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基于云制造的起重机协同设计平台

2015/8/31    来源:互联网    作者:张光锋  杨艳芳  胡吉全  孙振宁      
关键字:起重机  云制造  协同设计  研究  
针对起重机行业设计巾存在的问题,将云制造的服务模式和协同设计方法结合,提出了基于云制造的起重机协同设计平台,详细描述了云设计平台的构架,分析了云设计平台的关键技术。

    1)用户界面层

    云平台是面向用户的人机交互平台,平台以网站形式呈现给用户,用户通过浏览器或客户端来与平台交互数据或信息交流。设计请求者进行设计需求输入,接受设计结果,并通过平台与设计人员进行在线交流等:设计提供者将软件资源虚拟化,封装于平台中供访问者使用,也可将起重机设计中使用的通用件库、标准零件库、设计标准、设计方法与经验公式等上传云平台。此外,用户界面层既提供资源描述、资源发布和资源注册等服务,还为软硬件资源共享、资料库知识共享、设计需要输入和设计结果输出等提供服务。

    2)数据接人层

    由于云平台需要接纳各类数据和文件,包括设计请求者上传的文字文本、图纸文件、设计说明书,还有设计提供者上传的二维图纸、三维模型、结构分析结果、数据库文档等文件,故数据接人层为数据文件的输入与输出建立合适接口,进行数据处理与文件中间格式转换。其次,各种软件与编程语言种类繁多,其支持的格式也各不相同,为了便于服务便捷化,数据接人层建立STEP和XML技术基础上的设计文件转换协议,建立各类软件、程序语言和数据资源的中间格式,实现各类数据的无缝对接与传输。另外,设计资源包括了计算资源、应用软件和知识资源等,在资源虚拟化和资源动态能力表述等关键技术的支持下,可将物理资源转变为虚拟资源接入到云平台中。

    3)服务管理层

    服务管理层是平台管理者对云平台进行运营与服务管理的核心功能层。云平台访问者包括设计请求者与设计提供者,设计提供者又分为不同信用等级、专业分类和访问权限,平台管理者需要对各类访问者的权限进行设定并建立信用等级评价机制。当设计请求者发出设计请求后,即形成一项设计任务,各类参与设计的人员需要签订电子协议,保证设计任务的保密性和按时完工,平台管理者建立合同文件并进行管理。平台管理者还负责平台数据信息管理,即管理用户数据信息、各类资源的知识库信息、平台运行维护等。

    4)物理资源层

    物理资源层为云平台的正常运营提供底层数据与技术支持,主要包括虚拟软件资源、数据技术支持和库资源等。虚拟软件资源包括CAD二维绘图软件,UG、solidworks和Pro/E等三维建模软件,Ansys,ABAQUS等有限元分析软件以及Acess、SQL server等数据库软件;数据技术支持包括Java、ASP.NET、C#等编程语言,以STEP和XML为基础的各类文件格式转换技术,起重机设计知识经验库、二维图纸和三维模型库等库文件资源。

3 云设计平台关键技术

3.1 资源虚拟化与封装技术

    设计资源包括各类仿真设计软件与企业设计经验、知识库与设计方法等,虚拟封装针对底层资源共享,是云设计中的核心技术,涉及到资源虚拟化、虚拟资源云接人、聚合资源虚拟化等方法。资源虚拟化可将物理资源等进行抽象,即可将云制造模式下的制造设备、仿真设备、计算系统、软件资源等进行抽象。由于同一类型资源的不同虚拟化方法存在差异,且资源虚拟化程度可能对资源管理产生影响,故可在资源虚拟化时根据业务逻辑和服务的需要,采取合理的虚拟化方法,并提供良好的接口至关重要。云平台通过端口形式访问Web服务,通过调用Web服务的远程方法实现物理资源的远程操作。资源封装是资源虚拟化的关键,对于各类设计仿真软件,需要实现其远程的操作、界面的控制和数据的传输;针对知识和设计方法,需要构造合理的工程语义、信息模型和逻辑结构来完成封装。

3.2 文件转换协议与接口标准化技术

    云设计请求者在将设计要求和设计参数输入云设计平台时,需按照平台标准、协议要求,将设计任务描述规范化,为后期与设计库文件智能搜索匹配奠定基础。设计数据、参数化模型、仿真模型、工程图纸、数据库文件等通过云设计平台传输中,由于各种各样的数据遵循的标准不一样,且CAD软件在数据输出格式上不尽相同,故需要中性文件对各类文件的解读和翻译,再通过标准化和统一化传递接口,实现数据、文件、模型的无缝连接。

    STEP(产品模型数据交互规范)标准是国际标准化组织制定的描述整个产品生命周期内产品信息的标准,它提供了一种不依赖具体系统的中性机制,旨在实现产品数据的交换和共享。这种描述的性质使得它不仅适合于交换文件,也适合于作为执行和分享产品数据库和存档的基础。XML语言(可扩展标记语言)是用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言,用来标记数据,定义数据类型,是允许用户对自己的标记语言进行定义的源语言。它非常适合万维网传输,提供统一的方法来描述和交换独立于应用程序或供应商的结构化数据。

    该平台采用STEP和XML语言标准技术来实现平台协同设计信息交换,在对STEP数据和XNL模式库进行深入分析的基础上,制定STEP数据的XML表示方法的协议。依据此协议,由CAD程序所产生的STEP文件转换为XML格式文件,这类XML文件即可在网络中进行传输与调用,实现数据和文件的网上共享与传输。

3.3 数据安全管理与冲突消解

    由于云平台是运用ASP.NET技术发布于网络,设计请求者与设计提供者通过网络与云平台进行交流,故数据与文件在网络传输中即存在安全隐患。同时,设计文件与数据是企业的核心资源,涉及到企业的根本利益,故云平台的建设必须考虑数据的安全性和相互间设计信息的保密性问题。该平台采用动态随机口令机制实现动态身份认证,保障用户身份的安全性:采用基于SSL安全协议确保云平台数据传输的安全性,完整性,认证性。通过对云设计服务的访问安全和权限进行控制,设置消息安全和加密机制,确保数据安全。

    云设计中的协同设计包括横向协同设计(工业设计师之间的协作)、纵向协同设计(工业设计师与其他领域人员间的协作)和交叉协同设计(工业业设计师之间、不同领域人员间的协作),故云平台必须建立云设计的冲突避免和消解机制,以确保云平台对云设计服务并发申请的有效及时处理,以及不同用户间信息传递的高效和可靠。

4 结论

    在分析了起重机械设计中存在的问题和设计特点的基础上,将云制造的网络化协同制造理念运用到起重机械设计上,提出云设计概念,形成一种全新的云设计服务模式,建立了基于云制造的起重机协同设计平台,并深入研究了其框架结构层次以及云设计平台建设的关键技术。将先进的设计方法和网络化协同设计结合,使起重机制造企业、高校、科研院所以及其他设计公司能实现优势互补,互利共赢,可降低企业设计成本,提高设计效率,促进起重机行业的快速发展。

责任编辑:郝秋红
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