（机械电子工程专业论文）网络环境下建筑金属结构幕墙产品的计算机辅助设计系统.pdf

一一一一一一一一一一一一一一一一 重庆大学硕士学位论文ab s t r a c t ab s t r a c t t h e e n t e r p r i s e s o f b u i l d i n g m e t a l s t r u c t u r e s a r e t h e d e s i g n a n d m a n u f a c t u r e d o o r s a n d w i n d o w s , c u r ta i n w a ll s a n d s k y l i g h t s , t h a t 以c . . d u r in g t h e c o u r s e o f t h e c u r ta i n w a l l s d e s i g n i n g a n d m a n u f a c t u r i n g , t h e r e re s o m e w i d e s p r e a d p ro b l e m s s u c h as l o n g d e s i g n c y c l e , h i g h e r r o r r a t e a n d t im e a ft e r t im e r e h a n d l i n g , a b s e n c e s h a r i n g o f i n f o a n d c o o p e r a t iv e d e s i g n , e t c . s o it i s s i g n i fi c a n t t o d e v e l o p t h e s y s t e m o f c o m p u t e r a id e d d e s i g n p ro d u c t f o r b u i l d i n g c u rt a in w a l l s . a c c o r d i n g t o t h e a u t h o r s m a i n w o r k in t h is p r o j e c t , c o m b i n in g w i t h d e v e l o p m e n t e x a m p l e s , t h i s t h e s i s e x p o u n d s t h e k e y t e c h n i q u e a n d b r i n g i n t o e ff e c t o f t h e s y s t e m o f c o m p u t e r a i d e d d e s i g n f o r t h e b u i l d i n g m e t a l s t r u c t u re s c u r t a i n w a l l s i n t h e n e t w o r k c i r c u ms t a n c e s . b as e d o n t h e i n v e s t i g a t i o n o f t h e u s e r r e q u e s t a n d t h e w o r k e n v ir o n m e n t , p o i n t i n g t o t h e c o r re l a t iv e q u e s ti o n a b o u t c o m p u t e r a i d e d d e s i g n o f b u il d i n g m e t a l s t r u c t u r e c u rt a in w a l l s , t h i s p a p e r p a y s c e n t e r a tt e n t i o n t o e n h a n c i n g p r a c t i c a b i l i t y , fl e x i b i l it y a n d c a p a c i t y o f c o o p e r a t iv e d e s i g n , e t c , as w e ll a s f o c u s in g o n t h e k e y t e c h n iq u e r e s e a r c h o f d r a w i n g p r o c e s s in g , m a t e r ia l p r o c e s s i n g a n d c o o p e r a t iv e d e s ig n , e t c . t h e m o d e l o f m a t e r i a l p r o c e s s i n g i s e s t a b l i s h e d i n c u r ta in w a l l s d e s i g n i n g b as e d o n t h e t e c h n i q u e o f h i e r a r c h i c