基于Web的Inventor-3D資源零件庫系統(tǒng)開發(fā)

武園園，孫文磊，何 麗，韓青金

WU Yuan-yuan，SUN Wen-lei，HE Li，HAN Qing-jin

（新疆大學 機械工程學院，烏魯木齊 830047）

0 引言

隨著市場競爭的日趨激烈與制造業(yè)信息化程度的加深，企業(yè)間對獲取與共享信息的效率愈來愈高。據(jù)美國先進制造研究公司（AMR）的一項研究結(jié)果表明，產(chǎn)品中外購零件的比重正在逐漸上升，已經(jīng)從五年前的40%上升至80%甚至更多[1,2]。因此，建立零件庫系統(tǒng)是必要的。目前國內(nèi)外研究機構(gòu)或企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出了很多零件庫系統(tǒng)原型并已經(jīng)投入商業(yè)運營模式，其中比較典型的有[3]：國外：3D ContentCentral系統(tǒng)、TraceParts系統(tǒng)、Web2CAD系統(tǒng)、InPart系統(tǒng)；國內(nèi)的有：3DSource云應用中心、中國機械網(wǎng)等零件庫系統(tǒng)。這些系統(tǒng)，大多數(shù)都采用了B/S構(gòu)架，同時支持多種主流三維CAD建模軟件，如Pro/E、Catia、SolidWorks等；系統(tǒng)采用不同的方式構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，有“參數(shù)+模板”、大量數(shù)據(jù)形式存儲等方式；用戶可以使用網(wǎng)絡瀏覽器訪問系統(tǒng)，也可以在線預覽零件模型。總之，這些系統(tǒng)可以為用戶提供快速引用零件資源的平臺。但是，就每個單獨的系統(tǒng)而言，都或多或少的存在著缺點。比如：3DSource云應用中心系統(tǒng)，使用戶無法快速定位到自己所需的零件模型資源，下載的3D模型沒有設計參數(shù)，不利于用戶的后續(xù)設計工作；中國機械網(wǎng)零件庫圖庫目前只能提供對UG和SolidWorks兩種三維軟件的接口[4]。

因此，本文通過研究Inventor的二次開發(fā)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫接口訪問技術(shù)，建立了一個Web三維零件庫系統(tǒng)。系統(tǒng)中，綜合應用ASP.NET、ADO.NET、Web3D等技術(shù)，采用“參數(shù)+模板”的模式，開發(fā)出了基于Inventor的Web三維零件庫系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)開發(fā)工具的選用

作者開發(fā)該系統(tǒng)時采用的開發(fā)工具概括如下：

三維CAD軟件：Autodesk Inventor Professional 2012；

編程調(diào)試軟件：Visual Studio.NET 2008（以.NET FrameWork 3.5為基礎、IIS 6.0為服務器，選用C#作為服務端語言、JavaScript作為前臺腳本語言）；

數(shù)據(jù)庫軟件采用Microsoft SQL Server 2005。

1.2 零件庫系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

Web三維零件庫系統(tǒng)采用了B/S結(jié)構(gòu)，也就是所謂的三層體系結(jié)構(gòu)，即表現(xiàn)層、業(yè)務層和數(shù)據(jù)層。系統(tǒng)的總體框架如圖1所示。

表現(xiàn)層是對用戶接口的展示，是與用戶進行交互（數(shù)據(jù)交互）的窗口。用戶可以通過這一層在瀏覽器上瀏覽信息，同時，用戶可以通過鼠標或鍵盤，提交各種請求，實現(xiàn)用戶想要的功能。業(yè)務層和數(shù)據(jù)層都是由服務器端應用程序組成。業(yè)務層是系統(tǒng)的中間層，也是過程層。數(shù)據(jù)層是整個系統(tǒng)的內(nèi)容和支撐,該層將根據(jù)業(yè)務層的需要調(diào)用相應的數(shù)據(jù)，它以數(shù)據(jù)表的形式存儲了零件庫中的所有零件參數(shù)信息和零件描述信息，并存儲了零件模板文件（* .ipt）數(shù)據(jù)和零件的瀏覽文件（* .wrl）數(shù)據(jù)以及標準格式文件（* .stp）數(shù)據(jù)。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

