e t w o r k s t a n d a l o n ec a d c a mt e c h n o l o g yh a sb e e nu n a b l et om e e tt h i sn e w d e m a n df o rt h em a n u f a c t u r i n gs e c t o r t h i sa r t i c l eb a s e do nt h en e wa c h i e v e m e n t so f t h ec u r r e n tc a d c a mt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t ， a n a l y z e dn e t w o r kc a d c a m s y s t e ma r c h i t e c t u r e ，c o m b i n e dt h ew e bt e c h n i q u ea n dt h ec a d c a mt e c h n i q u e ，a n d a c c o r d i n gi tt or e s e a r c hw e b - b a s e dc a d c a ms y s t e mo fp u n c h i n gd i e ， a n dd i s c u s s t h ek e yt e c h n o l o g i e si ns y s t e m t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： t h i sa r t i c l e g i v e s ar e s e a r c ho n s y s t e ma r c h i t e c t u r e o ft h ew e b - b a s e d c a d c a ms y s t e m t h r o u g hd i s c u s s e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fn e t w o r kc a d c a m a n dt h e k e yi s s u e s o fn e t w o r kc a d c a ms y s t e m s ，c o m b i n e dt h e d e s i g n r e q u i r e m e n t so fn e t w o r kc a d c a ms y s t e m ， d i s c u s s e dn e t w o r kc a d c a ms y s t e m f o rt h ep r o g r a m ，t h i sa r t i c l ep r o p o s e st h r e e - t i e rw e b - b a s e db sf r a m e ，d e t e r m i n e st h e s y s t e ma r c h i t e c t u r e ，d e s i g n st h es y s t e mf u n c t i o n a la n dc o m p a r t m e n t a l i z e sf u n c t i o n a l m o d u l e s t h ew e b b a s e dc a d c a m s y s t e m o f p u n c h i n g d i ei s d e v e l o p e d w i t h o b je c t a r x o nt h eg r o u n do ft h er e s e a r c ha b o u tt h et h r e ek i n d so fa u t o c a d s e c o n d a r yd e v e l o p m e n tt o o l s ( a u t o l i s p 、a d s 、o b je c t a r x ) ， t h i sa r t i c l ec h o o s e s o b j e c t a r xa s t h e s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t t o o lo fa u t o c a d ，d i s c u s s e st h e c o n 6 9 u r a t i o no fa r xd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t 、b a s i cs t r u c t u r ea n df u n