面向定制的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)平臺(tái)研究與應(yīng)用 王宗彥，陳英杰，吳淑芳，秦慧斌，陸春月 （中北大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，山西 太原 030051） 摘要： 以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)為目標(biāo)，在參數(shù)定制和產(chǎn)品全息模型共享驅(qū)動(dòng)的思想上，對(duì)可重用設(shè)計(jì)資源進(jìn)行了規(guī)劃，研究了 “產(chǎn)品 零件 四個(gè)層次的資源重用設(shè)計(jì)方法，廣義模塊化產(chǎn)品族模型，以及設(shè)計(jì)中的產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)技術(shù)、基于規(guī)則和實(shí)例推理的匹配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了模型驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)；建立了基于 “客戶端 /服務(wù)器 /工作站（簡(jiǎn)稱(chēng) C/ S /W）協(xié)同設(shè)計(jì)的平臺(tái)自適應(yīng)體系，搭建了面向定 制的橋式起重機(jī)快速設(shè)計(jì)平臺(tái)，大幅度提高了設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，使企業(yè)快速響應(yīng)市場(chǎng)能力顯著增強(qiáng)。 關(guān)鍵詞： 大批量定制；快速設(shè)計(jì)；重用設(shè)計(jì)；協(xié)同設(shè)計(jì)；變型設(shè)計(jì)；客戶端 /服務(wù)器 /工作站 中圖分類(lèi)號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A U， 30051) to 引言 快速設(shè)計(jì)技術(shù)是一門(mén)綜合的產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)，目前對(duì)快速設(shè)計(jì)的研究集中在產(chǎn)品族建模和規(guī)劃技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì)、智能化設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)化定制設(shè)計(jì)、配置設(shè)計(jì)、變型設(shè)計(jì)等方面 1。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速定制設(shè)計(jì)的策略重點(diǎn)為業(yè)務(wù)過(guò)程重組、信息資源重組和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)重組。設(shè)計(jì)重用通過(guò)利用已有設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，使定制人員在已有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上通過(guò)修改零部件形狀和改變屬 性參數(shù)，對(duì)關(guān)系型產(chǎn)品模型進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和信息重組，完成產(chǎn)品快速變型設(shè)計(jì)。同時(shí)，在企業(yè)內(nèi)部或聯(lián)盟內(nèi)，利用基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境，建立高效、穩(wěn)定的協(xié)作模式和管理模式，可以提高數(shù)據(jù)共享及信息交互能力，從而使分布異地的設(shè)計(jì)人員圍繞同一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)，完成相應(yīng)部分的設(shè)計(jì)的子任務(wù)，并行、交互、協(xié)作地進(jìn)行快速設(shè)計(jì)工作，共同完成設(shè)計(jì)任務(wù) 2。設(shè)計(jì)重用和協(xié)同設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)者群體工作的方式，發(fā)揮各自專(zhuān)業(yè)特長(zhǎng)和主觀能動(dòng)，充分利用和管理已有設(shè)計(jì)資源，達(dá)到降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加產(chǎn)品多樣性、縮短開(kāi)發(fā)周期的目的 3。目前國(guó)內(nèi) 外學(xué)者對(duì)設(shè)計(jì)重用和協(xié)同設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量研究 46，但是多數(shù)以往的產(chǎn)品信息在新的產(chǎn)品中的重用程度不夠高，僅僅在零部件級(jí)和概念設(shè)計(jì)階段有一些較成功的應(yīng)用，未能將參數(shù)化，模塊化，系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)思想有機(jī)結(jié)合在一起。 