基于CS 模型的覆蓋件模具CAD系統(tǒng)的研究

1、基于C/S 模型的覆蓋件模具CAD系統(tǒng)的研究         1前言覆蓋件模具CAD技術(shù)經(jīng)歷了相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，其中所應(yīng)用的工藝分析計(jì)算、有限元分析、模具裝配設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)>' target='_blank' class='infotextkey'>管理等技術(shù)都取得了較好的發(fā)展，但同時(shí)又在兩方面表現(xiàn)出了迫切 的需要。一方面是由于圖形工作站、PC機(jī)共同參與覆蓋件模具的設(shè)計(jì)，分別擔(dān)負(fù)著不同的設(shè) 計(jì)、處理任務(wù)，這些任務(wù)在計(jì)算能力、速度、可視化等方面的要求各不相同一些公用設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)

2、、數(shù)據(jù)存放在少數(shù)特權(quán)主機(jī)中，其結(jié)果是模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)中配置的資源和運(yùn)算能力不均等 ，這種不均等現(xiàn)象是覆蓋件模具CAD系統(tǒng)中必須的。另一方面，由于CIMS發(fā)展的要求，模具CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果需要在其生命周期的各環(huán)節(jié)中進(jìn)行共享，CAD系統(tǒng)應(yīng)具備并行設(shè)計(jì)和較強(qiáng) 的信息訪問(wèn)能力。這兩種需求綜合體現(xiàn)為覆蓋件模具CAD中開(kāi)展并行、集成設(shè)計(jì)方面的研究 。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為設(shè)計(jì)者提供了資源共享和數(shù)據(jù)通信手段，客戶/服務(wù)器（Client/Server，C/S ）模型為不同主機(jī)、不同進(jìn)程間相互作用的實(shí)現(xiàn)提供了機(jī)制。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中通過(guò)客戶/服務(wù) 器模型可以建立并行的模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以滿足上述發(fā)展的需要。  &

3、#160; 2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)    2.1適用性分析并行、集成的模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)具有設(shè)計(jì)過(guò)程的協(xié)作性、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的共享性、軟硬件設(shè)計(jì)資源 的自動(dòng)調(diào)配等能力。一般來(lái)說(shuō)，集中式、分布式和C/S模型都具有實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)條件 ，但基于C/S模型的計(jì)算結(jié)構(gòu)最為合適。它是由網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的多臺(tái)硬件組成的并行的工作體系 ，在協(xié)同設(shè)計(jì)方面能夠利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供的不同主機(jī)上的進(jìn)程調(diào)用手段，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序相互 通信。應(yīng)用C/S模型開(kāi)展覆蓋件模具CAD，共享的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)、零部件庫(kù)和通用設(shè)計(jì)過(guò)程 數(shù)據(jù)庫(kù)存放在服務(wù)器上，選用工作站、PC機(jī)等分別進(jìn)行圖形顯示、裝配、仿真分析、計(jì)算、 設(shè)計(jì)事物操作、圖形輸

4、出，數(shù)據(jù)的>' target='_blank' class='infotextkey'>管理和零部件的設(shè)計(jì)分別處于不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上。C/S模 型特別適合于模具CAD的協(xié)同工作，這可以從它的調(diào)用特點(diǎn)談起。(1)非對(duì)等的相互作用?？蛻?服務(wù)器處于不平等的地位，服務(wù)器擁有客戶所不具備的軟硬件 資源和運(yùn)算能力，服務(wù)器提供服務(wù)，客戶請(qǐng)求服務(wù)。在覆蓋件模具CAD系統(tǒng)中，大量客觀存 在著資源分布和運(yùn)算能力不均等現(xiàn)象。有些主機(jī)擁有大量外存，有些主機(jī)擁有繪圖機(jī)和打印 機(jī)輸出，有些網(wǎng)點(diǎn)擁有超級(jí)運(yùn)算能力，有些網(wǎng)點(diǎn)由大量PC機(jī)構(gòu)成。另一方面，在進(jìn)行CAD工 作時(shí)，為

