（机械电子工程专业论文）交互式工艺模板定制与图文编辑系统的研究与开发.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 ( 工艺设计是一个错综复杂且动态多变的过程，通用性缺乏一直是制约c a p p 广 泛使用的瓶颈，其中，人机交互能力的不够是导致这一瓶颈问题的重要原因了本文 对交互式技术进行了详细地探索，并开发出了实用的交互式工艺设计系统。 首先，介绍了课题的研究背景及来源，综述了工艺设计系统的研究概况和c a p p 系统交互式技术的发展现状，指出了其中的不足之处；简要介绍了o b j e c t a r x 技术， 并选择a u t o c a d 作为交互式工艺设计系统的开发平台。 然后给出了交互式工艺设计系统构建的整体思路，阐明了交互式文件模板定制 和交互式图文编辑的重要作用，设计了系统的整体框架、功能模型和软件模型。 模板定制是将纸介质的工艺卡片转为为电子表格的过程，体现了数据显示和数 据内容分开的思想。在对模板组成元素进行面向对象分析的基础之上，给出了模板 的信息模型，并对模板定制技术进行了详细的讨论。 强大的交互式图文编辑能力是本系统的最大特点，所有相关功能包括基本的文 字编辑、数据调整、特殊符号插入、工艺资源在线支持、工艺简图操作和管理、安 全管理在此都有详细的论述。 最后，给出系统部分运行实例，并总结全文，指出工艺设计系统的下一步发展 目标a 一 ， 关键词：交互式工艺设计；工艺模板；o b 。a 8 x l 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t p r o c e s sd e s i g ni sa c o m p l i c a t e da n dd y n a m i cp r o c e d u r e l a c ko f g e n e r a l i t yi st h e b o r l e n e c kt h a tr e s t r i c t st h ec a p p s y s t e m st ob ew i d e l yu s e d o n eo f t h em a i nr e a s o l l s w h i c hl e a d st ot h eb o r l e n e c k p r o b l e m ，i st h ei n a d e q u a t em a n - m a c h i n ei n t e r a c f i o n c a p a c i t y i nt h i st h e s i s ，i n t e r a c t i o nt e c h n i q u ei sr e s e a r c h e di nd e t a i l ，a n da l li n t e r a c t i v e p r o c e s sd e s i g ns y s t e mi sd e v e l o p e d f i r s t l y , t h eb a c k g r o u n do f t h ep r o j e c ti si n t r o d u c e d a f t e rs u m m a r i z i n gt h er e s e a r c h o n p r o c e s sd e s i g ns y s t e ma n d s t a t u sq u oo f t h e d e v e l o p m e n t o f i n t e r a c t i v ed e s i g n ，t h e t h e s i si n t r o d u c e st h eo b j e c t a r x t e c h n i q u eb r i e f l y ，a n ds e l e c t sa u t o c a d a st h e d e v e l o p m e n tp l a t f o r mf o rt h ei n t e r a c t i v ep r o c e s sd e s i g ns y s t e m n e x t ，t h eo v e r a l li d e ao f t h ei n t e r a c t i v ep r o c e s sd e s i g ns y s t e mi sp u tf o r w a r d t h e i m p o r t a n c eo f i n t e r a c t i v ed o c u m e n t t e m p l a t ec u s t o m i z i n ga n dc h a r t - f i l ee d i t i n gi s i l l u s t r a t e d t h e n ，t h es y s t e m so v e r a l ls t r u c t u r e 、f u n c t i o nm o d e l sa n ds o f t w a r em o d e l sf i r e d e s i g n e d t e m p l