遠(yuǎn)程機械設(shè)計發(fā)展論文

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摘要：對于一個機械設(shè)計人員來說，在產(chǎn)品設(shè)計過程中經(jīng)常會遇到一些機構(gòu)設(shè)計分析、機械強度分析等問題，需要不斷地查找設(shè)計手冊并進行校核計算，如能將機械設(shè)計手冊建立成Web數(shù)據(jù)庫，放在Internet上的話，當(dāng)設(shè)計人員在產(chǎn)品設(shè)計過程中遇到問題時，就可以將已知參數(shù)提交給服務(wù)器，服務(wù)器經(jīng)過分析計算和數(shù)據(jù)庫查詢，將結(jié)果返回給用戶。這樣，不僅可以方便設(shè)計人員，提高設(shè)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(yuǎn)程機械設(shè)計技術(shù)廣泛分析了當(dāng)今遠(yuǎn)程機械設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程機械設(shè)計計算模式

一、機械設(shè)計發(fā)展概述

傳統(tǒng)設(shè)計方法是經(jīng)驗、類比式的設(shè)計方法。主要采用封閉的收斂設(shè)計思維，進行經(jīng)驗類比設(shè)計。在計算方面只進行靜態(tài)分析，并將載荷、應(yīng)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(shè)計方法以手工設(shè)計為主，使用簡單的工具，進行人工計算畫圖。另外，傳統(tǒng)設(shè)計是一種串行設(shè)計，即一個零件從設(shè)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(shè)計，接著進入總體方案設(shè)計，然后由結(jié)構(gòu)設(shè)計人員設(shè)計出零件的結(jié)構(gòu)，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(shè)計到正式投產(chǎn)往往要花很多時間，因此開發(fā)周期長，并且串行設(shè)計過程中，各個環(huán)節(jié)之間缺乏信息溝通，常導(dǎo)致設(shè)計人員之間的合作不協(xié)調(diào)。

自二戰(zhàn)結(jié)束以來，世界各發(fā)達國家逐漸重視設(shè)計理論和設(shè)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(shù)。從設(shè)計方法來看，國內(nèi)外先后提出了并行設(shè)計、虛擬設(shè)計、協(xié)同設(shè)計，相似性設(shè)計、智能設(shè)計等新概念；從設(shè)計準(zhǔn)則來看，出現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、有限元等概念，從設(shè)計的手段來看，出現(xiàn)了計算機輔助設(shè)計，不僅普及了二維設(shè)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(luò)技術(shù)、Web技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的出現(xiàn)和飛速發(fā)展，給現(xiàn)代機械設(shè)計注入了新的生機和活力，機械設(shè)計逐漸向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。基于Web的遠(yuǎn)程設(shè)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(shè)計小組，通過組合分散在各個地域企業(yè)的技術(shù)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(shù)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(shè)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(shè)計的一次成功率。

作為現(xiàn)代設(shè)計的一個重要組成部分，遠(yuǎn)程機械設(shè)計是一個綜合了多學(xué)科、多技術(shù)的研究領(lǐng)域，涉及到機械工程及計算機技術(shù)等諸多知識領(lǐng)域。從機械設(shè)計的角度來說，主要研究設(shè)計過程的建模、設(shè)計優(yōu)化理論等。從計算機技術(shù)方面來說，應(yīng)研究如何對現(xiàn)有的設(shè)計資源進行組織和，使得這些資源能方便異地的設(shè)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(shè)計使用的數(shù)據(jù)庫和知識庫等，所以要研究網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下設(shè)計資源的獲取與調(diào)用，設(shè)計過程中設(shè)計人員之間信息的交流和反饋等，為遠(yuǎn)程設(shè)計中分布式資源的獲取和調(diào)用提供基礎(chǔ)和借鑒。

二、國內(nèi)外遠(yuǎn)程機械設(shè)計發(fā)展

2.1遠(yuǎn)程設(shè)計的概念和意義

遠(yuǎn)程設(shè)計即讓設(shè)計人員通過客戶端瀏覽器輸入設(shè)計參數(shù)，服務(wù)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(shè)計圖形。遠(yuǎn)程設(shè)計技術(shù)是現(xiàn)代計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和機械設(shè)計技術(shù)在工程設(shè)計上的應(yīng)用，它縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期和節(jié)省了設(shè)計成本，真正意義上地釋放了工程技術(shù)人員。與傳統(tǒng)的機械設(shè)計相比，遠(yuǎn)程設(shè)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(fù)開發(fā)。目前企業(yè)或個人進行的機械產(chǎn)品設(shè)計，大部分是自己根據(jù)需要來開發(fā)設(shè)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(fù)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(luò)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(yuǎn)程設(shè)計可以為用戶建立一個統(tǒng)一的設(shè)計平臺，所有的設(shè)計都在高性能的服務(wù)器上運行，客戶端只需完成設(shè)計任務(wù)的輸入以及設(shè)計中某些參數(shù)的選擇和結(jié)果顯示即可。

4、由于遠(yuǎn)程設(shè)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(lǐng)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(shè)計的成功率。

2.2遠(yuǎn)程設(shè)計的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.2.1在國外，有關(guān)遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計的研究和應(yīng)用起步較早，主要有：

（1）早在上世紀(jì)80年代中期，麻省理工學(xué)院學(xué)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(jì)90年代中期，美國伯克利加州大學(xué)的集成制造實驗室在美國國家科學(xué)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(shè)計和制造系統(tǒng)。