r e l a t i o n s h ip . e v e n t u a l l y , a c u r ta in w a l l s c a d s y s t e m w i t h c o o p e r a t iv e d e s i g n a b i l it y i n t h e n e t w o r k c i r c u m s t a n c e s i s b ro u g h t i n t o e ff e c t t h e s y s t e m i s a s u b s y s t e m o f t h e c o m p u t e r a id e d d e s i g n a n d p r o d u c t i o n ma n a g e m e n t ( c a d p m ) . i t c a n c o m p o s i t e w i t h s e v e r a l o t h e r s y s t e m s o f c a d p m a n d w i t h p e r f e c t d r a w i n g p r o c e s s i n g a n d m a t e r i a l p ro c e s s i n g a b i l it y . t h e m a t e r i a l p r o c e s s i n g a n d d r a w i n g p r o c e s s i n g c a n p e r f o r m c o l l a t e r a l . t h e s y s t e m i s s u it a b l e f o r a l l k i n d o f w a l l s fi g u r e , s u c h as s i n g l e c u r t a i n w a l l , m u l t ip l e c u r t a i n w a l l s w i t h g r e a t t h e p r a c t ic a b i l i t y a n d t h e fl e x i b i l it y . i t c a n i m p r o v e t h e d e s i g n q u a l i t y a n d d e s i g n e ff i c i e n c y g re a t l y . k e y w o r d s : c u rt a in w a ll , n e tw o r k ,a i d e d d e s i gn, d r a w i n g p r o c e s s i n g , ma t e r i a l p r o c e s s i n g , c o o p e r a t i v e d e s i gn 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 网络环境下的幕墙c a d系统属于建筑金属结构产品的计算机辅助 设计和生产管理集成系统 ( 以下简称c a d p m )的一个子系统。 来源于重 庆大学与空军2 1 厂的横向 课题，同时也是国 家8 6 3 / c i m s目 标产品的 重要组成部分.论文将根据作者在本课题中所完成的主要工作，针对 建筑金属结构幕墙产品的计算机辅助设计的相关问 题，结合开发实例， 提出一种网络环境下幕墙计算机辅助设计的新型实用设计系统，使企 业能够迅速准确地实现方案设计和施工设计。本系统具有设计过程中 图形处理和材料计算并行的特点，同时能与其它几个系统要能够较好 的集成，最终使用户实现快速出图、精确算料、优化下料、 准确报价。 1 . 1建筑金属结构c a d p i i 的提出 幕墙产品是建筑金属结构的一种主要产品， 建筑金属结构是建筑物 必不可少的辅助性结构，包括门窗、幕墙和采光顶等。建筑幕墙属于 建筑物外围护结构，在建筑史上是一个较新型的产品，在国外才几十 年历史，在我国使用只有十几年历史。时间虽短，但发展非常快，设 计大师和建筑业主竞相采用，作为一种建筑业的新时尚，幕墙正以前 所未有的速度为人们所接受，己 成为现代建筑的象征。据统计，我国 现有幕墙生产企业已达四千多家。随着建筑技术的发展，市场竞争的 加剧，门窗、幕墙、采光顶产品的品种和规格越来越多，产品更新换 代也越来越快。因此，开发一个适合于建筑门窗、幕墙和装饰行业的 专业软件十分必要，且具有广阔的推广前景。 建筑金属结构行业是设计和生产建筑门窗、 幕墙、采光顶， 包括 钢门窗、铝合金门窗、塑料门窗、普通玻璃幕墙、全玻幕墙、金属板 幕墙、玻璃屋顶等各种金属结构 ( 也包括部份非金属结构)系统的行 业。建筑金属结构行业是广义制造业中的重要组成部份。