异构CAD 平台机械设备通用件库的研究

车 璐，许 昕

（山西科技学院，山西 晋城 048000）

0 引言

信息化技术的快速发展带动了机械制造行业的巨大改变，对现代制造企业提出了更高的要求。提高产品在市场中竞争力的关键是如何加快产品的设计周期[1]。机械产品的结构比较稳定，通用件、系列件和相似件占相当比例。不同用途和生产工艺的各种型号机械设备，其结构不完全相同，但是其结构形式和外形尺寸基本一致[2]。在机械制造行业中，存在着大量的系列化通用件。一款成熟产品可能除关键零部件外，大部分是由其他企业所生产，其设计过程中，存在着大量重复利用已有通用件的情况。因此，产品设计的重复率相当高。如果在产品的设计过程中，利用工具快速获取已有零部件的设计模型及技术参数，就可以大幅缩短产品的设计周期，产品设计工程师们便可以将更多宝贵的时间投入到自主的、关键零部件的设计中，进一步提升产品的性能与质量[3]。

为了最大限度地共享企业内部和外部的零部件资源，构建网络化通用件库成为通用件库发展的必然趋势。本文研究的机械设备通用件库系统可最大限度地利用各企业、供应商及个人的通用件设计资源及成果，并综合目前主流的三维CAD 软件（如SolidWorks、UG NX、SolidEdge、Pro/E 等）的二次开发接口技术，开发出基于异构CAD 平台的通用件库系统，为不同CAD 用户提供一个通用件资源共享平台，使机械设备设计具有足够的敏捷性和柔性，能极大地提升通用件资源应用的综合效能，有效地缩短机械产品开发周期、提高产品研发质量，进而满足客户个性、多变的需求，这对提升企业竞争力具有十分重要的意义。

1 系统需求分析

系统需求分析就是调查系统的使用用户对软件系统功能的要求，并对其可行性进行分析，简而言之就是分析用户的意愿和需求。系统需求调查分析的目的是确定系统应该具备哪些功能，需要完成哪些任务，最后通过系统设计人员和用户共同讨论，达成一致意见，确定最终的实施方案。最终开发出满足用户需求的软件系统。对于本文中的通用件资源库系统的需求关系如图1 所示。

图1 系统需求关系图

通过对企业调研，了解到企业用户对通用件库系统的具体需求，从用户需求的角度来考虑通用件库的功能需求。满足用户使用的最基本的需求，是一个完备的机械设备通用件库系统的基础。其基本需求包括：获取通用件的基本信息，根据选定的通用件的基本参数，驱动CAD 系统生成通用件库的3D 实体模型。此外，该系统还应具备以下功能：

（1）网络共享。允许多个用户同时借助该通用件库系统设计或查询相关资料；

（2）三维模型资源在线浏览。用户通过该系统能在线浏览通用件的三维实体模型图及二维尺寸示意图，并可以查看通用件的几何信息、属性信息及参数信息等相关信息；

（3）跨平台性。用户即使在不安装CAD 软件的情况下，依然可以完成模型的在线参数化驱动，从而得到符合自己需求的三维CAD 模型，且能下载和应用该三维CAD 模型；

（4）资源检索。用户能通过本系统提供的模型资源搜索功能，实现在系统的海量资源库中高效、准确地找到需要的三维CAD 模型及相关设计资料；

（5）内部通用件资源的管理。管理员可通过该系统内的管理工具对大量的通用件库资源进行管理和分类，包括通用件及其相关数据的添加、修改和删除等；

（6）通用件资源库的动态扩充功能。管理员和供应商能够利用系统提供的建库功能动态的扩充、更新和修改资源库中的三维模型资源。用户也可上传模型资源，但需要通过管理员审核，审核通过后可供所有用户浏览和下载；

（7）良好的安全性。通用件资源库具有完备的安全性能和健全的用户权限管理系统。

2 系统功能设计

2.1 系统功能的UML建模

UML（Unified Modeling Language）统一建模语言，又称为标准建模语言。是描述、构建和书写一个面向对象软件密集系统制品的可视化语言，在系统的开发阶段为系统提供可视化和模型化支持，UML具有易于表达、容易掌握、定义良好和图形结构清晰等优点[4]。在系统建模和软件架构层次方面的应用效果很好。系统UML 用例图由多个模型元素构成，包含系统、用例和参与者。是用于说明系统使用者、用例及系统使用者和系统中所提供功能的关系的一种示意图[5，6]。

