◎北京航天發(fā)射技術(shù)研究所 趙黎明 陳麗 楊靜 嚴(yán)勇

基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程的知識(shí)共用方案研究

◎北京航天發(fā)射技術(shù)研究所 趙黎明 陳麗 楊靜 嚴(yán)勇

軍品型號(hào)研制具有研制周期緊、產(chǎn)品質(zhì)量可靠性要求高的特點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)人員從產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)書下發(fā)到完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)全流程快速響應(yīng)。而產(chǎn)品設(shè)計(jì)中90%的設(shè)計(jì)行為屬于適應(yīng)性設(shè)計(jì)和變型設(shè)計(jì)，這意味著大多數(shù)設(shè)計(jì)工作可以利用以前同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)知識(shí)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)既包括必須遵循的設(shè)計(jì)規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)資料等顯性知識(shí)，也包括設(shè)計(jì)方案、仿真計(jì)算、設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)技巧等僅存在設(shè)計(jì)者頭腦中的隱性知識(shí)。因此，研究產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)的共用及其實(shí)現(xiàn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

筆者以航天地面設(shè)備典型液壓缸產(chǎn)品為例，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)的共用方案進(jìn)行了研究。液壓缸是航天地面設(shè)備液壓系統(tǒng)的重要組成部分，必須根據(jù)不同的技術(shù)要求和實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)形制相對(duì)固定、設(shè)計(jì)過程反復(fù)進(jìn)行的特點(diǎn)。在液壓缸的設(shè)計(jì)中引入知識(shí)共用技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)液壓缸的快速設(shè)計(jì)，從而節(jié)省大量的設(shè)計(jì)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

一、設(shè)計(jì)知識(shí)的共用

面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程的知識(shí)共用包括設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)的建設(shè)、設(shè)計(jì)流程的梳理與固化、設(shè)計(jì)知識(shí)的共用3個(gè)方面。

1.設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)建設(shè)

設(shè)計(jì)知識(shí)就是已有產(chǎn)品所包含的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、方法、過程以及幾何結(jié)構(gòu)等產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息的總和。狹義的設(shè)計(jì)知識(shí)指成功的設(shè)計(jì)結(jié)果，如定型的設(shè)計(jì)圖紙、模型和設(shè)計(jì)資料等；而廣義的設(shè)計(jì)知識(shí)是指設(shè)計(jì)開發(fā)過程各個(gè)階段的知識(shí)，包括功能知識(shí)、原理方案知識(shí)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)、設(shè)計(jì)結(jié)果實(shí)例等。

液壓缸產(chǎn)品的設(shè)計(jì)知識(shí)主要包括任務(wù)信息、產(chǎn)品模型(包括設(shè)計(jì)模型和設(shè)計(jì)圖紙)、仿真、計(jì)算程序、設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、密封件選型知識(shí)等。這些設(shè)計(jì)知識(shí)的存在形式多種多樣，一部分存在于設(shè)計(jì)結(jié)果中，如三維模型、設(shè)計(jì)圖形(CAD/CAM)文件、技術(shù)文檔等；一部分存在于設(shè)計(jì)者的頭腦中，如設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、計(jì)算方法、密封件知識(shí)等。大部分設(shè)計(jì)知識(shí)可以固化在相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)中作為后續(xù)知識(shí)共用的基礎(chǔ)。典型的液壓缸設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)主要包括液壓缸結(jié)構(gòu)庫(kù)、液壓缸模型庫(kù)、設(shè)計(jì)圖紙庫(kù)、技術(shù)文檔庫(kù)、零件庫(kù)、密封件庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、材料庫(kù)、校核算法庫(kù)等。

2.設(shè)計(jì)流程的固化

產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息是伴隨產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的進(jìn)行而動(dòng)態(tài)生成的。在實(shí)際工作中受設(shè)計(jì)人員能力、水平、經(jīng)驗(yàn)、習(xí)慣等影響，使得液壓缸設(shè)計(jì)流程的差別較大。為了實(shí)現(xiàn)基于設(shè)計(jì)流程的知識(shí)共用，需要對(duì)液壓缸的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行分解細(xì)化，以形成一個(gè)固定的設(shè)計(jì)流程。典型液壓缸的設(shè)計(jì)過程可分為用戶需求分析、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)3個(gè)階段，如圖1所示。

