开放式Web三维零件资源集成库系统开发

何 丽，孙文磊，王宏伟

（1.新疆大学 机械工程学院&机械工程博士后流动站，新疆 乌鲁木齐 830047；2.新疆机械研究院股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830054）

1 引言

为快速响应市场需求，保证企业核心竞争力，复杂产品制造企业一般会选择将大部分精力投入到核心关键零部件的设计与制造过程中。而对于那些在产品中占据70%左右[1]，且对于其他企业来说已属非常成熟且标准化、系列化程度较高的机电产品则以外购件的形式由供应商企业来提供。这样就构成了一个复杂产品协同设计与制造产业链。而实现协同设计链中零部件资源设计信息（如零件三维CAD模型及主要技术参数等）的高度聚集及信息共享成为缩短产品研发周期，提升整体市场竞争力的关键。构建零件资源库是实现零部件资源信息组织、管理和重用的重要手段之一。然而，处于复杂产品协同设计与制造产业链中的各企业信息化水平参差不齐，特别是大部分中小型企业（主要指零部件供应商企业）信息化程度不高，即使有企业建立了零件库以实现零部件数据的管理和重用，但仍局限于企业内部环境，缺乏面向企业外部的工程数据交换与共享[2]，开放程度低，这也就严重阻碍了各企业间的协同设计与制造能力的提升。基于此，为实现机电典型行业中大量标准化、系列化零件资源信息高度聚集及共享，开发了面向机电行业的开放式Web三维零件资源集成库系统。下面对系统架构、主要功能模块实现、系统开发实例及其在复杂产品协同设计链中的应用模式进行讨论。

2 系统架构设计

基于B/S（浏览器/服务器）网络结构模式，首先设计了Web三维零件资源集成库系统架构，如图1所示。（1）用户层：主要分为两大类用户，分别为普通用户（又分为游客、企业级用户和个人注册用户等）和系统管理用户（又分为系统运营商和系统管理员等）。通过Web浏览器、三维可视化插件（如BS Contact）等实现对系统各功能模块的应用。（2）功能层：系统主要功能模块包括零件在线参数化驱动设计、零件资源库动态扩展、零件资源库Web服务集成、零件三维CAD模型浏览、零件分类与编码、零件资源搜索等，下文将对前三个主要功能模块实现进行详细描述。（3）接口层：该层包括多种三维CAD系统二次开发接口、数据访问接口（ADO.NET）、OWL本体解析API等，是实现系统各功能模块的关键使能技术，也是连接数据层和CAD应用程序服务层的中间桥梁。（4）数据层：以数据表的形式存储着用户、供应商信息及零件资源信息表等，并以物理文件的形式存储着参数化模板、三维浏览模型、零件资源OWL本体等文件，是系统运行的数据支撑。（5）CAD应用程序服务层：是实现参数化驱动设计、零件模型数据格式转换等功能的主体，通过二次开发接口为系统提供外部服务。

图1 系统架构Fig.1 System Architecture

3 系统主要功能模块实现

3.1 零部件三维模型在线浏览与参数化驱动设计

图2 “零件资源在线应用”的UML活动图Fig.2 UML Activity Diagram of the“Parts Resource Online Application”

在系统中，零部件信息以“模板+参数化列表”的形式存储在数据库中的，通过ADO.NET技术实现对零件资源数据的存取。在研究文献[3-4]及.NET框架下的三维CAD系统二次开发[5]等技术的基础上，实现了三维模型无刷新浏览、参数化驱动设计、下载等零件资源在线应用功能，其实现过程用UML活动图表示，如图2所示。

3.2 零件资源库快速构建与动态扩展

实现零件资源库的快速构建与动态扩充是衡量一个优良零件资源库管理系统的重要指标。在综合应用ASP.NET，ADO.NET及三维CAD系统二次开发等技术的基础上，实现了零件资源库快速构建与动态扩展功能，其实现过程用UML活动图表示，如图3所示。其中：系统运营商/管理员、零件资源建库管理页、业务逻辑页、数据访问接口和三维CAD系统应用程序接口是实现该功能的五个主要系统元素。系统管理员或运营商通过“单一/批量零件资源入库”的形式实现零件资源库的快速构建及动态扩展，即将创建好的零部件资源三维CAD模板及参数化列表上传至服务器进行统一分类编码与管理，同时生成零件的VRML模型（*wrl）文件供在线浏览。并通过修改/批量删除等操作实现零件资源信息的动态更新与维护。

图3 “零件资源库快速构建”的UML活动图Fig.3 UML Activity Diagram of the“Parts Resource Library Rapid Construction”

3.3 基于Web Service的分布异构零件库资源集成

构建零件资源快速建库工具实现零件资源库动态扩展的主要方式之一[6]。但对于那些已构建自身独立零件库的企业，重新建库无形中增加了工作量。而为实现这部分分布、异构且自治零件库资源的聚集，利用Web Service技术[7-8]实现与集成库的松散耦合集成成为最方便快捷的解决方式之一，集成框架，如图4所示。

图4 基于Web Service的分布异构零件库资源集成框架Fig.4 Web Service-Based Integration Framework for Distributed and Heterogeneous Parts Library Resource

集成过程概括为：（1）封装：利用Web服务封装器实现对分布异构零件库资源的Web服务封装，其关键是对服务操作接口定义，如获取零件资源目录等；（2）发布：将封装好的零件库Web服务WSDL描述文档注册到UDDI服务注册中心；（3）查询与调用：通过查询UDDI中心服务目录，发现零件库相关服务，对其服务接口地址进行连接和调用，并形成一个完整的零件库资源服务目录；（4）绑定：查找到服务后，通过发送SOAP消息来绑定零件库Web服务。

4 系统开发及应用

基于.NET框架，利用Visual Studio及SQL Server等工具开发了基于Web且开放式的面向机电行业三维零件资源库原型系统，运行界面，如图5所示。通过零件资源快速建库与零件库Web服务集成工具构建面向机电行业的三维零件资源池，如电气元件资源库、机械标准件资源库等，能够实现零件三维模型在线浏览、参数化驱动设计及CAD模型下载等功能。并可将其直接部署到Windows Azure公有云平台，使其成为云程序进行应用[9-10]。在复杂产品协同设计链中的应用模式，如图6所示。

图5 系统运行界面Fig.5 System Operation Interface

图6 在复杂产品协同设计链中的应用模式Fig.6 Application Mode in Complex Product Collaborative Design Chain

5 结语

为最大限度重用和共享产品设计与制造产业链中各企业的零部件三维CAD模型及设计参数信息，开发了面向机电行业的开放式Web三维零件资源库系统。系统通过快速建库与动态扩展工具实现对大量零部件资源的聚集和集成管理，并通过Web Service技术实现对已有的分布异构且独立的零件库资源实现松散耦合集成，进而构建了面向机电行业的三维零部件资源池。而系统用户通过安装VRML可视化插件即可在线浏览零部件三维CAD模型，通过参数化驱动设计完成同类产品选型，下载的CAD模型可直接重用于新产品设计中，有效地减少重复建模工作。同时，网络化的三维零件资源库系统构建和应用，对构建复杂产品协同设计与制造产业链，加强整机企业与零部件供应商企业间合作，提升整体竞争实力等有着重要的意义。

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