0前言

隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，產(chǎn)品制造在向個性化、多品種、小批量方向發(fā)展，制造企業(yè)面臨著越來越大的競爭壓力。市場要求企業(yè)在更短的時間內(nèi)提供質(zhì)量更好、成本更低、品種更多的產(chǎn)品，能否滿足這種要求已經(jīng)成為企業(yè)生存發(fā)展的關(guān)鍵所在。壓力容器是化學(xué)品制造行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，其應(yīng)用特點決定了壓力容器產(chǎn)品具有個性化、多品種、小批量等特點，制造企業(yè)需要以快速的反應(yīng)響應(yīng)市場需求，要求在更短的時間內(nèi)為客戶提供產(chǎn)品設(shè)計方案，甚至是完整的設(shè)計模型，能否滿足這種要求，是壓力容器設(shè)備制造企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程中關(guān)注的問題。

1產(chǎn)品設(shè)計平臺化的理論基礎(chǔ)

1.1現(xiàn)代設(shè)計方法

根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)方式，現(xiàn)代設(shè)計方法將產(chǎn)品設(shè)計分為以下幾類：

（1）在已有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和模塊基礎(chǔ)上，選擇模塊進行配置的產(chǎn)品配置設(shè)計；

（2） 在已有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和模塊基礎(chǔ)上，可選擇模塊進行配置，并能根據(jù)需求對模塊進行尺寸變型的產(chǎn)品變型設(shè)計；

（3）用戶可以選擇模塊進行組裝，并能對模塊進行自動組合的產(chǎn)品組合設(shè)計；

（4）支持新產(chǎn)品開發(fā)，新模塊功能設(shè)計。

1.2產(chǎn)品平臺

產(chǎn)品平臺是一系列共享設(shè)計、公共零件和接口的集合。產(chǎn)品平臺中的產(chǎn)品系列必須具有相同的市場定位和類似的功能需求，產(chǎn)品平臺近似為系列產(chǎn)品和市場個性化需求的集合。

目前基于產(chǎn)品平臺的設(shè)計，與以往面向訂單的設(shè)計有所不同，主要特點是：

1)面向產(chǎn)品平臺設(shè)計，是面向一系列產(chǎn)品的共同設(shè)計，這種設(shè)計在面向訂單設(shè)計之前就已經(jīng)過規(guī)劃和劃分產(chǎn)品系列和模塊功能設(shè)計。

2)產(chǎn)品平臺設(shè)計必須定位一個或幾個特定系列的產(chǎn)品，其中產(chǎn)品有比較相同或相似的結(jié)構(gòu)、功能，便于分辨各單一產(chǎn)品之間的共性和個性元素。

3)基于產(chǎn)品平臺的各個功能模塊，通過適當(dāng)?shù)倪x配、參數(shù)驅(qū)動和少量個性化設(shè)計，可快速生成滿足客戶需求的個性化產(chǎn)品。

因此，產(chǎn)品平臺可理解為以下產(chǎn)品平臺：

圖1 產(chǎn)品平臺產(chǎn)品平臺

1.3產(chǎn)品功能模塊分類

零部件功能模塊的合理分類是進行參數(shù)化設(shè)計的基礎(chǔ)，必須對企業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)品系列中的零部件進行功能分析，進行分類，具體做法是：

1)對產(chǎn)品零部件進行標(biāo)準化。找出零部件的通用性，結(jié)構(gòu)特征，標(biāo)準化要做到零件種類，尺寸，特征形狀的標(biāo)準化；

2)在標(biāo)準化的基礎(chǔ)上，對零部件進行系列化劃分。對一些不符合標(biāo)準化要求的零部件，對其結(jié)構(gòu)特征，尺寸特征進行優(yōu)化，只需對標(biāo)準零件進行一般的修改即可達到使用功能；

功能模塊主要有以下三種應(yīng)用類型：

(1)共享功能模塊，功能模塊之間可進行直接互換替代，是共用標(biāo)準模塊的集合；

(2)定制功能模塊，功能模塊通過參數(shù)更改擴展模塊應(yīng)用范圍，是非標(biāo)準模塊的集合；

(3)組合功能模塊，功能模塊之間進行相互疊加組合形成功能模塊的集合，是組成產(chǎn)品平臺的模塊的集合。

2基于產(chǎn)品平臺的設(shè)計方法

基于產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計平臺的軟件系統(tǒng)，主要包括：產(chǎn)品平臺建立和產(chǎn)品定制需求分析兩大過程。產(chǎn)品平臺建立又分為產(chǎn)品系列規(guī)劃、產(chǎn)品及模塊結(jié)構(gòu)分析、模塊間耦合接口分析和參數(shù)化配置算法分析等，這包含復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析和三維建模及通過軟件平臺整合的過程。

