《北京科技大学学报》：可视化标准建模语言UML在冲压件信息模型中的应用

D0I:10.13374/i.issn1001053x.2001.04.015 第23卷第4期 北京科技大学学报 VoL23 No.4 2001年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2001 可视化标准建模语言UML在冲压件 信息模型中的应用 王开坤康永林 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘夏通过对冲模CAD/CAM特征建棋的分析，结合最先进的可视化标准建模语言UML的 特点，首次提出了使用可视化标准建模语言UML进行冲压件信息模型集成的思想.阐述了冲 压零件集成信息模型的面向对象表达，为在工程领域中使用统一的标准建模语言提供基础。 关鱸词特征建模；标准建模语言UML;冲压零件；面向对象 分类号1P391.72;TP391.73 1可视化标准建模语言UML 的拓扑结构，它是第1代产品信息模型，由于其 表达数据不完整和数据抽象层次低而逐步被目 1,1典型的建模过程 前流行的特征模型所代替.特征模型是在几何 较完整的冲模计算机辅助设计系统通常包 模型的基础上，集成了产品的语义信息和功能 括：工程数据库、冲模设计、程序编码库，图形处 信息.这一模型不仅具有几何形状，还包括相应 理系统等.首先由设计者描述设计模型，然后通 的功能信息.然而，由于研究者在进行系统建模 过图像显示，设计者使用相应的工具对图像进 时均使用不同的图形描述~，使建模语言的相 行修改，直到满足目标模型为止.典型的建模过 互差异长期存在.这使得面向对象用户很难选 程如图1所示. 择合适的建模语言.因而需要建立统一的建棋 语言，可视化标准建模语言UML的提出四使解 思考 起草 决这一问题成为可能. 组织 12可视化标准建模语言UML 面向对象的分析与设计应该从建模开始 说明 同时，建模语言一直是面向对象技术研究的重 点 集成 验证 确认 可视化标准建模语言UML具有表达力更 强、更清晰和一致的优点.它不仅简化了模型表 原型及测试 达方法，而且也消除了不同方法在表示法和术 语上的差异，避免了符号表示和理解上不必要 评价 的混乱.在UML标准中新增加了构造型、职责、 扩展机制、线程、过程、分布式、并发、模式、合 图1一个典型的意模过程 作、活动图等概念；并清晰地区分了类型、类、实 Flg.1 A typical modeling process 例、细化、接口、构件等概念. 冲压零件的信息模型主要包括几何模型、 UML定义了5类、共10种的模型图：第1 特征模型和知识特征四.几何模型用于描述零件 类是用例图；第2类是静态图，包含类图、对象 图和包图：第3类是行为图，包含状态图和活动 收精日期2000-11-16王开坤男，32岁，讲师，硕士 图；第4类是交互图，包含顺序图和合作图：第

第 第 期 肠 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ，目 刘卜 。 骊盯 血期恤 叭 心 肠 可视化标准建模语言 在冲压件 信息模型 中的应用 王开坤 康永林 北京科技大学材料科学与工程学院 ， 北京 摘 要 通过对冲模 特征建模的分析 ， 结合最先进的可视化标准建模语言 翻压 的 特点 ， 首次提出了使用可视化标准建模语言 爪几 进行冲压件信息模型集成的思想 阐述了冲 压零件集成信息模型 的面向对象表达 ， 为在工程领域中使用统一的标准建模语言提供基础 关健词 特征建模 标准建模语言 侧 冲压零件 面 向对象 分类号 钾 开 可视化标准建模语言 典型的趁模过程 较完整 的冲模计算机辅助设计系统通常包 括 工程数据库 、 冲模设计 、 程序编码库 ， 图形处 理系统等 首先 由设计者描述设计模型 ， 然后通 过 图像显示 ， 设计者使用相应 的工具对图像进 行修改 ， 直到满足 目标模型 为止 典型 的建模过 程如 图 所示 圈 一个典里的建橄过租 啥 勺，如 肚 找姆 冲压零件 的信息模型 主要包括几何模 型 、 特征模型和知识特征 几何模型用于描述零件 收稿 日期 侧 卜 卜 王开坤 男 ， 岁 ， 讲师 ， 硕士 的拓扑结构 ， 它是第 代产品信息模型 ， 由于其 表达数据不完整和数据抽象层次低而逐步被 目 前流行 的特征模型 所代替 特征模型是在几何 模型 的基础上 ， 集成 了产品的语义信息和功能 信息 这一模型不仅具有几何形状 ， 还包括相应 的功能信息 然而 ， 由于研究者在进行系统建模 时均使用不 同的图形描述 ‘间 ， 使建模语言的相 互差异长期存在 这使得面 