遠程機械設計發展研究論文

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摘要：對于一個機械設計人員來說，在產品設計過程中經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數據庫，放在Internet上的話，當設計人員在產品設計過程中遇到問題時，就可以將已知參數提交給服務器，服務器經過分析計算和數據庫查詢，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新產品和研究新問題，而且還可以大大地節約產品開發的成本。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展現狀。

關鍵詞：遠程機械設計計算模式

一、機械設計發展概述

傳統設計方法是經驗、類比式的設計方法。主要采用封閉的收斂設計思維，進行經驗類比設計。在計算方面只進行靜態分析，并將載荷、應力進行集中處理，對于計算數據的誤差采用增加安全系數的做法。傳統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，傳統設計是一種串行設計，即一個零件從設計到生產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程交給生產工人，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，一種產品從設計到正式投產往往要花很多時間，因此開發周期長，并且串行設計過程中，各個環節之間缺乏信息溝通，常導致設計人員之間的合作不協調。

自二戰結束以來，世界各發達國家逐漸重視設計理論和設計方法的研究，先后產生了許多新概念、新思想、新理論和新技術。從設計方法來看，國內外先后提出了并行設計、虛擬設計、協同設計，相似性設計、智能設計等新概念；從設計準則來看，出現了優化設計、可靠性設計、有限元等概念，從設計的手段來看，出現了計算機輔助設計，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，計算機網絡技術、Web技術和數據庫技術的出現和飛速發展，給現代機械設計注入了新的生機和活力，機械設計逐漸向數字化、網絡化方向發展?；赪eb的遠程設計正是在這種條件下產生的。它的出現，使得各制造企業可以充分利用Internet和Web的國際互聯性和資源共享性，組建企業間的動態聯盟或虛擬設計小組，通過組合分散在各個地域企業的技術優勢，發揮各個企業的局部特長，同時不同專業的技術人員可以不受地域的限制，在一個統一且易于訪問的平臺下進行異地的合作與設計，實現信息的交流和共享，進而快速開發出所需產品，提高產品設計的一次成功率。

作為現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、設計優化理論等。從計算機技術方面來說，應研究如何對現有的設計資源進行組織和，使得這些資源能方便異地的設計人員進行查詢和調用。這些資源包括各種專業化的計算、分析程序，供設計使用的數據庫和知識庫等，所以要研究網絡環境下設計資源的獲取與調用，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用提供基礎和借鑒。

二、國內外遠程機械設計發展

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，服務器自動進行計算和選擇，并根據確定的參數返回產品的規格或設計圖形。遠程設計技術是現代計算機技術、網絡技術和機械設計技術在工程設計上的應用，它縮短了產品的設計周期和節省了設計成本，真正意義上地釋放了工程技術人員。與傳統的機械設計相比，遠程設計具有以下優點：

1、縮短產品的開發周期。

2、避免重復開發。目前企業或個人進行的機械產品設計，大部分是自己根據需要來開發設計軟件，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，浪費了大量的人力和物力。

3、降低了企業資金和人員的投入。特別是近年來三層B/S網絡計算模式的出現，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流和討論的平臺，這就不僅加強了各領域專家之間信息的共享和交換，而且大大提高了一次產品設計的成功率。

2.2遠程設計的國內外研究現狀

2.2.1在國外，有關遠程協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。

（3）英國建立的EdinburghEngineeringVirtualLibrary網站，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，為企業設計、分析、制造等提供服務，提高了企業特別是中小企業的市場競爭能力。

（4）美國Microsoft公司和UnigraphicsSolutions公司聯合研究面向產品全生命周期的基于知識的協同設計支持網絡環境“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，進行產品創新設計。

（5）英國Liverpool等大學研究并應用人工智能和Internet提供滾動軸承的網絡化設計服務。

2.2.2在國內，有關這方面的研究主要集中在高等院校和科研院所，其中主要有：

（1）以西安交通大學潤滑理論與軸承研究所為主、國內多家企業和研究機構共同參與建立了國內第一個支持產品協同設計的網站-現代產品設計與研究開發網絡（），旨在推進現代設計，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出了基于Web的異地合作設計系統Cdesign，該系統采用了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了一個基于Intemet/web的異地設計與制造系統，利用其進行跨企業、跨地域的協同產品設計與制造。

另外，國內也有一些相關的網站，如：中國機械網（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據、制造工藝技術數據等，并把機械設計技術、制造工藝技術、遠程設計技術、產品數據庫、計算機輔助設計都實現了網絡化。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，輸入適當的參數就可自動設計出自己所需的零部件；在遠程分析模塊中，實現了常用機構的參數化仿真與分析。

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、計算機網絡技術、數據庫技術及人工智能技術的不斷發展，遠程設計的內容必將越來越豐富，功能越來越強大，所提供的服務也將越來越完善。

三、遠程設計系統的技術研究

系統的總體結構模式的確定是系統在初步設計階段要完成的一項重要任務。系統的總體結構模式是系統的基礎，只有確定了系統的結構模式之后才能進行下一步的設計和開發。而應用軟件的架構是建立在計算模式基礎之上的，因此，有必要先對網絡計算模式進行分析。

在計算機網絡技術的發展過程中，先后出現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模式較US模式，具有以下優點:

1、界面風格統一、可移植

US模式的客戶端往往采用不同的開發工具開發，因此界面不統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模式的系統較US模式的系統有更好的跨平臺性，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模式的系統針對不同的客戶端需要開發不同的應用程序，完成的工作量較大。一旦系統要進行修改或升級，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器端的開發和管理，因此應用系統進行升級時，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維護與升級的成本與工作量。

（2）遠程設計系統的支撐技術

基于Web的遠程設計是一項涉及多學科多功能的綜合活動，其中包括現代機械設計技術、Web技術、數據庫技術等。

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、計算機網絡技術

遠程設計是以計算機網絡為基礎的，計算機網絡是遠程設計系統的運行平臺。所有的設計過程中的信息都要通過網絡來傳遞，網絡基礎的好壞直接影響到遠程設計系統的質量，是實現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一的交流規則，即標準化工作。

4、數據庫、知識庫技術

基于Web的遠程設計過程中需要用到數據庫中的許多信息，如設計過程中用到的參數、圖表數據等。這些信息的存儲和管理均要數據庫作為支持。數據庫技術是遠程設計系統的核心技術。同時，知識庫可以實現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化設計。

5、計算機編程技術

計算機編程為遠程設計系統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據庫，如、C#等編程語言和關系數據庫的標準語言—結構化查詢語言SQL等。

6、多媒體技術和圖形瀏覽技術

多媒體技術和圖形瀏覽技術為在線交流、圖形瀏覽提供輔助工具。

參考文獻：

1高福友．Web數據庫交互式動態訪問技術分析與比較.電腦開發與應用．2005

2王君．基于WEB的變速箱零件標準化及圖檔信息綜合管理系統的研究與開發．浙江大學碩士論文．2002．12：13