開放式Web三維零件資源集成庫(kù)系統(tǒng)開發(fā)

何 麗，孫文磊，王宏偉

（1.新疆大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院&機(jī)械工程博士后流動(dòng)站，新疆 烏魯木齊 830047；2.新疆機(jī)械研究院股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830054）

1 引言

為快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，保證企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，復(fù)雜產(chǎn)品制造企業(yè)一般會(huì)選擇將大部分精力投入到核心關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中。而對(duì)于那些在產(chǎn)品中占據(jù)70%左右[1]，且對(duì)于其他企業(yè)來(lái)說(shuō)已屬非常成熟且標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度較高的機(jī)電產(chǎn)品則以外購(gòu)件的形式由供應(yīng)商企業(yè)來(lái)提供。這樣就構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)與制造產(chǎn)業(yè)鏈。而實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)鏈中零部件資源設(shè)計(jì)信息（如零件三維CAD模型及主要技術(shù)參數(shù)等）的高度聚集及信息共享成為縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提升整體市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。構(gòu)建零件資源庫(kù)是實(shí)現(xiàn)零部件資源信息組織、管理和重用的重要手段之一。然而，處于復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)與制造產(chǎn)業(yè)鏈中的各企業(yè)信息化水平參差不齊，特別是大部分中小型企業(yè)（主要指零部件供應(yīng)商企業(yè)）信息化程度不高，即使有企業(yè)建立了零件庫(kù)以實(shí)現(xiàn)零部件數(shù)據(jù)的管理和重用，但仍局限于企業(yè)內(nèi)部環(huán)境，缺乏面向企業(yè)外部的工程數(shù)據(jù)交換與共享[2]，開放程度低，這也就嚴(yán)重阻礙了各企業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)與制造能力的提升。基于此，為實(shí)現(xiàn)機(jī)電典型行業(yè)中大量標(biāo)準(zhǔn)化、系列化零件資源信息高度聚集及共享，開發(fā)了面向機(jī)電行業(yè)的開放式Web三維零件資源集成庫(kù)系統(tǒng)。下面對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)、主要功能模塊實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例及其在復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)鏈中的應(yīng)用模式進(jìn)行討論。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于B/S（瀏覽器/服務(wù)器）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，首先設(shè)計(jì)了Web三維零件資源集成庫(kù)系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1所示。（1）用戶層：主要分為兩大類用戶，分別為普通用戶（又分為游客、企業(yè)級(jí)用戶和個(gè)人注冊(cè)用戶等）和系統(tǒng)管理用戶（又分為系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和系統(tǒng)管理員等）。通過(guò)Web瀏覽器、三維可視化插件（如BS Contact）等實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各功能模塊的應(yīng)用。（2）功能層：系統(tǒng)主要功能模塊包括零件在線參數(shù)化驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、零件資源庫(kù)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、零件資源庫(kù)Web服務(wù)集成、零件三維CAD模型瀏覽、零件分類與編碼、零件資源搜索等，下文將對(duì)前三個(gè)主要功能模塊實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述。（3）接口層：該層包括多種三維CAD系統(tǒng)二次開發(fā)接口、數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口（ADO.NET）、OWL本體解析API等，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各功能模塊的關(guān)鍵使能技術(shù)，也是連接數(shù)據(jù)層和CAD應(yīng)用程序服務(wù)層的中間橋梁。（4）數(shù)據(jù)層：以數(shù)據(jù)表的形式存儲(chǔ)著用戶、供應(yīng)商信息及零件資源信息表等，并以物理文件的形式存儲(chǔ)著參數(shù)化模板、三維瀏覽模型、零件資源OWL本體等文件，是系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)支撐。（5）CAD應(yīng)用程序服務(wù)層：是實(shí)現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、零件模型數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等功能的主體，通過(guò)二次開發(fā)接口為系統(tǒng)提供外部服務(wù)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 System Architecture

3 系統(tǒng)主要功能模塊實(shí)現(xiàn)

3.1 零部件三維模型在線瀏覽與參數(shù)化驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

圖2 “零件資源在線應(yīng)用”的UML活動(dòng)圖Fig.2 UML Activity Diagram of the“Parts Resource Online Application”

在系統(tǒng)中，零部件信息以“模板+參數(shù)化列表”的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的，通過(guò)ADO.NET技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)零件資源數(shù)據(jù)的存取。在研究文獻(xiàn)[3-4]及.NET框架下的三維CAD系統(tǒng)二次開發(fā)[5]等技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了三維模型無(wú)刷新瀏覽、參數(shù)化驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、下載等零件資源在線應(yīng)用功能，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程用UML活動(dòng)圖表示，如圖2所示。