向对象用户很难选 择合适 的建模语言 因而需要建立统一 的建模 语言 ， 可视化标准建模语言 的提出口】使解 决这一 问题成为可能 可视化标准建模语盲 面 向对象的分析与设计应该从建模开始 同时 ， 建模语言一直是面 向对象技术研究 的重 点 可视化标准建模语言 几 具有表达力更 强 、 更清晰和一致的优点 它不仅简化 了模型表 达方法 ， 而且也消除了不 同方法在表示法和术 语上 的差异 ， 避免 了符号表示和理解上不必要 的混乱 在 标准中新增加 了构造型 、 职责 、 扩展机制 、 线程 、 过程 、 分布式 、 并发 、 模式 、 合 作 、 活动图等概念 并清晰地区分了类型 、 类 、 实 例 、 细化 、 接 口 、 构件等概念 定义 了 类 、 共 种 的模型 图 第 类是用例 图 第 类是静态 图 ， 包含类图 、 对象 图和包图 第 类是行为图 ， 包含状态图和活动 图 第 类是交互 图 ， 包含顺序 图和合作图 第 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2001．04．015

·344· 北京科技大学学报 2001年第4期 5类是实现图，包含构件图和配置图.这些图为 统在编译、链接或执行时各构件之间的依赖关 系统的分析和开发提供了多种图形表示.同时， 系以及软构件间的接口和调用关系.图3是用 由于UML采用了一整套成熟的建模技术，因而 C+程序描述典型冲压零件抽象特征的构件图， 适用于各种应用领域. 该程序包含3个类：main类（主程序类）放在main. 当采用面向对象技术设计系统时，第1步 cpp中；plane类（负责画平面的类）放在plane,.cpp 是描述需求，第2步根据需求建立系统的静态 中；bending类（负责画弯曲部分的类）放在ben- 模型，以构造系统的结构，第3步是描述系统的 ding.cpp中.在编译、链接和执行时上面程序构 行为.在第1步与第3步中所建立的模型都是 件之间的依赖关系就是构件图.从图中可以看 静态的，包括用例图、类图、包图、对象图、构件 出：main.cpp的编译依赖于plane.cpp和bending. 图和配置图等6种图，这些图构成了标准建模 cpp;main.exe的执行需要（依赖于）动态链接库 语言UL的静态建模机制.第3步中建立了模 graphic.d的支持 型或者表示执行的时序状态，或者是交互关系， 它包括状态图、活动图、顺序图和合作图等4种 构件 平面类 平面类 图，这些图构成了标准建模语言UML动态建模 plane.cpp plane.obj 图形库 机制. graphic.dll 2冲压零件形状特征的分类 弯曲类 弯曲类 依赖 bending.cpp 冲压琴件的特征模型以形状特征为基础， ending.obj 利用形状特征的划分实现对领域知识等信息的 门主执行程序 自然分类，并通过形状特征的有机集合，使冲压 main.exe 主类 主类 零件的特征信息模型完整地表达冲压件信息. main.cpP mail.obj 因此，形状特征是整个集成冲压零件信息模型 图3冲压零件的构件图 的基础.冲压零件的形状特征也决定了其在生 Fig.3 Component diagram for blanking part 产线中的加工工步和加工过程.另一方面，从成 形方式对形状特征进行分类既能完整地表达零 基于UL语言的冲压零件信息 件形状，又使得冲压零件在定义阶段的工艺可 行性评价、单特征工艺方案推理得以同步进行. 模型 冲压零件的形状特征分类如图2所示， 类图技术是面向对象方法的核心技术，其 基本概念，如类、属性、操作以及关联、聚集和泛 拉深特征 化等可运用于很多领域.类图描述了系统中的 变形类 锥形沉孔 类及其相互之间的各种关系，其本质反映了系 冲压件 沉孔特征 柱形沉孔 统中包含的各种对象类型以及对象间的静态关 冲切类 弯曲特征 系.所谓类是对一类具有相同特征的对象的描 述，而对象的基本特征可以归纳为属性和操作， 平面特征通孔特征缺口特征 因而一个类描述了此类对象的属性和操作.建 立类模型的过程，实际上是对现实世界的一个 圆孔 异形孔 抽象过程，它把现实世界中与问题有关的各种 对象及其相互关系进行适当的抽象和分类描 图2冲压零件形状特征分类图 Fig.2 Classification of blanking part in feature-based way 述.在UML中定义的很多重要概念和提供丰富 的表示方法使得类图有很强的表达能力. 3冲压零件构件图表达 加工特征类是冲压零件信息集成的中心环 在可视化标准建模语言UML中，可以使用 节，它在继承形状特征的几何拓扑信息的基础 构件图描述冲压零件形状特征.构件图显示了 上，通过对相关规则对象、工序对象（用于生成 软构件以及它们之间的依赖关系，每个构件描 单特征的工艺方案)、工艺可行性对象（用于工 述软构件的物理特征.通过构件图可以显示系 艺性评判)的封装，实现特征层次上的信息集成

