面向大规模定制的Web零件库的研究

0 引言

    大规模定制(Mass Customization，MC)的关键技术之一是尽可能减少产品的内部多样化，用大量的标准件和通用件组成个性化的产品。为保证质量和降低成本，要求这些标准件和通用件尽可能由专业化的零件供应商提供。在这种背景下，产生了一种新的需求和协作模式：面向大规模定制的整机企业需要在产品设计时就快速得到各种价廉物美的标准件和通用件的数据；而专业化零件供应商需要让尽可能多的企业在产品设计时就选用自己生产的零件。为了满足双方的需求，在网络技术的推动下，一种新的系统——基于Web的零件库应运而生。

    调查表明，80%的美国工程师希望零件供应商可以通过网络提供现成的2维或3维计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)零件文件；60%的受调查者承认他们倾向于选择提供了此类服务的供应商；在被下载的3维模型文件中，大约80%～90% 的模型被加入到企业用户的设计方案中，并被购买。

    基于Web的零件库系统是一种专业工程网站，它为零件供应商提供了一个存储其所生产零件的技术说明文档及CAD模型的平台，并对零件的各种信息进行了详细描述。产品设计人员在工程设计时，能够通过该网站搜索需要的某些零件，并将得到的CAD文件下载到本地计算机，然后导入到自己的CAD设计软件中使用。为满足不同用户的需求，不仅下载的CAD 文件以多种形式提供，而且提供DXF，JPG，GIF等格式的2维及虚拟现实建模语言(Virtual Reality Modeling Language，VRML)等格式的3维预览功能。同时，网站还提供许多与零件相关的信息，如材质、型号和制造厂商等。对设计人员来说，可以加快产品设计，提高产品质量；对零件供应商来说，既满足了客户的要求，又达到了销售和宣传自己产品的目的。

    基于Web的零件库目前在国外已经有商品化的应用，例如，Web2CAD提供了4千多万个机械零件CAD模型供用户免费下载。国内零件库的应用情况不尽如人意，现有的基于Web的零件库数量不多，而且内容、功能和结构都与国外存在很大差距。

    本文对基于Web的零件库系统的设计与实现等相关问题进行了研究与探讨，提出了一种可行的解决方案。

1 基于Web的零件库的建立

    1.1 零件族的构建

    在面向MC的产品开发中，新零件的设计是以零件族为基础的。零件族的建立过程是：对零件的几何形状进行相似性分析；在对零件功能、结构进行分析的基础上，提出能满足零件族变型要求的CAD模板。零件族可以减少零件种类，简化零件库，优化零件结构，而且可以使供应商形成较大的零件批量，取得规模经济效益，为MC中的产品变型设计和配置设计奠定了良好的基础。

    根据GB/T17645142，零件族层次结构应被组织成一个具有单一继承关系的树状结构(或称零件树)，按分类层次的高低将零件族分为零件类属族和零件相似族两部分。零件类属族的层次数目不受限制，而零件相似族位于零件族的最底层。

    零件相似族是通过事物特性表和几何图形模板(即对应的零件相似族CAD模板) 来描述的，如图1所示。几何图形模板描述了零件族的几何图形信息和拓扑信息，而零件的尺寸参数、材料和成本等非几何信息(也是结构化数据)则借助事物特性表来表达。

    德国标准化协会(DIN) 为建立CAD标准件库，发布了标准件和通用件的DIN 4000标准，国际标准化组织(ISO)以此为基础，制定了一个关于计算机可解释的零件库数据表达和交换的国际标准——ISO13584。目前，在零件库的建立中还没有解决的问题是：不同企业所建立的零件族间存在相似性，但在零件库中并没有很好地反映出来，零件库的有序化程度较低，因而在搜索某种零件族时，不仅查询工作量很大，难以查全，也不利于企业间进一步合作。

    1.2 基于事物特性表的零件描述

    事物特性指表征产品(包括部件和零件)几何特性、功能特性和制造特性的信息集合。事物特性表是为建立零部件的数据库而采用表格形式对零部件进行特性描述的ASCII文件。目前，基于事物特性表描述的零件主要以数据表的形式保存于数据库中，称为事物特性一览表。

    当完成创建零件相似族节点后，需要定义其事物特性表。创建零件相似族事物特性表时应该仔细分析零件的特性，以标准化、系列化和模块化的原则为指导。事物特性表所描述的内容应该是使用最频繁、最重要的特性，而不是所有特性。

图1 零件类属族和零件相似族简要说明