但是在当前 的建筑金属结构，特别是门窗、幕墙、采光顶的设计和生产过程中， 较普遍地存在以下几个问题:品种规格繁多，设计工作量大，现行的 人工设计工作强度大，整个设计过程出错率高，设计周期长:每年消 耗的钢材、铝合金、塑料、玻璃、板材等材料数量巨大，目前的下料 方法浪费严重:工程管理、材料管理较乱;在厂内、工地发生的问题 以及用户提出的各种建议和意见，缺乏整体汇总、分类、整理、 解决; 信息不灵，对同行业和相关行业的企业生产经营情况缺乏必要的了解， 不能及时采用新技术、新工艺、新方法、新材料，影响企业自 身的发 重庆大学硕士学位论文 t 绪论 展。 从以 上各类问 题可以 看出，我国 金属结构行业迫切需要计算机辅 助设计和计算机辅助生产管理技术。因 此， 研制适合我国 行业现状的、 能够解决上述种种问 题的、使生产厂家取得显著经济效益和社会效益 的建筑金属结构产品的计算机辅助设计和生产管理集成系统( c a d p m ) 具有重要的意义。 1 . 2本课瓜的国内 外同 类研究状况 在建筑金属结构计算机辅助设计( c a d ) 计算机辅助生产管理( c a p m ) 方 面，国际上已作了大量的工作。 国外系统虽然先进， 但由于以 下两方面的原因， 至今难于在我国市 场推广。 ( 1 )建筑金属结构产品的国家和行业的规范性较强，外国产品暂 时还不适应; ( 2 )价格相对较贵。 国内也开发有不少类似的软件。 如，文献【 4 介绍了一个 “ 计算机 辅助铝门窗设计”系统，能够对铝门窗的材料进行计算，最后得到的 输出为零件目 录表和门窗简图，是我国开发较早的由生产门窗的企业 自 行开发的c a d 系统，较简单。又如，文献 5 介绍了北京思元软件公 司开发的“ 建筑装饰工程设计及管理系统”( a l c a d ) 软件系统， 这一套 系统包括了门窗、幕墙、优化下料三个子系统，图形系统是基于国内 自 行开发的 p l c a d作二次开发，它也具有计算、报价预算、工程汇总 等功能。 再如， 文献 6 是由中国建筑科学院研制的三维c a d 软件一a b d v 2 . 5 能够绘制圆弧轴网、 弧墙直窗、 异形门窗、 异形阳台、 玻璃幕墙、 各种截面类型的柱等构件，并提供专用的图形库管理系统。总体说， 国内现有产品还存在以下不足: ( 1 )开发的产品品种较少。只有针对某一种产品如铝门窗或某几 种产品的 c a d系统，没有针对门窗、幕墙行业的多品种多规格产品作 开发，幕墙计算机辅助设计功能较弱。 ( 2 )功能集成不够。单一功能的研究己有不少，如工程报价与预 重庆大学硕士学位论文i 绪论 算、结构绘图、结构计算、优化下料等单项功能的开发与应用已取得 一定的成绩，但不能完成从设计、计算、制图、材料计算、预算报价、 下料、 工程汇总、 库存管理等整个流程的集成c a d ， 不能辅助设计人员 完成各阶段的任务，无法满足用户的各种需求. ( 3 )信息的集成较弱。各功能块之间通信与联系较少，数据不能 很好地共亨，不能很好地保证各功能块的数据一致性。 ( 4 )优化下料问题有待深入的研究和解决。优化下料在国内外都 是公认的难题，现有软件存在算法和处理上的不足，优化效果有待提 高，计算速度较慢。 由于建筑金属结构行业量大面广，随着建筑业的发展，建筑金属 结构行业发展前景广阔， c a d 和c a p m 对建筑金属结构企业解决t q c s 及 提高资源利用率和减少环境污染均至关重要，因而开发c a d 和c a p m 产 品及其集成系统是一个具有重大经济效益和社会效益的课题。 1 . 3本课班的 主要研究工作 计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e d d e s i g n ， 缩写为 c a d ) 和计算机 辅助生产管理( c o m p u t e r a i d e d p r o d u c t i o n m a n a g e m e n t ， 缩写为c a p m ) ， 是设计者通过利用计算机系统的硬件和软件资源，来进行产品交互设 计、计算、判断、绘图、工程管理、预算报价、材料管理等一系列活 动的计算机应用技术及其集成技术。当前，计算机辅助设计和计算机 辅助生产管理技术的应用己逐步覆盖了从经营决策到产品设计、制造、 装配、检验、交付等企业工程技术和生产经营活动的所有领域。企业 的制造环境也因此发生了一系列革命性的变化，正向着信息化、自 动 化和集成化的方向发展。它对于现代企业提高劳动生产率、提高产品 质量、优化利用资源和降低产品成本具有至关重要的作用，是企业赢 得竟争力的重要手段。本课题在客户机/ 服务器技术和网络数据库技术 的原理、结构的基础上，围绕着建筑金属结构产品 ( 包括门窗、幕墙、 采光顶)的计算机辅助设计和计算机辅助生产管理这一中心问题，并 从建筑金属结构企业的产品设计、制造和经营管理的全局出发，建立 了一套基于客户机/ 服务器体系结构的建筑金属结构产品 ( 包括门窗、 幕墙、采光顶)的计算机辅助设计和生产管理集成系统，该系统提供 了如图1 . 1 所示的子系统: 重庆大学硕士学位论文1 绪论 建筑金属结构计算机辅助设计和 生产管理集成系统c a d p m 采光顶cad 幕墙cad 门窗cad 板材优化下料 条材优化下料 工程报价 企业信息 图1 . 1 c a d p m集成系统主要的 研究工作 f i g u r e 1 . 