2 系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)的設計思路

本零件庫系統(tǒng)利用Inventor軟件的參數(shù)化建模方法，按照模型模板+參數(shù)系列的形式構(gòu)建模型數(shù)據(jù)庫，當用戶想要使用零件模型時，系統(tǒng)通過在線調(diào)用Inventor二次開發(fā)接口，即時實現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動獲取用戶所需的模型。

2.2 系統(tǒng)開發(fā)的關鍵技術(shù)

2.2.1 基于.NET平臺下的Inventor二次開發(fā)技術(shù)

為了讓用戶能夠更好地實現(xiàn)二次開發(fā)技術(shù)，Inventor軟件提供了強大的API二次開發(fā)接口。Inventor API 是一種以面向?qū)ο蟮姆绞教峁贸绦驅(qū)ο蠊δ艿膽贸绦蚪涌?。它提供了Inventor的各種對象的內(nèi)在功能，并且各個對象間是一種相互繼承的關系，該繼承關系的關鍵在于根對象Application，通過獲取對Application對象的訪問權(quán)，調(diào)用與其相關的其他對象[5]。針對Inventor API，用戶可以用支持自動化（OLE Automation）技術(shù)的各種高級語言來控制Inventor的各種對象與其相關屬性和方法，進而開發(fā)出自己需要的應用程序。

在Inventor Professional 2012版本中，Inventor API for.NET提供了多個DLL文件，但是，對于Web零件庫系統(tǒng)的開發(fā)功能的實現(xiàn)，只需要在.NET平臺下引用Autodesk.Inventor.Interop.dll文件，通過聲明根對象Application以及庫文件的其他對象，就可以以面向?qū)ο蟮姆绞嚼肅#語言的語法調(diào)用各種功能函數(shù)，來完成Inventor的絕大部分操作，如生成VRML文件，對零件的參數(shù)化驅(qū)動等。

在本系統(tǒng)中，通過引用COM組件對象，也就是Inventor的二次開發(fā)接口類庫Autodesk Inventor Object Library，獲取對Application的訪問權(quán)，利用C#語言以面向?qū)ο蟮姆绞骄帉憫贸绦騺硗瓿蓪nventor三維零件圖形的各種操作，如打開/關閉三維零件模型文件、導出VRML文件、零件參數(shù)化驅(qū)動、下載/上傳等。具體過程詳見Inventor二次開發(fā)步驟流程圖（如圖2所示）。

圖2 Inventor二次開發(fā)過程

2.2.2 基于ADO.NET的數(shù)據(jù)庫訪問接口

ADO.NET是一組用于和數(shù)據(jù)源進行交互的面向?qū)ο箢悗?，提供了對關系型、XML和應用程序數(shù)據(jù)的訪問[6]。在.NET框架中，ADO.NET類庫位于System.Data命名空間下。所以，在Visual Studio開發(fā)平臺中，必須先引用System.Data.dll文件，才能使用ADO.NET中的數(shù)據(jù)庫訪問對象。

在本系統(tǒng)中，以SQL Server 2005為開發(fā)工具，利用ADO.NET的數(shù)據(jù)訪問接口技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫的查詢、添加、修改及刪除等功能；并減輕服務器負擔，提高了系統(tǒng)的運行效率，為用戶提供更好的Web應用程序。

2.3 系統(tǒng)功能模塊的實現(xiàn)

2.3.1 三維CAD模型的可視化

在本系統(tǒng)中，結(jié)合了最新的Web3D技術(shù)，實現(xiàn)了在Web頁面中顯示Inventor的三維模型,同時用戶可以對模型進行移動、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作。