面向定制的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)過(guò)程，就是以產(chǎn)品族可重用設(shè)計(jì)資源為基礎(chǔ)，通過(guò)基于產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)的配置和變型，對(duì)產(chǎn)品、模塊、零件、特征進(jìn)行定制和重用的過(guò)程。本文建立的面向定制的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)平臺(tái)，通過(guò)對(duì)可重用設(shè)計(jì)資源合理規(guī)劃、廣義模塊化產(chǎn)品族模型建立，設(shè)計(jì)規(guī)則定義和推理，以及對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作流的構(gòu)架，為面向定制的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了一個(gè)良好的重用和協(xié)同環(huán)境。 1 可重用設(shè)計(jì)資源規(guī)劃 品族規(guī)劃設(shè)計(jì)流程 產(chǎn)品族規(guī)劃是構(gòu)建面向定制的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，資源規(guī)劃的合理化程度和重用程度，直接關(guān)系到新產(chǎn)品對(duì)現(xiàn)有制造過(guò)程的沖擊程度，沖擊越大，成本越高。通過(guò)合理的規(guī)劃，可以高效地對(duì)產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行組合，從而減少后續(xù)定制過(guò)程中產(chǎn)品的多次變型設(shè)計(jì)，有利于提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率。面向定制的產(chǎn)品族規(guī)劃過(guò)程如圖 1 所示。細(xì)分客戶需求客戶多樣化需求建立產(chǎn)品功能模型功能模塊功能結(jié)構(gòu)模塊結(jié)構(gòu)模塊通用性通用模塊變異模塊結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)模塊特征參數(shù)分析產(chǎn)品族通用模塊族變異模塊族圖 1 面向定制的產(chǎn)品族規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程 （ 1）面向產(chǎn)品族的方案設(shè)計(jì)是一個(gè)并行設(shè)計(jì)過(guò)程。從獲取客戶的多樣化需求開(kāi)始，到產(chǎn)品的市場(chǎng)需求 細(xì)分化，細(xì)分化的過(guò)程就是對(duì)客戶需求規(guī)范化的過(guò)程，每一個(gè)細(xì)分化的結(jié)果就是一類(lèi)客戶需求?？蛻粜枨蟀ㄓ脩粢?、設(shè)計(jì)條件等原始信息，不同類(lèi)別的客戶需求組成了多樣化需求的產(chǎn)品集合，每一個(gè)并行的產(chǎn)品集合方案設(shè)計(jì)構(gòu)成了產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。 （ 2）產(chǎn)品集合建立以后，需要根據(jù)客戶需求確定每一類(lèi)產(chǎn)品的總功能，進(jìn)行產(chǎn)品族的模塊化規(guī)劃，進(jìn)而確定設(shè)計(jì)目標(biāo)產(chǎn)品在系列產(chǎn)品中的位置，然后在對(duì)構(gòu)成產(chǎn)品功能層次關(guān)系的基礎(chǔ)上，基于子功能影響客戶需求的程度，進(jìn)行產(chǎn)品總功能的劃分，建立產(chǎn)品的功能模型。根據(jù)產(chǎn)品族功能 結(jié)構(gòu)三視圖的映射關(guān)系，確定子功 能模型的結(jié)構(gòu)單元形式，劃分產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)功能模塊，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品族功能模型向結(jié)構(gòu)模型的轉(zhuǎn)化。 （ 3）在劃分好的結(jié)構(gòu)功能模塊的基礎(chǔ)上，根據(jù)構(gòu)成產(chǎn)品模塊單元的通用程度，確定各個(gè)結(jié)構(gòu)模塊的通用程度和變異程度，相應(yīng)的劃分為通用模塊和變異模塊。模塊劃分以后，需要對(duì)模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)是一個(gè)并行過(guò)程，設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)過(guò)程中模塊特征的通用屬性和變異屬性，對(duì)特征參數(shù)進(jìn)行提取、分析，進(jìn)行產(chǎn)品族模塊的系列化設(shè)計(jì)和接口設(shè)計(jì)。最后，根據(jù)產(chǎn)品配置方法，通過(guò)不同模塊的選取和組合，進(jìn)行產(chǎn)品族的設(shè)計(jì)，從而得到多樣化需求的產(chǎn)品。詳細(xì)設(shè)計(jì) 從產(chǎn)品及其構(gòu)成的角度定義了產(chǎn)品和構(gòu)成元素的詳細(xì)特征，為資源重用奠定了基礎(chǔ)。 層次設(shè)計(jì)資源重用模型 產(chǎn)品快速定制設(shè)計(jì)追求 “產(chǎn)品層 零件層 的多層次重用，有利于減少各層次單元類(lèi)型，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度，快速響應(yīng)市場(chǎng)需求。