1 m a i n r e s e a r c h o f c a d p m s y s t e m 各子系统的功能如下: 门窗计算机辅助设计子系统 ( 简称门窗c a d ) :进行钢、铝、塑、 彩板门窗和门窗组合产品的辅助设计及其信息管理，能快速、准 确地生成门窗设计图纸和材料清单，对新产品和系列用户可方便 地添加到系统中; 幕墙计算机辅助设计子系统( 简称幕墙c a d ) : 完成普通玻璃幕墙、 全玻幕墙、金属板幕墙和石材幕墙的辅助设计及其信息管理，能 快速准确地生成幕墙设计施工图和方案图纸和材料清单: 采光顶计算机辅助设计子系统 ( 简称采光顶c a d ) :对明框、隐框 铝合金采光顶、全玻采光顶及采光顶网架进行辅助设计及其信息 管理; 条材优化下料子系统:对各种条材进行优化下料，提供多种优化 方案供选择，尽可能提高原材料的利用率，生成下料图纸。 板材优化下料子系统:对各种板材进行优化下料，提供多种优 化方案供选择，尽可能提高原材料的利用率，生成下料图纸。 工程报价子系统: 在工程产品设计和优化设计的基础上， 快速、 科 学合理地做出工程报价单，生成投标书文件。 企业信息子系统: 利用企业信息管理功能， 可以保存与本企业相关 的型材、 玻璃、 附 件和其它生产企业的 产品信息和其它信息， 便于 及时查询。 1 . 4本文作者在本课题中所做的主要研究工作 重庆大学硕士学位论文 i 绪论 本课题是一个大系统，是由多个子系统、多位研究人员分工协作. 我主要承担网络环境下的建筑金属结构幕墙产品的计算机辅助设计工 作，由于幕墙计算机辅助设计部分原有基础较为薄弱，大量工作需要 从头开始，软件实现难度较大， 我们的用户是空军2 1 厂装饰总公司下 的设计中心，用户的需求又主要集中幕墙设计部分，因此，深知此部 分对整个课题的重要性和面临的困难。 总结起来，主要有以下几方面内 容需要解决: 1 .网络环境下幕墙c a d系统总体设计 详细调研企业的具体情况， 提出网络环境下幕墙计算机辅助设计系 统的总体结构方案， 要求达到数据共享和协同设计的目 的， 同时应 具有效率高、智能化、开放性好的特点。 2 .研究幕墙c a d系统中的图形处理和材料的几何建模技术 研究网络环境下单一幕墙、 组合幕墙的各种图形生成方法和材料的 几何建模技术。 重点是建立起图形与材料的关系模型， 实现通过图 形编辑修改材料、 计算材料的功能， 用二维几何模型关联变动态变 化得材料信息是其中关键和难点. 3 研究网络环境下幕墙c a d系统参数化设计 研究网络环境下幕墙c a d系统参数化设计方案。根据幕墙设计的 具体特点，开发一种具有较高实用价值的参数化幕墙设计系统。 4 .研究网络环境下幕墙c a d系统的材料计算技术. 5 研究网络环境下幕墙设计中的数据管理与数据交换技术。 6 .研究网络环境下幕墙设计中的协同设计技术。 7 . 完成网络环境下幕墙c a d系统开发和软件测试工作。 重庆大学硕士学位论文 2总体设计 2网铸环境下瑰筑幕4 c a d 系统总体设计 2 . 1网络环境下幕绪c a d 系统的总体方案设计 在着手进行总体方案设计时， 根据国内外建筑幕墙行业的发展 现状和对未来发展趋势的预测， 结合现有研究成果，在反复多次对 用户需求进行实地调研的基础上，分析系统的数据要求，运用系统 工程的思想和网络数据库技术，提出了幕墙c a d 系统的初步设计方 案。由于幕墙c a d 系统在整个c a d p m 集成系统中是用户需求的核心 系统， 本系统规划质量的好坏直接影响整个大系统的性能和用户的 满意度。 在深入理解了用户对网络环境下建筑金属结构幕墙产品计算 机辅助设计需求的基础上， 按照严格的开发规范， 进行全面、 细致、 正确的系统分析是开发建筑金属结构幕墙产品c a d 系统最关键的一 步。系统分析工作做得好坏，直接影响整个系统的成败。 系统分 析的核心内容是理解和表达使用者需求，明确新系统做什么，即: 在对网络环境下建筑金属结构幕墙产品计算机辅助设计特定目 标 进行全面、细致调研的基础上，分析理解未现行设计系统存在的问 题和不足， 然后将先进的现计算机网络技术和c a d 技术运用到实际 问题中。 a a rit li t 提高受力分析水平 规范设计文档 提高出图质t 提高设计智能化水平 提高设计自动化水平 卜. 图 2 . 1目 标树 f i g u r e 2 . 1 g o a l t r e e 在现有的研究成果中，幕墙强度计算部分比较成熟，己自 成为 6 重庆大学硕士学位论文2总体设计 一个独立的计算模块， 有较大的参考价值。因此，在进行网络环境 下幕墙c a d 总体规划时， 重点考虑幕墙c a d 中的图形和材料的处理 问 题。由于此部分原有基础较薄弱，因此，从总体方案到每个具体 功能的实现都需要从头做起。 专用幕墙软件的开发不同于商业软件， 一开始， 我们就把目 标 定为提高设计质量和经济效率。并以次为基础建立了目 标树( 如图 2 . 1 ) 。使开发的软件切合实际，能解决在设计工作中存在的具体问 题，把软件开发的每一步成果拿到具体的设计工作中去检验，有的 放矢地予以 解决。所以， 我们所开发的软件具有以下显著特点:真 正符合幕墙设计人员的工作习惯，切实提高工作效率，充分发挥计 算机网络和c a d 系统的 优势。