摘 要：市場競爭日趨激烈，對產(chǎn)品研發(fā)的要求趨向于更快速、更準確的設(shè)計模式。為了設(shè)計者提供快速的設(shè)計環(huán)境，結(jié)合基于組件的模塊化特點，按照產(chǎn)品設(shè)計流程，開發(fā)基于組件技術(shù)的集成設(shè)計系統(tǒng)。本文首先介紹了組件技術(shù)，給出了集成設(shè)計系統(tǒng)框架，接著，闡述了系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，詳細介紹了系統(tǒng)功能實現(xiàn)，最后，對該系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域進行了展望。

關(guān)鍵詞：組件技術(shù)；工具組件化；流程模板化；集成設(shè)計

中圖分類號：TP319

計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）等手段在產(chǎn)品研制過程中被廣泛應(yīng)用，為提高設(shè)計自動化水平和設(shè)計質(zhì)量起到了積極推動作用，但是，由于設(shè)計仿真過程不規(guī)范，工具軟件沒有集成，數(shù)據(jù)流沒有打通，沒有設(shè)計規(guī)則和方法知識庫引導(dǎo)各個設(shè)計仿真環(huán)節(jié)的工作等原因，造成設(shè)計仿真過程的人工重復(fù)性勞動較多，設(shè)計過程效率低。

因此，有必要建立集成設(shè)計系統(tǒng)軟件，將不同的設(shè)計軟件工具按不同階段和用途有機地集成起來，同時梳理、規(guī)范設(shè)計流程，定制設(shè)計模板來簡化設(shè)計流程，提高設(shè)計過程的標準化；通過梳理、總結(jié)設(shè)計知識、經(jīng)驗，并將其集成到統(tǒng)一的系統(tǒng)環(huán)境中進行重復(fù)使用，提高知識的共享效率；通過軟件工具的二次開發(fā)來實現(xiàn)設(shè)計引導(dǎo)與幫助，提高產(chǎn)品的設(shè)計效率與產(chǎn)品的可靠性。

1 組件技術(shù)

組件技術(shù)是在面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，組件化程序設(shè)計的核心就是將一個應(yīng)用系統(tǒng)切分成多個組件，這些組件保持一定的功能獨立性，組件間的協(xié)同工作通過接口完成[1]。組件應(yīng)用的基礎(chǔ)是標準，沒有統(tǒng)一的接口描述、沒有規(guī)范的組件通信、沒有標準的對象請求和遠程調(diào)用，就沒有組件應(yīng)用的可能。目前的主要標準有CORBA（國際通用）、EJB（Sun的Java）、COM和CLR（Microsoft的Windows和.NET）。該集成系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境為.NET，所以采用了com標準。COM技術(shù)具有與語言無關(guān)性、COM組件支持對象的概念、實現(xiàn)了接口與實現(xiàn)的分離等特點[2]。

2 集成設(shè)計系統(tǒng)框架

集成設(shè)計系統(tǒng)通過集成產(chǎn)品設(shè)計各階段的工具及方法，可為設(shè)計人員提供一體化設(shè)計環(huán)境。本系統(tǒng)具備功能強大的C/S客戶端，可以快速地封裝專業(yè)工作過程，將實際的工作過程規(guī)范轉(zhuǎn)化為計算機化的過程定義，形成系列化的模板，保存在模板庫中，從而快速地建立專業(yè)設(shè)計系統(tǒng)。

2.1 集成設(shè)計系統(tǒng)框架

對于一個企業(yè)來說，一個好的設(shè)計平臺軟件是決定應(yīng)用軟件質(zhì)量的關(guān)鍵因素。構(gòu)建集成設(shè)計系統(tǒng)有兩種解決方案：一是采用商業(yè)集成平臺；二是采用自研軟件平臺。結(jié)合行業(yè)應(yīng)用需求，提高集成設(shè)計平臺的高可靠性及可擴展性應(yīng)用，本文介紹了基于組件技術(shù)的集成設(shè)計系統(tǒng)。在集成系統(tǒng)中，利用可視化的流程搭建工具，可將專家設(shè)計經(jīng)驗及設(shè)計流程固化為模板，并通過流程引擎驅(qū)動設(shè)計流程運行，從而提高設(shè)計效率，借助標準件庫，可保證設(shè)計的可靠性；提供設(shè)計知識庫，方便獲取設(shè)計流程、設(shè)計方法、設(shè)計模板及設(shè)計規(guī)則，并與設(shè)計工具緊密集成，從而實現(xiàn)基于知識的智能化設(shè)計；利用集成工具，可方便進行虛擬裝配、運動仿真及設(shè)計驗證；通過優(yōu)化集成接口可實現(xiàn)產(chǎn)品的快速優(yōu)化設(shè)計；提供外部數(shù)據(jù)交換接口，可方便實現(xiàn)與其他專業(yè)子系統(tǒng)的集成。