c t i o n so ft h e d a t a b a s eo p e r a t i o n sa n do t h e ri s s u e s ，u s e sa n dd e v e l o p st h ea r xf h n c t i o n ，a n dt h e n d i s p l a y sg r a p h i c si np u n c h i n gc a d c a ms y s t e m s t h i sa r t i c l ep r o p o s e san e wm e t h o do fc a l c u l a t i n ga n d1 a b e l i n gt h ec u t t i n ge d g e d i m e n s i o no ft h ep u n c h i n gd i e b a s e do nt h ea n a l y z eo fd x f 行l es t r u c t u r ei n a u t o c a d ， t h i sa r t i c l ec o m b i n e st h ec h a r a c t e r i s t i c so fp u n c h i n gd i ep a r t s g r a p h i c o u t l i n e ，u s e st h en e wm e t h o d ，w h i c hm a t c ht h eg r a p he n t i t ya n dt h ed i m e n s i o no ft h e p u n c h i n gp a r t ， t o ju d g e t h e t y p e o fd i m e n s i o n w e a r ， t h e nc a r r i e so u tt h e a u t o m a t i z a t i o no ft h ec a l c u l a t i n ga n dl a b e l i n ga b o u tt h ec u t t i n ge d g ed i m e n s i o no f t h ep u n c h i n gd i e t h i sa r t i c l ep r o p o s e st h er e s e a r c ho nw i r e c u ta u t o m a t i cp r o g r a m m i n g t h r o u g h s t u d y i n ga l g o r i t h ma n dp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yo fw i r e c u t ， t h i sa r t i c l ed e v e l o p s 扬州人学硕j ：学位论文 w i r e c u ta u t o m a t i cp r o g r a m m i n gs y s t e m ，t h ea u t o p r o g r a m em o d u l et a k e sa n dd e a ls w i t hp u n c h i n gp a r t si n f o r m a t i o n ，t h e nc r e a t e sn cc o d e a n o t h e ri m p o r t a n ta s p e c ti st h e w e bt e c h n i q u e t h em o d u l e so ft h es e r v e ra r e d e v e l o p e dw i t ht h et e c h n i q u eo fc o mi nt h ee n v i r o n m e n to fv i s u a lc + + 6 0 t h i s a r t i c l ec o m b i n e sc o mw i t ha s pt od e s i g nt h es y s t e ms e c u r i t ym o d u l e 、v e r i f yt h e d a t ao fp a g e s ，a n da tl a s tc o m p l e t et h ew e bi n t e r f a c e sd e s i g na n dl e tf u n c t i o n a l m o d u l e sc o m et u r e k e yw o r d s ：w e b ，p u n c h i n gd i e ，c a d c a m ，o b je c t a r x ，a l