到目 前为止， 我们在a u t o c a d r 1 4 的 基础上开发的网 络环境下建筑幕墙计算机辅助设计软件，具有较为 功能完善的建筑幕墙绘图形处理功能:完善的幕墙力学计算和校核 功能:完善的材料计算和统计功能:快速准确的工程报价功能;并 自 动生成格式规范的技术文档。 2 . 1 . 1开发工具和数据库选型 网络环境下的幕墙c a d系统， 将会涉及到数据库环境、图形工作 环境以及操作系统环境等的确定。本系统主要功能是处理网络环境下 幕墙方案设计、施工设计有关的图形及材料问 题。在进行了系统需求 后， 在图形处理方面， 选用了 企业内 部广泛使用的a u t o c a d r 1 4 作为 开发平台， 保持原有的a u t o c a d绘图平台不变， 可以使新开发的系统 更容易被用户接受，在新系统实施时，新旧系统的过渡更为平滑，且 由于a u t o c a d r 1 4 提供了v i s u a l c 什、v i s u a l b a s i c 等流行语言的开发 接口，因此具有较大的灵活性;由于作者有较好的 c 十 十 编程基础，开 发工具 选用了 最新的 面向c + 十 的。 场 e c t a r x作为主 要开发工具， 其与 a u t o c a d的联结紧密，编写的程序代码可与a u t o c a d共享内存地址， 运行速度快， 选用易学易用的v b作为辅助开发工具， 可发挥其在图形 界面设计和数据库访问方面简便等优势。 在数据库方面， 当 今的数据库市场上， 著名的有s y b a s e . o r c l e . i n f o r m i x . d b 2 等分布式数据库。 而微软公司开发的基于wi n d o w s n t 的 数据库管理系统s q l s e r v e r 的 设计 是为了 满足分 布式客户枷服务 器 技术的需要，对于局域网上的数据管理有着良 好的解决方案。同时它 是基于wi n d o w s n t 操作系统的， 使其对系统管理员的操作界面具有统 一的 wi n d o w s风格，显得十分友好，并且它可以通过一个单一的 w i n d o w s n t 登陆到网络的s q l s e r v e : 上，从而简化7 用户帐号的管 重庆大学硕士学位论文2总体设计 理。 从经济上比 较， s q l s e r v e r 相对于其他的大型数据库系统来说价 格低廉，比较适合于门窗幕墙生产企业，同时依靠于实力强大的微软 公司， 使软件产品的升级和维护都具有保障。 另外，由 于a u t o c a d软 件中与数据库的 接口 驱动程序提供了与s q l s e r v e r 的 接口，于是我们 选择了 微软公司的s q l s e r v e : 作为数据库管理系统. 由于在整个设计过程中会产生各种中间数据，设计数据的最终确 定是一个反复的过程，是在频繁地进行参数选择、结果比较、校核后 才确定的，所以在设计部门中对数据库服务器的访问频率很高。如果 将所有设计的中间数据，即临时过渡数据都不停地放到数据库服务器 上是不明智的作法，一来造成网络严重的负担，影响整个网络的运行 效率;二来一些过渡数据在服务器上的存在，造成了其它部门通过网 络访问到这些过渡数据的可能，这样其它部门就可能得到一些并非最 终的设计数据，从而给工作带来损失。因此为了减小网络的负担，提 高网络的传输能力，可以在客户端采用一个前端数据库来存储用户的 一些临时数据，当用户确定了数据的正确性和有效性后再发往后台的 m i c r o s o ft s q l s e r v e : 数据 库管理系统。 也就是说 在设计部门中 每一个 设计人员的客户机上应该采用一些有安全保证的桌面小型数据库来 管理这些设计中的临时数据，由于是与本地的数据库交换数据，因此 不会给网络带来负担，二是一旦当设计定型，形成了正确的设计数据 后，再将最终的设计结果数据迁移到数据库服务器上，从而保证通过 网络协同工作的其它部门得到正确的设计数据.鉴于此，我们在设计 部门的客户端的微机上选择了带有一定安全性操作的 mi c r o s o ft a c c e s s 数据库。 在确定了数据库管理系统后，鉴于成本和性能两方面的原因，以 企业内 现有wi n d o w s n t局域网为基础， 服务器上采用wi n d o w s n t操 作系统， 客户机上采用wi n d o w s 9 5 / 9 8 操作系统， 在这种局域网网络的 配置 下， 从 成本上 考虑， 可以 采用m i c r o s o ft 公司的e x c h a n g e 作为电 子 邮件服务系统。由于它是一个基于客户机/ 服务器体系结构的信息交换 系统，所以通过它可以借助于收发电子邮件的方式来实现在企业内部 物理上处于异地的部门相互之间交流信息，以达到协同工作的目的. 2 . 1 . 2子系统及内部功能模块的确定 根据新系统的需求分析， 确定系统内部信息流动、 数据转换、图形 处理、材料处理的主要功能，并对这些功能进行适当的组合，形成相 互关联的多个子系统，并对于系统的功能进行简要、全面的描述。