5、了節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源，沒(méi)有必要為每臺(tái)主機(jī)維持一個(gè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)拷貝，而是公用信息以 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存在于少數(shù)特權(quán)主機(jī)中。對(duì)于在設(shè)計(jì)中動(dòng)態(tài)變化的內(nèi)容，這種措施會(huì)使動(dòng) 態(tài)修改刷新工作、一致性維護(hù)等行為十分容易實(shí)現(xiàn)。(2)請(qǐng)求驅(qū)動(dòng)服務(wù)。當(dāng)在不同的機(jī)器上設(shè)計(jì)零件時(shí)，相互通信的進(jìn)程之間既不存在父子關(guān)系 ，也不共享內(nèi)存緩沖區(qū)，各設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)誰(shuí)也不知道誰(shuí)會(huì)在何時(shí)發(fā)起一次進(jìn)程通信。C/S模型機(jī) 制為這種準(zhǔn)備通信的進(jìn)程之間建立了聯(lián)系，為兩者的數(shù)據(jù)交換提供同步，完美地解決了上述 問(wèn)題。每次相互作用都是由客戶發(fā)出請(qǐng)求信息服務(wù)或運(yùn)算服務(wù)開(kāi)始，它與服務(wù)器之間的請(qǐng)求 應(yīng)答模型為相互通信進(jìn)程間的數(shù)據(jù)傳輸同步提供了有力的支持。服務(wù)器接收

6、請(qǐng)求并將處理結(jié) 果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)返回客戶機(jī)。    2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和配置基于C/S模型的覆蓋件模具CAD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。選用I/O吞吐量大、運(yùn)算處理能力強(qiáng)的 硬件作為服務(wù)器，用來(lái)存儲(chǔ)需要共享的模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、模具標(biāo)準(zhǔn)件圖庫(kù)、通用設(shè)計(jì)過(guò)程等。 客戶機(jī)根據(jù)CAD設(shè)計(jì)的各種需要和實(shí)際條件來(lái)配置。圖形工作站用于模具工作型面設(shè)計(jì)、模 具裝配設(shè)計(jì)和有限元分析等工作。靜態(tài)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)>' target='_blank' class='infotextkey'>管理在PC機(jī)上進(jìn)行。此外，還需配置繪圖 機(jī)、打印機(jī)等輸出設(shè)備。該結(jié)構(gòu)利用

7、C/S模型將硬件分工，相應(yīng)地也對(duì)處理請(qǐng)求作了劃分， 并將其分配到不同的硬件上，以充分發(fā)揮不同硬件的能力。圖1基于C/S模型的覆蓋件模具CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)覆蓋件模具CAD系統(tǒng)是由許多功能模塊構(gòu)成的，一般包括產(chǎn)品圖形輸入、工藝方案制定、模 具型面設(shè)計(jì)、有限元分析、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真、裝配圖和零件圖輸出、模具標(biāo)準(zhǔn) 件庫(kù)>' target='_blank' class='infotextkey'>管理等模塊，它們之間存在著并行設(shè)計(jì)、觸發(fā)執(zhí)行和繼承設(shè)計(jì)的關(guān)系。每個(gè)功能模塊至 少由一個(gè)進(jìn)程完成。整個(gè)系統(tǒng)具有較復(fù)雜的信息流。在諸設(shè)計(jì)行為中，裝配設(shè)計(jì)需要

8、較好的 圖形終端；有限元分析需要計(jì)算能力很強(qiáng)的硬件設(shè)備；機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真則要到安裝了專(zhuān)用軟件 的主機(jī)上進(jìn)行；模具標(biāo)準(zhǔn)件的檢索、調(diào)用，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作來(lái)完成；各零部件的設(shè) 計(jì)、圖紙輸出，分散在普通節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行。各設(shè)計(jì)行為之間都存在著聯(lián)系。采用C/S模型較好 地對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了分工，從而協(xié)調(diào)地控制各個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行。    3關(guān)鍵技術(shù)研究傳統(tǒng)的覆蓋件模具CAD存在著設(shè)計(jì)資源重復(fù)存儲(chǔ)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)和更新開(kāi)銷(xiāo)大，設(shè)計(jì)中的圖 形、分析結(jié)果、系統(tǒng)信息等的傳輸脫離設(shè)計(jì)過(guò)程，效率低等問(wèn)題。而應(yīng)用C/S模型的覆蓋件 模具CAD系統(tǒng)可以較好地解決這些問(wèn)題。但系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，因?yàn)?/p>