產(chǎn)品系列規(guī)劃要求企業(yè)對現(xiàn)有產(chǎn)品和下一代產(chǎn)品，或未來擴展的產(chǎn)品業(yè)務(wù)進行整體分析，挖掘企業(yè)核心業(yè)務(wù)能力；產(chǎn)品及模塊結(jié)構(gòu)分析是將各產(chǎn)品系列進行模塊化分類，重新整合分析，找出共用的功能模塊，對其進行結(jié)構(gòu)分析和通用性優(yōu)化；模塊間耦合接口分析是在模塊化分析基礎(chǔ)上，為實現(xiàn)模塊間的有效準確的組合，需要將模塊間接口的結(jié)構(gòu)特征，尺寸特征轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，為參數(shù)化設(shè)計打下基礎(chǔ)；參數(shù)化配置算法分析是在產(chǎn)品各功能模塊結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計方法和規(guī)則的歸納，形成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計算法，將常規(guī)設(shè)計中已固化的設(shè)計方法和經(jīng)驗總結(jié)轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型。

產(chǎn)品平臺的建立過程，是在對企業(yè)客戶需求、自身需求、現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，基于產(chǎn)品平臺化、模塊化、參數(shù)化等現(xiàn)代設(shè)計方法，搭建產(chǎn)品理論模型庫，通過參數(shù)配置和個性化的設(shè)計，定制出滿足用戶需求的一個具體產(chǎn)品。

圖2 產(chǎn)品平臺的建立過程

3產(chǎn)品平臺設(shè)計軟件系統(tǒng)搭建

3.1系統(tǒng)功能需求分析

產(chǎn)品平臺設(shè)計軟件系統(tǒng)劃分為系統(tǒng)管理功能、產(chǎn)品配置功能、輔助功能3大功能模塊。

（1）系統(tǒng)管理功能

產(chǎn)品按系列劃分形成產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計平臺，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行配置分析，實現(xiàn)產(chǎn)品系列管理功能；組織產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)模塊分析，實現(xiàn)模塊分類管理和擴展功能；管理三維模型參數(shù)化配置規(guī)則，實現(xiàn)模型驅(qū)動的規(guī)則的可更新和優(yōu)化。

一般適合大型產(chǎn)品快速配置設(shè)計的方法可用組合模塊的方式，即按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊建模，實現(xiàn)定義好模塊之間的接口及裝配關(guān)系，并預(yù)先將設(shè)計規(guī)則定義到供選配的結(jié)構(gòu)模塊上，并通過參數(shù)化的模型再生，生成需要的模塊，再將模塊組合到事先配置好的產(chǎn)品系列的基礎(chǔ)產(chǎn)品模型中，實現(xiàn)基于產(chǎn)品平臺的快速參數(shù)化設(shè)計，最后根據(jù)用戶選配需求，進行個性化的局部設(shè)計形成最終設(shè)計方案。

（2）產(chǎn)品配置功能

產(chǎn)品配置功能，主要是面向設(shè)計人員及用戶。設(shè)計人員根據(jù)用戶需求，通過配置主界面，選擇產(chǎn)品系列模型并調(diào)整配置參數(shù)；系統(tǒng)中提供了經(jīng)過歸納整理的知識庫和基礎(chǔ)模型，將滿足用戶需求的通用配置實例推薦給設(shè)計者，減少參數(shù)維護，提高設(shè)計重用度。

（3）輔助功能

系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計者需求提供了一些輔助計算功能，滿足設(shè)計者設(shè)計過程中的常規(guī)計算；提供設(shè)計圖形文檔的管理功能；產(chǎn)品系列之間存在共享的零部件庫，可以建立標(biāo)準零部件庫，這些部件不需參數(shù)化配置，直接組合即構(gòu)成了產(chǎn)品的部分模塊。

3.2面向用戶的參數(shù)化產(chǎn)品設(shè)計平臺

為方便應(yīng)用集成，我們選擇了具有內(nèi)嵌式瀏覽器的PTC公司的Pro/Engineer三維設(shè)計軟件作為設(shè)計軟件，在瀏覽器內(nèi)建立設(shè)計引導(dǎo)界面（如圖3），指導(dǎo)設(shè)計者完成設(shè)計工作。

圖3 產(chǎn)品設(shè)計平臺主頁面

圖4 產(chǎn)品系列選擇頁面

用戶根據(jù)所選產(chǎn)品系列后，即進入對應(yīng)產(chǎn)品系列的參數(shù)維護頁面（如圖5），在頁面左邊是產(chǎn)品功能模塊樹，樹中列出目前產(chǎn)品系列模型中基礎(chǔ)模塊、可選模塊，右邊對應(yīng)每個模塊的參數(shù)。在頁面上列出的參數(shù)，有五種取值方式：下拉列表選擇、固定值、通過關(guān)系表達式計算、通過條件表達式計算、通過定制的計算程序計算得到；所有計算列是不可以維護，只能查看結(jié)果。