為了提高設(shè)計(jì)資源重用，需要 把設(shè)計(jì)知識(shí)，包括各種設(shè)計(jì)結(jié)果、決策推理過(guò)程、支撐知識(shí)等記錄下來(lái)，并與底層的產(chǎn)品、部件、零件、特征聯(lián)系起來(lái)。 從資源組織管理和建模的過(guò)程出發(fā)，將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)按照動(dòng)態(tài)粒度原則劃分為可以動(dòng)態(tài)調(diào)整的層次結(jié)構(gòu)，最高層為產(chǎn)品級(jí)、最底層為制造特征級(jí)，高層次的任務(wù)包 含低層次的任務(wù)，層次結(jié)構(gòu)組織形式如圖 2 所示。 產(chǎn) 品 層產(chǎn) 品 總 體 信 息 模 型 產(chǎn) 品 裝 配 信 息 模 型管 理 信 息 模 型部 件 層部 件 總 體 信 息 模 型 部 件 裝 配 信 息 模 型 管 理 信 息 模 型零 件 層零 件 定 義 模 型 零 件 定 義 模 型 零 件 定 義 模 型特 征 層特 征 關(guān) 系 模 型 特 征 信 息 模 型 特 征 方 法 模 型部 件 定 義 模 型 部 件 定 義 模 型 部 件 定 義 模 型產(chǎn) 品 定 義 模 型設(shè) 計(jì) 特 征 模 型 制 造 特 征 模 型 管 理 信 息 模 型圖 2 多層次設(shè)計(jì)資源重用模型 產(chǎn)品層：產(chǎn)品族位于產(chǎn)品層層面上，描述產(chǎn)品的總體信息、構(gòu)成信息、管理信息等，是根據(jù)客戶需求和設(shè)計(jì)內(nèi)在的約束為條件進(jìn)行定制的，它是由下層零部件模塊通過(guò)一定的裝配關(guān)系構(gòu)成的最終產(chǎn)品模型，在符合設(shè)計(jì)原理的前提下，當(dāng)客戶需求和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的約束條件沒(méi)有沖突時(shí)，這樣定制的產(chǎn)品就可以作為重用產(chǎn)品。 部件層：產(chǎn)品族同樣適用于部件層，隸屬于產(chǎn)品族的模塊族，描述部件的總體信息、構(gòu)成信息和管理信息等，部件層是通過(guò)結(jié)構(gòu)和功能分解而劃分的模塊，可以通過(guò)結(jié)構(gòu)、功 能、需求、設(shè)計(jì)原理等進(jìn)行定制，它是進(jìn)行產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)的重要組成模塊。 零件層：零件族隸屬于產(chǎn)品族的零件族，零件層類(lèi)似于部件層，描述零件的特征信息、特征之間的關(guān)系、特征方法等，是部件層的子件，也是通過(guò)結(jié)構(gòu)和功能分解得到的。零件的具體結(jié)構(gòu)是由事物特性表、約束條件、特征值共同決定的，同樣以結(jié)構(gòu)、功能、需求、設(shè)計(jì)原理為條件進(jìn)行定制。 特征層：特征層位于設(shè)計(jì)資源組織結(jié)構(gòu)的最底層，描述零件點(diǎn)、線、面等拓?fù)湫畔⒑妥犹卣髦g的關(guān)系，是由其結(jié)構(gòu)特征和加工制造過(guò)程決定的，并以此作為定制條件。 根據(jù)產(chǎn)品族設(shè)計(jì)資源結(jié)構(gòu)圖，通過(guò)模塊化 設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，建立模塊化產(chǎn)品知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和管理系統(tǒng)，可以構(gòu)建產(chǎn)品族的模塊化體系，這樣建立的體系有利于產(chǎn)品模塊在配置過(guò)程中，提高產(chǎn)品的重用層次（優(yōu)先權(quán)依次為產(chǎn)品重用、部件重用、零件重用、特征重用），最大限度的重用各個(gè)層次的產(chǎn)品族實(shí)例，提高設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的柔性和敏捷性，大大減小設(shè)計(jì)和制造的復(fù)雜程度。 2 廣義模塊化產(chǎn)品族關(guān)系模型 面向定制的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)就是要用最小的產(chǎn)品內(nèi)部多樣化滿足客戶需求的最大多樣化，直接表現(xiàn)為零部件的種類(lèi)和數(shù)量最小，產(chǎn)品族設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)部多樣化最小的有效方式，是產(chǎn)品內(nèi)部復(fù)雜性與外 部多樣性的最優(yōu)化方案，也是產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)和產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。由于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與功能是一一映射的關(guān)系，因此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的構(gòu)造就是對(duì)功能結(jié)構(gòu)求解的過(guò)程，廣義模塊化產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)模型的建立就是通過(guò)對(duì)系列產(chǎn)品的功能分析，并結(jié)合其在設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)中的特點(diǎn)，劃分并搭建具有更加適應(yīng)性的廣義模塊和廣義產(chǎn)品平臺(tái)。