为保证通用件库系统内部重要资源的安全可靠，系统各类用户分为四个权限等级：普通用户、高级用户、供应商用户和管理员用户。不同权限等级用户在系统中拥有不同的功能模块使用权限，用户可根据需要申请权限升级[7]。如图2 所示为机械设备通用件库系统UML 用例图。

图2 系统功能UML 用例图

2.2 系统的功能模块

异构CAD 平台机械设备通用件库系统不仅要为用户提供一个通用件资源和软硬件资源共享平台[8]，还要为系统管理员提供一个智能、快捷的数据资源管理工具，实现对系统中所有资源的有效管理与维护。系统功能可大体分为两部分：一部分是针对用户提供的为方便其使用系统中模型资源的功能集合，包含通用件资源查询、模型在线参数化驱动、模型在线浏览、模型资源下载等；另一部分是针对系统后台管理人员提供的处理系统数据信息的功能集合，包含用户信息及权限管理、数据库管理和通用件模型扩充等。系统功能划分结果如图3 所示。

图3 系统功能模块划分

3 系统体系结构

在整个通用件库系统的研究与开发过程中，系统总体体系结构的设计十分重要。系统的功能、系统的开发及系统的服务升级等过程都与系统的体系结构息息相关。现在最为常见的系统体系结构主要有：浏览器/服务器模式（Browser/Server，B/S）和客户机/服务器模式（Client/Server，C/S）。

C/S 结构的应用程序，具有较强的数据处理和事务处理能力，数据的完整性、协调性和保密性较高，但是C/S 网络架构不能适应不同的硬件设备和项目组成员的不断变化要求；B/S 网络架构采用Web 浏览器来充当客户端的角色，在一定程度上大大简化了客户端，但它在完成角色制定、权限分配、任务分工、项目管理等复杂工作时又非常困难[9]。因此，本文结合B/S 模式和C/S 模式各自优势，在该系统采用了基于混合网络模式（C/S/W）的系统架构。通用件库系统的体系结构如图4 所示。

图4 通用件库系统体系结构设计

由图可知，面向网络的通用件库系统共分为4层，包括用户服务层、功能层、接口层和底层数据/资源层。

4 系统实现

本文是在对机械设备的快速集成设计系统研究的基础上，结合当前通用件库的研究现状，以Visual Basic 6.0 为开发工具，三维CAD 软件为开发平台，以 SQL Server 2008 为数据库管理软件，依托C/S/W 混合网络结构，开发了异构CAD 平台机械设备通用件库系统，以某产品为例，参数设置界面如图5 所示。

图5 参数设置界面

管理员或供应商上传三维模型模板文件、产品实物图等文件存入到临时文件夹，并填写模型属性、绘图软件、供应商等。用户也可将自己拥有的通用件资源上传到系统中，但需要经过管理员的审核。该系统的扩充界面如图6 所示。

图6 通用件资源扩充界面

为了确保通用件库系统正常、高效的使用，必须有一个完善的后台管理机制。本系统提供的后台管理模块主要包括了通用件资源管理、通用件扩充、用户管理、数据库管理、上传资料管理。系统管理界面如图7 所示。

图7 系统后台管理界面

5 结论

为了满足各企业的多样化需求，本系统提出了异构CAD 平台能够满足多种CAD 使用者的需求，实现了通用件库系统的跨平台性。通过对系统的需求分析，细化了系统的主要功能模块。基于具有混合网络模式的C/S/W 体系结构，设计了异构CAD 平台机械设备通用件库的总体框架模型。最终以实例验证了该系统的可行性。实现了通用件模型的在线浏览、模型搜索、参数化配置、在线参数化驱动、资源上传、模型及参数报告的下载等功能。用户通过该系统获得了一条便捷通道，实现了不同CAD 用户的零件资源最大限度共享。加快机械产品的设计、提高了产品研发质量，满足了企业快速响应市场的需求。