陳朝猛，楊偉力CHEN Chao-meng，　YANG Wei-li（貴州民族大學，貴陽 550025）

電池裝備多學科協(xié)同設計的數(shù)據(jù)管理模型研究

陳朝猛，楊偉力
CHEN Chao-meng，YANG Wei-li
（貴州民族大學，貴陽 550025）

為了對太陽能光伏電池裝備在多學科協(xié)同設計過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行有效管理，針對電池裝備協(xié)同設計過程的會產(chǎn)生大量的、多學科的、復雜的、異構(gòu)的各種數(shù)據(jù)的特點，建立了基于頂層設計目標、產(chǎn)品三維空間、管理對象層的數(shù)據(jù)管理模型。解決了電池裝備協(xié)同設計過程中實時數(shù)據(jù)交互困難，減少了設計沖突，提高了產(chǎn)品的設計效率。最后通過應用實例驗證了所提出的數(shù)據(jù)管理模型的有效性。

電池裝備；多學科協(xié)同設計；數(shù)據(jù)管理；數(shù)據(jù)模型

0　引言

多學科協(xié)同設計過程中，會產(chǎn)生大量的、多學科的、復雜的、異構(gòu)的各種數(shù)據(jù)，為了能夠使用一個通用的模型系統(tǒng)來解決多學科協(xié)同設計的數(shù)據(jù)管理問題，有學者提出了元模型和模型驅(qū)動下的系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)，元模型在信息處理、程度語言及對象建模等領(lǐng)域得到了廣泛的應用，文獻［1］針對復雜多學科產(chǎn)品設計過程的特點，提出了采用元模型對多學科產(chǎn)品設計過程信息進行抽象表達，并建立了元模型和學科模型的映射關(guān)系，實現(xiàn)了它們之間的互相轉(zhuǎn)化。除此之外，在系統(tǒng)和模型建立方面，文獻［2］提出了可定制產(chǎn)品配置模型；文獻［3］建立了單一產(chǎn)品語意與產(chǎn)品特征之間的多元線性回歸模型；文獻［4］提出了由產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)維、產(chǎn)品組維和視圖維構(gòu)成的產(chǎn)品族生命周期的三維模型；文獻［5］和文獻［6］分別將本體和Agent技術(shù)應用于數(shù)據(jù)模型及系統(tǒng)，提高了信息系統(tǒng)的適應性；文獻［7］在公共組件模式的基礎上，建立了組件之間的主從數(shù)據(jù)共享環(huán)境；文獻［8］建立了一個項目管理系統(tǒng)來管理企業(yè)的協(xié)同設計數(shù)據(jù)集成活動；文獻［9］采用耦合互動模式構(gòu)建了文檔動態(tài)管理對象模型。

上述研究在一定程度上解決了協(xié)同設計時數(shù)據(jù)交互困難、數(shù)據(jù)冗余等問題，但在信息模型的幾何拓撲數(shù)據(jù)與設計過程所產(chǎn)生的非幾何數(shù)據(jù)的動態(tài)跟隨，設計信息的實時交互與異構(gòu)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換處理上仍不能很好并快速的解決。

為了解決前述問題，在以上研究的基礎上，本文提出了基于頂層設計目標、產(chǎn)品數(shù)據(jù)三維空間定位、數(shù)據(jù)管理層層映射的思路進行建模。其中，頂層設計目標即為要設計的對象；產(chǎn)品數(shù)據(jù)三維空間定位即為根據(jù)產(chǎn)品設計過程、設計學科、所屬部件來確定設計數(shù)據(jù)具體所在的位置；數(shù)據(jù)管理層即為根據(jù)產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)的屬性及它們之間的約束關(guān)系對設計數(shù)據(jù)進行管理操作。

1　模型建立

本文建立的數(shù)據(jù)管理模型框架如圖1所示，通過分解與映射體系，采用對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或組件進行擴展的方法，將產(chǎn)品的設計目的逐步向具體實現(xiàn)設計目的的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)映射，直到詳細的零件的幾何結(jié)構(gòu)，進而建立起產(chǎn)品設計目的到具體結(jié)構(gòu)設計之間的橋梁，依據(jù)結(jié)構(gòu)功能的不同在設計時所涉及的學科部門不同對產(chǎn)品的設計進行多學科的劃分，在此將電池裝備多學科協(xié)同設計的數(shù)據(jù)管理模型架構(gòu)分為四層：頂層設計目標、產(chǎn)品數(shù)據(jù)三維空間、數(shù)據(jù)管理對象層和數(shù)據(jù)存儲層。

1）頂層設計目標：頂層設計目標指裝備層，即為我們要對設計數(shù)據(jù)進行管理的對象，通過裝備的各系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)的不同，它可以分化為許多個小目標。

2）產(chǎn)品數(shù)據(jù)三維空間：產(chǎn)品數(shù)據(jù)的三維空間是從產(chǎn)品的設計流程、設計學科、以及所屬部件來對產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)進行準確定位的。由前述可知，產(chǎn)品的設計流程分為可行性論證階段、方案研制階段、初樣研制階段、試樣研制階段、定型研制階段；產(chǎn)品設計學科根據(jù)其性能和用途的不同，所涉及的學科也各不相同；產(chǎn)品所屬部件可以根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)樹來確定。

