機械產(chǎn)品開發(fā)的現(xiàn)代設計技術

1、機械產(chǎn)品開發(fā)的現(xiàn)代設計技術第25卷第2期2007年4月輕i楓綴lightlndustrymachineryvol.25no.2apr.2007綜述?專論蹶國婀現(xiàn)竣董彥，鄭子軍,胡如夫(1.浙江工商職業(yè)技術學院機電工程系，浙江寧波3150122寧波工程學院，浙江寧 波 315016)摘要:機械產(chǎn)品現(xiàn)代設計技術是提升產(chǎn)品開發(fā)設計水平和增強企業(yè)的綜合競爭能 力的關鍵本文分析了目前我國企業(yè)在機械產(chǎn)品開發(fā)設計中的差距，系統(tǒng)地論述了機械產(chǎn)品現(xiàn)代設計的2種技術:pdm和基于網(wǎng)絡的異地協(xié)同設計.最后提出了我國企業(yè)在提升產(chǎn)品開發(fā)設計水平的對策.關鍵詞:現(xiàn)代設計pdm;網(wǎng)絡化設計;協(xié)同設計屮圖分類號:th 122

2、文獻標志碼:a文章編號:10052895(2007)020006040引言本世紀制造企業(yè)的生存要求具有以下基本能力：強化具有自主創(chuàng)新技術的產(chǎn)品開發(fā)能力和制造能力，增強企業(yè)問的合作能力，縮短產(chǎn)甜上市時間，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率,進而提高企業(yè)對市場需求的應變能力因此，企業(yè)要提高綜合競爭能力，必須遵循最佳tqcse準則.現(xiàn)代設計技術是根據(jù)產(chǎn)品在整個生命周期中的功能要求和市場競爭(t,q,c,s)的要求，考慮生態(tài)環(huán)境 和資源效率，應用科學知識和現(xiàn)代技術，經(jīng)過設計人員 創(chuàng)造的思維，規(guī)劃和決策，制訂可用于制造的方案，并 使方案付諸實施的技術.隨著技術的發(fā)展，現(xiàn)代設計從單純的產(chǎn)品設計擴 展到全生命周期設計(

3、包括考慮環(huán)境因素的綠色設 計),從傳統(tǒng)的手工設計向應用現(xiàn)代計算機技術的數(shù)字 化設計技術過渡，從傳統(tǒng)的順序設計方式(串行設計) 過渡到并行設計和網(wǎng)絡協(xié)同設計等現(xiàn)代設計技術的 發(fā)展方向是不斷吸收現(xiàn)代科學技術，實現(xiàn)數(shù)字化，智能 化，網(wǎng)絡化.本文著重對機械產(chǎn)品現(xiàn)代設計的2種主要技術 (pdm技術和基于網(wǎng)絡的異地協(xié)同產(chǎn)品設計技術)進 行分析，并提出如何提升我國企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)設計水平 的對策.1 pdm(productdatamanagement)技術1.1pdm實施的必要性和重要性并行工程思想的岀現(xiàn)為企業(yè)提高競爭能力指明了 方向:要組織多功能的隊伍對產(chǎn)品及相關過程實行集 成化的并行設計,為此需要采用多種計

4、算機輔助手段 (cax).這些技術在各自的領域內(nèi)都提高了產(chǎn)品開發(fā) 的效率和質(zhì)鼠但在集成時卻存在一系列問題,如信息 共享程度低，信息傳遞速度慢，數(shù)據(jù)管理落后等. pdm技術就是解決上述問題而提出的，它要集數(shù) 據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理能力，網(wǎng)絡的通信能力和過程的控制 能力于一體，將所有與產(chǎn)品有關的信息和過程集成到起，從而實現(xiàn)分布環(huán)境中產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)一-管理，并持 續(xù)跟蹤開發(fā)過程和進行內(nèi)部協(xié)調(diào)1 因此它就是解決 信息孤島問題的最好手段.根據(jù)并行工程的定義，它也 是并行工程的一項重要支撐技術，是實現(xiàn)并行工程的個技術保證.1.2pdm的研究范疇pdm的概念總的來說應包括兩大部分:首先是管 理與企業(yè)生產(chǎn)有關的所有產(chǎn)品

