基于UML的母线冲压机床需求分析与建模.pdf

基 于 U M L 的 母 线 冲 压 机 床 需 求 分 析 与 建 口杨振 口樊瑜瑾 口周巍 口郑淮河 z 1 ． 昆明理 工 大学 机 电工程 学院 昆 明 6 5 0 5 0 0 2 ． 昆明昆开专用数控设备有限责任公 司 昆明 6 5 0 1 0 6 摘 要 统一建模语言 U ML是一种定义良好、 易于表达、 功能强大的 图形化建模语言 ， 它的 目标是 以面向对象的方式来描述任何类型的 系统。由于它得到 R a t i o n a l R o s e等 C a s e软件 的支持 ． 不但 用于建 立软件 系统的模 型 ，还 可 以用 于描 述 非软 件领 域 的 系统 ，如 机械 系统 、企业机 构或 业务 过程 等 。基 于 U ML， 以昆明昆开专用数控设备有限责任公 司研发的数控母线冲压机床 的设计要求为对象。 对数控母线 机 床 系统进 行 建模 ， 并对 其进行 需求分 析 ． 以利 于机床 的后 续研 发 关 键词 U ML 建 模 R a t i o n a l R o s e母 线冲压 机 床 中图分 类号 T H3 1 2 文 献标 识码 A 文章 编号 1 0 0 0 4 9 9 8 f 2 0 1 5 1 0 9 0 0 2 9 0 3 随 着 我 国 经 济 的 快 速 发 展 ，对 各 行 各 业 都 提 出 了 更 高 的 技 术 要 求 ，这 对 电 器 控 制 柜 行 业 的 发 展 起 到 了 很 大 的 促 进 作 用 。由 于 母 线 主 要 用 于 高 危 的 电 力 行 业 ， 如 质 量 得 不 到 保 证 ， 将 会 导 致 漏 电 ， 甚 至 引 发 火 灾 ， 严 重 威 胁 到 人 类 的 生 命 及 财 产 安 全 。 目前 传 统 的 母 线 加 工 设 备 已 很 难 满 足 社 会 发 展 的 需 求 ， 国 外 的母 线 加 工 设 备 虽 然 加 工 精 度 及 设 备 质 量 本 身 相 比 国 内 要 好 ， 但 其 价 格 也 非 常 昂 贵 ，所 以 有 必 要 研 发 一 种 能 够 满 足 我 国生 产 加 工 要 求 的 母 线 加 工 设 备 。 国 内 已 有 许 多 公 司 独 立 或 寻 求 高 校 合 作 对 母 线 冲 压 机 床 进 行 开 发 ，将 需 求 分 析 作 为 系 统 开 发 的 基 础 工 作 ，对 整 个 开 发 过 程 有 着 重 要 的 影 响 。 统 一 建 模 语 言 uML是 始 于 1 9 9 7年 的 一 个 OMG 对 象 管 理 组 织 标 准 ， 它 不 仅 统 一 了 B o o c h、 Ru mb a u g h和 J a c o b s o n的 表 示 方 法 ， 而 且 对 其 作 了 进 一 步 的 拓 展 ， 并 最 终 成 为 被 大 众 所 接 受 的 标 准 建 模 语 言 。 UML作 为 一 种 面 向 对 象 的 图 形 建 模 语 言 ， 能 够 直 观 简 洁 地 对 系 统 进 行 描 述 ，可 以 对 任 何 具 有 静 态 结 构 和 动 态 行 为 的 系 统 进 行 建 模 分 析 ， 它 从 不 同 的 角 度 出 发 ， 分 别 定 义 了 用 例 图 、 类 图 、 状 态 图 、 时 序 图 等 ． 通 过 这 些 图 的 可 视 化 描 述 及 相 互 之 间 有 效 地 结 合 ，可 以 为 系 统 建 立 一 个 易 于 理 解 的 现 实 模 型 ， 即 系 统 的 需 求 分 析 。 