目前比較流行的Web 3D 技術(shù)主要有：VRML，JAVA3D，SHOCKWAVE3D，X3D等。綜合比較幾種Web3D技術(shù)，VRML的數(shù)據(jù)文件所描述的數(shù)據(jù)包括三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)，場景信息，燈光材質(zhì)及交互信息，能夠較為真實的還原模型的外形信息，能夠在三維場景中與用戶進行交互，其描述3D場景的能力較為出眾[7]。所以，本系統(tǒng)采用了VRML(Virtual Reality Modeling Language，虛擬現(xiàn)實建模語言)插件。

在本系統(tǒng)的開發(fā)過程中，通過對Inventor的二次開發(fā)把三維模型文件格式(*.ipt)格式轉(zhuǎn)化為模型瀏覽文件格式（*.wrl）。在應用程序中，安裝VRML瀏覽器插件（如BS Contact VRML），然后可通過HTML語言中的標簽把插件嵌入網(wǎng)頁中，并指定其控件識別碼(ID),便可以在網(wǎng)頁中動態(tài)的顯示三維模型的瀏覽文件[8]。

2.3.2 在線參數(shù)化驅(qū)動

所謂在線參數(shù)化驅(qū)動，就是用戶可以在系統(tǒng)界面中填寫或者修改已有的模型設計參數(shù)，進而實現(xiàn)快速的變形設計。這樣，不僅可以減少數(shù)據(jù)庫的信息存儲量，而且能夠滿足用戶的特殊要求。

系統(tǒng)中零件在線參數(shù)化驅(qū)動的過程，如圖3所示。用戶登錄系統(tǒng)，進入首頁后，可以直接從樹形菜單中選擇零件名，瀏覽器把用戶的選擇提交給服務器，服務器從數(shù)據(jù)庫中讀取相應的零件的所有信息（包括三維可視化模型、二維尺寸標注圖、產(chǎn)品實物圖、驅(qū)動參數(shù)表達式等），并把信息返回給客戶端。用戶根據(jù)自己的需求在系統(tǒng)的要求范圍內(nèi)修改模型文件的原始參數(shù)，并將修改后的參數(shù)提交給服務器，服務器利用Inventor二次開發(fā)接口函數(shù)啟動Inventor應用程序，調(diào)用庫中的三維零件模型模板文件和用戶提交的修改后的參數(shù)值，更新原始模型模板文件，完成零件的在線參數(shù)化驅(qū)動；然后，在服務端保存更新后的零件模型文件(*.ipt)，導出零件的VRML文件(*.wrl)；最后，服務器將更新后的新零件模型的瀏覽文件(*.wrl)更新到客戶端供用戶瀏覽，而存于服務端的模型文件則供用戶下載。

圖3 在線參數(shù)化驅(qū)動流程圖

2.3.3 零件資源的動態(tài)擴充

三維零件資源是整個系統(tǒng)的內(nèi)容，是系統(tǒng)正常運行的支撐和保證。對三維零件資源的動態(tài)擴充，即三維零件資源入庫（文件上傳）。該操作包括文件上傳、Inventor的二次開發(fā)接口程序的調(diào)用以及數(shù)據(jù)庫的訪問等操作，過程比較復雜。系統(tǒng)對三維零件資源的擴充分為兩種模式：單一零件資源入庫和批量零件資源入庫。兩種模式下，基本原理是相似的，具體的實現(xiàn)過程略有不同。由于單一零件資源入庫的過程比較簡單，下面以管理員批量零件資源文件上傳為例，說明整個過程。