5、信息;其次是管理與所 有產(chǎn)品相關的過程.pdm把這兩方面集成在一起，即 將整個產(chǎn)品牛命周期的所有信息與過程都管理了起 來它的目標是有效地將產(chǎn)品從概念設計，詳細設計， 工藝流程設計，制造，銷售，維護直至產(chǎn)品消亡的整個 生命周期內(nèi)各階段的相關數(shù)據(jù)按照一定的數(shù)學模型加 以定義，組織和管理，從而保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)在其整個生命 周期內(nèi)的一致性，最新性,完整性，共享性及安全性，使 包括工程設計人員，數(shù)控機床操作人員，財會人員及銷 售人員在內(nèi)的企業(yè)各方面有關人員都能按照要求，方 便地存取使用有關的數(shù)據(jù).pdm的實質(zhì)是一個邏輯數(shù)據(jù)庫，它通過在傳統(tǒng)的 關系數(shù)據(jù)庫的基礎上加上一個面向?qū)ο髮訉崿F(xiàn)對分布 式環(huán)境下各種數(shù)據(jù)的

6、透明管理l2.即用戶無須考慮數(shù) 據(jù)的實際物理存放位置，從而快速，集中地處理整個企 收稿 et 期:20061025作者簡介:董彥（1970 一），男,安徽馬鞍山人，工學碩士，工程師/講師,研究方向為數(shù) 控技術.綜述?專論董彥，等機械產(chǎn)品開發(fā)的現(xiàn)代設計技術 業(yè)的信息，并使整個企業(yè)各部門能共享產(chǎn)品數(shù)據(jù).圖1 表達了新的pdm方式進行企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理與傳統(tǒng) 方式的區(qū)別.jcadcappcammrpiiipdmdbmsnet傳統(tǒng)方式轉(zhuǎn)化新方式圖1產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理方式的變化pdm的目的是利用計算機技術對產(chǎn)甜設計開發(fā) 的設計過程,產(chǎn)品數(shù)據(jù)和人員管理提供技術支持，以實 現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，人員協(xié)同，過程優(yōu)化因而pdm的

7、主要研 究內(nèi)容可以按圖2分為： 圖2pdm的研究內(nèi)容(1) 設計過程現(xiàn)代的設計過程是由計算機輔助工具完成相應功 能的一系列過程組成的要分為不同階段，持續(xù)一定吋 間，產(chǎn)牛一定結果,都要產(chǎn)牛有關的信息這些過程時 序上有一定順序，邏輯上有一定關聯(lián)，分布上有一定層 次，也都有相應的生命周期.為使pdm管理設計活動 合理有序,必須在分析設計過程相互依賴關系的基礎 上，研究管理設計工作流程的機制，以實現(xiàn)對與產(chǎn)品相 關的過程的最佳支持.(2) 產(chǎn)品數(shù)據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)是指產(chǎn)品生命周期內(nèi)全部數(shù)據(jù)的集合. 它包括:產(chǎn)品支持數(shù)據(jù)(各種標準，技術規(guī)范，銷售數(shù)據(jù) 等);設計過程數(shù)據(jù)(反映進程中設計的發(fā)放，變更，審 批，會簽等

8、數(shù)據(jù));產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)(產(chǎn)品模型，產(chǎn)品圖， bom(billofmaterial)表，工藝文件和nc代碼等). pdm除了以分類和定義產(chǎn)品數(shù)據(jù)關系的方式管理數(shù) 據(jù)內(nèi)容外，還研究對產(chǎn)品”元數(shù)據(jù)”的管理元數(shù)據(jù)”是 指有關產(chǎn)品信息的信息通過對”元數(shù)據(jù)”屬性的操作 可實現(xiàn)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)載體的管理，這樣pdm就實現(xiàn)了對 產(chǎn)品數(shù)據(jù)內(nèi)容和形式(文檔)的統(tǒng)一管理，可為設計提 供更加全面的信息服務.(3) 人員設計中要完成一個任務，可動態(tài)地由不同技術背 景的人組成一個多功能小組，小組的負責人負責制定 任務的技術目標和任務分配等.從管理的角度出發(fā)，為 保持產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性,有效性，一致性和安全性，需 要對參與者給以一定