該集成設(shè)計系統(tǒng)涵蓋了產(chǎn)品集成設(shè)計所需的通用功能，用戶可以在平臺基礎(chǔ)上建設(shè)行業(yè)專用的集成設(shè)計系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)可分為三大部分：

（1）應(yīng)用層：面向設(shè)計各環(huán)節(jié)的應(yīng)用系統(tǒng)。

（2）服務(wù)層：提供一體化集成服務(wù)環(huán)境，為應(yīng)用層提供各種設(shè)計支撐服務(wù)。由過程集成環(huán)境、應(yīng)用集成環(huán)境、數(shù)據(jù)集成環(huán)境、知識集成環(huán)境及集成接口5部分構(gòu)成。

（3）支撐層：提供必需的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、軟件資源、硬件環(huán)境及數(shù)據(jù)庫、知識庫。是集成設(shè)計系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

2.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

該系統(tǒng)將設(shè)計、分析、優(yōu)化過程中的規(guī)則和方法，封裝為具有標準形式的組件，使得工程人員能夠通過“搭積木”的方式快速完成設(shè)計工作。從而實現(xiàn)了傳統(tǒng)的“基于經(jīng)驗和試錯驅(qū)動”的設(shè)計模式向“基于知識組件和流程驅(qū)動”的設(shè)計模式轉(zhuǎn)變，提高設(shè)計的效率和質(zhì)量。

2.2.1 基于組件的模塊化設(shè)計

以知識封裝和重用為基礎(chǔ)的組件化思想可以大大提高工程設(shè)計的質(zhì)量和效率，減輕工程人員的工作量，降低設(shè)計工具的使用門檻；基于組件化的思想可有效固化工程知識和經(jīng)驗，從而使得知識可以不斷積累和重用，持續(xù)增強企業(yè)知識的儲備，提高企業(yè)核心競爭力。

工程方法的組件化，實現(xiàn)了工程知識和經(jīng)驗的固化，從而使得知識可以不斷積累和重用，持續(xù)增強企業(yè)知識的儲備，提高企業(yè)核心競爭力。組件是功能模塊化、封裝化，可被組裝組合重復(fù)使用的操作單元。通過組件化思想，將工程方法及工具軟件封裝為可重用組件單元，基于這些可重用操作單元，工程師可根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求，能快速建立具體業(yè)務(wù)流程，實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的模板化。

2.2.2 基于模板的流程設(shè)計

基于模板的流程設(shè)計方法，通過模塊化組件，構(gòu)建工程應(yīng)用組件庫，實現(xiàn)對工程應(yīng)用軟件的控制和調(diào)用；利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和知識工程方法獲取工程數(shù)據(jù)（包括工程規(guī)則、歷史數(shù)據(jù)、工程方法、工程實例），建立工程數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)和工程經(jīng)驗與知識的固化。建立由模板代碼和模板對話框構(gòu)成的設(shè)計分析模板，模板代碼負責調(diào)用工程應(yīng)用軟件類庫和工程數(shù)據(jù)庫，模板對話框負責進行人機交互，最終實現(xiàn)設(shè)計分析過程的自動化。由設(shè)計分析模板產(chǎn)生的統(tǒng)一模型具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時與設(shè)計分析模板關(guān)聯(lián)，從而提高設(shè)計效率和質(zhì)量，降低研發(fā)成本。

3 集成設(shè)計系統(tǒng)實現(xiàn)

該系統(tǒng)首先完成了設(shè)計工具的集成，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)通用的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計流程步驟，實現(xiàn)了快速概念設(shè)計、設(shè)計模板化、虛擬裝配等功能。

3.1 工具集成

基于組件技術(shù)的集成設(shè)計系統(tǒng)提供面向設(shè)計全過程的工具集成手段，實現(xiàn)快速概念設(shè)計、自動參數(shù)化模型參數(shù)抽取及更新、虛擬裝配、快速設(shè)計驗證及設(shè)計優(yōu)化。該系統(tǒng)針對當前主流CAD軟件（ProE、UG等）進行二次開發(fā)，形成集成組件，完成參數(shù)抽取、參數(shù)化模型更新、虛擬裝配等操作。不同的設(shè)計工具滿足不同的設(shè)計要求，下面以ProE為例，介紹PROE組件所實現(xiàn)的具體功能。