通過(guò)廣義模塊的組合或廣義產(chǎn)品平臺(tái)的衍生，在產(chǎn)品通用模塊和可用模塊的基礎(chǔ)上展開(kāi)設(shè)計(jì)，靠零部件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化以及尺寸參數(shù)化形成新的模塊，構(gòu)建模塊化產(chǎn)品族體系，從而使不同模塊進(jìn)行組合配置，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)。通過(guò)廣義模塊化產(chǎn)品族 設(shè)計(jì)既可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的、固定的剛性模塊化設(shè)計(jì)，又可根據(jù)用戶個(gè)性化的需求，實(shí)現(xiàn)柔性模塊的設(shè)計(jì)。在廣義模塊化產(chǎn)品族中，模塊分為基本模塊和可選模塊，基本模塊是組成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基本單元，是反復(fù)出現(xiàn)和必須包括的模塊，即必選模塊?？蛇x模塊是特殊的、補(bǔ)充的和根據(jù)客戶特別要求定制的模塊，客戶可以根據(jù)功能需要選擇或不選擇該類(lèi)模塊。 廣義模塊化產(chǎn)品族關(guān)系模型 如圖 3 所示。 產(chǎn) 品 1 總 功 能 產(chǎn) 品 2 總 功 能 產(chǎn) 品 n 總 功 能功 能 模 塊 1 功 能 模 塊 2 功 能 模 塊 3 功 能 模 塊 4 功 能 模 塊 5功 能 模 塊 n. . . . 族 2 1模 塊 族 1 1 模 塊 族 1 2 模 塊 族 2 2. . 族 5 1模 塊 族 n 1. . . . 族 n 2模 塊 1 1 1 模 塊 1 1 2 模 塊 1 2 1 模 塊 1 2 2 模 塊 2 2 1 模 塊 2 2 2 . . . . n 2 1 模 塊 n 2 2產(chǎn) 品 族圖 3 廣義模塊化產(chǎn)品族關(guān)系模型 廣義模塊化產(chǎn)品族設(shè)計(jì)采用三種產(chǎn)品調(diào)節(jié)方法，分別是水平調(diào)節(jié)、垂直調(diào)節(jié)和混合調(diào)節(jié)，如圖4 所示。水平調(diào)節(jié)適用于模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，基于相同的 接口，通過(guò)模塊的添加、替換或移除組成不同的產(chǎn)品。垂直調(diào)節(jié)適用于參數(shù)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在常量參數(shù)不變的情況下，通過(guò)改變可調(diào)節(jié)變量的變化范圍，實(shí)現(xiàn)不同程度性能和結(jié)構(gòu)的實(shí)例產(chǎn)品?；旌险{(diào)節(jié)適用于適應(yīng)性產(chǎn)品設(shè)計(jì)，綜合使用水平調(diào)節(jié)和垂直調(diào)節(jié)方法，具有較大的潛在經(jīng)濟(jì)效益。廣義模塊化產(chǎn)品族就是在充分挖掘和利用這些單元，產(chǎn)品常量參數(shù)不變的條件下，通過(guò)可調(diào)節(jié)變量的水平調(diào)節(jié)和垂直調(diào)節(jié)，將定制產(chǎn)品的設(shè)計(jì)問(wèn)題通過(guò)產(chǎn)品重組和過(guò)程重組轉(zhuǎn)化為批量設(shè)計(jì)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)滿足客戶需求的多樣化的產(chǎn)品，快速響應(yīng)多變的市場(chǎng)需求。 適 應(yīng) 性 產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì)參數(shù)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)模 塊 化 產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì)水 平 調(diào) 節(jié)垂直調(diào)節(jié)混 合 調(diào) 節(jié)簡(jiǎn) 單產(chǎn) 品中 等產(chǎn) 品復(fù) 雜產(chǎn) 品圖 4 廣義化模塊化產(chǎn)品族設(shè)計(jì) 3 面向定制的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù) 于規(guī)則和實(shí)例推理的匹配技術(shù) 為了支持系列化產(chǎn)品的配置管理，通常采用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化和變型設(shè)計(jì)建立一個(gè)可變型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型，實(shí)際上，它是包含了可選件和替換件的產(chǎn)品族主結(jié)構(gòu)（ 型。 以根據(jù)客戶需求，派生出客戶定制的產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 7,8。需要全面考慮產(chǎn)品模塊的所有組成功能，才能建立一個(gè)可配置的產(chǎn)品族主結(jié)構(gòu)?；谝?guī)則和實(shí)例的二級(jí)匹配，就是通過(guò) 則（產(chǎn)品配置過(guò)程中模塊選擇規(guī)則的集合）和存儲(chǔ)于事物特性表中的實(shí)例的參數(shù)，對(duì)產(chǎn)品族主結(jié)構(gòu)中可選模塊進(jìn)行選擇，并與其它模塊有機(jī)組合，完成產(chǎn)品族主結(jié)構(gòu)的配置選擇。 