a t ec u s t o m i z i n g i st h ep r o c e s so f c o n v e r t i n gp r o c e s sc a r d st oe l e c t r o n i cf o r m s i t sp u r p o s ei st or e a l i z et h es e p a r a t i o nb e t w e e n d i s p l a ya n dd a t ai t s e l f b a s e do n o b j e c t o r i e n t e da n a l y s i so f t h et e m p l a t e sb u i l d u pe l e m e n t s ，t h et h e s i sp r o v i d e st h e i n f o r m a t i o nm o d e lo f t h e t e m p l a t ea n d d i s c u s s e st e m p l a t e - c u s t o m i z i n gt e c h n i q u ei n d e t a i l t h ek e yc h a r a c t e r i s t i co ft h es y s t e m p r e s e n t e db y t h i st h e s i si st h ep o w e r f u l a b i l i t y o fi n t e r a c t i v ec h a r t f i l ee d i t i n g a l lt h er e l a t e df u n c t i o n si n c l u d i n gb a s i cc h a r a c t e r e d i t i n g ， d a t aa d j u s t m e n t 、s p e c i a ls y m b o li n s e r t i n g 、p r o c e s sr g s o o i c e sm a n a g e m e n t 、p r o c e s s d i a g r a m so p e r a t i o na n dm a n a g e m e n ta n ds e c u r i t ym a n a g e m e n t a r ed i s c u s s e di nd e t a i l f i n a l l y , s o m ee x a m p l e so f t h es y s t e ma r eg i v e n c o n c l u s i o n sa r ed r a w n a n dt h e 血r t h e rw o r k s o f p r o c e s sd e s i g ns y s t e mf i r ep o i n t e d o u t k e y w o r d s ：i n t e r a c t i v ep r o c e s sd e s i g n ，p r o c e s st e m p l a t e ，o b j e c t a r x i i l罗 华中科技大学硕士学位论文 1 1 课题背景及来源 1 绪论 进入2 1 世纪以来，信息技术飞速发展，特别是计算机技术、计算机网络技术 和数据库技术更是取得了人们意想不到的进展，这些都对制造业产生了巨大的影 响，反映在世界制造业市场的特征逐渐由过去的相对稳定演变成动态多交，由局部 竞争变为全球范围的竞争。面对新的挑战，各国制造业纷纷提出新的制造技术、方 法、战略的哲理，如精益生产、并行工程、智能制造、敏捷制造、虚拟制造及绿色 制造等f 1 捌。 工艺设计是产品设计和生产制造之间的桥梁，也是制造企业各部门产品信息交 汇的重要环节，企业生产管理和计划调度等部门也必须依赖工艺设计系统的输出信 息。计算机支持的工艺设计即c a p p 系统的应用，不仅可以显著缩短工艺设计周期， 提高工艺设计质量，使广大工艺设计人员摆脱大量、繁琐的重复劳动，将主要精力 转向新产品、新工艺、新装备和新技术的研究与开发，而且可以保证工艺设计的一 致性、规范化，有利于推进工艺的标准化。更重要的是工艺b o m 数据是指导企业物 资采购、生产计划调度、组织生产、资源平衡、成本核算等的重要依据，c a p p 系统 的应用可以达到提高信息处理能力和企业各部门间信息的交流能力，为企业数据信 息的集成打下坚实的基础【6 “。 ， 本课题来源于浙江省宁波市海天注塑机械厂产品数据管理及制造资源计划系 统的c a p p 项目的研究与开发，该系统选用a u t o c a d 作为交互式工艺设计支撑平台， 以a u t o c a i ) 提供的o b j e c t a r x 二次开发包及v i s u mc + + 6 。0 为主要开发工具，最终 向工艺人员提供了一个集成的、交互式的工艺设计平台。 华中科技大学硕士学位论文 1 2 工艺设计系统综述 1 2 1 工艺设计的特点 工艺设计是产品制造过程中技术准备工作的一项重要内容，是产品设计与实际 生产的纽带，是一个经验性很强且随制造环境变化而多变的决策过程。