对并行设计柔性生产线产品建模技术的研究

    在激烈市场竞争中产品的生命周期越来越短，要求加工设备具有足够的柔性，以适应产品不断更新换代的需求。在深人研究生产汽车发动机等关键零件的柔性生产线 FTL并行设计系统结构中，建立 FTL产品模型，以解决产品信息计算机表达和各模块的信息通讯，实现并行设计的信息共享。
   
    1面向对象的FTL产品建模方法。
   
    用面向对象方法建立FTL产品模型，其核心是定义对象类并建立对象类之间的关联。鉴于FTL是复杂机械产品，将涉及到大量不同类型的信息，并且不同阶段信息抽象程度也不同，各描述了产品某一方面的特性，难以建立一个统一产品模型，为此这里提出几条原则处理 FTL 产品建模过程。
   
    1.1分层表达原则。
   
    在构造FTL产品对象类时，按照工程要求建立实体或概念与对象类的对应关系，合理安排对象类的信息继承关系，使对象类能够反映产品信息的逻辑层次，从而使建立的FTL产品模型具有层次化结构。采用分层表达方法把 FTL产品全局模型分解为若干与各个应用模块相关的局域模型，其特点:全局模型继承局域模型中的信息，各模型间根据其应用层的特性有所扩展，既独立又相互关联。
   
    1.2应用相关原则。
   
    FTL 产品并行设计是在不同的应用模块支持下完成的，在抽象 FTL产品对象类时，应考虑各应用层信息相关性，建立局域模型间的映射关系，确保信息共享。
   
    1.3自顶向下分析与自底向上分析相结合原则。
   
    面向对象建模难比较清楚地表达产品高层信息，其分析特点是自上向下分析方法，而底层如零件几何信息的表达可利用现有 CAD软件中成熟几何模型，通过面向对象的封装特性、借助于应用程序接口 (API)函数进行表达，使FTL产品的高层信息与低层信息集成起来，实现 FTL产品信息的完整表达。如图 1所示。

    2并行设计FTL产品模型的建立
    
    2.1 FTL产品模型的总体结构。
   
    FTL产品并行设计可以看作是信息传递与信息处理的过程。信息传递表现为FTL设计信息在不同模块之间进行转换和映射，提供信息共享支持;信息处理表现为利用某一领域专业知识在设计约束条件下对相关设计信息进行提炼，以保证产品模型的简洁和信息处理的效率。由此这里以二级独立模式结构策略建立FTL 总体结构对象模型。
    FTL全局模型是对FTL并行设计各种应用需求进行抽象，提取共享信息，从而建立面向FTL整个设计过程的模型;FTL局域模型是针对 FTL 并行设计某一应用领域信息需求，面向FTL并行设计某一阶段的模型。FFL全局模型目的是为具有不同数据格式的局域模型提供双向信息交互(信息传递与反馈)和信息共享支持，以支持并行设计对协作的需求;FTL 局域模型目的是满足FTL并行设计不同阶段对设计信息表达与处理的不同需要，以提供对并行设计多视图的支持。两级模型之间存在着比较稳定的映射关系，因而在建模时可通过定义数据接口的格式把两者统一起来，构成完整的FTL产品模型。使其既具有逻辑结构独立，又有数据接口格式固定的特点，利于诸如软件的升级，功能的完善等。
   
    2.2 FTL全局模型。
   

    FTL全局模型是通过提取零件、特征、工艺、机床各模块系统内中间过程数据而生产FTL并行设计过程中全局信息管理系统，它既是 FTL系统设计的媒介，又是FTL 产品整个生命周期内对设计人员、设计任务、设计文档等有关协调控制型数据 ，起到设计任务状态表达、操作权限控制、信息传递等作用。如图2所示。所以这里建立 FTL全局模型对象类CGlobal。　

    
    2.3　FTL局域模型
   
    2.3.1　零件特征模型。零件特征模型是从支持零件特征设计角度来建立的FTL产品信息局部表达结构。零件特征模型信息结构分为零件层和特征层。零件层主要表达包括零件名称、材料、生产批量要求等信息;特征层主要表达组成该零件待加工特征信息，如特征几何参数、工艺要素等信息。由此建立了两个对象类-零件类和特征类。通过零件类中成员变量 featureList,建立这两上对象类之间关联信息。如图3所示 。

    2.3.2工艺模型。工艺模型作为开发CAPP系统的核心内容，将工艺设计过程抽象分解提取出最本质的单元-工作单元 (如图4所示)。这里的特征项是从特征链表结构中提取的，并且通过制造中的每一工步链操作分解而得到的。从工艺决策知识库和数据库而言，完成每一特征所采取的加工方法，刀具和所消耗工时都是与每个特征相匹配的工作序列。所以建立以特征加工工步为核心，加工该特征项所采取的某类刀具和所需的切削时间的统一的基本单元模型(WorkElement--WE)，使从零件特征模型转化到制造过程的任务集合的工艺模型成为可能。

    工艺模型分为工艺特征层、工步层、工序层、工艺计划层，定义为工艺特 征类、工步类 工序类和工艺计划类。工步类继承工艺特征类中加工链Stepust、刀具链ToolList、切削用量链QuanList和切削时间链TimeList中的信息，工序类继承工步重组后的关联信息，而工艺计划类对工序链进行信息管理。
    2.3.3机床模块模型。机床的结构复杂，各模块内部、模块与模块之间消息错综交互。利用面向对象的建模方法，对产品进行抽象分析，建立集成化的面向对象的模块数据模型，该模型包括计算机辅助模块化方案设计环节所需的信息，并利用程序设计语言VisualC++将数据模型转换成计算机可处理的表达形式。模块数据由功能信息模型、性能信息模型、结构信息模型、管理信息模型、组成信息模型、装配信息模型和运动信息模型组成。
   
    3结论
   
    根据FTL内部集成信息和各模块间的映射的特点。采用面向对象方法提出了适用于复杂机械产品建模的三条原则，即分层表达原则、应用相关原则、自顶向下分析与自底向上分析相结合原则，、建立了二级独立模式结构的FTL 产品模型一全局模型和局域模型，全局模型用于表达全局信息，局域模型用于表达各视图局部信息，为FTL系统实现奠定了基础。