通过对计算机辅助制造(CAM)专项领域可复用构件/构架的研究，针对整体叶轮CAM软件，设计了一个功能划分台理、复用性较强的构件/构架体系模型IUMCAM，从而可以大幅度地降低开发成本，提高软件的生产率以及软件质量。
引言
随着计算机辅助设计/制造(CAD/CAM)技术广泛而深入的应用，CAD/CAM应用领域不断扩大、专业深度不断发展，CAD/CAM软件日渐复杂和庞大，CAD/CAM软件体系结构即CAD/CAM系统的功能部件和各功能部件间的联系方法已成为CAD/CAM软件开发及应用成功与否的决定性因素。由于CAD/CAM领域划分出多个开发层次，这样软件的可复用性就成为衡量软件生产率和软件质量的一个重要指标。随着组件的构件化及其重用，软件设计模式、面向对象的UML技术和框架FW等技术的进一步成熟，应用领域对CAD/CAM软件提出了新的要求。本文针对CAD/CAM系统可复用性的要求，通过对业务过程(Business Process)中问题域向解题域的映射，设计了一个功能划分合理、具有良好可复用性的构件/构架体系模型-IUMCAM。
1 整体叶轮IUMCAM系统可重用的构架设计
1.1 基于构件/构架CAM软件设计原理
专项领域的软件复用和领域分析技术的意义，构件/构架库的支持下进行应用系统的开发，主要特点是:应用领域中各个系统的共同问题已在领域分析中得到了一般认识，并通过构件、构架开发统一地进行了描述和解决。因此该领域的应用系统开发主要是分析和解决具体系统中的特殊问题。这种条件下的软件开发可以看成以组装为主的软件开发过程，类似于硬件的"即插即用"技术。即:按照领域构架确定本系统需要哪些可复用构件，根据本系统的特殊需求对构架和构件进行特化，在此基础上开发本系统的专用构件，然后将领域构架、领域构件和系统专用构件组装成一个完整的系统。叶片、叶轮类零件是一类具有代表性的通道类雕塑曲面，首先按照领域构架确定的叶轮加工CAM系统的特殊需求，对构件和构架进行特殊化，进而组装成一个完整的叶轮数控加工IUMCAM系统。在这样一种设计概念下，基于构件/构架的雕塑曲面类零件数控加工CAD/CAM软件开发方法可以表述如图1所示。
1.2 问题域的分析
为实现高速的自动化加工,TQC(Time,Quality,Cost)战略已经成为人们日益关注的重点，即在最短的时间内，用最低的成本，实现最高的质量。据此，雕塑曲面类零件数控加工CAD/CAM软件用户需求可以划分为以下6点:
nextpage ①无干涉刀位的生成，消除干涉的可能性;
②切削过程的高效性，消除碰撞现象、崩刀或减小刀具振动;
③以最大切削率进行切削得到最高产出率;
④达到最小表面粗糙度以减少人工抛光表面时间;
⑤为用户提供全面的刀具信息以便合理快捷的刀具选择及加工条件选择;
⑥减小P/M(Programming Time/Machining Time)率，即编程时间与工件加工时间的比率。
由上述功能需求，我们可映射出如图2所示的功能设计模块。
1.3 雕塑曲面CAM系统领域框架
Ralph E.Johnson对构架给出T如下定义:构架是整个系统统的骨架，它是一种大粒度的设计，支持分析和设计级的重用。由问题域向解域的映射关系，可以发现对于雕塑曲面的CAM软件，存在相似的系统总体软件框架，将其共同之处提炼，得到领域模型后，用IDEFO图表达出雕塑曲面CAM软件系统可复用的领域框架，如图3所示。
2 IUMCAM系统中可重用构件的设计
2.1 加工执行单元-可复用构件
基于加工自动化领域内的制造单元工程理论，本文提出以加工执行单元为系统的基本构件。为了本文叙述方便，首先作者给出以下定义。
定义一:加工操作单元(Unit Machining Operator)UMO:由一种刀具完成的一种特定方式的加工过程。
对于不同的加工策略，作者以UMO加工执行单元表示，UMO的定义规则为:
UMO::=UMO-名称(刀位轨迹拓扑，走刀方式，刀具)
其中:刀位轨迹拓扑司平行截面刀具运动轨迹，放射状刀具运动轨迹，法向偏移型刀具运动轨迹，法向垂直型刀具运动轨迹，插值型刀刀具运动轨迹，法向偏移型刀具运动轨迹，法向垂直型刀具运动轨迹，插值型刀具运动轨迹，二维投影型刀具运动轨迹};
走刀方式={(复走刀方式，单方向走刀方式，环切走刀方式)|(逆铣，顺铣)}
刀具={刀具类型|刀具尺寸};
nextpage 例如，在粗加工过程中，采用刀具直径为Φ16的柱刀，环切走刀方式，法向偏6移刀具轨迹拓扑，即可表达为:RoughUMOI(法向偏移刀具轨迹拓扑，环切走刀方式，Φ16的柱刀)。
定义二:工步(Machining Stage)MS:由一系列相关加工执行单元完成的一个工步。
对雕塑曲面数控加工进行过程建模时，一般将工步分为:粗加工、半精加工精加工、清根加工。这样就构成了数控加工过程中的刀位轨迹生成的可复用构架，并将其存入构件/构架库。
定义三:整体叶轮加工(Impeller Machining)IM:由有序加工步骤完成的加工过程。
2.2 IUMCAM系统模型的实现
整体叶轮加工过程由以下几个部分组成:叶轮气流通道的开槽加工;叶轮气流通道的扩槽加工及精铣轮毅表面;叶型精加工及清根加工。由对加工过程建模所构成的软件框架，根据整体叶轮加工特点，可建立IUMCAM数控加工过程的模型。根据设计模式的复用思想，作者提出了一种基于享元的策略设计模式。软件运作方式如下:
(1)将UMO所用到的的不同算法，分别封装起来，作为可复用构件。在加工过程中利用通知控制器根据具体加工条件和用户需求，选择合适的UMO加工执行单元构件。
(2)在这些构件中，再提取出其共有的部分，作为领域的内部状态，称之为共享元，放人共享池。将外部状态的信息传递给享元管理器，通过享元接口调用享元池中该信息对应的共享元，并将共享元的对象实例返回到外部状态。如图4所示。
3 结论
本文从雕塑曲面数控加工的角度出发，阐明了作者研制的基于可复用构件/构架叶轮IUMCAM系统的体系结构及运行原理。通过对问题域的分析完成了由雕塑曲面数控加工通用构架到整体叶轮专用构架的过渡，实现了可复用构件/构架的基本思想在此基础上提出了以加工执行单元为基本构件的思想，为领域提供可复用构件;提出基于享元的策略设计模式，为系统的重用提供了层次实现的有效途径。