建立合適的配置設(shè)計(jì)規(guī)則是提高配置設(shè)計(jì)知識(shí)重用性、知識(shí)庫(kù)的可維護(hù)性、搜索效率的前提。 則主要是指構(gòu)成產(chǎn)品模塊間的各種約束關(guān)系，包括 “關(guān)聯(lián) ”、 “類(lèi)屬 ”、 “備選組合 ”等。產(chǎn)品定制中，通過(guò)模塊結(jié)構(gòu)、參數(shù)、材料屬性等模塊的可配置屬性獲取產(chǎn)品的不同性能 。 基 于 實(shí) 例 推 理 是 通 過(guò) 客 戶 需 求 特 征 集 . 3R f f f f n ， ， ， ， 和產(chǎn)品族主結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的變量集 3 . nV v v v v ， ， ， ， 進(jìn)行匹配運(yùn)算，從實(shí)例庫(kù)中檢索出 客戶所需的實(shí)例，再對(duì)其進(jìn)行修改設(shè)計(jì)來(lái)完成產(chǎn)品配置的。基于規(guī)則的推理可以快速得到所需的實(shí)例模型，因此首先采用此方法，如果推理規(guī)則層次復(fù)雜，采用基于實(shí)例的推理，從而借用實(shí)例庫(kù)中最貼近的實(shí)例。如圖 5 所示為面向定制的產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)流程，配置求解的過(guò)程是一個(gè)迭代的過(guò)程，產(chǎn)品根據(jù)客戶定制的深度，進(jìn)行完全自動(dòng)化或者人工干涉的半自動(dòng)化的配置設(shè)計(jì)，完成滿足客戶需求的產(chǎn)品定制設(shè)計(jì)。 模 塊 實(shí) 例 庫(kù)基 于 規(guī) 則 的 方 法基 于 實(shí) 例 的 方 法規(guī) 則 提 取 、 解 析 模 板 選 擇規(guī) 則 滿 足相 似 匹 配模 塊 借 用 實(shí) 例模 塊 修 改 調(diào) 整下 一 模 塊結(jié) 束 面向定制的產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)流程 于層次事物特性表的產(chǎn)品變型技術(shù) 面向定制的產(chǎn)品三維變型設(shè)計(jì)是在零部件主模型的基礎(chǔ)上，采用自頂向下和自 底向上相結(jié)合的設(shè)計(jì)方式，構(gòu)建產(chǎn)品裝配草圖，通過(guò)形狀特征、零部件主模型的交互式建模與產(chǎn)品配置的有機(jī)組合來(lái)完成的。對(duì)零部件主模型的建模，采用產(chǎn)品全息建模和建立層次事物特性表結(jié)合的方法進(jìn)行。全息建模將模型以幾何模型和非結(jié)構(gòu)化的信息模型封裝，全面表達(dá)產(chǎn)品信息，通過(guò)零部件特征的建立方法、參數(shù)設(shè)置、尺寸以及關(guān)系約束等在內(nèi)的每個(gè)特征的詳細(xì)信息，控制裝配草圖，進(jìn)而控制柔性模塊主模型，完成產(chǎn)品級(jí)參數(shù)化模型驅(qū)動(dòng)。模塊化的變型設(shè)計(jì)是在模塊化產(chǎn)品實(shí)例的基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶需求查找、匹配相似實(shí)例，通過(guò)對(duì)相似實(shí)例中部分模塊的替換、修改和創(chuàng) 建實(shí)現(xiàn)模塊化變型設(shè)計(jì)的，這樣有利于設(shè)計(jì)資源的共享和重用。在提取設(shè)計(jì)變量時(shí)，首先從一個(gè)定義好的模型中提取可供驅(qū)動(dòng)的尺寸參數(shù)、特征、約束關(guān)系、模型參數(shù)等作為設(shè)計(jì)變量，并將反映零部件的主要特征的設(shè)計(jì)變量進(jìn)行分級(jí)，如分成 1 級(jí)、 2 級(jí)、 3 級(jí)等，以方便數(shù)據(jù)查詢。在存儲(chǔ)所提取的設(shè)計(jì)變量時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)變量的分級(jí)將它們存入相應(yīng)層次的事物特性表中，采用層次事物特性表的方法建立主模型，不但可以描述裝配體組件的組成情況，還可以描述各組件之間的關(guān)系。平臺(tái)只需要根據(jù)客戶需求輸入一組少量的數(shù)據(jù)，通過(guò)改變層次事物特性表中零部件之間的特征參數(shù)關(guān) 系，就可以實(shí)現(xiàn)上一級(jí)模塊到下一級(jí)模塊的信息傳遞，當(dāng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行變型時(shí)，將每一層事物特性表中的數(shù)據(jù)傳遞給參數(shù)化 件的 數(shù)，軟件會(huì)自動(dòng)派生客戶所需的變型產(chǎn)品，層次事物特性表如圖 6 所示。 I D L L 1 . . . 1 2 . . D 2B A . . . . . . . . . . . . . d N L L 22 1 4 C D. . . . . . . . . . . d 1 1 2 2 6. . . . . L L 1 . . 6 0 3 2 . . . . . . . . . . k 1 k 2 . . D 28 2 4 . . . . . . . . . . 子 模 塊零 件零 件零 件圖 6 層次事物特性表 4 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用 橋式起重機(jī)作為一種結(jié)構(gòu)形式相對(duì)穩(wěn)定，系列件、通用件和相似件占一定比例的產(chǎn)品。 