g o r i t h m ，a u t o p r o g r a m 周勇平基于w e b 的冲裁模c a d c a m 关键技术研究 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下独立进行研究工作所取得的 研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经 发表的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 鹏于 签字日期：加彦年r 月2 多日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和 借阅。本人授权扬州大学可以将学位论文的全部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、汇编学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 学位论文作者签名： 签字日期： 蝴年广月j 多日 导师签名： 签字日期：z 形年，月叩日 剧勇甲基十w e b 的冲哉模c a d c a m 系统关键技术研究 1 1c a d c a m 技术概述 第一章绪论 1 1 1c a d c a m 的概念 c a d c a m 是上世纪6 0 年代以来迅速发展起来的一门新兴的综合性计算机 应用技术。它具有知识密集、学科交叉、综合性强、应用范围广等特点，是先 进制造技术的重要组成部分，它的发展和应用使传统的产品设计、制造内容和工 作方式等都发生了根本性变化。c a d c a m 技术已成为衡量一个国家科技现代化 和工业现代化水平的重要标志之一心叫1 。 c a d c a m 系统是设计、制造过程中信息处理系统，它克服了传统手工设计 和制造的缺陷，充分利用计算机高速、准确、高效的计算能力，图形处理、文字 处理功能，以及对大量数据的存储、传递、加工功能，在运行过程中结合人的经 验、知识及制造性，形成一个人机交互、各尽所长、紧密配合的系统。它是应用 计算机技术，以产品信息建模为基础，以计算机图形处理为手段，以工程数据库 为核心对产品进行定义、描述和结构设计，用 工程计算方法进行分析和仿真，用工艺知识决 策加工方法等设计制造活动的信息处理系统。 通常将c a d c a m 系统的功能归纳为几何建模、 计算分析、工程绘图、工程数据库的管理、工 艺设计、数控编程和加工仿真等几个方面，因 而需要计算分析方法库、图形库、工程数据管 理库等资源的支持。一般c a d c a m 系统的工 作过程如图1 1 所示。 c a d c a m 技术随着计算机硬件和软件技 术的迅速发展日趋完善，在机械、电子、宇航 和建筑等部门得到广泛应用哺1 。c a d c a m 技术 使产品的设计制造和组织生产的传统模式产生 了深刻的变革，成为产品更新换代的关键技术， 被人们称为产业革命的发动机。在工业发达国 家，c a d c a m 已经形成了一个推动各行业技术 进步的、具有相当规模的新兴产业部门。 图1 1c a d c a m 系统工作流程 2扬州人学硕l 学位论文 模具设计、制造水平和产品质量、成本及生产周期息息相关。随着制造工业 的发展，产品对模具的要求越来越高。传统的模具设计与制造方式已无法适应工 业发展的需要，c a d c a m 技术成为解决模具设计与制造中薄弱环节的有效途 径。随着模具c a d c a m 技术的广泛应用，必将给模具行业技术改造和发展带来 深刻影响，从而大大促进制造业的发展。 1 1 2c a d c a m 的发展现状 经过四十多年的发展，c a d c a m 技术有了长足的进步 3 。现在c a d c a m 主要运行在工作站或微机平台上。工作站虽然性能优越，图形处理速度快，但价 格却十分昂贵，这在一定程度上限制了c a d c a m 技术的推广。随着p e n t i u m 芯 片和w i n d o w sn t 操作系统的出现并流行，以前只能运行在工作站上的 c a d c a m 软件现在也可以运行在微机上。由于微机的价格远远比工作站低，性 能也不比中低档工作站逊色多少，并且w i n d o w sn t 操作系统的安全性与d o s 、 w i n d o w s 3 x 、w i n d o w s 9 5 9 8 等操作系统相比有了很大提高。所以，微机平台为 普及c a d 应用创造了绝好的条件。在此基础上，c a d c a m 软件厂商展开了新 一轮的竞争。一方面工作站上著名的c a d c a m 软件( 如u g 、c a t i a ) 全功能 地移植到微机平台，使微机完全对等地实现了工作站环境的处理能力；另一方面 c a d c a m 软件打破了原有u n i x 环境的桎梏，在w i n d o w s 平台上全面拓展。 