9、的權限設定，即對每個成員設置 文檔訪問，數(shù)據(jù)修改和創(chuàng)建的權限pdm用計算機手 段給有關人員分配任務，根據(jù)其腳色規(guī)定設計權限，并 自動地保證產(chǎn)品協(xié)同設計安全有序進行.pdm根據(jù)全局信息共享的觀點，擴大了產(chǎn)品數(shù)據(jù) 管理的范圍.它從廣度上覆蓋了整個企業(yè)的工程信息, 縱向上包括了整個產(chǎn)品牛命周期的數(shù)據(jù)通過對與產(chǎn) 品開發(fā)的所有相關信息的統(tǒng)一管理,pdm為不同地 點，不同部門的人員營造了一個虛擬的協(xié)同工作環(huán)境, 使他們可以在同一數(shù)字化產(chǎn)品模型上協(xié)同工作.pdm 以網(wǎng)絡環(huán)境下分布式數(shù)據(jù)處理技術為支撐，采用客戶 機/服務器體系結構和面向?qū)ο蟮脑O計方法，實現(xiàn)產(chǎn)品 全生命周期的信息管理，協(xié)調(diào)控制工作流程和項目進

10、展,從而在企業(yè)范圍內(nèi)建立一個并行化產(chǎn)品協(xié)同設計 開發(fā)環(huán)境.pdm的主要功能主要有文檔管理，產(chǎn)品配置管理 和工作流程管理等幾方面.(1) 文檔管理是用計算機代替手工操作的先進文 檔管理方式,設計產(chǎn)生的圖形文件,3d實體造型文件, 工藝文件，生產(chǎn)管理文件都是它管理的對彖它又分 為:歸檔管理入庫，出庫，編輯等和這些操作的安 全性管理;文檔處理包括查詢與檢索，批注與繪圖，文件格式轉(zhuǎn)換等功能.(2) 產(chǎn)品配置管理是以產(chǎn)品結構為核心，把定義 最終產(chǎn)品的所有工程數(shù)據(jù)和文檔聯(lián)系起來，對產(chǎn)品對 象及其各階段相互之間的聯(lián)系進行維護和管理產(chǎn)品 對象之間的聯(lián)系包括產(chǎn)品，部件，組件，零件間多對多 的裝配聯(lián)系以及制造，成

11、本，維護數(shù)據(jù)及其聯(lián)系.通過 產(chǎn)品配置管理可建立起完善的bom表，從而高效，靈 活地幫助設計人員檢索和查詢所需產(chǎn)品數(shù)據(jù)產(chǎn)品配 置管理主要內(nèi)容是通過對產(chǎn)品進行分解，建立產(chǎn)品結 構樹，以產(chǎn)品結構樹的形式來管理產(chǎn)品數(shù)據(jù).(3) 工作流程管理用于對產(chǎn)品設計過程進行跟蹤 和控制，它包括:工程數(shù)據(jù)的提交與修改，管理與監(jiān)督， 文檔的分布控制，自動通知控制等.它是規(guī)范企業(yè)管理 的有力執(zhí)行工具，可使企業(yè)內(nèi)部工作有計劃進行，為產(chǎn) 品開發(fā)過程的自動管理提供保證它的內(nèi)容包括:工 作流程編輯它提供定義過程單元的手段，并根據(jù)指 定連接成需要的工作流程;過程管理通過接受到 的工作流程定義數(shù)據(jù)，建立有關的任務列表，并根據(jù)流 程

12、走向記錄任務列表的執(zhí)行信息，支持工作流程的異 常處理和重組;通信服務根據(jù)流程進展情況，向有輕 i 木見械 lightindustrymachinery2007 年第 2 期 關人員提供電子審批，更改和發(fā)放，并通過電子郵件技 術進行用戶通信和過程信息傳遞.2網(wǎng)上異地協(xié)同產(chǎn)品設計虛擬企業(yè)框架運行模式最重要的功能要求是支持 基于網(wǎng)絡的異地協(xié)同產(chǎn)品設計,這種設計必須采用虛 擬設計的方式其核心是要求大范圍異構網(wǎng)絡下的數(shù) 據(jù)交換與共享32.1數(shù)據(jù)交換與共享的關鍵技術數(shù)據(jù)交換與共享是基于網(wǎng)絡的異地協(xié)同產(chǎn)品設計 要求的核心功能之一4.目前，要做到大范圍全球性統(tǒng)實時的無縫集成述有一定難度數(shù)據(jù)交換與共享不 是指一

