基于C/S模型的覆盖件模具CAD系统的研究

　　1.前言

　　覆盖件模具CAD技术经历了相当长时间的发展，其中所应用的工艺分析计算、有限元分析、模具装配设计、标准件库管理等技术都取得了较好的发展，但同时又在两方面表现出了迫切的需要。一方面是由于图形工作站、PC机共同参与覆盖件模具的设计，分别担负着不同的设计、处理任务，这些任务在计算能力、速度、可视化等方面的要求各不相同－一些公用设计标准、数据存放在少数主机中，其结果是模具设计系统中配置的资源和运算能力不均等，这种不均等现象是覆盖件模具CAD系统中必须的。另一方面，由于CIMS发展的要求，模具CAD系统的设计结果需要在其生命周期的各环节中进行共享，CAD系统应具备并行设计和较强的信息访问能力。这两种需求综合体现为覆盖件模具CAD中开展并行、集成设计方面的研究。

　　计算机网络为设计者提供了资源共享和数据通信手段，客户/服务器（Client/Server，C/S）模型为不同主机、不同进程间相互作用的实现提供了机制。在网络中通过客户/服务器模型可以建立并行的模具设计系统，以满足上述发展的需要。

　　2.系统结构

　　2.1适用性分析

　　并行、集成的模具设计系统应具有设计过程的协作性、设计数据的共享性、软硬件设计资源的自动调配等能力。一般来说，集中式、分布式和C/S模型都具有实现并行设计的结构条件，但基于C/S模型的计算结构最为合适。它是由网络联接的多台硬件组成的并行的工作体系，在协同设计方面能够利用网络协议提供的不同主机上的进程调用手段，实现应用程序相互通信。应用C/S模型开展覆盖件模具CAD，共享的设计标准、数据、零部件库和通用设计过程数据库存放在服务器上，选用工作站、PC机等分别进行图形显示、装配、仿真分析、计算、设计事物操作、图形输出，数据的管理和零部件的设计分别处于不同的网络节点上。C/S模型特别适合于模具CAD的协同工作，这可以从它的调用特点谈起。

　　(1)非对等的相互作用。客户/服务器处于不平等的地位，服务器拥有客户所不具备的软硬件资源和运算能力，服务器提供服务，客户请求服务。在覆盖件模具CAD系统中，大量客观存在着资源分布和运算能力不均等现象。有些主机拥有大量外存，有些主机拥有绘图机和打印机输出，有些网点拥有超级运算能力，有些网点由大量PC机构成。另一方面，在进行CAD工作时，为了节约网络资源，没有必要为每台主机维持一个设计数据库拷贝，而是公用信息以设计数据库的形式存在于少数主机中。对于在设计中动态变化的内容，这种措施会使动态修改刷新工作、一致性等行为十分容易实现。

　　(2)请求驱动服务。当在不同的机器上设计零件时，相互通信的进程之间既不存在父子关系，也不共享内存缓冲区，各设计节点谁也不知道谁会在何时发起一次进程通信。C/S模型机制为这种准备通信的进程之间建立了联系，为两者的数据交换提供同步，完美地解决了上述问题。每次相互作用都是由客户发出请求信息服务或运算服务开始，它与服务器之间的请求应答模型为相互通信进程间的数据传输同步提供了有力的支持。服务器接收请求并将处理结果通过网络返回客户机。

　　2.2系统结构和配置

　　基于C/S模型的覆盖件模具CAD系统的结构如图1所示。选用I/O吞吐量大、运算处理能力强的硬件作为服务器，用来存储需要共享的模具设计标准、模具标准件图库、通用设计过程等。客户机根据CAD设计的各种需要和实际条件来配置。图形工作站用于模具工作型面设计、模具装配设计和有限元分析等工作。静态的设计数据管理在PC机上进行。此外，还需配置绘图机、打印机等输出设备。该结构利用C/S模型将硬件分工，相应地也对处理请求作了划分，并将其分配到不同的硬件上，以充分发挥不同硬件的能力。