p e n t i u m 以上处理器和n t 环境已经或者j 下在成为c a d c a m 软件运行和应用的 主流平台。 c a d c a m 技术经过几十年的发展，先后走过了大型机、小型机、工作站、 微机时代，每个时代都有当时流行的c a d c a m 软件。现在，工作站和微机平台 c a d c a m 软件占据主导地位，并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软 件。目前国内外流行的c a d c a m 软件很多，国外软件有u g 、s o l i d e d g e 、 a u t o c a d 、m d t 、s o l i dw o r k s 、c i m a r r o n 、p r o e n g i n e e r 、i d e a s 等；国内软件 有高华c a d 、清华x t m c a d 、c a x a 电子图板和c a x a m e 制造工程师、 g s c a d 9 8 、金银花( l o n i c e r a ) 系统、开目c a d 等。 1 1 3c a d c a m 的发展趋势 为适应产品市场竞争，产品生产必须满足时间t ( t i m e ) 、质量q ( q u a l i t y ) 、 成本c ( c o s t ) 、服务s ( s e r v i c e ) 、环境e ( e n v i r o n m e n t ) 的要求。随着计算机技术和 制造技术的发展，c a d c a m 技术正朝以下几个方面发展阳- 9 l 。 1 标准化 随着c a d c a m 技术的普及应用，为实现资源共享，便于信息交流，世界各 周勇平桀于w e b 的冲裁模c a d c a m 系统关键技术研究 国业界共同合作，推出了许多标准和规范。g k s ( g r a p h i c sk e r n e ls y s t e m ，计 算机图形核心系统) ，建立应用程序和图形输入、输出设备的功能接口。 i e g s ( i n i t i a lg r a p h i c se x c h a n g es p e c m c a t i o n ，基本图形转换规范) ，用于c a d 系 统间交换数据。s t e p ( s t a n d a r df o re x c h a n g eo f p r o d u c tm o d e ld a t a ，产品模型 数据交换标准) ，是正在制定和推行的国际标准，主要研究完整的产品模型数据 交换技术，最终实现在产品生命周期内对产品数据进行完整一致的描述与数据交 换。 2 集成化 随着计算机技术的发展，c a d c a m 系统已从简单、单一、相对独立的功能 发展成为复杂、综合、紧密联系的功能集成系统。集成的目的是为用户进行研究、 设计、试制等各项工作提供一体化支撑环境，实现在整个产品生命周期中各个分 系统间信息流的畅通和综合。集成涉及功能集成、信息集成、过程集成与动态联 盟中的企业集成。为提高系统集成的水平，c a d 技术需要在数字化建模、产品 数据管理、产品数据交换及各种c a x ( c a d 、c a e 、c a m 等技术的总称) 工具 的开发与集成等方面加以提高。 3 网络化 网络技术的飞速发展和广泛应用，改变了传统的设计模式，将产品设计及其 相关过程集成并行地进行，人们可以突破地域的限制，在广域区间和全球范围内 实现协同工作和资源共享。网络技术使c a d c a m 系统实现异地、异构系统在企 业间的集成成为现实n0 1 。网络化c a d c a m 技术可以实现资源的取长补短和优 化配置，极大地提高企业的快速响应能力和市场竞争力，“虚拟企业 、“全球制 造 等先进制造模式由此应运而生。目前基于网络化的c a d c a m 技术，需要在 能够提供基于网络的完善的协同设计环境和提供网上多种c a d 应用服务等方面 提高水平。 目前网络c a d c a m 的研究集中在c a d c a m 可视化、集成化、智能化三 方面。可视化延续的研究内容除了涉及数据获取、数据理解与分类、可视化建模、 图像处理等方面外，还与计算机支持协同工作c s c w ( c o m p u t e rs u p p o r t c o o p e r a t i v ew o r k ) 、多媒体技术、虚拟现实技术等交叉发展。智能化延续的研究 涉及协同工作与设计问题的描述、逻辑推理、知识表示、知识获取、模式识别、 问题求解、机器学习、a g e n t 理论等诸多方面。