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基于C/S/W的参数化协同设计平台研究

2013/12/10    来源:e-works    专家:王宗彦  虞国军  吴淑芳  秦慧斌      
关键字:并行驱动  网络化协同设计  参数化设计  
为解决复杂产品设计过程中信息交互冗余、串行求解效率低的问题,在深入研究复杂产品任务分解机理和网络化协同设计通讯机制的基础上,提出了一种基于Message信息模块的分布式并行驱动求解的协同设计方法。分析了网络空间、时序的异构机理和多用户动态数据的提交方法,构建了基于C/S/W(Client/Server Workstation)的面向多用户的参数化协同设计过程模型。结合大型复杂铸造起重机结构相似度高的特点,引入参数化变型设计技术,开发了面向多用户的铸造起重机参数化协同设计系统。以小车架设计过程为例验证了所提方法的有效性。

0 引言

    日趋激烈的市场竞争,要求机械产品研发趋向于更快、更好、更新的设计模式。在当前迅速发展的三维建模技术、信息技术、网络化协同技术、数据库技术的积极推动下,大型复杂产品的研制生产模式由传统的瀑布式串行方式逐渐向并行化、数字化、智能化方向发展。结合现代企业跨组织协同、分布式团队和设计资源分散性的特点,研究面向大型复杂产品的并行式网络化协同设计方法已经成为产品跨时间、跨空间、多学科设计领域的研究热点。对于结构型式固化程度高或相似件较多的产品引入参数化设计技术,使得快速设计更加切实可行。

    目前,国内外学者对网络化协同设计和参数化设计进行了大量研究,并取得了不少成果。为解决复杂产品设计过程中信息、资源共享与集成问题,提出了一个面向服务的、开放式的协同设计平台;结合多学科协同设计优化理论,提出一个基于SORCER的面向复杂产品的协同设计系统,并给出了系统的架构以及工程软件工具封装与集成为服务的方法;基于产品信息模型进行设计信息的通信与交流;依托PDM环境,基于参数化布局模型特征实现远程协同设计;描述了异域异构分布式协同设计的结构模型、环境模型、过程模型与集成模型;结合参数化设计技术,通过用户交互的形式,实现多用户实时状态下多点协同设计;研究了支持变型设计的产品建模方法和参数传递结构;在零部件级的参数化技术的基础上,结合层次型数据表技术,实现对产品级三维参数化模型进行联合驱动。但是,从总体上讲,针对网络化协同设计过程的相关研究还不够深入,存在以下问题:

    (1)设计过程信息共享程度低、传递速度慢,且多为静态信息;

    (2)网络化协同设计平台架构繁多,协同交互方式种类较多,尚难以提供一个广普的构建方法;

    (3)单机运行模式、集中求解的研究较多,分布式并行驱动求解的相关研究相对较少;

    (4)网络化协同设计与参数化设计没能有机地结合起来。

    针对以上不足,本文在已开发的面向多用户的铸造起重机数字化设计平台的基础上,提出了以“多客户端/单服务器/多工作站”(Multi Client Single Server Multi Workstation,简称C/S/W)为工作模式,以辅助开发的Message信息模块为各端实时通讯的工具,构建了基于分布式并行驱动求解的参数化协同设计模型。以铸造起重机小车架设计过程为例,对其进行逐层分解,划分参数等级,动态实时的提交设计参数,完成参数化模型驱动、参数化有限元分析、到产品图纸生成的自动化一体设计。

1 参数化协同设计关键技术

    1.1 分布式模块化设计

    针对一个复杂产品设计问题的不同方面所涉及到不同领域的专门知识,它们不可能为一个单一的设计者所精通。因此一个设计问题的不同方面,可以由这些在不同学科方面具有核心竞争力的人或机构来解决。定义一个复杂产品设计问题,可以在客户需求的驱动下,根据质量机能展开原理(QFD)实现产品功能分解成一系列模块化子问题。如不同型号、不同工作级别、不同起重量、不同跨度的铸造起重机金属结构具有较高的相似性,各个组成部分具有独立的功能。根据功能及结构独立性原则,按照“产品—部件—子部件”的模式可以分解为桥架、附属结构、小车架等若干子问题。

    根据模块相似性原则,对每一个子问题设计模块接口(接口草图、接口尺寸),按照既定的编码规则进行模块编码。每个模块代表着设计问题的一部分,通过公共程序解决其共性问题,编制部分程序解决其特性问题,交互式的对内部数据和方法进行操作和管理。各个设计模块对一个共享的产品信息模型共享,实现产品信息的通信和交互。

责任编辑:程玥
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