基于Web的可參數(shù)化開放式零件庫系統(tǒng)開發(fā)

韓青金，孫文磊，袁逸萍，何 麗

HAN Qing-jin,SUN Wen-lei,YUAN Yi-ping,HE Li

（新疆大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，烏魯木齊 830047）

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和企業(yè)制造業(yè)信息化建設(shè)的不斷完善，網(wǎng)絡(luò)零件庫系統(tǒng)發(fā)展迅速，但是在應(yīng)用過程中存在擴(kuò)展方面的不足，用戶只能使用已經(jīng)預(yù)先建立好的零件庫，無法調(diào)用常用但零件庫不存在的零件，并且面對(duì)常用設(shè)計(jì)資源，用戶無法自主向零件庫添加資源并建立自己的零件庫。如何在系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)開放性，在不更改系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和源程序的情況下使零件庫實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)充，建立可參數(shù)化的開放式零件庫是本文研究重點(diǎn)。

本文即以CATIA V5 R20為平臺(tái)，以可參數(shù)化開放式零件庫系統(tǒng)構(gòu)建為研究對(duì)象，闡述了CATIA二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)過程，設(shè)計(jì)了新的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，通過研究參數(shù)化技術(shù)、ADO.NET技術(shù)、數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制技術(shù)，并以Microsoft Visual Studio（C#）為開發(fā)環(huán)境，以SQL Server2005構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建了一個(gè)任何設(shè)計(jì)人員都可擁有并且有自主管理權(quán)限的開放式零件庫系統(tǒng)，很好地實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)功能。

1 系統(tǒng)總體構(gòu)架

Web零件庫體系結(jié)構(gòu)基于B/S模式，包括用戶層、邏輯層和數(shù)據(jù)層。所有的系統(tǒng)開發(fā)，維護(hù)在服務(wù)端就可以完成，用戶只需安裝VRML插件后通過網(wǎng)頁瀏覽器登錄系統(tǒng)就可以經(jīng)由頁面的導(dǎo)航鏈接訪問各功能頁，享受服務(wù)端提供的服務(wù)。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2 可參數(shù)化零件庫設(shè)計(jì)

2.1 基于CATIA V5 模型參數(shù)化

參數(shù)化設(shè)計(jì)是由參數(shù)和約束驅(qū)動(dòng)模型，通過修改參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)模型修改和聯(lián)動(dòng)的一種先進(jìn)設(shè)計(jì)理念[1]。在參數(shù)化建模過程中引入知識(shí)工程，把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)知識(shí)用知識(shí)工程原理表達(dá)出來，提高設(shè)計(jì)效率[2]。此外，我們采用CATIA Automation API技術(shù)對(duì)CATIA進(jìn)行二次開發(fā)，其實(shí)質(zhì)是調(diào)用外部應(yīng)用程序與CATIA之間的接口CATIA API，通過根對(duì)象APPLICATION訪問CATIA中的所有對(duì)象[3]。在.NET平臺(tái)下引用由CATIA API提供的MECMOD.dll、INFITF.dll、PARTITF.dll、KnowledgewareTypeLib.dll 這4 個(gè)DLL 文件，利用C#語言程序調(diào)用各功能函數(shù)，實(shí)現(xiàn)CATIA操作，如參數(shù)化驅(qū)動(dòng)、導(dǎo)出 WRL 文件等。

2.2 零件庫的組織結(jié)構(gòu)

在零件庫系統(tǒng)中為了方便數(shù)據(jù)的處理及顯示，我們采用了統(tǒng)一的三維模型文件格式—WRL格式，利用VRML瀏覽器（文件格式為wrl）插件結(jié)合HTML語言中的OBJECT標(biāo)簽嵌入到網(wǎng)頁中進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示瀏覽三維模型文件[4]。對(duì)于系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)象采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的格式對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行存儲(chǔ)。并以“零件模板+參數(shù)信息表”為模式構(gòu)建數(shù)據(jù)，并結(jié)合事物特性表，完整描述零件資源信息。

為了對(duì)零件庫海量資源能夠進(jìn)行快速而準(zhǔn)確地檢索和重用，我們需要制定一套能夠方便存儲(chǔ)、快捷提取數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)管理效率的編碼方案。根據(jù)系統(tǒng)自身特點(diǎn)我們選取當(dāng)今比較流行的平行編碼方案。從編碼中我們可以了解資源的分類、零件供應(yīng)商等基本信息，增加零件的可重用性，提高計(jì)算機(jī)的處理速度[5]。如圖2所示。

圖2 編碼方案

分類碼包含四個(gè)層次：依次為零件資源所屬庫別代碼、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)分類碼，也就是說每個(gè)大的零件分類下設(shè)置四個(gè)子節(jié)點(diǎn)，每個(gè)級(jí)別碼位都是可變長(zhǎng)。