實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，各種結(jié)構(gòu)并不完全是全新的開(kāi)發(fā)，大部分是通過(guò)參考已有的同類(lèi)設(shè)計(jì)，利用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)完成的，因此采用基于主模型和主文檔的參數(shù)化變型設(shè)計(jì)。在模塊劃分的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行后續(xù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，同時(shí)，設(shè)計(jì)過(guò)程 中不僅要考慮整機(jī)和部件結(jié)構(gòu)、功能的需求，還要考慮性能的要求，以保證其強(qiáng)度和剛度等方面的需求。對(duì)于設(shè)計(jì)過(guò)程中的項(xiàng)目、人員、產(chǎn)品、文檔、數(shù)據(jù)等信息又需要有效的管理，因此需要管理模塊進(jìn)行管理。 基于以上分析，開(kāi)發(fā)了某型號(hào)橋式起重機(jī)快速設(shè)計(jì)平臺(tái)，該平臺(tái)在集成了三維圖形處理軟件 據(jù)庫(kù)管理軟件 智能 統(tǒng)基礎(chǔ)上，以生產(chǎn)設(shè)計(jì)知識(shí) (包括設(shè)計(jì)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)等 )的存取和管理為核心內(nèi)容的知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，形成 了其智能 統(tǒng)操作平臺(tái)。當(dāng)用戶通過(guò)界面進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí) ,實(shí)際上是在重新設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的數(shù)據(jù) (但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保持不變 )，這些數(shù)據(jù)被用戶確認(rèn)以后，將通過(guò)與模型一體封裝的規(guī)則對(duì)模型發(fā)生作用，從而產(chǎn)生新實(shí)例。 面向定制的橋式起重機(jī)快速設(shè)計(jì)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu) 面向定制的橋式起重機(jī)快速設(shè)計(jì)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)如圖 7 所示，包括界面層、功能層、接口層和支撐層四個(gè)層次。 圖 7 面向定制的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu) （ 1）界面層：界面層是用戶和平臺(tái)的交互界面，包括用戶登錄界面和參數(shù)定制界面，實(shí)現(xiàn)用戶、產(chǎn)品相關(guān)信息的輸入和輸出功能 。登陸界面實(shí)現(xiàn)用戶身份確認(rèn)的目的，參數(shù)定制界面實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)的目的。界面應(yīng)該具有良好的可視性、完善性、易操作性和容錯(cuò)性等功能。 （ 2）功能層：功能層是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)功能的核心層，展現(xiàn)功能實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容，包括平臺(tái)管理、知識(shí)庫(kù)管理和推理模塊。平臺(tái)管理包括用戶權(quán)限和注冊(cè)信息的管理；知識(shí)庫(kù)管理包括對(duì)產(chǎn)品實(shí)例庫(kù)、設(shè)計(jì)知識(shí)、產(chǎn)品配置、設(shè)計(jì)規(guī)則等內(nèi)容的管理；推理模塊是指基于規(guī)則和實(shí)例的推理。通過(guò)這些過(guò)程可以展開(kāi)平臺(tái)和設(shè)計(jì)者的人機(jī)交互，完成產(chǎn)品定制的具體操作。 （ 3）接口層：接口層是實(shí)現(xiàn)功能層各種功能的有效通道，包括三維軟件 的 數(shù)接口、管理軟件的函數(shù)接口以及數(shù)據(jù)庫(kù)的連接接口。接口層又可以分為內(nèi)部接口和外部接口。模塊通過(guò)內(nèi)部接口進(jìn)行參數(shù)傳遞、函數(shù)調(diào)用，以返回值的方式進(jìn)行信息傳遞。外部接口是用戶通過(guò)輸入界面和菜單進(jìn)行交互的接口，通過(guò)入口參數(shù)，出口參數(shù)與平臺(tái)模塊進(jìn)行傳輸。 （ 4）支撐層：支撐層作為平臺(tái)的基礎(chǔ)層，其它層必須以支撐層為依托才能正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)各種功能。支撐層是設(shè)計(jì)資源的核心內(nèi)容，涉及到產(chǎn)品實(shí)例庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)以及其他資源庫(kù)等內(nèi)容，因此對(duì)其數(shù)據(jù)的調(diào)用很?chē)?yán)格，只有享有權(quán)限的人員才可以瀏覽和利用。 臺(tái)工作流 程 協(xié)同設(shè)計(jì)將位于不同地點(diǎn)的設(shè)計(jì)人員為某設(shè)計(jì)任務(wù)相互協(xié)同工作，并行開(kāi)發(fā)，共同完成任務(wù)。