13、般圖文信息(文本信息,vrml格式的幾何信 息，多媒體信息等)的交流與共享，而是特指設計，制造 過程所必需的精確的虛擬產(chǎn)品模型，裝配拓撲,設計和 制造過程信息的交流與共享以及收發(fā)自如的數(shù)據(jù)安全 級別控制.基于web的intranet設計開發(fā)環(huán)境具備這方而的 基本能力.對數(shù)據(jù)傳輸，可以用ftp,雖然實時性差一 些,但精度是可以保證的由于各種數(shù)據(jù)發(fā)生源(如各 個cad造型系統(tǒng))都有自己的專有數(shù)據(jù)格式,因此還 需要一個中性的接口標準目前一個較好的標準是 step標準.現(xiàn)在商品化的cad/cae/cam系統(tǒng)都有 對step標準的雙向接口，可以輸出和接受step標準的 中性文件基于web對中性文件的管理

14、與對一-般文件 系統(tǒng)的管理沒有什么不同？采用中性文件形式的數(shù)據(jù)共享一般效率不高，web上也難以實現(xiàn)實時交流和互操作.較先進的是采 用step數(shù)據(jù)庫的方式，通過在應用服務器層建立step server 可實現(xiàn)利用 sdai(standarddataaccess interface)對step數(shù)據(jù)庫的直接操作.采用express語 言定義數(shù)據(jù)信息模型，結合sdaijava可實現(xiàn)瀏覽器 對step數(shù)據(jù)的直接瀏覽.這是目前還在發(fā)展的1種高 效方式.2.2異構網(wǎng)絡中分布式應用的關鍵技術wwwcorba(javaorb) corba(commonobjectrequestbrokerarchitectur

15、e)標準是 omg(objectmanagement group)為了解決基于對象的軟件能在分布異構網(wǎng)絡 環(huán)境中良好的可重用性，可移植性和互操作性而提出. 它支持分布對象模型和軟件總線技術,能夠?qū)崿F(xiàn)軟件 即插即用.和www技術相結合，它在各行各業(yè)中 都在發(fā)展許多應用.在制造業(yè)中，虛擬企業(yè)架構的形 成,企業(yè)資源的綜合集成，并行工程的實現(xiàn)等等， corba技術都被認為是首選的使能技術.corba與www環(huán)境中分布式應用開發(fā)技術 java相結合，形成所謂javaorb技術.0rb(object request broker)負責對象在分布環(huán)境中透明地收發(fā) 請求和響應,是構建分布對象應用，在異構環(huán)境屮

16、實現(xiàn) 應用間互操作的基礎7javaorb的基本功能示意如 圖3圖3javaorb功能示意圖國外的一些跨企業(yè)大項目的實施，如美國的”聯(lián)合 輕型戰(zhàn)斗機計劃”,一些大型企業(yè)，如波音公司，都在選 用基于corba標準進行綜合集成和管理.數(shù)據(jù)庫行 業(yè)的頂級公司，推出了基于corba的網(wǎng)絡計算體系 結構產(chǎn)品:nca(networkcomputingarchitecture). 在高檔cad軟件領域，全球市場份額最大的美國ptc 公司，也于1998年推出了企業(yè)綜合管理軟件 windchill.其體系基礎的技術之一亦是corba.3現(xiàn)階段我國企業(yè)的對策和總結國際制造業(yè)生產(chǎn)組織形式的基本發(fā)展趨勢是:以 信息技術

17、全面改造制造企業(yè)，將各個自動化”孤島”從 數(shù)據(jù)信息流到物流全面綜合集成起來,形成”網(wǎng)絡”，以 最快吋間形成最佳組織形式，用最低成本達到最高生 產(chǎn)效率獲取最大利潤.對我國制造企業(yè)而言,目前在產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和信 息綜合管理集成上還有較大的差距.國外的制造企業(yè) 不論大小，其生產(chǎn),設計和管理方式基于信息化和全球 網(wǎng)絡化的重組正在如火如茶地進行，一旦完成,再加上 它們本來具有的制造技術，其市場響應之快速，綜合成 本之降低，將使它們的競爭能力再上一個新臺階.我國 加入wto后，如果制造企業(yè)僅以目前z現(xiàn)狀,將會面綜述?專論董彥，等機械產(chǎn)品開發(fā)的現(xiàn)代設計技術 臨非常嚴峻的形勢但也應看到，對我國企業(yè)來講，應 該是