另外我們?yōu)槊恳粋€(gè)供應(yīng)商提供一個(gè)編號(hào)，即供應(yīng)商代碼，便于資源的提取。通過編碼，我們?yōu)槊恳粋€(gè)零件分配了一個(gè)唯一的零件編號(hào)。

2.3 零件庫數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建立與控制

系統(tǒng)采用SQL server 2005數(shù)據(jù)庫管理器管理零件庫資源信息。包括：1）建立系統(tǒng)用戶表，管理系統(tǒng)用戶信息。2）建立已建自定義庫用戶表，可以方便快捷的了解自建庫情況。3）為每個(gè)用戶建立訪問控制表，此表規(guī)定其他用戶對(duì)自己自定義庫能否訪問和數(shù)據(jù)對(duì)象能夠進(jìn)行或不能進(jìn)行的操作。4）建立零件資源分類目錄表，儲(chǔ)存零件的零件目錄編號(hào)、名稱以及下屬分類信息，以方便系統(tǒng)快捷讀取信息，為用戶呈現(xiàn)一目了然的資源結(jié)構(gòu)信息；5）為了保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，還需建立供應(yīng)商列表，以方便用戶了解資源的來源。6）建立零件信息表，儲(chǔ)存三維零件編號(hào)、三維模型文件及瀏覽文件存儲(chǔ)地址，驅(qū)動(dòng)參數(shù)信息，零件描述信息。7）建立系統(tǒng)庫及用戶自建零件分類庫代碼，管理系統(tǒng)的零件庫。8）建立零件參數(shù)表，儲(chǔ)存零件參數(shù)信息。9）建立軟件版本代碼表，儲(chǔ)存不同三維CAD模型建立時(shí)所用的軟件版本。

圖3 數(shù)據(jù)庫關(guān)系表

另外本系統(tǒng)利用ADO.NET技術(shù)將具體的數(shù)據(jù)訪問實(shí)現(xiàn)部分予以屏蔽，并通過其提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口[6]，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)庫的動(dòng)態(tài)顯示、添加、修改和動(dòng)態(tài)刪除等功能，構(gòu)建了相應(yīng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫。另外為了保證數(shù)據(jù)庫能同時(shí)為多個(gè)用戶提供數(shù)據(jù)共享，保證全局?jǐn)?shù)據(jù)庫和局部數(shù)據(jù)的一致性，我們采用并發(fā)控制技術(shù)保證多個(gè)事務(wù)執(zhí)行的可串行性和良好的并發(fā)度[7]，以提升數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的性能。

3 自定義庫的建立

現(xiàn)代制造業(yè)分工越來越細(xì)，每一個(gè)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)資源、設(shè)計(jì)風(fēng)格都不相同，面對(duì)海量資源如何利用，并能使用本系統(tǒng)提供的在線參數(shù)化服務(wù)，為自己的資源進(jìn)行優(yōu)化存儲(chǔ)。這就是為用戶建立一個(gè)擁有自主管理權(quán)限的自定義零件庫，用戶可以進(jìn)行資源的上傳、下載刪除等管理操作，只要登錄系統(tǒng)就可隨時(shí)隨地調(diào)用自己的資源。

3.1 建庫思想

首先，建立自定義庫時(shí)為了保證數(shù)據(jù)能夠統(tǒng)一調(diào)用，自定義庫所有數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)和集成庫擁有統(tǒng)一的字段。其次三維CAD模型、三維模型文件等物理文件和集成庫資源相同類型文件存儲(chǔ)在相應(yīng)的統(tǒng)一名稱的文件夾內(nèi)，在二級(jí)文件夾內(nèi)分別以庫名或用戶名字來命名文件夾，以便系統(tǒng)的快速識(shí)別。同時(shí)為了保證用戶對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作時(shí)保證系統(tǒng)文件和模板文件的不變性，所有模型文件的下載、參數(shù)化等操作都是先把模板文件復(fù)制到一個(gè)事先建好的臨時(shí)文件夾內(nèi)，在臨時(shí)文件夾內(nèi)進(jìn)行模型的打開、參數(shù)化驅(qū)動(dòng)、新的三維CAD模型和三維模型文件的生成以及文件的下載。

3.2 自定義庫資源的交互訪問

數(shù)據(jù)集成庫與用戶之間以及各用戶之間的數(shù)據(jù)庫都是相互獨(dú)立的，如何實(shí)現(xiàn)他們的交互訪問，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)切換是必須解決的問題。為了實(shí)現(xiàn)用戶的互訪我們?cè)谙到y(tǒng)中會(huì)有一個(gè)獨(dú)立的頁面來顯示系統(tǒng)所有的用戶，用戶可以直接點(diǎn)擊用戶名來訪問其他用戶的資源，通過用戶的權(quán)限控制來決定是否能成功訪問，具體流程如圖4所示。