由于參數(shù)化模型驅(qū)動(dòng)與工程圖調(diào)整需要一定的運(yùn)行時(shí)間，如果用戶過(guò)多，就會(huì)造成用戶等待的時(shí)間比較長(zhǎng)，這樣會(huì)降低工作效率，基于此設(shè)定幾個(gè)工作站，使工作站處于并行工作狀態(tài)。本平臺(tái)在傳統(tǒng)C/S（客戶端 /工作站）的基礎(chǔ)上，采用 C/S/W（多客戶端 /單服務(wù)器 /多工作站）架構(gòu)，并與 統(tǒng)集成， 相應(yīng)的應(yīng)用程序包括客戶端程序，服務(wù)器端程序，工作站程序，三者之間以數(shù)據(jù)庫(kù)為媒介進(jìn)行通信，如圖 8 所示?？蛻舳顺绦?yàn)橐话阌脩羰褂?，?fù)責(zé)參數(shù)設(shè)置與提交； 服務(wù)器端程序?yàn)閿?shù)據(jù)管理程序，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和維護(hù)；工作站運(yùn)行模型驅(qū)動(dòng)程序，負(fù)責(zé)模型驅(qū)動(dòng)、工程圖調(diào)整和文檔生成。 在平臺(tái)初始化登錄界面中不同的客戶端將工作站 行不同的設(shè)定，當(dāng)客戶端將數(shù)據(jù)存到服務(wù)器上后，工作站將根據(jù)用戶設(shè)定的 行相應(yīng)的模型驅(qū)動(dòng)與工程圖調(diào)整，這樣就能保證多個(gè)工作站同時(shí)工作而互不干擾，提高工作效率。同時(shí)，由于加入了由于與 統(tǒng)的集成，有利于客戶端協(xié)同設(shè)計(jì)，以及項(xiàng)目和文檔的管理，客戶端設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)相應(yīng)的權(quán)限對(duì)相應(yīng)的部件進(jìn)行并行設(shè)計(jì)。該平臺(tái)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)計(jì)算軟件，各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)處理 以及設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)之間數(shù)據(jù)交互高度自動(dòng)化，設(shè)計(jì)人員個(gè)體是分散的但設(shè)計(jì)信息卻是高度共享的，設(shè)計(jì)結(jié)果并能及時(shí)將仿真結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)修改。產(chǎn)品項(xiàng)目信息、模型調(diào)用信息、設(shè)計(jì)參數(shù)信息、接口信息實(shí)現(xiàn)了不同程度的共享和重用，設(shè)計(jì)人員可以隨時(shí)隨地地進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。 管理員對(duì)新到的定制合同首先需要?jiǎng)?chuàng)建項(xiàng)目，確定主任設(shè)計(jì)師和設(shè)計(jì)員，然后由主任設(shè)計(jì)師負(fù)責(zé)產(chǎn)品的創(chuàng)建，最后設(shè)計(jì)員根據(jù)分配的操作權(quán)限對(duì)相應(yīng)的部件進(jìn)行設(shè)置，客戶端各設(shè)計(jì)師在主任設(shè)計(jì)師的安排下對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行定制設(shè)計(jì)，主要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算與優(yōu)化。 設(shè)計(jì)人員對(duì)已有權(quán)限的產(chǎn)品進(jìn)行 參數(shù)定制后，服務(wù)器接收到客戶端的服務(wù)請(qǐng)求后，對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)執(zhí)行查詢、增刪、修改、計(jì)算等操作，然后把計(jì)算結(jié)果傳遞給工作站，工作站負(fù)責(zé)產(chǎn)品模型、工程圖和文檔的生成，最后把運(yùn)行結(jié)果返回給服務(wù)器，用戶從服務(wù)器上下載定制的產(chǎn)品和文檔。采用 C/S/W 結(jié)構(gòu)模式大大簡(jiǎn)化了客戶機(jī)的工作，使設(shè)計(jì)人員工作于同一項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)多用戶的協(xié)同設(shè)計(jì)。 文件服務(wù)器數(shù)據(jù)服務(wù)器創(chuàng) 建 項(xiàng) 目項(xiàng) 目 基 本 信 息 主 任 設(shè) 計(jì) 師 設(shè) 計(jì) 員. . 產(chǎn) 品產(chǎn) 品 信 息 外 觀 設(shè) 置. . 設(shè) 計(jì) 結(jié) 果橋 式 起 重 機(jī) 模 板主 梁 模 板. . 