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 类是实现 图 ， 包含构件 图和配置 图 这些 图为 系统的分析和开发提供了多种图形表示 同时 ， 由于 州 采用 了一整套成熟的建模技术 ， 因而 适用 于各种应用领域 当采用面 向对象技术设计系统时 ， 第 步 是描述需求 ， 第 步根据需求建立 系统的静态 模型 ， 以构造系统 的结构 ， 第 步是描述系统的 行为 在第 步与第 步 中所建立 的模型都是 静态 的 ， 包括用例图 、 类 图 、 包 图 、 对象图 、 构件 图和 配置图等 种 图 ， 这些 图构成 了标准建模 语言 翻 的静态建模机制 第 步 中建立 了模 型或者表示执行的时序状态 ， 或者是交互关系 ， 它包括状态 图 、 活动 图 、 顺序图和合作图等 种 图 ， 这些 图构成 了标准建模语言 动态建模 机制 统在编译 、 链接或执行时各构件之间的依赖关 系 以及软构件间的接 口 和调用关系 图 是用 料程序描述典型 冲压零件抽象特征的构件图 ， 该程序包含 个类 类 主程序类 放在 中 类 负责画平面的类 放在 翻 心即 中 卜勿 类 负责画弯曲部分 的类 放在 血 印 中 在编译 、 链接和执行时上面程序构 件之间的依赖关系就是构件 图 从图 中可 以看 出 ￡ 的编译依赖于 印 和 的执行需要 依赖于 动态链接库 即瓦 的支持 构件 冲压零件形状特征的分类 冲压零件的特征模型 以形状特征为基础 ， 利用形状特征 的划分实现对领域知识等信息的 自然分类 ， 并通过形状特征的有机集合 ， 使冲压 零件 的特征信息模型 完整地表达冲压件信息 因此 ， 形状特征是整个集成冲压零件信息模型 的基础 冲压零件 的形状特征也决定 了其在生 产线 中的加工工步和加工过程 ‘ 另一方面 ， 从成 形方式对形状特征进行分类既能完整地表达零 件形状 ， 又使得冲压零件在定义阶段 的工艺可 行性评价 、 单特征工艺方案推理得 以 同步进行 冲压零件的形状特征分类如图 所示 圈 冲压 件的构件圈 细 咖 鞠卿 肠 肠 翻恤 · 拉深特征 柱形沉孔 弯曲特征 缺 口特征 圆孔 圈 冲压 件形状特征分类圈 叭电 肠二。 加 施公如 ， 恤 ‘ 班加” 卜加 目 ， 冲压零件构件图表达 在可视化标准建模语言 中 ， 可 以使用 构件图描述 冲压零件形状特征 构件 图显示 了 软构件 以及它们之间的依赖关系 ， 每个构件描 述软构件的物理特征 通过构件图可 以 显示 系 基于 语言的冲压霉件倍息 模型 类 图技术是面 向对象方法 的核心 技术 ， 其 基本概念 ， 如类 、 属性 、 操作 以及关联 、 聚集和泛 化等可运用于很多领域 类 图描述 了系统 中的 类及其相互之间的各种关系 ， 其本质反映 了系 统 中包含的各种对象类型 以及对象间的静态关 系 所谓类是对一类具有相 同特征 的对象的描 述 ， 而对象的基本特征可 以归纳为属性和操作 ， 因而一个类描述 了此类对象 的属性和操作 建 立类模型 的过程 ， 实际上 是对现实世界 的一个 抽象过程 ， 它把现实世界 中与问题有关的各种 对象及其相互关系进行适 当 的抽 象和 分类 描 述 在 中定义的很多重要概念和 提供丰富 的表示方法使得类 图有很强 的表达能力 加工特征类是冲压零件信息集成的中心环 节 ， 它在继承形状特征 的几何拓扑信息 的基础 上 ， 通过对相关规则对象 、 工序对象 用 于生成 单特征 的工艺方案 、 工艺可行性对象 用于 工 艺性评判 的封装 ， 实现特征层次上的信息集成

VoL23 No.4 王开坤：可视化标准建模语言UML在冲压件信息模型中的应用 ·345· 另一方面，冲压零件形状千差万别，形状特 类和弯曲类是基本特征，附属类依附于平面类 征的组织方式是集成冲压件信息模型的主要干 或弯曲类，“”代表这3个类之间的关联是多值 线.由于各类冲压零件均以弯曲特征过渡，并用 性的，可以从零到无穷.附属类是孔特征和拉深 弯曲进行对平面特征的链接，而其余各特征如 特征等特征的泛化. 各种孔特征和拉深特征等都依附于平面特征. 基于这一事实，本文建立了如图4所示的冲压 5结论 零件类图来表示该类军件组织关系.其中，平面 (1)通过对可视化标准建模语言UML的介 绍，提出了使用可视化标准建模语言UL进行 类 平面类 弯曲类 冲压件信息模型集成的思想. 