集成化延续的研究表现为计算机 辅助几何设计c a g d ( c o m p u t e ra i d e dg e o m e t r i cd e s i g n ) 基础上c a d 与c a m 的 整体连接技术。 4 智能化 4 扬州大学硕 ：学位论文 设计是含有高度智能的人类创造性活动。智能化c a d c a m 技术不仅是简单 地将现有的人工智能技术与c a d c a m 技术相结合，更要深入研究人类认识和思 维的模型，并用信息技术来表达和模拟这种模型。智能化c a d c a m 技术涉及新 的设计理论与方法( 如并行设计理论、大规模定制设计理论、概念设计理论、创 新设计理论等) 和设计型专家系统的基本理论与技术( 如设计知识模型的表示与 建模、知识利用中的各种搜索与推理方法、知识获取、工具系统的技术等) 等方 面。智能化是c a d c a m 技术发展的必然趋势，将对信息科学的发展产生深刻的 影响。 5 微型化 随着计算机硬件技术的迅速发展，目前微型机的功能正逐步达到小型机甚至 中型机的水平，c a d c a m 系统f 逐步实现微型化。 6 综合可视化 利用虚拟现实技术、多媒体技术及计算机仿真技术实现产品设计与制造过程 的仿真，采用多种介质来存储、表达、处理多种信息，融文字、语音、图像、动 画于一体，给人一种真实感和临境感，更有利于人的创造力的发挥。 目前，c a d c a m 技术正向着标准化、集成化、微型化、智能化、网络化和 综合可视化的方向不断发展。未来的c a d c a m 技术将为新产品开发提供一个综 合性的网络环境支持系统，全面支持异地的、数字化的、采用不同设计哲理与方 法的设计工作。 1 2 模具c a d c a m 技术发展现状及发展趋势 1 2 1 模具c a d c a m 技术发展现状 国外模具c a d c a m 技术的研究始于2 0 世纪6 0 年代。当时美国、日本、德 国、加拿大等发达国家开始对冲模c a d 进行研究。进入7 0 年代，出现了面向中 小企业的c a d c a m 的商品软件，如美国d i e c o m p 公司研制成功计算机辅助设 计级进模的p d d c 系统；日本机械工程实验室研制成功冲裁级进模c a d 系统。 到8 0 年代末，美国、日本等工业发达国家的模具生产已有近5 0 采用了 c a d c a m 技术，从产品设计扩展到工程设计，日本富士通研制成功级进模集成 c a d 系统；日本n i s s n 精密机械机器公司开发了冲裁级进模c a d c a m 系统。 这些软件均具备实体造型和曲面造型的强大功能，能够设计制造汽车零部件的模 具。进入9 0 年代，国外c a d c a m 技术向着更高的阶梯迈进。在8 0 年代的基础 上，从软件结构，产品数据管理、面向目标的开发技术、产品建模和智能设计和 刷勇甲基于w e b 的冲裁模c a d c a m 系统关键技术研究 质量检测等方面有所突破，为实现并行工程提供了更完善的环境。印度学者 y k d v p r a s s a d ，s s o ms u n d o r a 等开发了普通冲裁模c a d c a m 系统( c a d d s ) ， 如美国s t r i k s y s t e m s 公司开发了冷冲模设计软件系统一一s s d i ep r f e s s i o n a l 等。 模具c a d c a m 的功能更加完善，应用也更加普及。 我国的计算机技术起步较晚，模具c a d c a m 的开发始于2 0 世纪7 0 年代末， 但发展也相当迅速。到目前为止，先后通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普通 冲裁模、辊锻模和注塑模等c a d c a m 系统，它们在生产中发挥着重要的示范作 用并产生巨大的经济效益。8 0 年代中、后期，我国的冲模c a d 研制工作进入了 全面发展阶段，不少企业、科研院所、大专院校都开发了面向中国制造的c a d 软件，强调软件产品的专业化和本地化。如浙江大学研制的c p d d m s 系统、 g s c a d 9 8 ；天津大学的t d 系统；南京工学院的c p d c a d c a m ；以及一汽、 二汽企业用的模具c a d c a m 系统。8 0 年代末至9 0 年代末，我国模具c a d c a m 技术处于完整、修改、提高等的稳定发展阶段。如上海交通大学国家模具c a d 工程研究中心，进行了模具c a d 系统中一致性相关设计的装配模型的研究，通 过将环状模型结构和树状模型结构的结合，解决了在模具c a d 系统中装配图与 零件图的一致性设计问题。9 0 年代以来，我国借鉴国外先进的c a d 软件，进行 c a d c a m 的自主开发，并取得不错的成绩。