通常在企业 中手工进行工艺设计一般要经过以下步骤： 1 根据产品图纸，分析产品零件的结构特点以及技术要求； 2 由工艺人员按零件进行工艺决策、确定加工方法和工艺路线： 3 按企业的实际情况，具体确定机床设备、切削用量、工艺装备以及工时定额； 4 填写卡片、绘制工序简图等； 5 校对、审核、眷写、描图、晒图，装订成册： 6 另外还要进行大量的汇总工作，如：工装汇总、设备汇总等。 由此可看出工艺设计具有以下特点： 交互性j 不同制造企业有不同的工艺设计现状，这表现在工艺设计资源、工艺文件格式、 工艺文件的组织、工艺设计类型、工艺设计流程等诸多方面的差异。工艺设计很难 做到完全自动化，而应该是一个“人机共栖”的复杂体系。因此交互性是工艺设 计的最大特点； 集成性陋1 7 】 工艺设计在产品开发中处于产品设计和加工制造的接口处，需要分析和处理大 量信息，既要考虑产品设计图样上有关零件结构形状、尺寸公差、材料及批量等方 面的信息，又要了解加工制造中有关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本及 工时定额，甚至传统习惯等方面的信息。因此集成性是工艺设计的一大特点。 1 2 2 c a p p 系统的发展现状 c a p p 的基本原理正是基于工艺设计的过程及需要解决的问题而提出的，是多种 先进技术相结合在工艺设计上的综合应用。它的研究始于60 年代后期。在c a p p 华中科技大学硕士学位论文 的发展过程中经历了派生式、创成式及基于知识的专家系统3 个发展阶段 1 卅【1 2 】【1 4 1 【1 8 - 8 2 0 。 派生式c a p p 利用零件的结构和工艺相似性，即相似的零件有相似的工艺过 程，一个新零件的工艺规程可通过检索相似零件的工艺规程并加以筛选、 编辑而成。 创成式c a p p 系统是将工艺决策知识用决策表、决策树或公理模型等技术来 实现。当输入当前零件的有关信息后，系统可以模仿工艺人员的手工编制 过程，利用决策逻辑和制造工程数据信息作出各种工艺决策。 基于知识的专家系统与以往系统的显著区别在于，它们具有一个将工艺知 识与经验以产生式规则表示的知识库和模拟工艺设计专家进行工艺决策的 推理机。在专家系统中，工艺专家编制工艺的经验和知识存在知识库中， 并可以方便地通过专用模块增删和修改。 现今的c a p p 方法和系统归结起来存在如下诸多问题： 适用性和通用性差； 缺乏对人机协同的有效支持： 只能进行零件加工工艺设计，很少系统具备面向产品或制造过程进行工艺 设计的能力： 没有从企业信息集成的整体去实施c a p p ，结果造成新的信息孤岛。 究其原因可以初步概括为以下几个方面 2 1 五8 】： c a p p 研究开发的目标定位不当。长期以来，c a p p 的目标一直定位在开 发代替工艺人员的自动化系统，而不是辅助系统，即过分强调了工艺决策的自动化。 在此目标指导下开发的“自动化”c a p p 系统，虽然融入了人类专家的知识和经验， 但在运行时往往需要用户输入大量的零件信息，事实上，这种c a p p 系统的作用还 不如一个有经验的工艺人员作用大； c a p p 系统应用范围过于狭窄。由于c a p p 系统本身的复杂性和对应用环境 的依赖性，如果以零件为研究的主体对象，则每种系统必定只适用于少数几种零件。 事实上，工艺基本数据结构和基本的设计功能完全具有普遍性，如果重视c a p p 的 管理功能，则可以增强c a p p 系统的通用性： 3 华中科技大学硕士学位论文 对c a p p 实用化和信息集成作用重视不够。尽管各种新概念、新方法、新技 术在c a p p 中不断获得应用，但主要是针对各种决策功能，而始终缺乏对c a p p 的系 统化、实用化、工程化的研究，缺乏各种技术之间、技术与管理之间、技术与人之 间的集成，使得这些新技术、新概念、新方法所起作用甚小，也使得c a p p 的整体 发展缺乏坚实的实践基础和动力。 1 2 3c a p p 系统发展趋势 如今随着网络、数据库、面向对象方法、分布计算、系统集成等计算机相关技 术的逐渐成熟，在现代制造系统中发挥着越来越重要的作用，作为现代制造系统中 的关键环节，企业对c a p p 也提出了更高的要求，c a p p 的研究也出现了以下趋势 叫7 】【1 2 - 15 1 ： 更强的交互式功能 交互性是c a p p 系统的最基本要求，将来c a p p 系统交互式功能必定更加强大。 集成化 集成化是c a p p 系统发展的必然，随着制造技术和自动化程度的不断提高，集 成的内涵也发生了变化，要求c a p p 与其他相关信息系统( 如c a d 、p d m 等) 之间实 现在产品信息上的的全面集成。 网络化 现代制造业中的工艺设计本身是一个多任务和多用户的并行过程，工艺设计任 务可能由分布在不同工作组的人员共同协作完成。随着网络技术的飞速发展，c a p p 系统也向着多用户协作平台的方向发展，可以进行分布式协同工作，借助于网络， 实现人与人之间直观对话和协同工作，并且可以对同一目标异步地进行处理，使工 作效率产生质的飞跃。 智能化 智能化是8 0 年代以来c a p p 系统研究的重要发展方向之一。