属性1 多重性：多值 属性1 (2)冲压零件集成信息模型利用面向对象方 属性2 附属类 属性2 法，实现了将几何拓扑信息、特征信息和零件的 属性1 操作1 属性2 操作1 附属特征信息有机地集成在一体， 操作2 操作2 (3)本文的研究成果为在工程领域中使用 操作1 统一的标准建模语言提供了基础 关联 操作2 参考文献 泛化 1刘建群基于特征的饭金零件信息模型的研究.机械 科学与技术，1998,17(4)：651 孔类 拉深类 2 Grady Booch,James Rumbaugh,Ivar Jacobson.The Un- 属性 属性 ified Modeling Language User Guide.New York:Addi- 操作 操作 son-Wesley.1999 2 图4典型冲压零件集成信息模型UML类图 陈慧厦.一种面向对象产生式系统的体系结构和规 Flg.4 Typlcal integrating information model for blanking part 则模型.计算机研究与发展，1997,34(6：415 Application of Visualized Unified Modeling Language in Blanking Part Information Modeling WANG Kaikun,KANG Yonglin Material Science and Engineering School,UST Beijmg.Beying 100083,China ABSTRACT On the base of CAD/CAM product feature-based modeling analysis,a new concept,combined with the characteristics of visualized Unified Modeling Language(UML),is put forward in integrating infor- mation model for blanking part,and the model is presented in the object-oriented way.The visualized UML as a new route for using a unified modeling language in the engineering field is developed. KEY WORDS feature-based modeling;unified modeling language blanking part object-oriented

日 心 王开坤 可视化标准建模语言 侧压 在冲压件信息模型 中的应用 朽 另一方面 ， 冲压零件形状千差万别 ， 形状特 征的组织方式是集成冲压件信息模型 的主要干 线 由于各类冲压零件均以弯曲特征过渡 ， 并用 弯曲进行对平面特征 的链接 ， 而其余各特征如 各种孔特征和拉深特征等都依附于平面特征 基于这一事实 ， 本文建立 了如图 所示 的冲压 零件类图来表示该类零件组织关系 其中 ， 平面 类和弯曲类是基本特征 ， 附属类依附于平面类 或弯曲类 ， “ ， 代表这 个类之间的关联是多值 性的 ， 可以从零到无穷 附属类是孔特征和拉深 特征等特征的泛化 平面类 弯曲类 属性 属性 属性 附属类 属性 属性 操作 属性 操作 操作 操作 操作 操作 孔类 拉深类 属性 属性 操作 操作 圈 典型冲压 件纽成信息橄型 类圈 地 勺 如 加卿” 血 如 臼 侧触 加 洲 日 结论 通过对可视化标准建模语言 侧 的介 绍 ， 提 出了使用可视化标准建模语言 侧 进行 冲压件信息模型集成 的思想 冲压零件集成信息模型利用面向对象方 法 ， 实现了将几何拓扑信息 、 特征信息和零件的 附属特征信息有机地集成在一体 本文的研究成果为在工程领域 中使用 统一 的标准建模语言提供了基础 参 考 文 献 刘建群 基于特征的饭金零件信息模型 的研究 机械 科学与技术 ， ， 勿 侧扣 ， 山 腼 ， 吨 劝 以 丫 翻 · 阳 ‘ 陈惫仗一种面向对象产生式系统的体系结构和规 则模型 计算机研究与发展 ， ， 泳 眨 苗 叭 环月刃 月油而， 月刃 馆 助幼 “ 姆 日 几堪如翎面 几 ， 刊川 ， 七旧 别犯 协 介川理比七朋 】 ， 、 心印仁 侧口 别甩引 】 双刃 助 ， 泞 罗 助苗 时 ， 叻 山 吐 曰滋 让姆 加 画五记 以加 吨 创卿 理阴 加 】 沐 、 刘 七韶 山 助 五 】 助 斑正 州