開放式Web三維零件資源集成庫系統開發

何 麗，孫文磊，王宏偉

（1.新疆大學 機械工程學院&機械工程博士后流動站，新疆 烏魯木齊 830047；2.新疆機械研究院股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830054）

1 引言

為快速響應市場需求，保證企業核心競爭力，復雜產品制造企業一般會選擇將大部分精力投入到核心關鍵零部件的設計與制造過程中。而對于那些在產品中占據70%左右[1]，且對于其他企業來說已屬非常成熟且標準化、系列化程度較高的機電產品則以外購件的形式由供應商企業來提供。這樣就構成了一個復雜產品協同設計與制造產業鏈。而實現協同設計鏈中零部件資源設計信息（如零件三維CAD模型及主要技術參數等）的高度聚集及信息共享成為縮短產品研發周期，提升整體市場競爭力的關鍵。構建零件資源庫是實現零部件資源信息組織、管理和重用的重要手段之一。然而，處于復雜產品協同設計與制造產業鏈中的各企業信息化水平參差不齊，特別是大部分中小型企業（主要指零部件供應商企業）信息化程度不高，即使有企業建立了零件庫以實現零部件數據的管理和重用，但仍局限于企業內部環境，缺乏面向企業外部的工程數據交換與共享[2]，開放程度低，這也就嚴重阻礙了各企業間的協同設計與制造能力的提升。基于此，為實現機電典型行業中大量標準化、系列化零件資源信息高度聚集及共享，開發了面向機電行業的開放式Web三維零件資源集成庫系統。下面對系統架構、主要功能模塊實現、系統開發實例及其在復雜產品協同設計鏈中的應用模式進行討論。

2 系統架構設計

基于B/S（瀏覽器/服務器）網絡結構模式，首先設計了Web三維零件資源集成庫系統架構，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、企業級用戶和個人注冊用戶等）和系統管理用戶（又分為系統運營商和系統管理員等）。通過Web瀏覽器、三維可視化插件（如BS Contact）等實現對系統各功能模塊的應用。（2）功能層：系統主要功能模塊包括零件在線參數化驅動設計、零件資源庫動態擴展、零件資源庫Web服務集成、零件三維CAD模型瀏覽、零件分類與編碼、零件資源搜索等，下文將對前三個主要功能模塊實現進行詳細描述。（3）接口層：該層包括多種三維CAD系統二次開發接口、數據訪問接口（ADO.NET）、OWL本體解析API等，是實現系統各功能模塊的關鍵使能技術，也是連接數據層和CAD應用程序服務層的中間橋梁。（4）數據層：以數據表的形式存儲著用戶、供應商信息及零件資源信息表等，并以物理文件的形式存儲著參數化模板、三維瀏覽模型、零件資源OWL本體等文件，是系統運行的數據支撐。（5）CAD應用程序服務層：是實現參數化驅動設計、零件模型數據格式轉換等功能的主體，通過二次開發接口為系統提供外部服務。

圖1 系統架構Fig.1 System Architecture

3 系統主要功能模塊實現

3.1 零部件三維模型在線瀏覽與參數化驅動設計

圖2 “零件資源在線應用”的UML活動圖Fig.2 UML Activity Diagram of the“Parts Resource Online Application”

在系統中，零部件信息以“模板+參數化列表”的形式存儲在數據庫中的，通過ADO.NET技術實現對零件資源數據的存取。在研究文獻[3-4]及.NET框架下的三維CAD系統二次開發[5]等技術的基礎上，實現了三維模型無刷新瀏覽、參數化驅動設計、下載等零件資源在線應用功能，其實現過程用UML活動圖表示，如圖2所示。

3.2 零件資源庫快速構建與動態擴展

實現零件資源庫的快速構建與動態擴充是衡量一個優良零件資源庫管理系統的重要指標。在綜合應用ASP.NET，ADO.NET及三維CAD系統二次開發等技術的基礎上，實現了零件資源庫快速構建與動態擴展功能，其實現過程用UML活動圖表示，如圖3所示。其中：系統運營商/管理員、零件資源建庫管理頁、業務邏輯頁、數據訪問接口和三維CAD系統應用程序接口是實現該功能的五個主要系統元素。系統管理員或運營商通過“單一/批量零件資源入庫”的形式實現零件資源庫的快速構建及動態擴展，即將創建好的零部件資源三維CAD模板及參數化列表上傳至服務器進行統一分類編碼與管理，同時生成零件的VRML模型（*wrl）文件供在線瀏覽。并通過修改/批量刪除等操作實現零件資源信息的動態更新與維護。

圖3 “零件資源庫快速構建”的UML活動圖Fig.3 UML Activity Diagram of the“Parts Resource Library Rapid Construction”

3.3 基于Web Service的分布異構零件庫資源集成

構建零件資源快速建庫工具實現零件資源庫動態擴展的主要方式之一[6]。但對于那些已構建自身獨立零件庫的企業，重新建庫無形中增加了工作量。而為實現這部分分布、異構且自治零件庫資源的聚集，利用Web Service技術[7-8]實現與集成庫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的分布異構零件庫資源集成框架Fig.4 Web Service-Based Integration Framework for Distributed and Heterogeneous Parts Library Resource

集成過程概括為：（1）封裝：利用Web服務封裝器實現對分布異構零件庫資源的Web服務封裝，其關鍵是對服務操作接口定義，如獲取零件資源目錄等；（2）發布：將封裝好的零件庫Web服務WSDL描述文檔注冊到UDDI服務注冊中心；（3）查詢與調用：通過查詢UDDI中心服務目錄，發現零件庫相關服務，對其服務接口地址進行連接和調用，并形成一個完整的零件庫資源服務目錄；（4）綁定：查找到服務后，通過發送SOAP消息來綁定零件庫Web服務。

4 系統開發及應用

基于.NET框架，利用Visual Studio及SQL Server等工具開發了基于Web且開放式的面向機電行業三維零件資源庫原型系統，運行界面，如圖5所示。通過零件資源快速建庫與零件庫Web服務集成工具構建面向機電行業的三維零件資源池，如電氣元件資源庫、機械標準件資源庫等，能夠實現零件三維模型在線瀏覽、參數化驅動設計及CAD模型下載等功能。并可將其直接部署到Windows Azure公有云平臺，使其成為云程序進行應用[9-10]。在復雜產品協同設計鏈中的應用模式，如圖6所示。

圖5 系統運行界面Fig.5 System Operation Interface

圖6 在復雜產品協同設計鏈中的應用模式Fig.6 Application Mode in Complex Product Collaborative Design Chain

5 結語

為最大限度重用和共享產品設計與制造產業鏈中各企業的零部件三維CAD模型及設計參數信息，開發了面向機電行業的開放式Web三維零件資源庫系統。系統通過快速建庫與動態擴展工具實現對大量零部件資源的聚集和集成管理，并通過Web Service技術實現對已有的分布異構且獨立的零件庫資源實現松散耦合集成，進而構建了面向機電行業的三維零部件資源池。而系統用戶通過安裝VRML可視化插件即可在線瀏覽零部件三維CAD模型，通過參數化驅動設計完成同類產品選型，下載的CAD模型可直接重用于新產品設計中，有效地減少重復建模工作。同時，網絡化的三維零件資源庫系統構建和應用，對構建復雜產品協同設計與制造產業鏈，加強整機企業與零部件供應商企業間合作，提升整體競爭實力等有著重要的意義。

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