圖4 自定義庫互訪流程圖

3.3 系統(tǒng)的安全機(jī)制

基于WEB的可參數(shù)化開放式零件庫系統(tǒng)必須擁有一套完整的安全策略，防止對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的非法訪問、修改和下載；保證只有經(jīng)過授權(quán)的情況下才能對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行操作。本系統(tǒng)將權(quán)限分為系統(tǒng)管理、零件瀏覽、零件搜索、零件的下載、以及零件的審查入庫。采用自主訪問權(quán)限控制和強(qiáng)制訪問權(quán)限控制相結(jié)合，某些特定的資源系統(tǒng)可以采用自主訪問授權(quán)控制，通過設(shè)置訪問控制表來規(guī)定訪客及用戶對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象能夠或者不能進(jìn)行的操作。通過強(qiáng)制訪問授權(quán)控制，以用戶和用戶組的方式來授予某個(gè)用戶相應(yīng)的權(quán)限，并且給予數(shù)據(jù)對(duì)象分別授予安全級(jí)別，只有當(dāng)用戶權(quán)限和數(shù)據(jù)對(duì)象的安全級(jí)別相適應(yīng)時(shí)，用戶才可以對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行操作。系統(tǒng)將用戶分為訪客，普通用戶，系統(tǒng)管理員以及零件供應(yīng)商。他們的權(quán)限如圖5所示。

圖5 不同用戶權(quán)限圖

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)例

為了很好地展示所開發(fā)系統(tǒng)的可應(yīng)用性，以系統(tǒng)的參數(shù)化功能頁和自定義庫管理頁—上傳頁來作出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)說明；

4.1 自定義庫管理頁

在系統(tǒng)管理功能模塊用戶可以進(jìn)行文件的上傳、刪除、修改，新零件庫的建立等操作。我們以半圓頭螺栓為例添加新零件資源，在左側(cè)零件樹分類中進(jìn)行選擇所屬分類，選擇螺栓，右側(cè)相應(yīng)父節(jié)點(diǎn)和目錄碼欄會(huì)自動(dòng)顯示名稱及目錄碼，然后依次輸入節(jié)點(diǎn)名稱、模型文件版本、CATIA軟件版本，如有錯(cuò)誤可進(jìn)行全部重置或區(qū)域性修改。完成后點(diǎn)擊完成按鈕即可上傳。如果在左側(cè)零件樹中沒有所屬分類，先進(jìn)行零件庫創(chuàng)建，再按照上述方法進(jìn)行資源添加操作。

圖6 自定義庫用戶資源添加界面

圖7 參數(shù)化界面

4.2 參數(shù)化頁

在如圖所示的零件庫系統(tǒng)可參數(shù)化功能頁中可以進(jìn)行三維模型文件和二維圖的在線瀏覽，并可以在線對(duì)三維模型進(jìn)行參數(shù)化驅(qū)動(dòng)。每一位設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改，然后程序驅(qū)動(dòng)調(diào)用CATIA API，生成新的CAD模型和三維模型文件，并在客戶端顯示，完成參數(shù)化操作。

5 結(jié)束語

本文所構(gòu)建的基于Web的可參數(shù)化開放式零件庫系統(tǒng)，從設(shè)計(jì)人員實(shí)際需求出發(fā)，設(shè)計(jì)了更為完善的零件庫及零件庫數(shù)據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，完成了每個(gè)設(shè)計(jì)人員都擁有自主創(chuàng)建和管理權(quán)限的具有很好開放性的用戶自定義庫的開發(fā)，設(shè)計(jì)人員可以在隨時(shí)隨地調(diào)用自己的常用設(shè)計(jì)資源，具有很好的實(shí)用性。另外三維模型的可參數(shù)化，大大提高了企業(yè)零件模型的可重用性和設(shè)計(jì)效率以及企業(yè)參與市場(chǎng)的能力，具有很好的應(yīng)用前景。

[1] 李堂明.基于CATIA的開放式焊裝夾具零件庫的研究與實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2013,33(4):119-123.

[2] 王智明,楊旭,平海濤.知識(shí)工程及專家系統(tǒng)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:3-6.

[3] 羅嵩,樊留群.基于Automation的CATIAV5二次開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)分析與應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2006(28):4-7.

[4] 王宏偉,孫文磊,何麗.AJAX技術(shù)在Web零件庫系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2011(12):113-11.

[5] 許靜,紀(jì)楊建,等.大批量機(jī)械零部件分類編碼方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2010(26):149-155.

[6] José A.Blakeley.The ADO.NET entity framework:making the conceptual level real[J].SIGMOD Record,2006,35(4):32-39.

[7] 張雪平,殷國(guó)富.協(xié)同CAD系統(tǒng)圖檔數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2005(8):143-148.