系統(tǒng)中采用ZIP壓縮包的格式實現(xiàn)批量文件的上傳，故在ASP.NET應用程序中需添加ICSharp-Code組件來完成文件的壓縮和解壓。管理員登陸后臺管理系統(tǒng)后，選擇需要上傳的文件，以ZIP格式進行壓縮，把壓縮后的文件上傳給服務器；服務器接收到文件后，遍歷目錄文件中的所有節(jié)點，確定當前入庫的資源是否已經(jīng)存在，若不存在，開始上傳；服務端利用ICSharp-Code組件對上傳的文件進行解壓，通過服務端應用程序讀取逐一被解壓的文件夾或文件，對所有的零件資源進行統(tǒng)一的零件級編號，保存能到零件庫中[9]。然后，通過Inventor二次開發(fā)接口啟動Inventor應用程序，提取相關的數(shù)據(jù)，導出WRL格式文件，并保存到VRML文件庫中。最后，通過ADO.NET數(shù)據(jù)庫訪問接口連接服務端數(shù)據(jù)庫，將零件的所有數(shù)據(jù)信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，完成零件資源的入庫。

3 零件庫系統(tǒng)實例

系統(tǒng)根據(jù)不同類別劃分了多個子庫，包括滾動軸承零件庫、標準齒輪零件庫、連接件與緊固件零件庫、組合夾具零件庫等。Web 三維零件庫系統(tǒng)首頁如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)的首頁

用戶在該系統(tǒng)注冊登錄后，點擊各子零件庫標簽就可以進入相應的圖庫系統(tǒng)。如圖 5所示為常用滾動軸承圖庫，該系統(tǒng)包含了大量的有關常用滾動軸承的三維零件圖形。

圖5 常用滾動軸承圖庫

進入子零件庫后，用戶可以根據(jù)需要對現(xiàn)有零件模板進行在線參數(shù)化驅(qū)動，如圖6所示，零件在線參數(shù)化驅(qū)動頁面。

圖6 零件在線參數(shù)化驅(qū)動

4 結(jié)論

1)本文以Inventor的二次開發(fā)技術(shù)為核心，通過網(wǎng)絡編程，把ASP.NET、ADO.NET、可視化技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)綜合與一體，實現(xiàn)了基于Web的Inventor-3D資源零件庫系統(tǒng)的研究與開發(fā)。

2)基于該系統(tǒng)，在不需要安裝Inventor軟件的情況下，用戶可以進行三維零件模型的在線瀏覽、在線參數(shù)化驅(qū)動、下載等操作。

3）用戶可以在系統(tǒng)中快速搜尋自己所需的零件并下載包含設計參數(shù)的3D模型，以進行相關零件產(chǎn)品的二次開發(fā)和再設計，實現(xiàn)資源信息的共享。

[1]秦廣泰.基于Web的參數(shù)化跨平臺零件庫系統(tǒng)研究[D].西安：西安工業(yè)大學機械工程學院,2012.

[2]Dan Liu,Qing-Sheng Xie,Xin-Jian Gu.Research on the Integration Method to Web-Based Parts Library[J].Proceedings of the Fourth International Conference on [1]Machine Learning and cybernetics.2005.Vol.4：2296-2301.

[3]鐘佩思,欒倩,劉梅,王景林,辛紀光.面向網(wǎng)絡化資源共享的零件庫系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].機械設計與制造,2010,2(2)：249-251.

[4]孫浩.基于Web服務的零件庫的研究與實現(xiàn)[D].濟南：山東大學,2008.

[5]黃汨.參數(shù)化圖形驅(qū)動及Web零件庫的研究與開發(fā)[D].上海：上海交通大學,2009.

[6]令狐克志,王轉(zhuǎn),程國全.Inventor API在貨架參數(shù)化三維造型中的應用[J].機械工程與自動化,2005,(1)：26-29.

[7]王宏偉,孫文磊,何麗.AJAX技術(shù)在Web零件庫系統(tǒng)中的應用研究[J].制造業(yè)自動化,2011,33(12)：107-110.

[8]何麗,孫文磊,王宏偉.異構(gòu)CAD平臺網(wǎng)絡零件庫系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].機械設計與制造,2012,(2)：266-268.

[9]何麗,孫文磊,王宏偉.基于UG的Web三維零件庫系統(tǒng)開發(fā)[J].機床與液壓,2012,40(11)：91-94.