　　图1基于C/S模型的覆盖件模具CAD系统结构

　　覆盖件模具CAD系统是由许多功能模块构成的，一般包括产品图形输入、工艺方案制定、模具型面设计、有限元分析、模具结构设计、机构运动仿真、装配图和零件图输出、模具标准件库管理等模块，它们之间存在着并行设计、触发执行和继承设计的关系。每个功能模块至少由一个进程完成。整个系统具有较复杂的信息流。在诸设计行为中，装配设计需要较好的图形终端；有限元分析需要计算能力很强的硬件设备；机构运动仿真则要到安装了专用软件的主机上进行；模具标准件的检索、调用，通过对设计数据库的操作来完成；各零部件的设计、图纸输出，分散在普通节点上进行。各设计行为之间都存在着联系。采用C/S模型较好地对设计过程进行了分工，从而协调地控制各个进程的执行。

　　3.关键技术研究

　　传统的覆盖件模具CAD存在着设计资源重复存储，设计数据访问和更新开销大，设计中的图形、分析结果、系统信息等的传输脱离设计过程，效率低等问题。而应用C/S模型的覆盖件模具CAD系统可以较好地解决这些问题。但系统的设计和实现较为复杂，因为它要求统一的设计协调工作，设计行为不如单机灵活。

　　本文将重点讨论系统应用C/S模型的实现方法。关于覆盖件模具CAD中各个功能模块的设计技术，与传统CAD的内容是一致的。

　　客户/服务器模型的特点，决定了设计客户机、服务器的一般原则。客户机向用户提供交互界面，它将用户的输入转换成服务器能够理解的命令。客户机对服务器发来的命令执行结果进行分析，并描述给用户。服务器通过客户机的事件驱动，响应用户请求，并建立与客户机的联接，提供服务。

　　C/S应用框架的实现分为两部分，即安装于Server端的服务程序（C/SS）和安装于每个Client端的客户应用程序（C/SC）。其构成的应用逻辑结构如图2所示。

　　图2C/S工作框架程序实现的逻辑结构

　　在C/S工作框架的实现中，主要由环形队列、命令发送器、网络接收器和发送器、命令执行器等模块完成上述功能。

　　cad模具图环形队列分别是接收队列、发送队列、目的站点队列。命令发送器本质上是一个提供给功能模块调用的子函数，其参数为要发送的命令串和目的站点的地址。

　　在Windows下实现C/S工作框架时，分别在Client端和Server端建立客户窗口和服务器窗口。它们之间的交互行为包括建立联接、发送和接收服务请求、发送和接收操作结果等。

　　作者以TCP/IP编程方法实现了上述功能。以覆盖件拉延模的设计为例，在结构设计模块中，有详细设计（如凸凹模设计、压边圈设计）和标准件选配等过程。若前者为主设计进程，用mainprocess标识；当执行调用其他主机上的标准件设计进程（用partprocess标识）时，在正常联接的情况下，可用下面循环实现。

　　for(;;){partprocess=accept(mainprocess，…);/阻塞/

　　if(partprocess<0)error(“accepterror”);

　　if(fork()<0){close(mainprocess);/子进程/

　　do(partprocess);/处理请求/

　　exit(0);}

　　close(partprocess);}/父进程/

　　服务器的地址中包括服务器主机地址和服务器端口号，可以通过协调调用获取它们，并填入CAD系统进程管理的数据结构中。

　　4.结束语

　　客户/服务器模型在覆盖件模具CAD中的应用，主要为系统软硬件资源共享、通信、进程管理等方面的研究。该应用能够使单机分散的覆盖件模具CAD设计模块组合为不同机型的多方位协同设计；多种性能、功能不尽相同的硬件设备相互协作，在不脱离产品设计过程的情况下完成复杂的模具设计任务；充分发挥工作站的计算、图形处理能力，PC机的事务处理灵活方便的性能，并行协调工作，在逻辑上成为一个设计总体；应用网络手段实现设计资源共享和产品数据、零件图形的自动调用传送。