目前正在广泛研究 的神经网络、模糊理论和遗传算法等技术为c a p p 系统的进一步智能化提供了理论 基础。 4 华中科技大学硕士学位论文 1 3c a p p 系统中交互式技术的研究现状 1 3 1 交互式技术简介 交互性是工艺设计的一大特点，c a p p 系统的交互性主要体现在两种层次上： l 交互式工艺文件编辑 交互式工艺文件编辑功能是工艺设计的基本功能，良好的交互式工艺编辑应该 可以适应不同企业不同表格形式的填写要求，提供可视化的工艺设计环境，1 0 0 所见即所得。应该能够自动换行、自动续页、自动增删页、自动编号、自动编排页 次等，能够连续浏览及选页操作；直接绘制工艺简图或借助零件图产生工艺简图： 支持特殊工程符号的编辑。 2 交互式工艺文件模板定制 在工艺设计中工艺卡片是工艺人员日常工作的主要对象，因此系统必须能够实 现工艺卡片的计算机描述，也就是所谓的模板。模板定制是允许工艺人员根据自己 需要的格式绘制出工艺卡片，从而可以为同一类型的工艺文件提供一致的交互平 台。由于工艺文件的多样性，导致工艺卡片格式不能够由一种固定的结构来描述， 因此需要提供交互式模板定制的功能。 i 3 2 现有c a p p 系统交互式工艺设计技术存在的弊端 现有c a p p 系统交互式工艺设计技术存在着种种弊端【6 】【1 4 】： 工艺文件输出格式是由软件供应商来完成的，一旦用户要求改变格式，则 必须修改程序。但是由于企业的工艺技术条件是不断变化的，企业的工艺 标准也是如此，这就导致了企业对工艺文件输出格式要求的不断变化。此 外不同的企业的c a p p 系统，它们的卡片格式有很大不同，传统的c a p p 交互技术就不能满足这种格式变换的要求。 c a p p 的工艺文件中通常要输入文字和插入图形，现有的c a p p 系统交互式 技术很难在这两个功能之间找到平衡点。或者侧重于工艺文件的文字编辑 功能，或者侧重于图形编辑功能。难以满足工艺设计图文编辑的需要。 华中科技大学硕士学位论文 现有的c a p p 交互式技术有的只给用户提供一个填表式界面，它对工艺文件 数据的管理是将整个文档的数据看成一个对象，以一定的格式打包，作为 二进制对象整体存入数据库中或者以一个文件交给操作系统管理。用户通 过工艺文件对象整体访问工艺数据，文件中的工艺信息对外是封闭的；难 以对工艺文件中的工艺信息进行管理维护。 1 4 0 b j e c t a r x 技术简介 工艺设计系统是在a u t o c a d 平台下开发的，在a u t o c a d 平台下开发交互式工艺 设计系统可以充分利用a u t o c a d 的图形处理功能。然而a u t o c a d 的文字编辑功能比 较弱，因此要满足交互式工艺设计系统的需要，必须在a u t o c a d 平台上进行二次开 发以提供更强大的交互功能。 o b j e c t a r x 是从a u t o c a d r l 3 开始提供的一种面向对象的，面向3 2 位w i n d o w s 的新的a u t o c a d 二次开发工具。利用o b j e c t a r , x 接口，a r x 应用程序编译后不再是 一个独立的进程，而是一个w i n d o w s 动态连接库，和a u t o c a d 核心结合的更紧密， 运行速度快、稳定性高。a r x 应用程序可以共享a u t o c a d 地址空间，可直接访问 a u t o c a d 数据库的数据结构和代码，图形系统及几何造型核心，在运行期间实时扩 展a u t o c a d 具有的类及其功能，建立与a u t o c a d 本身固有命令操作方式相同的新命 令。o b j e c t a r x 编程具有以下几种主要特点 1 3 】【1 3 】： 1 面向对象的开发环境 o b j e c t a r x 提供了一个面向对象的c + + 应用程序开发界面，可以使开发者方便地 利用a u t o c a d 的开发结构，可以方便应用程序对a u t o c a d 数据库结构、图形系统和 本地命令直接访问。a u t o c a d 图形数据库即指a u t o c a d 的图形文件，图形数据库结 构是存储在数据库中的对象的集合，基本的数据库对象是实体、符号表和词典，实 体是一种特殊数据库对象，线、圆、文本都是实体，用户可以看见并对其操作。图 形数据库结构如下图所示： 6 华中科技大学硕士学位论文 图l la u t o c a d 图形数据库组成 在a u t o c a d 编辑对话期间，用户可以通过调用 a c d b h o s t a p p l i c a t i o n s e r v i c e s 0 一 w o r k i n g d a t a b a s e ( ) 函数为当前图形获得数据 库。当对象在a u t o c a d 中被创建时，它们被添加到数据库中合适的容器对象中，如 实体被添加到块表中的记录。在对话期间每个对象都有一个句柄和对象i d ( 识别标 志) 。一个对象i d 对于数据库对象来说是唯一的识别标志，使用一个i d ，用户可以 对对象执行操作。当创建一个新图形数据库时，数据库的块表自动含有预定义的记 录：模型空间和预定义的图纸空间。