3.設(shè)計(jì)知識(shí)的共用方式

產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)存在于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，因此可以將設(shè)計(jì)知識(shí)的復(fù)用與設(shè)計(jì)流程結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)基于設(shè)計(jì)流程的知識(shí)共用。液壓缸設(shè)計(jì)知識(shí)的共用方式主要包括嵌入式、推送式、拉取式3種。其中，設(shè)計(jì)知識(shí)的嵌入式共用流程如下：

用戶需求分析階段將需求分析和計(jì)算方法嵌入到液壓缸的設(shè)計(jì)流程中，設(shè)計(jì)人員通過知識(shí)庫(kù)提供的液壓缸規(guī)格信息選取液壓缸的類型，輸入需求參數(shù)，由系統(tǒng)按照事先設(shè)定好的判據(jù)和計(jì)算方法得出液壓缸設(shè)計(jì)可行性分析結(jié)果及主參數(shù)計(jì)算值。

模型設(shè)計(jì)階段將典型液壓缸和零部件結(jié)構(gòu)、各零部件尺寸間的拓?fù)潢P(guān)系與裝配關(guān)系模板化，建立典型液壓缸結(jié)構(gòu)庫(kù)和零部件庫(kù)。當(dāng)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行新液壓缸設(shè)計(jì)時(shí)，可借助已有液壓缸結(jié)構(gòu)庫(kù)和零部件庫(kù)中的模板，通過參數(shù)驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)液壓缸的設(shè)計(jì)，達(dá)到復(fù)用已有液壓缸產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)的目的。

校核階段可以通過Excel表格建立的公式或計(jì)算程序?qū)⑦@些算法固化到設(shè)計(jì)軟件中。當(dāng)需要該項(xiàng)計(jì)算時(shí)，可通過調(diào)用已預(yù)設(shè)在設(shè)計(jì)軟件中的算法實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸的各項(xiàng)計(jì)算，得出計(jì)算結(jié)果并評(píng)價(jià)，達(dá)到對(duì)已有各種算法知識(shí)的快速利用。

工程圖繪制階段將已有典型液壓缸的工程圖模板化，當(dāng)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行新液壓缸工程圖繪制時(shí)可以調(diào)用已有的模板，利用設(shè)計(jì)軟件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)尺寸公差的更新。將一些知識(shí)點(diǎn)固化在模板中，如零件的表面熱處理方式、特殊的技術(shù)要求、關(guān)鍵尺寸的公差要求、零件加工精度和粗糙度的控制要求等知識(shí)，在進(jìn)行液壓缸工程圖設(shè)計(jì)時(shí)，自動(dòng)將這些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)生成在新的工程圖中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)已有設(shè)計(jì)知識(shí)的利用。

技術(shù)文檔生成階段制作液壓缸技術(shù)文檔模板，并將各模板嵌入到設(shè)計(jì)軟件中。當(dāng)設(shè)計(jì)人員需要編寫液壓缸技術(shù)文檔時(shí)可以調(diào)用已有的模板，系統(tǒng)自動(dòng)將模板中與新設(shè)計(jì)液壓缸相關(guān)的參數(shù)內(nèi)容進(jìn)行更新，自動(dòng)生成新的技術(shù)文檔。

設(shè)計(jì)知識(shí)的推送式共用是指當(dāng)系統(tǒng)識(shí)別到用戶正在進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，自動(dòng)將相關(guān)知識(shí)以推送的形式展示給設(shè)計(jì)人員；設(shè)計(jì)知識(shí)的拉取式共用則是指設(shè)計(jì)人員通過檢索或直接選擇相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)對(duì)知識(shí)進(jìn)行調(diào)用和查看。

