遠程機械設計發(fā)展研究論文

1、遠程機械設計發(fā)展研究論文 摘要：對于一個機械設計人員來說，在產(chǎn)品設計過程中經(jīng)常會遇到一些機構設計分析、機械強度分析等問題，需要不斷地查找設計手冊并進行校核計算，如能將機械設計手冊建立成Web數(shù)據(jù)庫，放在Internet上的話，當設計人員在產(chǎn)品設計過程中遇到問題時，就可以將已知參數(shù)提交給服務器，服務器經(jīng)過分析計算和數(shù)據(jù)庫查詢，將結果返回給用戶。這樣，不僅可以方便設計人員，提高設計效率，使他們能有更多時間去開發(fā)新產(chǎn)品和研究新問題，而且還可以大大地節(jié)約產(chǎn)品開發(fā)的成本。本文對基于Web的遠程機械設計技術廣泛分析了當今遠程機械設計的發(fā)展現(xiàn)狀。 關鍵詞：遠程機械設計計算模式 一、機械設計發(fā)展概述 傳統(tǒng)設計

2、方法是經(jīng)驗、類比式的設計方法。主要采用封閉的收斂設計思維，進行經(jīng)驗類比設計。在計算方面只進行靜態(tài)分析，并將載荷、應力進行集中處理，對于計算數(shù)據(jù)的誤差采用增加安全系數(shù)的做法。傳統(tǒng)設計方法以手工設計為主，使用簡單的工具，進行人工計算畫圖。另外，傳統(tǒng)設計是一種串行設計，即一個零件從設計到生產(chǎn)是一個階段的工作完成之后才進行下一個階段的工作。如：首先進行初期的規(guī)劃設計，接著進入總體方案設計，然后由結構設計人員設計出零件的結構，之后完成工藝文件的編制，最后將圖紙及工藝規(guī)程交給生產(chǎn)工人，加工出零件的原型。如需改進的話再返回零件的改進信息。這樣，一種產(chǎn)品從設計到正式投產(chǎn)往往要花很多時間，因此開發(fā)周期長，并且串

3、行設計過程中，各個環(huán)節(jié)之間缺乏信息溝通，常導致設計人員之間的合作不協(xié)調(diào)。 自二戰(zhàn)結束以來，世界各發(fā)達國家逐漸重視設計理論和設計方法的研究，先后產(chǎn)生了許多新概念、新思想、新理論和新技術。從設計方法來看，國內(nèi)外先后提出了并行設計、虛擬設計、協(xié)同設計，相似性設計、智能設計等新概念；從設計準則來看，出現(xiàn)了優(yōu)化設計、可靠性設計、有限元等概念，從設計的手段來看，出現(xiàn)了計算機輔助設計，不僅普及了二維設計CAD軟件，而且功能全面的三維造型軟件也進入了實用階段。 近年來，計算機網(wǎng)絡技術、Web技術和數(shù)據(jù)庫技術的出現(xiàn)和飛速發(fā)展，給現(xiàn)代機械設計注入了新的生機和活力，機械設計逐漸向數(shù)字化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展?；赪eb的

4、遠程設計正是在這種條件下產(chǎn)生的。它的出現(xiàn)，使得各制造企業(yè)可以充分利用Internet和Web的國際互聯(lián)性和資源共享性，組建企業(yè)間的動態(tài)聯(lián)盟或虛擬設計小組，通過組合分散在各個地域企業(yè)的技術優(yōu)勢，發(fā)揮各個企業(yè)的局部特長，同時不同專業(yè)的技術人員可以不受地域的限制，在一個統(tǒng)一且易于訪問的平臺下進行異地的合作與設計，實現(xiàn)信息的交流和共享，進而快速開發(fā)出所需產(chǎn)品，提高產(chǎn)品設計的一次成功率。 作為現(xiàn)代設計的一個重要組成部分，遠程機械設計是一個綜合了多學科、多技術的研究領域，涉及到機械工程及計算機技術等諸多知識領域。從機械設計的角度來說，主要研究設計過程的建模、設計優(yōu)化理論等。從計算機技術方面來說，應研究如何