当用户首先激活a u t o c a d 并且数据库是处于默 认状态时，实体被添加到模型空间，即添加到图形数据库中，如图l 一2 所示： 图纸空问 。 图i 一2 图形数据库实例 华中科技大学硕士学位论文 2 充分利用m f c 资源 o b j e c t a r x 提供了与m f c 的无缝集成，可以充分利用w i n d o w s 的资源，微软的 m f c 和先进的v c + + 可视化编程语言和工具，方便、高效地设计具有典型w i n d o w s 风 格的应用程序。 - 0 b j e c t a r x 使用m f c 的突出优势在于：m f c 是w i n d o w s 环境下编程的个应用 程序框架，提供了许多用于管理窗口、选单、对话框的代码，可用于完成基本的输 入输出、存贮数据对象等，使用它可缩短应用程序开发的时间，它提供了容易使 用的对象a c t i v e x 、o l e 和i n t e r n e t 编程的用户接口单元和技术，简化了数据库编 程和网络编程。 以m f c 与a r x 编程方式相结合生成的应用程序即具有w i n d o w s 界面，又充分利 用o b j e c t a r x 及a u t o c a d 的强大功能，可实现许多原来开发环境难以实现的功能。 3 x d a t a 技术 在a u t o c a d 中线条、表格、文字都被称作实体e n t i t y 。而o b j e c t a r x 提供了一 个强大的功能，即允许在实体上加入属性，它被称为x d a t a 。x d a t a 是一个链表结 构信息，每一个节点上可以有不同种类的数据，如：整数，浮点数，字符串等。其 节点数据结构定义如下： s t r u c tr e s b u f r e s b u f *r b n e x t ；指向下一节点 u n i o nr e s v a l ；节点数据内容 r i n t r e s t y p e ；指明节点数据的类型 j ； x d a t a 链表的头节点的数据类型律是字符串型，称为“x d a t a 名字” r e g a p p n a m e ，可以赋值为任意一个长度不大于2 5 6 的字符串。不过为了方便一般用 。 表明实体类型的字符串来赋值它。x d a t a 链表后续的节点数据类型没有限制，节点 数也没有限制，可以根据需要添加节点以设置属性。 一 在实体上添加x d a t a 数据后，也可以读取特定的x d a t a 数据。添加】( d a t a 的方 法是先看是否在d w g 文件中注册了该r e g a p p n a m e ：a d s r e g a p p 0 ，如果已经被注册 了该名字，就可以直接在实体上设置x d a t a ：s e t x d a t a ( s t u r c tr e s b u f * p r b ) 。读 华中科技大学硕士学位论文 取x d a t a 数据的方法是x d a t a ( r e g a p p n a m e ) ，如果返回值是一个非空指针，则读取 成功，然后就可以利用该指针读取各属性值。 利用x d a t a 技术，可以为a u t o c a d 的实体赋予不同的属性，并以此为基础可以 实现a u t o c a d 的实体定制功能。 1 5 本文的主要工作 笔者自二零零零年八月进入课题以来，先后参与了留学回国人员科研启动基金 项目的研究工作和海天c a p p 小组工作，在前一工作中，阅读了大量的中英文文献 资料，对并行工程、快速反应制造等新制造技术与哲理以及c a p p 系统有了相当程 度的了解。其后参与了海天c a p p 项目的详细设计、编码和维护工作，如今海天c a p p 系统已经验收并投入运行。 本文针对工艺人员对c a p p 系统交互式能力的要求，详细讨论了工艺设计过程 中各种交互式技术的原理和实现技术，包括交互式工艺文件模板定制技术和交互式 工艺文件编辑技术，并开发出了一个实用的交互式工艺设计系统。 1 6 本文的组织结构 本文主要分为六章，分别论述了交互式工艺设计系统的若干关键技术及系统实 现。 ， 第一章为绪论，提出了课题的背景及来源，简要介绍了o b j e c t a r x 技术及其开 发交互式工艺设计系统的优势，随后介绍了本人的主要工作； 第二章论述了交互式工艺设计系统的总体思路，并给出了交互式工艺设计系统 的总体框架； 第三章具体分析了工艺设计系统中的交互式模板定制技术； 第四章介绍了工艺设计系统中的交互式图文编辑技术； 第五章介绍了系统的部分运行实例； 第六章总结了全文的内容，并展望下一步的工作。 华中科技大学硕士学位论文 2 交互式工艺设计系统的总体结构 2 1 交互式工艺设计系统的整体思路 工艺工作贯穿于企业的整个生产活动中，在各个方面都充满着强烈的“个性”。 工艺设计所涉及的因素不仅是大量的、错综复杂的，而且是动态的，比如受企业的 生产类型、产品结构、工艺准备、生产技术发展等的影响，甚至受到管理体制的制 约。上述因素中的任何变化，均可能导致工艺设计过程的变化。这种动态适应性的 要求使得通用化工艺设计系统实现起来变得非常困难1 1 1 ) 。 