梁 模 板 端 梁 模 板用 戶 管 理 文 件 在 線 傳 輸項(xiàng) 目 管 理材 料 設(shè) 置整體設(shè)計(jì)流程客 戶 端 工 作 組工 作 站 組產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì)參 數(shù) 報(bào) 告三 維 模 型工 藝 信 息統(tǒng) 計(jì) 表計(jì) 算 書(shū)工 程 圖有 限 元 分 析 程 序模 型 驅(qū) 動(dòng) 程 序工 程 圖 調(diào) 整 程 序提 交數(shù) 據(jù)下 載文 檔獲 取 數(shù) 據(jù)批 量 檢 入客 戶 端 應(yīng) 用 程 序參 數(shù) 設(shè) 置 程 序數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 數(shù) 據(jù) 維 護(hù)數(shù) 據(jù) 容 錯(cuò)機(jī) 制并 發(fā) 處 理數(shù) 據(jù) 庫(kù) 技 術(shù)工作站程序P D M 技 術(shù)B O M 表圖 8 客戶端 /工作站 /服務(wù)器工作流程圖 臺(tái)開(kāi)發(fā)模塊 （ 1）設(shè)計(jì)計(jì)算模塊 設(shè)計(jì)計(jì)算模塊主要是指基于知識(shí)和實(shí)例的設(shè)計(jì)模塊，由于起重機(jī)設(shè)計(jì)中，客戶定制的參數(shù)很大一部分需要根據(jù)起重機(jī)行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算得到，因此需要設(shè)計(jì)計(jì)算模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的大量運(yùn)算。在橋式起重機(jī)中，設(shè)計(jì)計(jì)算模塊的對(duì)象是主梁、端梁、副主梁等主要部件。本平臺(tái)結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)，把設(shè)計(jì)知識(shí)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并根據(jù)訂單需求和設(shè)計(jì)知識(shí)建立了完善的計(jì)算模塊，完成了橋式起重機(jī)典型零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。 （ 2）數(shù)據(jù)庫(kù)支撐模塊 由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，會(huì)涉及到大量的設(shè)計(jì)手冊(cè)、結(jié)構(gòu)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、推理規(guī)則等設(shè)計(jì)知識(shí)，為了方便查閱和提取，就需要以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式建立知識(shí)庫(kù)。同時(shí)，客戶定制的參數(shù)需要借助于數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，以便后續(xù)參數(shù)化變型和分析的隨時(shí)調(diào)用。數(shù)據(jù)庫(kù)可以隨著使 用的過(guò)程不斷擴(kuò)充，方便后續(xù)設(shè)計(jì)。 （ 3）管理模塊 管理模塊主要包括用戶管理模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、項(xiàng)目管理模塊。用戶管理模塊又包括刪除用戶、創(chuàng)建新用戶、修改用戶權(quán)限（讀、寫(xiě)、刪除）三個(gè)模塊。數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊包括創(chuàng)建新數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)維護(hù)和查詢等內(nèi)容。項(xiàng)目管理模塊包括產(chǎn)品版本管理、生命周期管理、人員管理三個(gè)模塊。 （ 4）校核模塊 校核模塊是指參數(shù)化有限元分析模塊，主要是利用有限元分析工具完成橋式起重機(jī)零部件結(jié)構(gòu)的分析和評(píng)價(jià)。產(chǎn)品參數(shù)化變型設(shè)計(jì)后，為了保證產(chǎn)品安全，需要對(duì)其進(jìn)行有剛度和強(qiáng)度的校核，如果校核結(jié)果不滿足設(shè)計(jì)要 求，則需要結(jié)合設(shè)計(jì)計(jì)算模塊，通過(guò)對(duì)主模型參數(shù)修正進(jìn)行再確定，重新進(jìn)行驅(qū)動(dòng)、校核，直到設(shè)計(jì)出滿足安全和客戶需求的產(chǎn)品。校核過(guò)程中，以設(shè)計(jì)對(duì)象和定制參數(shù)為準(zhǔn)，在 數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言，建立其簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的有限元模型，并進(jìn)行求解及后處理，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化有限元分析全過(guò)程。 （ 5）模型、文檔生成模塊 模型生成模塊是指產(chǎn)品三維參數(shù)化變型的驅(qū)動(dòng)模塊。文檔包括記錄定制產(chǎn)品參數(shù)信息、用戶個(gè)人信息、平臺(tái)使用信息的各種文檔。產(chǎn)品信息是對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和 質(zhì)量的定性反應(yīng)，對(duì)用戶必不可少，包括各種參數(shù)報(bào)告、有限元分析報(bào)告。用戶個(gè)人信息和平臺(tái)使用信息是用來(lái)保證平臺(tái)安全使用必需的，包括各種歷史記錄、日志報(bào)告。這些文檔需要通過(guò)文檔生成模塊來(lái)生成。 （ 6）工程圖調(diào)整模塊 橋式起重機(jī)相關(guān)的工程圖與其對(duì)應(yīng)的模型是一一映射的，平臺(tái)中模型與工程圖雙向驅(qū)動(dòng)，模型參數(shù)化變型后