5、對現(xiàn)有的設計資源進行組織和發(fā)布，使得這些資源能方便異地的設計人員進行查詢和調(diào)用。這些資源包括各種專業(yè)化的計算、分析程序，供設計使用的數(shù)據(jù)庫和知識庫等，所以要研究網(wǎng)絡環(huán)境下設計資源的獲取與調(diào)用，設計過程中設計人員之間信息的交流和反饋等，為遠程設計中分布式資源的獲取和調(diào)用提供基礎和借鑒。 二、國內(nèi)外遠程機械設計發(fā)展 2.1遠程設計的概念和意義 遠程設計即讓設計人員通過客戶端瀏覽器輸入設計參數(shù)，服務器自動進行計算和選擇，并根據(jù)確定的參數(shù)返回產(chǎn)品的規(guī)格或設計圖形。遠程設計技術是現(xiàn)代計算機技術、網(wǎng)絡技術和機械設計技術在工程設計上的應用，它縮短了產(chǎn)品的設計周期和節(jié)省了設計成本，真正意義上地釋放了工程技術人

6、員。與傳統(tǒng)的機械設計相比，遠程設計具有以下優(yōu)點： 1、縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。 2、避免重復開發(fā)。目前企業(yè)或個人進行的機械產(chǎn)品設計，大部分是自己根據(jù)需要來開發(fā)設計軟件，而不考慮是否有同類軟件在市場中存在或者將自己的研究成果在允許的情況下租賃或免費為他人使用等。這就形成了重復開發(fā)，浪費了大量的人力和物力。 3、降低了企業(yè)資金和人員的投入。特別是近年來三層B/S網(wǎng)絡計算模式的出現(xiàn)，極大地降低了客戶端軟硬件的配置要求。遠程設計可以為用戶建立一個統(tǒng)一的設計平臺，所有的設計都在高性能的服務器上運行，客戶端只需完成設計任務的輸入以及設計中某些參數(shù)的選擇和結果顯示即可。 4、由于遠程設計一般都有提供給用戶進行交

7、流和討論的平臺，這就不僅加強了各領域?qū)＜抑g信息的共享和交換，而且大大提高了一次產(chǎn)品設計的成功率。 2.2遠程設計的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2.2.1在國外，有關遠程協(xié)同設計的研究和應用起步較早，主要有： （1）早在上世紀80年代中期，麻省理工學院學者就從事了這方面的研究，并首次提出T計算機支持的協(xié)同工作的概念。 （2）20世紀90年代中期，美國伯克利加州大學的集成制造實驗室在美國國家科學基金、美國國防先進制造計劃代理福特汽車公司的資助下開展了一個名為Cybercut的研究項目，建立了世界上第一個基于WWW的設計和制造系統(tǒng)。 （3）英國建立的EdinburghEngineeringVirtualLib

8、rary網(wǎng)站，提供工程設計、制造需要的各種信息，在英國建立了基于Web的虛擬制造中心，為企業(yè)設計、分析、制造等提供服務，提高了企業(yè)特別是中小企業(yè)的市場競爭能力。 （4）美國Microsoft公司和UnigraphicsSolutions公司聯(lián)合研究面向產(chǎn)品全生命周期的基于知識的協(xié)同設計支持網(wǎng)絡環(huán)境“DesignKnowledgeNetwork”，減少了實際時間，降低了設計成本，在快速獲取全球設計知識的基礎上，進行產(chǎn)品創(chuàng)新設計。 （5）英國Liverpool等大學研究并應用人工智能和Internet提供滾動軸承的網(wǎng)絡化設計服務。 2.2.2在國內(nèi)，有關這方面的研究主要集中在高等院校和科研院所，其

9、中主要有： （1）以西安交通大學潤滑理論與軸承研究所為主、國內(nèi)多家企業(yè)和研究機構共同參與建立了國內(nèi)第一個支持產(chǎn)品協(xié)同設計的網(wǎng)站-現(xiàn)代產(chǎn)品設計與研究開發(fā)網(wǎng)絡（），旨在推進現(xiàn)代設計，主要提供設計知識的獲取，參加的單位還有清華大學、華中理工大學、機械科學研究院、上海交通大學、重慶大學等國內(nèi)許多著名的高校和科研院所。 （2）清華大學精密儀器及機械系摩擦學國家重點實驗室開發(fā)出了基于Web的異地合作設計系統(tǒng)Cdesign，該系統(tǒng)采用了Client/Serveer構架，客戶與服務器之間通過VAW來完成。 （3）上海先進制造工程技術研究中心和上海飛機制造公司開發(fā)了一個基于Intemet/web的異地設計與制造