9、它要求統(tǒng)一的 設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)工作，設(shè)計(jì)行為不如單機(jī)靈活。本文將重點(diǎn)討論系統(tǒng)應(yīng)用C/S模型的實(shí)現(xiàn)方法。關(guān)于覆蓋件模具CAD中各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)技 術(shù)，與傳統(tǒng)CAD的內(nèi)容是一致的?？蛻?服務(wù)器模型的特點(diǎn)，決定了設(shè)計(jì)客戶機(jī)、服務(wù)器的一般原則?？蛻魴C(jī)向用 戶提供交互界面，它將用戶的輸入轉(zhuǎn)換成服務(wù)器能夠理解的命令?？蛻魴C(jī)對(duì)服務(wù)器發(fā)來(lái)的命 令執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行分析，并描述給用戶。服務(wù)器通過(guò)客戶機(jī)的事件驅(qū)動(dòng)，響應(yīng)用戶請(qǐng)求，并建 立與客戶機(jī)的聯(lián)接，提供服務(wù)。C/S應(yīng)用框架的實(shí)現(xiàn)分為兩部分，即安裝于Server端的服務(wù)程序（C/SS）和安裝于每個(gè)Clien t端的客戶應(yīng)用程序（C/SC）。其構(gòu)成的應(yīng)用邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖

10、2C/S工作框架程序?qū)崿F(xiàn)的邏輯結(jié)構(gòu) 在C/S工作框架的實(shí)現(xiàn)中，主要由環(huán)形隊(duì)列、命令發(fā)送器、網(wǎng)絡(luò)接收器和發(fā)送器、命令執(zhí)行 器等模塊完成上述功能。環(huán)形隊(duì)列分別是接收隊(duì)列、發(fā)送隊(duì)列、目的站點(diǎn)隊(duì)列。命令發(fā)送器本質(zhì)上是一個(gè)提供給功能 模塊調(diào)用的子函數(shù)，其參數(shù)為要發(fā)送的命令串和目的站點(diǎn)的地址。在Windows環(huán)境下實(shí)現(xiàn)C/S工作框架時(shí)，分別在Client端和Server端建立客戶窗口和服務(wù)器窗 口。它們之間的交互行為包括建立聯(lián)接、發(fā)送和接收服務(wù)請(qǐng)求、發(fā)送和接收操作結(jié)果等。作者以TCP/IP編程方法實(shí)現(xiàn)了上述功能。以覆蓋件拉延模的設(shè)計(jì)為例，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊中， 有詳細(xì)設(shè)計(jì)（如凸凹模設(shè)計(jì)、壓邊圈設(shè)計(jì)）和標(biāo)準(zhǔn)件選

11、配等過(guò)程。若前者為主設(shè)計(jì)進(jìn)程，用 mainprocess標(biāo)識(shí)；當(dāng)執(zhí)行調(diào)用其他主機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)進(jìn)程（用partprocess標(biāo)識(shí)）時(shí)，在 正常聯(lián)接的情況下，可用下面循環(huán)實(shí)現(xiàn)。for(;)partprocess=accept(mainprocess,);/*阻塞*/if(partprocess<0)error(“accept error”);if(fork( )<0)close(mainprocess);/*子進(jìn)程 */do(partprocess);/*處理請(qǐng)求*/exit(0);close(partproce ss);/*父進(jìn)程*/服務(wù)器的地址中包括服務(wù)器主機(jī)地址和服務(wù)器端口號(hào)，可以通過(guò)協(xié)調(diào)調(diào)用獲取它們，并填入 CAD系統(tǒng)進(jìn)程>' target='_blank' class='infotextkey'>管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。    4結(jié)束語(yǔ)客戶/服務(wù)器模型在覆蓋件模具CAD中的應(yīng)用，主要為系統(tǒng)軟硬件資源共享、通信、進(jìn)程>' target='_blank' class='infotextkey'>管