功 能组合或划分的基本原则是:将联系紧密、处理和分析相对独立的功 能划分为独立的子系统;子系统内部高度内聚，各子系统之间松散祸 8 重庆大学硕士学位论文 2总体设计 合， 使子系统之间便于集成. 我们对网络环境下幕墙c a d系统初步构 建了 工程项目 信息管理、 基础材料信息管理、基础图形信息管理、计 算公式管理等子系统，并通过幕墙设计工作流程将各子系统进行集成。 以 达到用户所需的图形和材料处理等功能。并初步构建了 如图 2 . 2所 示主要功能模块: 材料提交 材料预览 材料统计 图形材料编辑 材杯指定 材料建奥 分格圈生成 系统预设t 幕 墙 c a d系 统 专用工具 纸表看印 图报查打 工程信息管理 设计进度管理 计算公式库维护 基础材料库维护 图形管理 图纸生成 图2 . 2 幕墙c a d 功能棋块图 f i g u r e 2 .2 f i n c t i o n a l m o d u l e o f c u r t a i n w a l l c a d s y s t e m 分格图生成: 主要完成任意外形幕墙的立面分格， 支持直接分格和由平面图 展开分格，同时可生成立面投影图、展开图。 材料建模: 根据分格信息建立材料的点、线、面几何模型，并将此信息存 入本地数据库，为其后的材料具体特性指定和修改作准备。 材料指定: 对幕墙上的 材料 ( 节点、型材、板材等) 赋予具体的材质、 规 格型号、颜色等。 材料统计: 对已 经指定的主要材料进行统计计算， 并根据材料计算公式算 出其它附属材料，并将统计结果存入本地数据库。 重庆大学硕士学位论文z总体设计 . 材料预览: 对本次设计所用的材料在本地进行预览，以检查材料的正确 性。 . 材料提交: 将统计好的材料信息发送到服务器， 以 便能与其它子系统进行 数据交换。 . 图纸生成: 该模块用于完成立面分格图、节点图、立面预埋图和平面预埋 图、纵剖视图等的生成。 . 图形管理: 包括对型材图， 节点图， 剖面图， 加工图， 窗型图和效果图等的 管理， 可对各种图形直观地进行增加， 删除， 修改等的管理， 又 可在绘图时将库内的图形任意向图中插入和拼搭， 可对型材断 面进行惯性矩计算。 . 基础材料库维护: 实现面向用户的多种需求，基础库的开放性尤为重要， 在基础 库的维护中可以方便快捷地实现对型材库、板材库、颜色库、 系列库、表面涂层库、幕墙类型库等的维护，用户可以任意增 加、修改、 删除等。 . 计算公式库维护: 主要对各种计算公式进行维护， 包括型材计算公式、 板材计算 公式、结构胶、耐候胶计算公式以及各种附属材料的计算公式 等， 对于附属材料的计算采用了 跟随标志的方法， 可灵活地满 足材料使用各种需求变化，用户可以将分格尺寸作为变量，进 行公式定义和编辑。 . 图形及材料编辑: 可以对立面图行进板材图案填充、材料位置移动、墙面中间挖 洞、添加窗户、添加预埋件和添加其它特殊符号等;可以对任 意一节点、 任意一根横料和立挺、 任意一块板的材料进行单独 指定或区域性指定材料，并可反复指定更新。 系统还具有添加 或删除图中节点、预埋件、 横立料等的功能。 对于特殊的不便 统计的材料， 可以由 用户自 定义添加。 在设计过程中可以 通过 查看命令随时查看己 经指定过的节点、 型材、 板材的材料特性。 . 图纸、报表查看和打印: 用于查看和打印输出各种图纸和材料报表。 . 工程信息管理: 用于新建、注册、修改、删除工程及工程分项等信息。 1 0 重庆大学硕士学位论文2 总体设计 设计进度管理: 用于保存及载入设计进度， 可将当 前的设计进度保存起来， 在 需要继续设计时可在局域网中的任意一台计算机调出继续进 行设计。 系统预设置: 该部分主要用于自 动创建服务器信息、配置数据源等。 专用工具: 提供一些实用的辅助工具， 对图形和材料进行编辑处理，以增 加图形绘制和修改的方便性和灵活性。 2 . 1 . 3确定幕绪c a d 系统设计流程 软件系统的设计流程主要是根据幕墙生产企业现行的设计流程， 再结合计算机辅助处理信息的特点以及设计过程中信息的交换和共享 等，企业现行的方案设计流程如图2 . 3所示。 土建图纸 尺寸、文字标注 不合格 ( 5 )方案图 重庆大学硕士学位论文2总体设计 节点圈库 一 分格圈 ( 1 1 )各 种 文 档 抽出 图 2 . 3 f i g u r e 2 . 3 现行设计流程 a c t u a l d e s i g n fl o w 从企业现行的设计流程可以看出， 现行的设计多数是手工设计， 特 别是在图形处理和材料计算方面，效率不高，存在大量重复劳动，且 材料用量计算难以精确、极易出错，这将直接影响工程投标的反应速 度和投标的成功率。 现行幕墙设计流程将图形处理和材料用量的计算是分头处理的， 对 计算机而言，这两类数据之间没有任何关联，这样的设计流程显然不 适合于幕墙 c a d系统，因此必须寻求一种新的设计流程，可以 将图形 处理与材料计算并行进行，充分发挥计算机的计算能力和易于处理重 复工作的特点。 