笔 者 以 昆 明 昆 开 专 用 数 控 设 备 有 限 责 任 公 司研 发 的 数 控 母 线 冲 压 机 床 为 对 象 ， 以 统 一 建 模 语 言 UML 为 工 具 ， 运 用 I BM 公 司 的 Ra t i o n a l R o s e软 件 对 数 控 母 线 冲 压 机 床 进 行 需 求 分 析 建 模 。 1 U ML建模 流程 UML是 一 种 面 向 对 象 的 可 视 化 标 准 建 模 语 言 ． 采 收稿 日期 2 0 1 5年 4月 机械制造 5 3卷 第 6 1 3 期 用 图形 符 号 来 表 示 系 统 中 的 对 象 和 关 系 ，从 不 同 的 角 度 描 述 待 开 发 系 统 ， 它 为 开 发 人 员 更 好 地 理 解 系 统 的 组 成 以 及 工 作 状 态 提 供 了 有 效 的 交 流 方 式 。 一 个 系 统 应 有 功 能 、 静 态 结 构 和 动 态 行 为 所 组 成 ， 因 此 ， 要 建 立 一 个 系 统 模 型 主 要 需 要 以 下 3类 模 型 。 1 功 能 模 型 。从 用 户 的 角 度 描 述 系 统 的 功 能 ， 即 系 统 应 该 做 什 么 ， 功 能 模 型 用 例 图来 表 示 。 2静 态 结 构 模 型 。描 述 系 统 的静 态 结 构 ， 要 在 功 能 模 型 中 表 达 功 能 由 谁 来 完 成 ．主 要 表 示 类 与 类 之 间 的关 系 ， 用 类 图来 表 示 。 3 动 态 模 型 。描 述 系 统 的 动 态 行 为 ， 即 功 能 如 何 完 成 ， 什 么 时 间 完 成 ， 包 括 对 象 的 事 件 序 列 、 状 态 和 操 作 等 ， 主 要 用 状 态 图 、 时 序 图 、 协 作 图 来 表 示 。 功 能 模 型 是 系 统 的核 心 ． 建 模 流 程 是 首 先 从 功 能 需 求 出 发 ， 建 立 系 统 功 能 模 型 ； 其 次 建 立 系 统 的 静 态 结 构 模 型 然 后 将 系 统 要 完 成 的 功 能 在 系 统 结 构 上 进 行 分 配 ， 建 立 系 统 动 态 模 型 。 上 述 3类 模 型 既 有 各 自不 同 的 特 点 ，又 相 互 存 在 着 内在 的联 系 。 用 上 述 3类 模 型 对 整 个 系 统 进 行 描 述 ， 能 使 机 床 研 发 人 员 在 较 短 的 时 间 内 对 母 线 冲 压 机 床 的 功 能 、 硬 件 结 构 以及 工 作 状 态 有 一 个 直 观 的 认 识 。图 1 为 系 统 建 模 流 程 图 。 2功 能分析 功 能 分 析 即 用 来 描 述 系 统 的 外 部 功 能 ， UML为 用 201 5 ／9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 户 提 供 了 用 例 图 描 述 系 统 的 外 部 功 能 。 用 例 图 与 传 统 文 字 性 的 分 析 说 明 相 比 较 ， 具 有 直 观 、 规 范 等 优 点 ， 是 面 向 对 象 开 发 中进 行 功 能 分 析 的 一 种 有 效 手 段 。 用 例 图是 向外 界 用 户 展 示 系统 的 功 能 ，通 常 应 先 找 出 外 界 参 与 者 与 子 系 统 的 关 系 。 该 系 统 的 用 例 图 如 图 2所 示 ， 从 图 中 可 以 看 出 ， 该 母 线 冲 压 机 床 分 为 4个 子 系 统 ， 分 别 是 送 料 子 系 统 、 出 料 子 系 统 、 冲 剪 子 系 统 和 折 弯 子 系 统 。 送 料 和 出 料 工 序 是 由伺 服 电 机 来 实 现 的 ； 冲 剪 和 折 弯 工 序 是 由 液 压 缸 驱 动 来 完 成 的 ， 其 动 力 来 自液 压 系 统 。 