Pro/Engineer操作軟件是是現(xiàn)今主流的國外CAD/CAM/CAE軟件之一，可進行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計等。PROE組件基于PROE TOOLKIT開發(fā)，用于參數(shù)化模型的參數(shù)提取及自動更新，以及結(jié)果導(dǎo)出，實現(xiàn)的功能包括：PROE軟件的自動喚起及嵌入；模型參數(shù)提取，展示模型樹；模型參數(shù)與業(yè)務(wù)流程參數(shù)的關(guān)聯(lián)，并實現(xiàn)模型自動更新，更新過程可監(jiān)控；模型輸出，支持stp、iges、x_t，可擴充。

3.2 快速概念設(shè)計

快速概念設(shè)計可在產(chǎn)品設(shè)計過程的早期階段，集成用戶的專業(yè)設(shè)計經(jīng)驗，進行產(chǎn)品的功能設(shè)計、原理設(shè)計、形狀設(shè)計、布局設(shè)計和初步的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以快速確定產(chǎn)品的基本形式或形狀；提供快速概念造型可視化工具，通過繪制草圖和添加注釋等操作，生動地展現(xiàn)用戶設(shè)計理念。

3.3 參數(shù)自動抽取、更新

通過對CAD軟件進行二次開發(fā)，形成通用CAD組件，完成模型參數(shù)的自動抽取，抽取的參數(shù)可關(guān)聯(lián)到設(shè)計流程，為自動參數(shù)化建模提供數(shù)據(jù)源。在設(shè)計業(yè)務(wù)流程運行過程中，CAD組件獲取新的模型特征尺寸參數(shù)值，自動驅(qū)動參數(shù)化模型進行參數(shù)更新，從而獲取新的CAD模型。

3.4 設(shè)計過程模板化、流程化

工程師利用可視化流程設(shè)計器，從可重用組件庫中拖拉相應(yīng)組件到設(shè)計器，并定義組件間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的模板化封裝。以模板的形式將設(shè)計過程和流程固化，形成專業(yè)設(shè)計工具包，從而有利于集成專家經(jīng)驗，在保證設(shè)計準確性的前提下，提高設(shè)計效率；流程驅(qū)動引擎根據(jù)客戶需要可驅(qū)動設(shè)計流程自動化運行，實現(xiàn)參數(shù)提取、模型更新、流程傳遞等工作。

3.5 虛擬裝配

虛擬裝配是一種零件模型按約束關(guān)系進行重新定位的過程，是有效分析產(chǎn)品設(shè)計合理性的一種手段。基于參數(shù)化零部件模型及約束關(guān)系，可對總體模型進行干涉分析等操作，驗證產(chǎn)品的可裝配型。

3.6 快速設(shè)計驗證

在完成產(chǎn)品整體、零部件設(shè)計及裝配后，可對裝配體機構(gòu)進行運動仿真，從而檢查機構(gòu)的運動是否達到設(shè)計的要求；可對零部件或整體模型進行快速有限元仿真分析，驗證產(chǎn)品關(guān)鍵設(shè)計特征的準確性；仿真分析過程中，可實現(xiàn)模型簡化、網(wǎng)格化分、載荷設(shè)置等操作的自動化；支持驗證結(jié)果的可視化。

4 結(jié)束語

本文中所設(shè)計的基于組件技術(shù)的集成設(shè)計系統(tǒng)集成了常用設(shè)計工具軟件，模塊化的設(shè)計大大提高了工程設(shè)計質(zhì)量和效率。該系統(tǒng)具有強大的可擴展性，本文中雖僅以工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計為例，介紹了系統(tǒng)所能實現(xiàn)的功能，該系統(tǒng)可以根據(jù)所使用的領(lǐng)域不同，結(jié)合用戶的需求進行定制開發(fā)，應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛。

參考文獻：

[1]張潔，張安民.基于組件技術(shù)的通用試驗軟件平臺設(shè)計[J].艦船電子工程，2011（07）：118-121.

[2]李海，郭彬彬.基于COM服務(wù)器組件的HLA集成技術(shù)研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報，2006（02）：162-165.

[3]邵立碩.基于HLA和組件技術(shù)的海上編隊仿真探測系統(tǒng)[J].計算機與網(wǎng)絡(luò)，2012（02）：68-71.

作者簡介：管芳景，女，講師，碩士研究生，研究方向：計算機軟件開發(fā)技術(shù)、人工智能；朱海棠，女，講師，碩士研究生，研究方向：系統(tǒng)仿真、嵌入式開發(fā)。

作者單位：無錫城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程系，江蘇無錫 214153

基金項目：2012年院級課題（WXCY-2012-GY-002） 。