幕墙设计是一种设计思路较为随意的设计， 其形状与结构在很大程 度上是以美学为基础的，几乎步可能有两个相同的工程出现，这就较 难发挥迹算机处理的优点，比如分格这一项工作，由于分格的大小是 要考虑很多具体因素，有些因素与土建具体结构有关， 很难作到完全 的计算机自 动分格， 这也正是幕墙 c a d实现的难点 所在; 在作方案设 计时，方案的经常修改是在所难免的，如果不能将设计的图形与材料 用量的统计计算有机结合起来，在材料用量上的计算工作量将是巨大 的，正因为如此，现行的工程报价采用的是一种经验数据报价，快速 准确报价是本系统要达到的目标之一。 重庆大学硕士学位论文2总体设计 按照能合能分的要求， 我们开发的建筑幕墙计算机辅助设计系统既 是整个大系统 “ 建筑金属结构计算机辅助设计和生产管理集成系统” 的重要组成部份，又可自 成体系，独立运行。该系统包括幕墙结构计 算、参数化设计、材料统计、图纸管理等多种功能。适合于现有的普 通玻璃幕墙、全玻幕墙、金属板幕墙、石材幕墙等单一幕墙和组合幕 墙以及今后有可能出现的新型幕墙，具有极好的开放性。 幕墙产品c a d 系统 其它幕墙产品 组合幕墙产品 石材幕墙产品 皿属板幕墙产口 全玻幕墙产品 普通玻璃幕墙 单一幕墙产品 图2 . 4 适用于本系统的幕瑙严品 f i g u r e 2 . 4 c u rt a i n w a l l s s u i t a b l e t h i s s y s t e m 在规划设计流程时， 基本维持了现有工作流程， 主要不同之处在与 在设计过程中将图形的处理与材料用量的计算并行，由此可以达到， 修改图形的时候自动修改相应的材料信息，当然，也因此给图形处理 带来了很大的困难，在一定程度上制约了本系统的图形处理功能。 数据库的设计对软件的工作流程有较大的影响。在作数据库设计 时，主要考虑了两个方面，一是公用数据接口;二是服务器端和客户 端的数据配置。尽可能在数据的共享与数据安全两方面的问题，并能 较好的实现协同设计。在与厂方的管理人员和设计人员商议之后确定。 作出了如图2 . 5 所示的主要设计流程图。 按照能合能分的要求，我们开发的建筑幕墙计算机辅助设计系统 既是整个大系统 “ 建筑金属结构计算机辅助设计和生产管理集成系统” 的重要组成部份，又可自 成体系，独立运行.该系统包括幕墙结构计 算、参数化设计、材料统计、图纸管理等多种功能。适合于现有的普 重庆大学硕士学位论文2总体设计 通玻璃幕墙、全玻幕墙、金属板幕墙、石材幕墙等单一幕墙和组合幕 墙以及今后有可能出现的新型幕墙，具有极好的开放性。 各种图形生 图2 . 5幕墙设计流程图 f i g u r e 2 . 5 fl o wc h a r t o f c u r t a i n d e s i g n 2 . 2网 络环境下建筑幕幼c a d 系统的体系结构 为了实现幕墙产品的计算机辅助设计的信息集成，需要采用新一 代的分布式数据库管理系统，所谓的分布式数据库是指企业中不同部 重庆大学硕士学位论文 z 总体设计 门间进行数据交换和数据共享时， 可以 让任意一个部门能访问 其他各 个部门内 部的数据库服务器， 也就是说一个应用能在同一个事物中访 问多个数据库服务器上的数据.从定义中可以看出，分布式数据库中 的数据是分布的，并且需要包含多个数据库。由于随着企业的发展， 会在企业内部出现更多的数据库服务器，为了保证各个部门的服务器 的独立性和减少数据库中的数据冗余， 就可能形成用户执行一次数据 库操作会涉及到企业内 部的所有数据库上的数据，这就必须采用分布 式数据库管理系统，因为在分布式数据库管理系统中的各个服务器上 都包含了本地的数据库和一个全局目 录，当用户对本地的数据库进行 操作时涉及到其他部门的数据时，服务器会根据全局目 录去连接相应 部门的服务器一起完成用户的需求。尽管国内外大量的技术人员做了 许多的努力，但是目 前全球范围内还没有一种这样的已经商品化的应 用效果较好的数据库管理系统。因此本着 “ 分步实施”的原则，企业 不必一步到位的采用分布式数据库管理， 可以先采用分布式存取的方 式来构建企业的幕墙 c a d系统，这里所谓的分布式存取其实就是指 一个中央的数据库服务器支持运行在不同机器上的应用，也就是对应 于通过网络连接的物理上的客户机/ 服务器进程结构。然后根据企业 的发展需要再考虑是否升级，这可以为企业节约投资。当然，由数据 库的分布式存取方式提升为分布式数据库管理方式十分方便，企业不 必为此付出更多的投资.而目 前在实现分布式存取方式时都倾向于采 用客户机/ 服务器 ( c l i e n t / s e r v e r ) 体系结构。 2 . 2 . 1 荃于客户/ 服务器的 两层结构概述 所谓客户机/ 服务器 ( c l i e n t / s e r v e r ， 简称c / s ) 模式是指两个逻 辑系统及应用逻辑组件之间复杂关系的协同。它是将一个计算机应用 的大任务适当分解为多个子任务，利用计算机网络把这些子任务有机 地分配到组成网络的各类计算机资源上去完成，从而实现最佳的计算 机资源的分配和利用。在客户机/ 服务器的体系结构中，一般把整个系 统中的计算机设备分为两大部分，即服务器和客户机，服务器主要用 来承担数据库系统的共享管理、通信管理、文件管理以 及向客户机提 供服务;客户机主要用来管理用户接口，执行客户机应用程序，采集 数据以及向服务器发出应用请求。