如杭州应用工程技术学院引进德国 技术并做了c a d c a m 集成化的开发研究工作，不少企业建立了基于网络化管理 信息中心，产品设计和工艺分析协同工作，采用自主开发的a u t o c a d 二次开发 软件进行产品设计、工艺管理以及模具工艺装备的设计制造，取得了明显的经济 效益。由浙江大学计算机学院负责的国家8 6 3 计划项目中模具c a d c a m 集成工 具一一加工特征识别系统a f r s1 0 ；该系统由自动特征识别、用户自定义特征、 体特征自动生成、用户交互定义特征、合理特征解释的确定、产品可制性评价等 模块组成；且a f r s1 o 已经能够处理相当复杂的机械零件，具有良好的鲁棒性， 能够有效地支持模具c a d c a m 集成。 1 2 2 模具c a d c a m 技术的发展趋势 1 模具c a d 从简单曲面造型系统向变量化的三维实体造型系统发展 2 0 世纪6 0 年代出现的三维c a d 系统只是极为简单的线框式系统，这种初 期的线框造型系统只能表达基本的几何信息，不能有效的表达实体数据间的拓扑 关系。进入2 0 世纪7 0 年代，取而代之的是曲面造型系统，首次实现应用计算机 完整描述产品零件的主要信息。2 0 世纪8 0 年代初，集c a d c a m 于一体的实体 造型技术问世，这标志着c a d 发展史上的一次技术革命。伴随着实体造型技术 6 扬州火学硕十学位论文 的逐渐普及，进入2 0 世纪8 0 年代中期，参数化实体造型方法成为造型更新颖、 更好的算法，该造型方法具有基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动数 据修改等特征。然而，参数化实体造型方法中的全尺寸约束干扰和限制着设计者 的创造力和想象力的发挥。于是，以参数化技术为蓝本，变量化技术这一更大胆 的设想出现了。变量化使设计者在欠约束条件下仍能将设计进行下去，它保持了 参数化技术的原有优点，同时克服了它的不足之处。变量化系统的指导思想是： 设计者可以采用先形状后尺寸的设计方式，允许采用不完全尺寸约束，只给出必 要的设计条件，这种情况下仍能保证设计的正确性及有效性，因为系统分担了很 繁杂的工作。造型过程是一个类似于工程师在脑海里思考设计方案的过程，满足 设计要求的几何形状是第l 位的，尺寸细节后来才逐步精确完善。变量化造型系 统的成功应用为c a d 技术的发展提供了更大的空间和机遇。 2 采用c a d c a e c a m c n c 系统集成技术 模具c a d c a e c a m c n c 系统集成技术是以三维实体造型为基础，实现模 具的计算机辅助设计、分析、制造及技术管理的一体化。它不是将孤立的c a d 、 c a m 和c a e 等系统进行简单的连接，而是从概念设计开始就考虑到集成。集成 系统主要包括界面集成、数据集成、算法集成和硬件集成。用户可在同一系统下 完成文件操作、曲线曲面造型、刀具轨迹生成、机床数控指令、c a m 仿真和编 辑修改等功能。这些功能间可以进行相互切换，在同一系统下完成模具设计、刀 具轨迹生成数控加工的全过程。这就要求产品设计与制造紧密结合，其目标是模 具设计、分析、模拟直至整个制造过程中的数据具有一致性，且直接在计算机间 传递，从而逾越由图样、语言、编码造成的信息传递的“鸿沟”，减少信息传递 误差和编辑出错的可能性。 3 网络化与协同设计 计算机网络是计算机发展进入新时代的重要标志。在c a d c a m 集成环境 下，在硬件结构上，借助通讯设备和线路相互连接；在软件上，通过网络管理软 件( 包括网络协议、网络操作系统等) 统一管理，进行通讯、交换信息、共享资源， 即组成了一个计算机网络系统。计算机网络系统实现了信息的快速传递，即在 c a d c a m 系统的不同计算机之间快速可靠的相互传输产品设计和加工的数据 及程序信息，实现计算机系统的软件与硬件资源的共享，并可协调工作，分布处 理3 川。由于c a d c a m 技术同趋成熟，可应用于越来越大的项目。这类项目往 往不是一个人，而是多个人、多个企业，在多台计算机上协作完成。所以分布式 计算机系统非常适用于c a d c a m 的作业方式。同时，随着i n t e r n e t 技术的发展， 可针对某一特定产品将分散在不同地区的现有资源和生产设备资源迅速组合，建 岗勇平基于w e b 的冲裁模c a d c a m 系统关键技术研究 z 立动态的网络化的制造体系，以适应不同地区的现有资源和生产设备资源的要求 和利用。模具一般是由若干零部件组成，各部件所要求的生产设备资源也是不同 的。如果在某一地区的现有生产设备对其中的某一部件有良好的生产制造优势， 但对其它部件的设计生产有难度，可根据各地区的生产设备选择适合于自己地区 适合生产的零部件，各地区间通过i n t e r n e t 相互通信、协同设计，共同完成模具 产品的设计与制造。