二、總體框架

將液壓缸的各種設(shè)計(jì)知識(shí)與液壓缸的設(shè)計(jì)流程結(jié)合，可形成基于設(shè)計(jì)流程的液壓缸知識(shí)共用的總體框架，如圖2所示。

液壓缸設(shè)計(jì)知識(shí)共用信息化流程由設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)、信息化工具功能模塊2部分組成。其中，設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)由模板庫(kù)、算法庫(kù)、模型特征材料庫(kù)、參數(shù)規(guī)則庫(kù)組成；功能模塊包括液壓缸選型、液壓缸設(shè)計(jì)、液壓缸校核、工程圖輸出和文檔輸出5個(gè)部分。不同知識(shí)庫(kù)支撐液壓缸設(shè)計(jì)過程中的不同功能，這些支撐方式主要是靠信息化接口技術(shù)提供保證，融合在設(shè)計(jì)向?qū)Ш陀脩糨斎虢缑婺０逯?。用戶在設(shè)計(jì)向?qū)Ъ敖缑婺０宓闹敢?，通過信息化接口來使用不同的設(shè)計(jì)知識(shí)，從而規(guī)范設(shè)計(jì)與分析過程，并能充分利用設(shè)計(jì)知識(shí)，提高設(shè)計(jì)效率，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。

三、設(shè)計(jì)知識(shí)共用的實(shí)現(xiàn)

1.實(shí)現(xiàn)方案

通過信息化手段把液壓缸的設(shè)計(jì)流程、工程圖模板、技術(shù)條件模板、各種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等知識(shí)固化在設(shè)計(jì)流程中，形成設(shè)計(jì)知識(shí)共用的信息化工具，實(shí)現(xiàn)液壓缸從任務(wù)輸入到圖紙文件輸出的全流程快速設(shè)計(jì)和已有設(shè)計(jì)知識(shí)的復(fù)用。固化的設(shè)計(jì)流程和多種方式的知識(shí)共用避免了因經(jīng)驗(yàn)及知識(shí)不足而導(dǎo)致的設(shè)計(jì)差錯(cuò)，有助于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.在NX 5.0中的應(yīng)用

通過NX提供的二次開發(fā)技術(shù)，在NX 5.0設(shè)計(jì)環(huán)境中建立了專用的液壓缸設(shè)計(jì)知識(shí)共用信息化工具，其主要功能包括：

油缸設(shè)計(jì)向?qū)且詷錉罱Y(jié)構(gòu)顯示菜單欄的各個(gè)工具，實(shí)現(xiàn)專家向?qū)皆O(shè)計(jì)；

設(shè)計(jì)輸入可通過讀取任務(wù)書模板中的參數(shù)或手動(dòng)填寫液壓缸參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸三維模型的自動(dòng)調(diào)用和參數(shù)化更新設(shè)計(jì)；

模型設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)已有零部件模型的快速調(diào)用和參數(shù)化設(shè)計(jì)；

零件編號(hào)可實(shí)現(xiàn)按照預(yù)定的編號(hào)規(guī)則快速完成零件編號(hào)；

校核檢查可實(shí)現(xiàn)按預(yù)設(shè)的校核算法快速完成零部件強(qiáng)度等的校核；

工程圖管理器可實(shí)現(xiàn)按已有工程圖快速完成工程圖更新；

文件輸出可實(shí)現(xiàn)按已有技術(shù)文件的標(biāo)準(zhǔn)化模板，自動(dòng)獲取設(shè)計(jì)信息，完成技術(shù)文檔的生成。

通過該工具的開發(fā)，將液壓缸設(shè)計(jì)中的流程、典型液壓缸及零部件結(jié)構(gòu)、零部件編號(hào)規(guī)則、經(jīng)驗(yàn)算法、各種技術(shù)文件等知識(shí)固化，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中對(duì)各種設(shè)計(jì)知識(shí)的快速共用，極大地提高了設(shè)計(jì)效率。

圖2 典型液壓缸設(shè)計(jì)知識(shí)共用流程圖