3.2 零件資源庫(kù)快速構(gòu)建與動(dòng)態(tài)擴(kuò)展

實(shí)現(xiàn)零件資源庫(kù)的快速構(gòu)建與動(dòng)態(tài)擴(kuò)充是衡量一個(gè)優(yōu)良零件資源庫(kù)管理系統(tǒng)的重要指標(biāo)。在綜合應(yīng)用ASP.NET，ADO.NET及三維CAD系統(tǒng)二次開發(fā)等技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了零件資源庫(kù)快速構(gòu)建與動(dòng)態(tài)擴(kuò)展功能，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程用UML活動(dòng)圖表示，如圖3所示。其中：系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商/管理員、零件資源建庫(kù)管理頁(yè)、業(yè)務(wù)邏輯頁(yè)、數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口和三維CAD系統(tǒng)應(yīng)用程序接口是實(shí)現(xiàn)該功能的五個(gè)主要系統(tǒng)元素。系統(tǒng)管理員或運(yùn)營(yíng)商通過(guò)“單一/批量零件資源入庫(kù)”的形式實(shí)現(xiàn)零件資源庫(kù)的快速構(gòu)建及動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，即將創(chuàng)建好的零部件資源三維CAD模板及參數(shù)化列表上傳至服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一分類編碼與管理，同時(shí)生成零件的VRML模型（*wrl）文件供在線瀏覽。并通過(guò)修改/批量刪除等操作實(shí)現(xiàn)零件資源信息的動(dòng)態(tài)更新與維護(hù)。

圖3 “零件資源庫(kù)快速構(gòu)建”的UML活動(dòng)圖Fig.3 UML Activity Diagram of the“Parts Resource Library Rapid Construction”

3.3 基于Web Service的分布異構(gòu)零件庫(kù)資源集成

構(gòu)建零件資源快速建庫(kù)工具實(shí)現(xiàn)零件資源庫(kù)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的主要方式之一[6]。但對(duì)于那些已構(gòu)建自身獨(dú)立零件庫(kù)的企業(yè)，重新建庫(kù)無(wú)形中增加了工作量。而為實(shí)現(xiàn)這部分分布、異構(gòu)且自治零件庫(kù)資源的聚集，利用Web Service技術(shù)[7-8]實(shí)現(xiàn)與集成庫(kù)的松散耦合集成成為最方便快捷的解決方式之一，集成框架，如圖4所示。

圖4 基于Web Service的分布異構(gòu)零件庫(kù)資源集成框架Fig.4 Web Service-Based Integration Framework for Distributed and Heterogeneous Parts Library Resource

集成過(guò)程概括為：（1）封裝：利用Web服務(wù)封裝器實(shí)現(xiàn)對(duì)分布異構(gòu)零件庫(kù)資源的Web服務(wù)封裝，其關(guān)鍵是對(duì)服務(wù)操作接口定義，如獲取零件資源目錄等；（2）發(fā)布：將封裝好的零件庫(kù)Web服務(wù)WSDL描述文檔注冊(cè)到UDDI服務(wù)注冊(cè)中心；（3）查詢與調(diào)用：通過(guò)查詢UDDI中心服務(wù)目錄，發(fā)現(xiàn)零件庫(kù)相關(guān)服務(wù)，對(duì)其服務(wù)接口地址進(jìn)行連接和調(diào)用，并形成一個(gè)完整的零件庫(kù)資源服務(wù)目錄；（4）綁定：查找到服務(wù)后，通過(guò)發(fā)送SOAP消息來(lái)綁定零件庫(kù)Web服務(wù)。

4 系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

基于.NET框架，利用Visual Studio及SQL Server等工具開發(fā)了基于Web且開放式的面向機(jī)電行業(yè)三維零件資源庫(kù)原型系統(tǒng)，運(yùn)行界面，如圖5所示。通過(guò)零件資源快速建庫(kù)與零件庫(kù)Web服務(wù)集成工具構(gòu)建面向機(jī)電行業(yè)的三維零件資源池，如電氣元件資源庫(kù)、機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件資源庫(kù)等，能夠?qū)崿F(xiàn)零件三維模型在線瀏覽、參數(shù)化驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)及CAD模型下載等功能。并可將其直接部署到Windows Azure公有云平臺(tái)，使其成為云程序進(jìn)行應(yīng)用[9-10]。在復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)鏈中的應(yīng)用模式，如圖6所示。

圖5 系統(tǒng)運(yùn)行界面Fig.5 System Operation Interface

圖6 在復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)鏈中的應(yīng)用模式Fig.6 Application Mode in Complex Product Collaborative Design Chain

5 結(jié)語(yǔ)

為最大限度重用和共享產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造產(chǎn)業(yè)鏈中各企業(yè)的零部件三維CAD模型及設(shè)計(jì)參數(shù)信息，開發(fā)了面向機(jī)電行業(yè)的開放式Web三維零件資源庫(kù)系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)快速建庫(kù)與動(dòng)態(tài)擴(kuò)展工具實(shí)現(xiàn)對(duì)大量零部件資源的聚集和集成管理，并通過(guò)Web Service技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)已有的分布異構(gòu)且獨(dú)立的零件庫(kù)資源實(shí)現(xiàn)松散耦合集成，進(jìn)而構(gòu)建了面向機(jī)電行業(yè)的三維零部件資源池。而系統(tǒng)用戶通過(guò)安裝VRML可視化插件即可在線瀏覽零部件三維CAD模型，通過(guò)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)完成同類產(chǎn)品選型，下載的CAD模型可直接重用于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，有效地減少重復(fù)建模工作。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)化的三維零件資源庫(kù)系統(tǒng)構(gòu)建和應(yīng)用，對(duì)構(gòu)建復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)與制造產(chǎn)業(yè)鏈，加強(qiáng)整機(jī)企業(yè)與零部件供應(yīng)商企業(yè)間合作，提升整體競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力等有著重要的意義。

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