这种网络化的动态的制造体系，能够充分发挥各地区的资源 优势，并能协调工作，各尽所长，达到设计生产的最优化配置。这种基于i n t e r n e t 下的协同设计实现了企业间的“集成化，它将成为模具制造业全球化的发展趋 势。用先进制造技术将极大的缩短产品开发和模具设计与加工周期，提高模具设 计的一次性成功率，快速适应市场，提高竞争优势卜1 8 1 。 1 3 本文研究的意义和主要内容 1 3 1 本文研究的意义 在计算机技术和网络技术迅猛发展形势下，制造业日益向着自动化、智能化、 集成化和网络化方向发展。单机版的模具c a d c a m 技术不能满足制造业新的要 求。因此开发网络环境下的模具c a d c a m 系统是顺应了时代的潮流9 驯。 冲裁模具设计是一项复杂的工作，它涉及到大量的表和结构图，要设计出符 合要求的冲裁模具，除了要对冲裁模具知识有较深掌握之外，还必须具备机械设 计、材料、零件加工等多方面知识和技术。充分利用i n t e r n e t 技术，实现信息资 源共享、网络协同，把冲裁模具设计的经验、数据、公式、规则和冲裁模具的专 业知识有效的结合起来，进行网络环境下的冲裁模c a d c a m 系统的集成设计， 充分利用模具设计的特点和协同设计的优势，使一般冲裁模具设计人员不必具体 了解冲裁模具设计过程中的设计规则和参数表格查询，就可以借助计算机的高 速、准确性能，从而方便、快速、有效的设计出实用的冲裁模具以及常用的冲裁 模零件及其数控加工代码。 1 3 2 本文研究的主要内容 本文在基于w e b 的分布式应用软件研究基础上，对冲裁模c a d c a m 系统 进行总体设计，并以o b j e c t a r x 为工具开发设计模具c a d c a m 系统的图形生 成和显示部分；提出冲模刃口尺寸自动计算和标注新方法；对线切割自动编程系 统进行研究和开发；运用c o m 和a s p 技术实现冲裁模c a d c a m 系统的w e b 界面设计和功能模块实现。具体内容为： 1 基于w e b 的冲裁模c a d c a m 系统的总体设计。从网络c a d c a m 特点出发， 8扬州人学硕l ：学位论文 探讨网络c a d c a m 系统实现关键问题，结合网络c a d c a m 系统设计需求，详细 讨论网络c a d c a m 系统实现方案，并在此基础上提出基于w e b 的三层b s 框架结 构，针对基于w e b 冲裁模c a d ，c a m 系统的需求分析，选择系统开发工具，确定系 统体系结构，并对系统进行功能设计，划分功能模块。 2 c a d c a m 系统图形生成的研究。在比较a u t ol i s p 、a d s 、o b j e c t a r x 三种 a u t o c a d 二次开发工具的基础上，采用可共享a u t o c a d 地址空间的a r x 技术作为 c a d ，c a m 图形生成模块的开发工具，实现c a d c a m 系统图形的生成和显示。 3 冲模刃口尺寸计算和标注算法的研究。在对a u t o c a d 中d x f 文件结构分析 基础上，结合冲裁件图形轮廓的特点，采用将冲裁件图形单元信息和尺寸信息相 匹配的新方法简化模具凸、凹模刃口尺寸计算过程中模具刃口尺寸磨损变化类型 的判断方法，从而实现冲模刃口尺寸自动计算和自动标注。 4 线切割自动编程的研究。对等误差直线逼近圆弧节点算法进行研究，通 过对自动编程时所需的系统配置( 穿丝孔位置、钼丝半径、尖角是圆弧过渡还是 一般过渡、钼丝偏置方向等) 进行参数设置，运用v c 和a r x ，开发出线切割自 动编程系统，通过自动编程系统对冲裁模零部件图形文件信息进行提取和处理， 生成线切割数控加工指令。 5 基于w e b 的冲裁模c a d ，c a m 系统的应用。采用c o m 和a s p 技术，结合基 于w e b 的冲裁模c a d c a m 系统的分析、设计，完成w e b 冲裁模c a d c a m 系统的 界面设计和功能模块实现，并给出系统的应用实例。 崩勇、1 ，恭十w e b 的冲裁模c a d c a m 系统关键技术研究 9 第二章基于w eb 的冲裁模c a d c a m 系统总体设计 2 1 系统分析 2 1 1 系统目标 通过本系统的实施，可以实现如下功能： 1 建立基于w e b 的冲裁模c a d c a m 系统的网络框架，提供网络环境下的 信息服务。通过用户输入冲裁零件图形信息，选择排样方式、模具类型、模具结 构，并输入相关的工艺参数及线切割加工的系统配置信息，系统则输出毛坯排样 参数、压力中心位置、冲压力，压力机参数，并生成模具装配图、零件图和模具 数控加工代码和刀具中心轨迹，形成必要的设计文档资料，以便查询和审核。