圖5 產(chǎn)品參數(shù)維護頁面

圖6 在線幫助及實時校驗功能

在用戶界面友好性設(shè)計上，系統(tǒng)提供了在線幫助及實時校驗功能。當(dāng)配置參數(shù)經(jīng)計算不滿足校驗規(guī)則時，提供自動提示參數(shù)之間約束關(guān)系錯誤；另外如用戶需要了解具體參數(shù)的含義，可點擊對應(yīng)的圖片的參數(shù)解析，方便用戶在配置過程中及時調(diào)整配置。為驗證配置的合理性，還可以隨時將計算的參數(shù)結(jié)果傳遞給產(chǎn)品族模型實現(xiàn)模型再生，通過驗證看配置結(jié)果是否滿足用戶需求。

3.3參數(shù)化建模分析

Pro/Engineer做為三維建模工具，利用TOP-DOWN建模思想，以及Pro/Engineer中提供的布局、骨架工具，為實現(xiàn)參數(shù)化建模、模型驅(qū)動的提供了便捷的方法。

3.3.1參數(shù)的傳遞

當(dāng)我們?yōu)楫a(chǎn)品的設(shè)計設(shè)置了參數(shù)后，需要將這些參數(shù)進行計算并傳遞給基礎(chǔ)模型，以驅(qū)動生成我們需要的設(shè)計。從參數(shù)維護頁面中，通過Web.Link程序?qū)?shù)值賦給模型或布局，而在模型中參數(shù)值的傳遞有兩種方式：一是布局參數(shù)值發(fā)布共享、二是骨架的共享數(shù)據(jù)傳遞。

（1）布局（Layout）可以理解為一張存儲了參數(shù)名及參數(shù)值的一張二維表，并以一個獨立的文件保存，可以以創(chuàng)建基準（可實現(xiàn)自動裝配）和創(chuàng)建參數(shù)的形式，提供對于模型的管理，當(dāng)建模時，可以將布局的參數(shù)發(fā)布到模型文件中，作為尺寸數(shù)值。

圖7 布局參數(shù)

（2）骨架的共享數(shù)據(jù)傳遞，在常規(guī)情況下當(dāng)某些特征會在兩個或多個零部件中使用時，這時會考慮將這些共用的特征放到骨架中去創(chuàng)建，各級零部件參照骨架進行建模；另外在同級零部件之間，某個零部件需要另一零部件中的某項特征時，這時只向其復(fù)制所需特征。

圖8中，在骨架中建立零部件的一些基準面、曲面等共用特征，然后將所需的特征利用插入?共享數(shù)據(jù)?發(fā)布幾何方法進行發(fā)布；其后零部件在創(chuàng)建時利用插入?共享數(shù)據(jù)?復(fù)制幾何等方法，將所需的特征復(fù)制至自身，利用這些復(fù)制來的特征進行參照建模，從而達到數(shù)據(jù)的傳遞，可以理解為參照建模。

此外骨架中一些參數(shù)，可以從布局中獲取，從而實現(xiàn)從布局、骨架到零部件的參數(shù)傳遞。

圖8 骨架的共享數(shù)據(jù)傳遞

3.3.2模型中參數(shù)的獲取

在模型中使用布局的方法是，創(chuàng)建零部件模型，在零部件中利用文件?聲明布局?選取布局名稱的方法將Layout聲明進來，這時布局中的參數(shù)就可以被該零件的參數(shù)引用，只要建立起零件參數(shù)和布局中定義參數(shù)之間的關(guān)系，主要修改布局中參數(shù)值，模型的參數(shù)值就會自動改變，從而實現(xiàn)參數(shù)驅(qū)動的效果。

圖9 發(fā)布布局參數(shù)傳遞

3.4個性化零部件的動態(tài)安裝

對于客戶需求的個性化零部件，我們在待選擇安裝的個性零件上，根據(jù)安裝位置及裝配要求，預(yù)先可歸納整理常見客戶的需求，增加裝配特征，我們同時在產(chǎn)品基礎(chǔ)模型或結(jié)構(gòu)模塊庫上也建立相應(yīng)的裝配特征；在用戶從模型庫選擇裝配特征進行個性化修改完成設(shè)計和安裝個性化零部件，如可以配置特殊管路閥件等。

3.5參數(shù)驅(qū)動后的客戶定制產(chǎn)品模型

當(dāng)用戶配置結(jié)束后，我們將參數(shù)結(jié)果傳遞給產(chǎn)品系列基礎(chǔ)模型，模型經(jīng)驅(qū)動后，加上部分個性化零部件的設(shè)計，最終生成客戶定制產(chǎn)品。

圖10 參數(shù)驅(qū)動后的客戶定制產(chǎn)品模型

4結(jié)論

在參數(shù)化三維設(shè)計軟件基礎(chǔ)上建立產(chǎn)品設(shè)計平臺，是解決市場中個性化、多品種、小批量訂單環(huán)境下快速提高設(shè)計效率，降低設(shè)計成本的有效方法。產(chǎn)品設(shè)計平臺可以進一步和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM）整合集成，實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中的任務(wù)分配，執(zhí)行，跟蹤及管理。