10、系統(tǒng)，利用其進行跨企業(yè)、跨地域的協(xié)同產(chǎn)品設計與制造。 另外，國內(nèi)也有一些相關的網(wǎng)站，如：中國機械網(wǎng)（www.china-）、材料與制造綜合信息服務平臺等，它們提供機械設計技術數(shù)據(jù)、制造工藝技術數(shù)據(jù)等，并把機械設計技術、制造工藝技術、遠程設計技術、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、計算機輔助設計都實現(xiàn)了網(wǎng)絡化。在其中的機械設計技術模塊中，用戶只須選取自己要使用的設計模塊，輸入適當?shù)膮?shù)就可自動設計出自己所需的零部件；在遠程分析模塊中，實現(xiàn)了常用機構的參數(shù)化仿真與分析。 可是遠程設計由于剛剛起步，像其它新興技術一樣還不夠完善。隨著CAD技術、計算機網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術及人工智能技術的不斷發(fā)展，遠程設計的內(nèi)容必將越來越豐

11、富，功能越來越強大，所提供的服務也將越來越完善。 三、遠程設計系統(tǒng)的技術研究 系統(tǒng)的總體結構模式的確定是系統(tǒng)在初步設計階段要完成的一項重要任務。系統(tǒng)的總體結構模式是系統(tǒng)的基礎，只有確定了系統(tǒng)的結構模式之后才能進行下一步的設計和開發(fā)。而應用軟件的架構是建立在計算模式基礎之上的，因此，有必要先對網(wǎng)絡計算模式進行分析。 在計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展過程中，先后出現(xiàn)了以大型機為中心的計算模式、以服務器為中心的計算模式、客戶機/服務器(Client/Server)計算模式，以及隨著Web技術的成熟而發(fā)展起來的瀏覽器/服務器(Browse/Server)計算模式。 （1）通過對兩種計算模式的研究和分析，B/S模

12、式較US模式，具有以下優(yōu)點: 1、界面風格統(tǒng)一、可移植 US模式的客戶端往往采用不同的開發(fā)工具開發(fā)，因此界面不統(tǒng)一，一般來說也互不兼容，難以移植到其它的平臺上運行，而B/S模式的客戶端使用統(tǒng)一的Web瀏覽器，根本就不存在移植性的問題，而且使用非常簡單。 2、跨平臺性 B/S模式的系統(tǒng)較US模式的系統(tǒng)有更好的跨平臺性，客戶端可位于任意的軟、硬件平臺，因此跨平臺的問題得到解決。 3、易于管理和維護。 C/S模式的系統(tǒng)針對不同的客戶端需要開發(fā)不同的應用程序，完成的工作量較大。一旦系統(tǒng)要進行修改或升級，則要修改所有客戶端上的應用程序，工作重復，管理和維護成本較高。反觀B/S模式，由于應用軟件集中在服務

13、器端的開發(fā)和管理，因此應用系統(tǒng)進行升級時，只需更新服務器端的軟件即可，無需客戶端的參與，因此大大減少了系統(tǒng)維護與升級的成本與工作量。 （2）遠程設計系統(tǒng)的支撐技術 基于Web的遠程設計是一項涉及多學科多功能的綜合活動，其中包括現(xiàn)代機械設計技術、Web技術、數(shù)據(jù)庫技術等。 1、機械科學技術 機械科學的理論與知識是進行遠程設計的前提。沒有這些理論知識作根基，遠程設計無從談起。 2、計算機網(wǎng)絡技術 遠程設計是以計算機網(wǎng)絡為基礎的，計算機網(wǎng)絡是遠程設計系統(tǒng)的運行平臺。所有的設計過程中的信息都要通過網(wǎng)絡來傳遞，網(wǎng)絡基礎的好壞直接影響到遠程設計系統(tǒng)的質(zhì)量，是實現(xiàn)遠程設計的關鍵技術之一。 3、標準化技術 遠程設計的過程中離不開信息的交流，交流的前提就要有一個統(tǒng)一的交流規(guī)則，即標準化工作。 4、數(shù)據(jù)庫、知識庫技術 基于Web的遠程設計過程中需要用到數(shù)據(jù)庫中的許多信息，如設計過程中用到的參數(shù)、圖表數(shù)據(jù)等。這些信息的存儲和管理均要數(shù)據(jù)庫作為支持。數(shù)據(jù)庫技術是遠程設計系統(tǒng)的核心技術。同時，知識庫可以實現(xiàn)知識復雜問題的求解評價和建議，可有效地進行智能推理來進行優(yōu)化設計。 5、計算機編程技術 計算機編程為遠程設計系統(tǒng)提供一系列的應用服務和平臺建設。主要是程序設計語言和存取數(shù)據(jù)庫，如、C#等編程語言和關系數(shù)據(jù)庫的標準語言結構化查詢語