18、”任重”而”道不遠“.這是因為，現(xiàn)代技術更新?lián)Q代 非?？欤貏e在信息技術和網(wǎng)絡技術方面,2年前還是 新技術，現(xiàn)在可能已經(jīng)快要淘汰了 而國內(nèi)企業(yè)前期在 這方面的投入相對較少，目前正好可以利用最新技術, 急起直追.而且，這方面的技術壁壘并不很大,如果國 內(nèi)企業(yè)充分重視，適當投入，較好掌握,就可使企業(yè)的 設計開發(fā)能力上一個新臺階.挑戰(zhàn)和機遇并存,考慮到 國內(nèi)相對低廉的勞動力成本，只要我們的企業(yè)真正在 上述能力上有所突破，企業(yè)就不僅能在國內(nèi)市場上游 刃有余，而且能在國際市場上縱橫馳騁.推廣應用pdm可以有2種方式:一種是購買國外 大公司的商品化pdm軟件,這些軟件的功能全面，而 口比較成熟，穩(wěn)定，缺點

19、是價格昂貴，不太適合國內(nèi)企 業(yè)的情況，有的甚至無中文版木;二是自己企業(yè)組織開 發(fā)pdm軟件,這樣當然有一定困難，但可以完全針對 自己產(chǎn)品和企業(yè)習慣并符合自己的技術水平.但值得 指出的是,我們所進行的分散開發(fā)不應是做游離于世 界主流框架的低水平重復，開發(fā)的軟件今后還應能兼 容于企業(yè)內(nèi)的整體電子化管理系統(tǒng)所以，開發(fā)中應遵 循web方式構架和通用的標準,并采用對彖化”軟總 線”的方式,以實現(xiàn)局部模塊到企業(yè)整體直至全球范圍 的數(shù)據(jù)共享，并能按我們的要求控制共享的水平. 總之，為滿足最佳tqcse準則，現(xiàn)代設計技術應 基于全球信息化的背景,向著網(wǎng)絡化協(xié)作和數(shù)字化的 虛擬并行方式發(fā)展;國內(nèi)企業(yè)要在更加深化

20、cax單元 技術應用的同時,充分重視綜合集成和新設計系統(tǒng)方 式的建立與運行,使自己企業(yè)的整體水平和方式方法 上一個新臺階.參考文獻：el”l張煒,祝勇仁基于cad的pdm技術的研究與應用ej3.輕工機 械.2006.24(1):15.李玉家pdm技術的現(xiàn)狀分析與實施策略j|機械設計與制造 工程,2001(1):4142.3 陳曉兵，摩文和,沈建新.敏捷制造環(huán)境下虛擬產(chǎn)品的協(xié)同設計模 式j.現(xiàn)代制造工程,2006(6):151153.4 陳亮,金國棟.網(wǎng)絡環(huán)境下多學科協(xié)同產(chǎn)品建模系統(tǒng)研究j. 機床與液壓,2006(6):223226.is張曉冬，楊育，李國龍，等網(wǎng)絡化協(xié)同設計環(huán)境下4c集成服務

21、模型與平臺研究j.中國機械工程,2006,17(10):1031 1035.陳瑋，鄭時雄,孫廷明，等.corba技術在敏捷制造中的應用j組合機床與自動化加工技術,2001(5):10-12.胡如夫.何杰孫慶鴻，等基于corba的cax信息集成系統(tǒng) 設計j 計算機工程,2002,28:5961researchonmoderndesigntechnologyofmechanicalproducts d0ngyan,zhengzijun,hurufu (l.departmentofmechanicalandelectronicengineeringzhejiangbusinesstechnologyl nstitute,ningbo315012,china;2.ningbouniversityoftechnology,ningbo315016,china) abstract:themoderndesigntechnologyisthekeytoupgrademechanicalproductsdesignlev elandcompetitioncapabilityofenterprise.丁ppaperanalyzedthedisparityoftechnologyindesigningmechanicalpro