传统的c a p p 系统往往是针对某个企业的某类零件而设计的，比如轴类、盘类 等等。当企业的生产过程始终维持不变时，它们能发挥一定的作用，但现实的情况 是，企业为了生存，必须根据市场的需要和客户的要求调整生产的产品，并根据具 体生产实际调整工艺路线，这些调整使得原来的系统修改困难，甚至变得根本不能 使用。 究其原因，还是因为这些系统片面追求工艺设计过程的自动化，丽忽视了通用 化的要求，工艺设计是一个经验积累的过程，离不开人机交互，事实证明，在工艺 设计过程中，只有交互性才是系统最根本的通用性要求，不管企业实际如何改变， 只要系统提供了交互式功能，它就不会轻易淘汰。 工艺设计的交互过程体现在许多方面，首先定制工艺卡片格式的过程就是一种 交互过程，工艺人员根据企业实际，将原来打印在纸介质上的工艺卡片录入计算机 形成一种标准的电子格式；工艺文件的编辑过程更是一种交互式过程，工艺人员根 据自己的经验编制工艺规程、根据车间资源状况选择合适的工艺资源、绘制工序简 图等等；工艺文件的发布过程也体现了交互式，审核、签字、发布都是人机协作完 成的。 为了使各种交互式功能变得真正的通用，必须在系统设计过程中，对与工艺设 计相关的信息进行抽象，建立信息模型，然后根据信息模型设计各种定制工具，这 华中科技大学硕士学位论文 些定制工具要求能满足工艺文件格式定制、工艺资源类型定制和工艺文件编辑过程 中的约束定制的需要。 2 2 交互式工艺设计系统总体框架 通常，工艺设计系统是建立在数据库管理系统的基础之上的，为了获得更多信 息管理功能的支持，在充分认识了p d m 系统强大功能以后，我们选用p d m 作为交互 式工艺设计系统的底层平台，这样可以充分利用p d m 系统提供的各种数据管理功能， 比如产品属性管理、产品结构管理、用户权限管理等，而将开发重点放在交互式工 艺设计上来。 交互式工艺设计系统与底层的p d m 系统的总体框架如图2 1 所示： 图2 - i ：交互式c a p p 系统总体结构图 l i 华中科技大学硕士学位论文 工艺管理系统直接基于p d m 开发，主要提供工艺文件的管理、人员与权限管理、 制造b o m 生成与编辑、版本与更改管理等工艺设计中的管理功能，它是交互式工艺 设计的底层管理系统。 工艺设计子系统则致力于解决工艺设计中的人机协同问题，提供了满足工艺设 计需要的交互式平台。 2 3 交互式工艺设计系统应遵循的原则 为保证系统的通用性和易用性，交互式工艺设计的开发应遵循以下原则【3 0 】： 数据与表现形式的分离 工艺文件中，工艺数据是核心，不可或缺，卡片格式作为工艺数据的表现形式 是显示给用户看的，根据不同的应用实际应该是可以改变的、可有、可无的。为此， 必须能够将工艺数据与卡片分离，这不但增强了数据的独立性，提高数据的共享程 度，方便用户对产生的工艺数据进行二次加工，并可以在不改变用户数据的情况下， 轻松地从一张卡片格式改变成为另一种卡片格式。 易维护和升级 由于p d m 系统是在网络环境下以种c s 架构开发和运行，因此交互式工艺设 计系统在开发的时候也必须构建c s 架构，考虑到维护和升级的方便，应尽量以一 种瘦客户的模式进行，即降低客户端的安装难度及维护代价，但又能够充分利用客 户端的处理能力，降低服务端的负担。 保证数据的安全性 工艺设计系统是个分布式环境下的多用户系统，系统必须有足够的安全管理 功能，并能进行并发控制，保证数据的一致性和完整性。 2 4 交互式工艺设计系统的功能模型 交互式工艺设计系统主要由交互式工艺设计信息模型管理、交互输入、工艺信 息输出、交互过程中的约束管理四大模块组成，如图2 2 所示： 12 华中科技大学硕士学位论文 1 工艺文件信窟 模型管理 工艺资源信息 模型管理 交互式工艺设计 信息模型管理 1 文字编辑 图形黼 工艺资源管理 工艺简图管理 j 安全管理- 图2 2 交互子系统的功能结构 交互式工艺设计信息模型管理主要用于构建并管理交互式工艺设计子系统中 的重要信息模型：工艺文件信息模型和工艺资源模型。 交互式工艺设计通常是以工艺文件为操作对象的，工艺文件的种类多种多样， 因此要分别对工艺文件进行操纵几乎是不可能的，为此只有将工艺文件分解成更细 粒度的信息单元，并以此为基础建立统一的工艺文件信息模型，使所有工艺文件都 能以一种统一的信息结构来表达，从而为交互式设计提供信息基础。 在交互式工艺设计中，用户随时可能碰到各种具有参考性或者规范化的数据， 比如典型的工序名称、车间、班组等等，如何将这些数据统一组织起来并在设计中 提供有效的支持，也是交互式工艺设计的重点所在。为此需要建立一个统一的资源 模型以表达所有资源信息。 交互式输入模块用于交互式工艺设计中的信息输入，该模块提供了优良的输入 环境，用户可以直接进行人机交互操作以产生工艺信息，包括文字编辑和图形编辑， 并提供了编辑的各种辅助功能，以及在线资源的支持，如工艺资源的支持和工艺简 图的支持，并有一定的工艺数据安全管理功能，在权限控制的基础上负责系统的信 息安全。 交互式约束管理模块提供了将约束反映到工艺设计的交互输入去的手段。