（3）英國建立的EdinburghEngineeringVirtualLibrary網(wǎng)站，提供工程設(shè)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(shè)計、分析、制造等提供服務(wù)，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(shè)計支持網(wǎng)絡(luò)環(huán)境“DesignKnowledgeNetwork"，減少了實際時間，降低了設(shè)計成本，在快速獲取全球設(shè)計知識的基礎(chǔ)上，進行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計。

（5）英國Liverpool等大學(xué)研究并應(yīng)用人工智能和Internet提供滾動軸承的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計服務(wù)。

2.2.2在國內(nèi)，有關(guān)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(xué)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(gòu)共同參與建立了國內(nèi)第一個支持產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計的網(wǎng)站-現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計與研究開發(fā)網(wǎng)絡(luò)（），旨在推進現(xiàn)代設(shè)計，主要提供設(shè)計知識的獲取，參加的單位還有清華大學(xué)、華中理工大學(xué)、機械科學(xué)研究院、上海交通大學(xué)、重慶大學(xué)等國內(nèi)許多著名的高校和科研院所。

（2）清華大學(xué)精密儀器及機械系摩擦學(xué)國家重點實驗室開發(fā)出了基于Web的異地合作設(shè)計系統(tǒng)Cdesign，該系統(tǒng)采用了Client/Serveer構(gòu)架，客戶與服務(wù)器之間通過VAW來完成。

（3）上海先進制造工程技術(shù)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(shè)計與制造系統(tǒng)，利用其進行跨企業(yè)、跨地域的協(xié)同產(chǎn)品設(shè)計與制造。

另外，國內(nèi)也有一些相關(guān)的網(wǎng)站，如：中國機械網(wǎng)（www.china-）、材料與制造綜合信息服務(wù)平臺等，它們提供機械設(shè)計技術(shù)數(shù)據(jù)、制造工藝技術(shù)數(shù)據(jù)等，并把機械設(shè)計技術(shù)、制造工藝技術(shù)、遠(yuǎn)程設(shè)計技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、計算機輔助設(shè)計都實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化。在其中的機械設(shè)計技術(shù)模塊中，用戶只須選取自己要使用的設(shè)計模塊，輸入適當(dāng)?shù)膮?shù)就可自動設(shè)計出自己所需的零部件；在遠(yuǎn)程分析模塊中，實現(xiàn)了常用機構(gòu)的參數(shù)化仿真與分析。

可是遠(yuǎn)程設(shè)計由于剛剛起步，像其它新興技術(shù)一樣還不夠完善。隨著CAD技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)及人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，遠(yuǎn)程設(shè)計的內(nèi)容必將越來越豐富，功能越來越強大，所提供的服務(wù)也將越來越完善。

三、遠(yuǎn)程設(shè)計系統(tǒng)的技術(shù)研究

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)模式的確定是系統(tǒng)在初步設(shè)計階段要完成的一項重要任務(wù)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)模式是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，只有確定了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式之后才能進行下一步的設(shè)計和開發(fā)。而應(yīng)用軟件的架構(gòu)是建立在計算模式基礎(chǔ)之上的，因此，有必要先對網(wǎng)絡(luò)計算模式進行分析。

在計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(wù)器為中心的計算模式、客戶機/服務(wù)器(Client/Server)計算模式，以及隨著Web技術(shù)的成熟而發(fā)展起來的瀏覽器/服務(wù)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(yōu)點:

1、界面風(fēng)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(yīng)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(yīng)用程序，工作重復(fù)，管理和維護成本較高。反觀B/S模式，由于應(yīng)用軟件集中在服務(wù)器端的開發(fā)和管理，因此應(yīng)用系統(tǒng)進行升級時，只需更新服務(wù)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(yuǎn)程設(shè)計系統(tǒng)的支撐技術(shù)

基于Web的遠(yuǎn)程設(shè)計是一項涉及多學(xué)科多功能的綜合活動，其中包括現(xiàn)代機械設(shè)計技術(shù)、Web技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。

1、機械科學(xué)技術(shù)

機械科學(xué)的理論與知識是進行遠(yuǎn)程設(shè)計的前提。沒有這些理論知識作根基，遠(yuǎn)程設(shè)計無從談起。

2、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

遠(yuǎn)程設(shè)計是以計算機網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的，計算機網(wǎng)絡(luò)是遠(yuǎn)程設(shè)計系統(tǒng)的運行平臺。所有的設(shè)計過程中的信息都要通過網(wǎng)絡(luò)來傳遞，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的好壞直接影響到遠(yuǎn)程設(shè)計系統(tǒng)的質(zhì)量，是實現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)

遠(yuǎn)程設(shè)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(biāo)準(zhǔn)化工作。

4、數(shù)據(jù)庫、知識庫技術(shù)

基于Web的遠(yuǎn)程設(shè)計過程中需要用到數(shù)據(jù)庫中的許多信息，如設(shè)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(shù)是遠(yuǎn)程設(shè)計系統(tǒng)的核心技術(shù)。同時，知識庫可以實現(xiàn)知識復(fù)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(shè)計。

5、計算機編程技術(shù)

計算機編程為遠(yuǎn)程設(shè)計系統(tǒng)提供一系列的應(yīng)用服務(wù)和平臺建設(shè)。主要是程序設(shè)計語言和存取數(shù)據(jù)庫，如、C#等編程語言和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)語言—結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL等。

6、多媒體技術(shù)和圖形瀏覽技術(shù)

多媒體技術(shù)和圖形瀏覽技術(shù)為在線交流、圖形瀏覽提供輔助工具。

參考文獻：

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