将 参 与 者 分 为 操 作 人 员 和 维 修 人 员 ， 操 作 人 员 对 4个 子 系 统 进 行 操 作 ， 维 修 人 员 对 4个 子 系 统 进 行 维 修 。 从 图 2还 可 以 清 晰 地 看 出 ， 冲压 机 床 对 于 外 界 操 作 者 所 具 有 的 功 能 ， 它 是 以 一 种 可 视 化 的 方 式 来 帮 助 开 发 团 队 了解 系 统 的功 能 需 求 3静态结构分析 对 任 何 一 个 系 统 建 模 ，对 其 静 态 结 构 的 分 析 是 必 不 可 少 的 。 在 UML图 形 建 模 语 言 中 ， 用 类 图 去 描 述 系 统 的 静 态 结 构 ，它 是 根 据 系 统 中 的 类 以及 各 个 类 之 间 的 关 系 来 描 述 系 统 的 静 态 视 图 ，可 以 使 系 统 开 发 人 员 快 速 了 解 系 统 结 构 ， 该 冲压 机 床 的类 图如 图 3所 示 。 该 类 图 是 从 冲 压 机 床 的 整 体 类 与 部 分 类 之 间 的 聚 合 关 系 来 描 述 冲 压 机 床 的 静 态 结 构 ， 从 图 3可 以 看 出 ， 冲 压 机 床 系 统 由折 弯 装 置 、 冲 剪 装 置 、 送 料 装 置 、 出 料 装 置 以及 P L C控 制 系 统 构 成 ， 折 弯 装 置 和 冲 剪 装 置 由 液 压 缸 和 模 具 构 成 ， 液 压 缸 的 动 力 来 自液 压 系 统 ， 模 具 是 由 凸 模 和 凹模 构 成 ，送 料 装 置 和 出 料 装 置 由 机 械 手 和 伺 服 电机 组 成 。 整 个 图 由部 分 类 指 向 整 体 类 ， 对 系 统 的 结 构 描 述 十 分 清 晰 。 4动态行为分析 任 何 系 统 都 具 有 动 态 行 为 ， 因此 ， 仅 描 述 系 统 功 能 和 结 构 并 不 能 将 系 统 完 整 地 表 达 出 来 。UML提 供 了状 态 图 、 活 动 图 、 时 序 图 以及 协 作 图 用 来 描 述 系 统 动 态 行 为 。 笔 者 选 取 状 态 图 、 时 序 图 以 及 协 作 图 。状 态 图 是 展 示 状 态 与 状 态 的 转 换 图 。它 通 过 建 立 对 象 的 生 存 周 期 模 型 来 描 述 对 象 是 随 时 间 和 事 件 变 化 的 动 态 行 为 。在 UML 中 ， 一 个 状 态 图 依 附 于 一 个 类 的 实 例 对 象 ， 状 态 图 包 含 了一 个 类 的 对 象 在 其 生 命 期 间 所 有 状 态 的序 列 以及 对 象 对 接 收 到 的事 件 所 产 生 的 反 应 ， 它 是 用 来 描 述 系 统 当 中 某 一 个 对 象 的 状 态 与 状 态 之 间 的 控 制 流 ． 状 态 图 由 状 态 、 转 换 、 事 件 、 活 动 和 动 作 5部 分 组 成 。 冲 压 机 床 系 统 中 的送 料 机 械 手 在 送 料 过 程 中 的 状 态 变 4 -1 如 图 4所 示 。 送 料 机 械 手 在 初 始 状 态 时 是 松 开 的 ．此 时 电 磁 阀 2 01 5 ／9 失 电 ， 通 过 P L C控 制 装 置 发 出 的 指 令 与 机 械 手 的 光 电 编 码 器 该 系 统 位 置 传 感 器 采 用 光 电 编 码 器 反 馈 的 信 息 比 较 后 驱 动 伺 服 电 机 ， 机 械 手 运 动 到 取 料 位 置 ； 电 磁 阀得 电 ． 机 械 手 完 成 夹 料 动 作 夹 料 后 机 械 手 运 动 到 指 定 位 置 ， 电 磁 阀 失 电 ， 机 械 手 松 开 ， 完 成 卸 料 动 作 。 