工艺 设计是个复杂的过程，其中存在着种种约束，比如资源的约束、操作权限的约束、 l3 一一觐一觏 一 一一一一一一一 华中科技大学硕士学位论文 设计属性的约束等等，针对工艺设计中不同的约束条件，交互输入应该建立以下几 种约束关系： y e s n o ： 即工艺人员只能在两种情况下作出选择； 多选一： 工艺人员可以在多种情况下作出选择： 推荐选择：即输入中可以选择推荐。 交互输出模块在系统中负责工艺设计中工艺模板的生成，可以在a u t o c a d 界面 中灵活定制各种各样的工艺格式对应的模板。 2 5 交互式工艺设计系统的软件模型 工艺设计中设计的工艺数据多种多样，有的是反映产品属性的数据，有的是反 映工艺技术条件和装备的数据，有的是是反映工艺简图的图形数据，同时各种工艺 数据有一定的联系，为了能够对所有的工艺数据实现开发式管理，首先必须使工艺 数据被格式化地组织，是企业关心的所有工艺数据都能通过固定的数据库结构去描 述，也能通过不同的工艺卡片去反映。为了实现这一点，并增加交互式工艺设计系 统的通用性，将模板划分为几类元素，通过这些元素的参数化和属性的定义可以实 现各种格式的模板定制，并实现了模板中工艺数据与数据库的联系，交互式工艺设 计系统其软件模型见图2 3 。 2 主 xdt 位置 童v 主l ：队仆骨 一 + i 持倍倍信 t - 一一tr 1 。 l 摊主璜古ri 帽- 曩主一5 一i ：主i i ；“l ：i 蕞l 恨表且 i i 颤橱立攮横姨 数墙 i 零件属i 崔谰z 艺麓鼍 一： 丰_ 1 性信息i 信岛信童 杠t t 一 工艺簟鼍库 叠 图2 3 软件模型 图2 3 中，系统访问工艺数据库中数据字典的信息，根据数据字典生成模板。 模板里有几种与数据库相关的表格，在报表模块中该表格映射为a u t o c a d 的实体 14 华中科技大学硕士学位论文 对象，表格实体上附带的x d a t a 信息就是记录它与数据库表的联系的信息。由于 其他模块都要模板中表格实体的属性信息，因此报表模块是其他模块实现的基础。 编辑模块提供了一个标准的w i n d o w s 界面，可根据用户的输入产生相应文字， 在a u t o c a d 中映射为文字实体。为了实现文字实体和表格实体的联系，编辑模块 需要访问文字所在表格的位置信息，然后根据在模板中定义好的文字属性信息 文字的字高，对齐方式计算得到文字实体的位置，并根据对应的表格记录相应的属 性信息，实现表格实体和相应文字实体的对应关系。编辑模块提供了工艺资源的在 线支持功能，用户可以定义工艺文件中相应字段的关联资源，在编辑状态下可以从 工艺数据库的资源库中实时、动态的取出相应资源，用户可以直接选取。 数据管理模块采用三层c s 结构访问数据库，提供了一个统一、完备的工艺数 据接口。系统各模块对工艺数据库的访问都是通过数据管理模块进行的。 l5 华中科技大学硕士学位论文 3 工艺设计中的交互式模板定制 3 1 交互式模板定制的基本思路 不同的企业工艺设计状况的差异导致工艺设计过程中工艺文件格式千差万别， 并且工艺文件格式也不是固定不变的，会随着企业工艺技术条件和工艺标准的变化 而发生改变，比如增加一种新的格式或者修改现有的工艺文件格式等等。为了保证 工艺设计系统的柔性，应该能够提供一种灵活的交互式定制手段，使得在不修改任 何软件程序的情况下，工艺人员能够方便地定制或修改工艺文件的格式，这就是所 谓的交互式模板定制。 任意一个工艺文件都是由工艺卡片的显示式样和内部包含的数据组成，内部数 据因文件而异，但显示式样是相同的，这就是该类型文件的模板。模板定制的思路 就是利用图文编辑工具即a u t o c a d 绘制出和实际工艺卡片一模一样的表格，同时通 过交互式手段建立表格方框和数据库表格字段的对应关系，并附加上相应的约束， 比如和设计属性的关联、和工艺资源的关联、不同类型模板之间的关联以及权限约 束等等口6 1 。 3 2 模板信息模型 3 2 1 模板组成对象分析 模板是对工艺文件格式的抽象，在确定模板的组成对象之前，我们对工艺文件 做了一番深入地分析，可以看出，尽管工艺文件种类繁多，图文并茂，但都具有一 定的共性，即工艺文件模板都是由以下几部分元素构成的： 图幅和边框：工艺文件格式通常遵循一定的图幅标准如a 4 、a 3 等等，边框 限制了表格和其他图文信息的位置，有的边框还包括工作区的概念，如加 工工艺过程卡： 16 华中科技大学硕士学位论文 一维表：表现在工艺文件中就是该表只有一行记录，该行记录由工艺文件 编号唯一确定。维表的数据与数据库中的某个表动态关联，数据的变化 可以直接反映到数据库中，同样数据库中对应字段数据的变化也可以及时 反映到工艺文件中。一维表中又分为三种，一种是与零部件相关的产品设 计属性信息，它们在产品设计过程中产生，如零部件物料号，零部件图号、 零部件名称、材料等等，这些信息在该零部件所有相关工艺文件中都一样， 工艺人员不能修改；第二种是工艺设计属性信息，它们在工艺编辑时产生， 包括文件编号、文件名称、工序名称等等，每个工艺文件必定对应一行这 样的数据：第三种是工艺审核和签字信息，它们在工艺审核和会签时产生， 设计人员不能随意填写该字段： 二维表：表现在工艺文件中就是该表有多行记录，二维表中包含的数据相 对多变，需要与数据库中的某个表动态关联。