设 计过程中的设计参数、结构参数、设计结果等均可由用户方便修改。 2 系统要求能方便地维护设计中使用的工程数据( 工程材料、标准零部件 参数、压力机参数等) ，实现数据访问、修改、增删等功能；对设计结果( 包括 设计参数、结构参数、工程图、数控代码等) 进行管理。实现设计参数，结构参 数的查询和修改，工程图的浏览和修改，刀具中心轨迹和数控代码的查看与修改。 3 系统要对用户权限进行设置。系统是一个不完全开放的系统，不对所有 的用户开放，对用户范围有一定要求，有用户管理功能，对用户划分不同的角色， 设置不同的权限，实现对用户信息库的管理，针对不同用户提供不同服务。 4 要求有实时通讯工具，有通用的图形浏览工具，以满足实现异地协同设 计环境的需要。 2 1 2 业务角色及业务功能描述 数据库的权限管理是一项十分艰巨的工作，系统中的用户要有一定的权限 集，才能进行工作。权限管理的传统做法是将相关权限直接授予用户。所谓权限 就是对数据库执行某种操作的许可，这里用户与权限之间是一种多对多的关系 心h2 2 1 。这种机制对于一个具有诸多用户、诸多权限的数据库系统来说，管理的任 务是相当繁重的，而且不灵活。一旦组织的结构或安全需求有所变动，管理员必 须跟着进行复杂而繁琐的授权变动，容易出现一些意想不到的安全漏洞3 卅引。 权限管理的另一种做法是，在用户和权限之间设置相应角色。一个用户可以 赋予若干角色，一个角色也可以被赋予给若干用户，用户与角色之间是多对多的 关系。一个角色可以拥有若干权限，一个权限也可以被赋予给若干角色，角色与 权限之间也是多对多的关系。其模型结构如图2 1 所示。 l o 扬州人学硕上学位论文 图2 1 角色与权限管理模型结构图 基于角色的权限管理的基本特征就是根据安全策略划分出不同的角色，对每 个角色分配不同的权限，并为用户指派不同的角色，用户通过角色间接地对信息 资源进行许可的相应操作。简单地说，角色就是一个已命名的权限集合，将角色 授予某用户，那么分派给角色的所有权限将同时都授予该用户。 本系统根据用户在系统中所具有的不同权限设置不同的角色，分为一般用 户、模具开发者、参与开发者和系统管理员四种角色。 1 一般用户 只有对工程图纸、数控代码、刀具中心轨迹、模具设计数据文件、设计标准 参数库等设计信息的浏览权限，不能进行模具开发操作。 2 模具开发者 对工程图纸、数控代码、刀具中心轨迹、模具设计数据文件、设计标准参 数库等设计信息的浏览； 模具开发，对个人的设计结果、工程图纸和数控代码文件进行更新、删除 操作等； 召开模具开发讨论会议。 3 参与开发者 对工程图纸、数控代码、刀具中心轨迹、模具设计数据文件、设计标准参 数库等设计信息的浏览； 参加模具开发讨论会议； 对设计参数、工程图纸、数控代码和刀具中心轨迹进行讨论，提出意见让 模具开发者对设计结果进行完善。 周勇平 皋于w e b 的冲裁模c a d c a m 系统关键技术研究 1 1 4 系统管理员 对工程图纸、数控代码、刀具中心轨迹、模具设计数据文件、设计标准参 数库等设计信息的浏览： 模具开发，对个人的设计结果、工程图纸和数控代码文件进行更新、删除 操作等； 召开模具开发讨论会议； 用户管理权限和对设计参数库的管理权限。 各个业务角色的业务功能如图2 2 ： 2 2 系统总体设计 图2 2 业务角色与业务功能分配图 2 2 1 系统总体设计原则 1 信息资源共享：工程图纸、数控代码、刀具中心轨迹、模具设计数据文件、 设计标准参数库等设计信息网上实时共享，即可满足查询浏览需要。 2 信息的网上传送：开发者、管理员之间能够召开网络会议，实现异地讨论。 3 安全性：保证网络系统、服务器系统、存储系统、操作系统、数据库系统 和应用系统的安全，提供完整的基于i n t e r n e t 和i n t r a n e t 的安全保密机制。 1 2 扬州大学硕 ：学位论文 4 实用性：以用户需求为基准，实现模具设计的所有要求，保证模具设计的 正常运行。 5 先进性：必须保证技术的先进性，符合未来发展的趋势与要求。 6 可扩展性：系统的建设不仅要求满足当前的要求，还应具备良好的可扩展 性，随着业务功能和用户数量的增加与变化，提供方便快捷的实施与升级方案。 7 稳定性与可恢复性：保证系统的稳定性，确保在出现问题时能及时、准确 地恢复系统。 2 2 2 软件系统设计及开发工具选择 为了实现系统总体功能，提高系统的各项指标，这些指标包括系统的可行性、 可用性、可维护性、易读性，提高系统的工作效率，应合理设计软件总体结构。 软件总体结构设计的主要任务就是将整个系统合理地划分成各个功能模块，正确 地处理模块之间与模块内部的联系以及它们之间的调用关系和数据联系，定义各 模块的内部结构等等。 一、软件系统总体结构设计原则 1 分解一协调原则：整个软件系统是一个整体，具有整体目标和功能。但这 些目标和功能的实现