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基于网络的协同设计是计算机支持的协同工作(CSCW)的一个重要研究领域。基于网络的协同设计能使不同地点的设计人员、制造人员以及用户都能同步或异步地参与设计工作,从而缩短产品开发周期、减少开发成本和提高设计质量。随着网络技术的飞速发展,同步协同设计已成为新时期产品设计的重要方式之一。本文对基于网络的同步协同设计中产品造型的几个关键技术问题进行了分析研究。
产品表示模型对于基于网络的协同造型是很重要的。本文以参数化特征造型技术为基础,采用基于标识的实体模型和特征模型进行产品模型的表示。提出了模型中特征的定义和分类方法,采用边界表示B-rep、CSG树和特征约束图FCG的混合模型来表示特征,给出了特征设计和特征编辑算法。
在特征编辑时,为了维护模型修改前后拓扑结构的对应关系,本文引入了标识的概念,把产品模型中拓扑元素的标识与特征联系起来,创建了基于特征的标识机制。该标识机制为产品表示模型中的每个拓扑元素确定了唯一的标识,采用三个实体链表:面链表、边链表和点链表来管理和维护标识的拓扑元素,做到了产品模型中的特征语义元素和实体几何拓扑元素既相互独立又彼此联系,有效地维护了协同设计过程中模型修改前后拓扑结构的对应关系,从而在保证协同造型过程中模型一致性的前提下,实现了对产品模型进行特征编辑。
在协同设计的过程中,由于CAD模型数据庞大,CAD模型数据的实时传输实现同步设计变得相当困难。本文在分析当前已有的模型传输方法的基础上,提出了基于产品设计历史的直接增量传输算法,以满足协同造型对精确模型传输的实时性要求,以变动基元集的形式表达增量模型,变动基元集由特征操作前后发生变化的拓扑元素组成,分为新增元素、删除元素和修改元素三类。采用标识机制来维护和增量更新接收端的实体模型。提出了变动元素的确定方法,解决了编码和传输以及变动基元集模型融合等技术,有效地减少了网络数据流量,提高了协同设计效率。
利用XML的平台、数据库、应用的无关性,良好的元数据定义、查询和局部更新能力,建立了一种协同信息交换方法来实现协同设计中的产品数据交换和协同感知,极大地减小了同步协同设计时的网络传输量;保留了设计历史,便于设计的重建和设计者之间的沟通和理解。
在具体的协同实现过程中,采用XML定义和描述发起端和接收端之间的特征操作,以特征为基本协同设计单元,协同成员的站点之间采用增量式特征信息交互。利用微软SQL Server 2000提供的Meta Data Services功能创建数据库架构的知识库。数据的网络传输是通过TCP/IP协议和Socket编程实现的。结合上述理论和方法,利用Visual C++和Visual Basic,基于Solid Works平台,开发了基于特征的产品协同造型原型系统,系统实现了成员和控制权的管理、产品模型的表达、模型数据的增量传输、协同成员间的信息交流等功能。通过实例证明本文提出的理论和方法正确,在同步协同设计的产品造型应用中,具有较强的实用性。