在这种体系结构中，一个数据库管 理应用系统被分解为前台客户端的应用程序和后台的服务器部分，通 过网络连接客户端的应用程序和服务器端的管理程序，通过将数据库 的实际的存取操作与客户端的对数据库的数据需求分离开来，分别由 数据库服务器和工作站的客户应用程序执行，这样就可以提高整个系 重庆大学硕士学位论文2总体设计 统的运行性能， 增强系统的可扩充性和可维护性. 客户机/ 服务器计算 环境至少需要一台 服务器和一台客户机。 服务器通常采用高档微机、 工作站或小型机，它执行后台任务:客户机通常采用微机，它执行前 台任务。客户机和服务器相互配合，各施其责，各取所长，构成最佳 合作应用系统平台。 客户机/ 服务器模式是计算机体系结构从结构化层次系统向自由 风格的面向对象系统环境自 然演进的产物。客户机/ 服务器技术的流行 不是偶然的，而是由信息业界的诸如硬件、软件、标准、分布通信及 用户界面等技术的进步而推动成长的。在各种因素的推动作用下，客 户机/ 服务器技术己 逐步走向成熟， 它日 益体现出不同于传统数据处理 的优点: . 分布式处理:数据分布和处理分布，充分利用软硬件的资源，网 络利用率高，集中式数据监控管理。 . 人机交互的效率大大提高: 客户机只需将对数据处理的请求发送给 服务器，服务器在处理完客户机的请求后只将结果发送回客户机， 这样客户机只在必要的时候才和服务器进行网络通信， 网络数据量 的传输更是大大减少。同时一个服务器可以为多个客户机进程服 务， 从而实现了并行处理， 并且一个服务器可以为多个客户机进程 申请服务，这样也大大提高了工作效率。 . 服务器端的应用减少: 某些和具体应用程序相关的部分被分散到客 户机端处理， 从而使服务器的人机性能提高， 可以同时处理更多客 户机的请求。 . 便于应用程序的各个部分独立开发: 应用程序的每一部分可以修改 或替换，却不影响其他部分的运行。 . 便于不同应用程序之间的通讯:使用不同通讯协议的两个客户机 应用程序不能直接通讯，但是他们可以和同时支持这两种协议的 服务器通讯。 由以上可以比较清楚地认识到:客户机/ 服务器体系结构作为一种 全新的体系结构，在当今的信息领域中起着非常重要的作用。 2 . 2 . 2 基于11o 的 多 层结构概述 多层应用软件体系结构， 是将各种应用作为被共享的服务的集合 它是一种跨应用、可重用的服务平台。在这个平台上，各种应用作为 组件可集成或重组生成新的应用。由于其灵活的伸缩性，非常适合 i n t e r n e t / 工 n t a r n e t 应 用， 将 成为 应 用 系 统 开 发的 主 流 基 础 平台。 重庆大学硕士学位论文 2总体设计 多层结构也是一种将b / s 结构与us 结构无缝结合的新型结构， 以b / s 结构满足地理位置分散、通讯介质各异的应用;以us 的结构 样式解决b / s 不能解决的复杂的事务处理. 系统支持地理位置分散的 业务模式，它适合我校多校区、地域分散的现状，最大程度地减少客 户端的维护量，因此我们在校园网i n t r a n e t 结构的基础上，软件开发 采取多层应用软件体系结构。 多层结构的应用程序把业务逻辑独立出来，组成一层或多层。形 成:客户端客户层界面、中间业务处理层 ( 可由多层组成) 和后端数 据服务层，应用系统开发模式变为: ( 1 ) 、客户端人机界面的开发。开发大大简化，只注重人机界面 的设计，不必关心业务逻辑和数据库的访问，可以是瘦客户机。 ( 2 ) 、中间业务逻辑层。提供客户端程序调用的业务逻辑规则， 以完成其业务操作。业务逻辑改变时客户端界面可不改变。 ( 3 ) 、数据库服务层。提供对数据库进行各种操作的方法，被中 间业务逻辑层调用完成业务逻辑。 多层结构具有可伸缩性好、网络效率高、可管理性强、可重用性 好等优点， 但初始开发周期延长、开发的复杂性增加、对系统的设计、 规划要求更高。 2 . 2 . 3基于c / s 模式的建筑幕绮c a d 系统的体系结构 根据对用户需求的详细调研，考虑到当前企业幕墙设计工作的具 体情况， 客户机一般较少， 且都在同一个局域网( l a n ) 中， 在这种情况 下，采用多层系统并不能发挥其优势.因此，仍然采用了 基于 c / s的 两层系统。 随着网络数据库技术的发展，在企业内部的设计部门的设计方式 不能再以独立工作为主，不能使设计技术成为孤立的单元，而是应该 处于一个集成化的环境中，因为企业是一个有机的整体，单元技术的 应用只能有限地解决某一环节的具体问 题，不能实现各单元系统的集 成和数据共享及并行处理等，并且不能将企业各生产经营环节有机地 联系起来，协调各环节的运行。因此，在开发和研制网络环境下的设 计软件时就必须考虑设计部门和其他部门的信息交流，这就需要完成 各个部门之间的信息传递和信息共享，从而达到各个部门之间的协同 工作，实现企业对生产力合理配置和企业资源的优化利用，提高企业 的综合整体效益。而要实现这样的目的，就必须以网络数据库技术为 基础， 将企业的技术系统连为一个整体， 通过采用客户机/ 服务器技术， 将整个企业形成一个内部网络，各个部门都纳入