在数据库中需要由两个关键 字来唯一确定表中的一行数据，比如在加工工艺过程卡中的工步内容表的 一行记录需要由文件编号和工序号来唯一确定； 普通一维表和普通二维表：如卡片标识表格和公司标识表格等，这种表格 中的数据相对固定，不需要和数据库表相关联，在定制模板时写入数据， 随工艺文件保存。在普通一维表中还有个特例，即“第几页”，它的内容 是随着页数的增加动态变化的，需要对其进行特殊处理： 图形区域：即工序简图绘制区域，工艺人员可以在这里手工绘制工艺简图， 或者从简图库中搜索相应的简图文件并以块的方式插入到该位置。 为了完整地描述这些不同特性的元素，方便交互式工艺设计系统的开发，我们 将面向对象的思想引入到模板的处理中来，模板是对象的集合，模板的各种元素可 看作是一系列的对象，对模板的处理也可细化为对这几种对象的处理，边框、普通 维表、普通二维表这些可称之为静态对象即不需要与数据库关联的对象，可以简 单的将这些对象绘制出来并容纳于模板之中；而那些保存动态数据的一维表、二维 表对象由于存在各种数据关联和约束需要特殊对待，这也是模板定制的重点。 17 华中科技大学硕士学位论文 3 2 2 模板的相关概念 在提出模板的数据模型之前，首先要阐明一下工艺文件类型和工艺文件格式的 相关概念，以免引起歧义。 工艺文件类型 工艺文件类型通常对应一类工艺文件，在报表模块中将其定位为对数据库关联 的动态数据的表述。基于上文对工艺文件的信息分解，将动态工艺数据归纳总结后 经过进一步抽象，得到一个能对工艺数据进行格式化处理的软件模型，工艺文件类 型的概念从而产生。工艺文件类型是一个完整的工艺文件中所包含的工艺数据及其 类型以及工艺数据之间的结构关系的总和，即工艺数据在数据库中的组织结构。每 一类工艺文件类型对应着定的数据库关系模型，具体到一个工艺文件中即包含有 同样的一维表和二维表。工艺文件类型在工艺文件和工艺数据之间架起了抽象的桥 梁，使企业关心的动态工艺数据都能通过一定的数据库结构去描述。 工艺文件格式 工艺文件类型描述了工艺数据的数据库结构，而工艺文件格式则是面向用户的 工艺信息组织方式，即指工艺文件的具体表现形式。具有相同数据库结构的工艺文 件可以对应几种不同的表现形式，如装配工艺过程卡就有有简图和无简图 两种卡片，工艺文件格式的概念由此引出，每一种模板都是相应格式的计算机化。 工艺文件格式是依赖于工艺文件类型的，即同一种类型可以对应各种格式，但是每 一种格式只能对应一种工艺文件类型。 通过对工艺文件类型和格式这两种工艺文件信息组织方式的定义使得企业的工 艺数据既能通过相应的数据库结构去描述，也可以通过不同的格式来表现。工艺文 件类型和工艺文件格式的关系如图1 所示： l8 华中科技大学硕士学位论文 图3 1工艺文件类型和工艺文件格式的对应关系 3 2 3 模板的数据模型 每种模板都是工艺文件格式的计算机化表现形式，工艺文件格式对应一种特定 的工艺文件类型，模板的数据结构和工艺文件类型的数据结构是_ 蓼的a 为了能够 灵活处理各种类型的工艺文件，工艺文件类型的数据库结构必须定义为一种灵活 的，可由用户扩充的结构。工艺设计系统通过数据字典的方式定义了工艺文件类型 的数据库结构，如图2 所示。 l9 _ _ _ - - - _ _ _ _ _ _ - - _ _ - _ _ _ _ _ _ - 、 i 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = ! = = = = ! = ! ! = 2 = ! ! = = = ! = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ! = = = = ! = = = = = = = = = = ! 图3 2 工艺文件类型数据字典 数据字典由四张表组成： 文件字典：记录文件类型中、英名对照关系： 文件表字典：记录该文件类型由几张数据库表组成： 表字典：记录每张数据库表的属性： 字段字典：记录每张数据库表包含的字段信息，比如字段类型，长度，b 用资源等等。 对于每一种工艺文件类型，在信息分解之后将文件内部数据结构信息存入数据 字典。在新建模板之前需要确定系统中已经定义了哪几种对应的工艺文件类型并选 择对应的工艺文件类型，通过数据字典获得工艺文件类型的数据结构，也就获得了 模扳的数据结构，并以此为依据在生成模板时进行数据关联。下面以装配工艺过程 卡为例，给出相应模板的数据模型，其他模板的数据库结构与其类似。 20 华中科技大学硕士学位论文 装 配 工 艺 过 程 缶 维 表 文件基本属性表 文件编号 文件名称 文件版本 零部件属性表 零部件圈号 零部件编号 零部件名称 装配工序内容表 工序编号 工序内容 工具工装 组件清单 序号 名称 图号或规格 装配工序卡表头 装配部件名称 装配机型 装配工序名称 更改记录表 处数 更改文件号 标记 图3 3 装配工艺过程卡的数据库结构示例 3 3 交互式工艺模板定制 模板定制是纸介质的工艺卡片计算机化的过程，也就是将一种类型的工艺卡片 格式分解成边框、一维表、二维表等模板子对象，并借助交互式手段在a u t o c a d 环 境中一一绘制出所有的对象，然后调整对象的显示位置使得和实际的工艺卡片格式 完全一样。下面首先对这几种对象的生成模式和参数、属性作一些必要的分析。 3 3 1 工艺文件模板对象生成模式分析