通 过 整 个 状 态 图 的 描 述 ，反 映 出送 料 机 械 手 在 整 个 送 料 过 程 中 自身 状 态 的 变 化 过 程 。 状 态 图 只 表 达 了 系 统 中 单 个 对 象 在 响 应 时 间 和 事 件 过 程 中 对 自身 状 态 做 出 的 改 变 ，但 是 在 机 床 系 统 整 个 工 作 过 程 中 ， 各 部 分 的 交 互 存 在 于 整 个 工 作 周 期 ， 所 以 ，还 需 要 描 述 系 统 内 部 各 个 对 象 之 间 的 交 互 过 程 ， UML用 时 序 图 和 协 作 图 来 描 述 对 象 间 的 动 态 交 互 过 程 。 在 UML中 ， 时 序 图将 交 互 关 系 表 示 为 二 维 图 ． 该 数 控 冲 压 机 床 的 时 序 交 互 关 系 如 图 5所 示 ，纵 轴 是 生 命 线 ， 生 命 线 代 表 时 间 ， 用 一 条 向 下 延 伸 的 虚 线 表 示 。 生 命 线 上 的 矩 形 表 示 激 活 ，矩 形 长 度 表 示 对 象 被 激 活 的 时 间 长 短 ， 激 活 表 示 该 对 象 被 占用 以完 成 某 个 任 务 。 横 轴 代 表 了 在 交 互 过 程 中 的 对 象 。 从 图 5中 可 以看 出 ， 机 床 各 对 象 的 功 能 、 完 成 此 功 机械制造 5 3 卷 第 6 1 3期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 认 识 。 这 不 仅 对 研 发 人 员 有 积 极 的 指 导 作 用 ， 更 是 为 后 续 的 研 发 工 作 做 好 准 备 ，提 高 研 发 效 率 ，缩 短 研 发 周 期 ． 减 少 研 发 过 程 中 可 能 发 生 的 错 误 ， 为 整 个 研 发 过 程 降 低 了 劳 动 成 本 。也 希 望 能 够 通 过 本 文 能 够 使 读 者 对 UML有 一 个 更 加 全 面 的 了解 ． 充 分 发 挥 其 图 形 化 语 言 的 特 点 ， 并 应 用 到 不 同 领 域 的 建 模 工 作 中 。 参 考 文 献 [ 1 ] 蔡敏 ， 徐 慧慧 ， 黄 炳强 ． U ML技 术 与 R o s e建模 教程 [ M] ． 北 京 人 民邮电出版社， 2 0 0 6 ． [ 2 ] 施穆勒． U ML基础 、 案例 与应用 第三版 [ M] ． 北京 人 民邮 电出版社， 2 0 0 4 ． [ 3 ] 邱郁 惠． U ML那 些事儿[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 4 ] 龙克滨． U ML应用 建模实践 过程 [ M] ． 北京 机械工业 出版 社 ． 2 0 0 3 ． [ 5 ] 邵维忠 ， 蒋严 冰 ， 麻志毅． U ML现存 问题 和发展道 路 [ J ] ． 计 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年来 ， 在 许齐 宝董 事长 为首 的领 导 班子 带领 下 ，致力 于技 术创 新 和 自主 研 发 同时 ． 公 司 善于 与 高校 科 研 院所 联 合 ， 进 行技 术 攻 关 和产 品升级。公司在“ 十二五” 期间进行技术改造， 建有高大厂房 ， 购 ；置先进设备， 为发展大型高端机床创造 了条件。 ； i 此项产品为山东晟合交通电力公司供货， 用户表示满意， 也 i ；为中亚机床公司进军大型高端机床开辟了新路。 ； t 徐斌 t 2 0 1 5 ／ 9 回 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m