3）數(shù)據(jù)管理對象層：數(shù)據(jù)管理對象層是對數(shù)據(jù)對象及其屬性的管理。屬性等定義在下一節(jié)中重點描述。

4）數(shù)據(jù)存儲層：數(shù)據(jù)的物理存儲形式有結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化兩種。結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫或xml文件中。非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)是指設計圖檔、文檔等，存儲在文件系統(tǒng)中。從數(shù)據(jù)中提取出來的知識存儲在知識庫中。

表1　擴散爐部件設計數(shù)據(jù)屬性集

2　實例驗證

基于以上建模思想和建模方法，以本課題研究的擴散爐作為實例進行說明，其他電池裝備協(xié)同設計過程數(shù)據(jù)管理模型的建立方法與此相同，在此不全部詳述。

擴散爐主要由機架、凈化柜、氣源柜、控制系統(tǒng)、傳送系統(tǒng)五大部分構(gòu)成。對這五大部件細分涉及到的主要組件有爐膛、熱電偶、電磁閥、水平絲桿螺母機構(gòu)、豎直絲桿螺母機構(gòu)、爐門、溫控儀、質(zhì)量流控制器、槳葉、發(fā)熱電阻絲、單向閥等器件。

表1對擴散爐協(xié)同設計時產(chǎn)生的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的屬性進行了分析。數(shù)據(jù)管理對象包含各種2D、3D設計圖紙，以及各種設計文檔，這些數(shù)據(jù)按照它們的屬性信息對其分類可以分為常規(guī)屬性、物理空間屬性、其他屬性。

根據(jù)前文建立的數(shù)據(jù)管理模型，結(jié)合擴散爐協(xié)同設計過程中的設計對象、設計學科、設計數(shù)據(jù)文檔，以及管理對象建立如圖2所示的實例化模型。

1）建模根據(jù)產(chǎn)品從設計階段、設計學科、結(jié)構(gòu)樹、管理對象這四個過程進行層層映射，以此將擴散爐的協(xié)同設計過程數(shù)據(jù)管理層層聯(lián)系起來。

2）根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不同對裝備進行分解，擴散爐主要包含機架、凈化柜、控制系統(tǒng)、氣源柜、傳送系統(tǒng)這五大部分，每一部件各自有自己的結(jié)構(gòu)樹，以此一直映射到其具體的零部件。

3）每一個部件的設計都可能涉及到多學科的協(xié)同設計，在整個涉及過程中會產(chǎn)生大量的，存儲形態(tài)各異的數(shù)據(jù)，按照其文檔類型可以劃分為五大類文檔。

4）協(xié)同設計過程產(chǎn)生的五大類設計數(shù)據(jù)文檔有各不相同的屬性信息，這些屬性信息按照其性質(zhì)的不同可以劃分為：常規(guī)屬性、物理空間屬性、其他屬性。

圖2　擴散爐協(xié)同設計數(shù)據(jù)管理模型實例

3　結(jié)束語

本文針對電池裝備協(xié)同設計的數(shù)據(jù)特點，建立了基于頂層設計目標、產(chǎn)品三維空間、管理對象層的數(shù)據(jù)管理框架，通過建立的框架模型可以有效的將多學科間的設計數(shù)據(jù)有效組織起來，實現(xiàn)設計數(shù)據(jù)快速、有效的查詢和管理，同時可以使各個學科間實時了解彼此的設計信息，減少設計沖突，提高了產(chǎn)品的設計效率。

［1］ Yan Xiqiang，LiYan，LiWenqiang，et al.A Multidisciplinary Information Modeling Method for Complex Products Based on Meta model［J］.Journal of Computer Aided Design &Computer Graphics.2013，25（10）:1540-1548（in Chinese）.

［2］ LIU Mingzhou，GE Maogen，LIU Zhengqiong，et al. Constraintbased customized product configuration［J］.Journal of Computer Aided Design & Computer Graphics，2006，18（2）:225-230（ in Chinese）.

［3］ 羅仕鑒，朱上上，孫守遷，等.產(chǎn)品造型設計中的用戶知識與設計知識研究［J］.中國機械工程，2004，15（8）:709-712.

［4］ 紀楊建，祁國寧，顧巧祥.產(chǎn)品族生命周期數(shù)據(jù)模型及其演化研究［J］，計算機集成制造系統(tǒng).2007，13（2）:240-246.

［5］ XIAO L，GREER D. Adaptive Agent model:software adaptivity using an Agent oriented model driven architecture［J］.Information and Software Technology，2009，51（1）:109-137.

［6］ QIU Ming，CHEN Gang，DONG Jinxiang. Ontology based adaptive product lifecycle management system［J］.Computer Integrated Manufacturing Systems，2005，11（6）:825-830（in Chinese） .

［7］ Gabriel Antoniu，Hinde Lilia Bouziane，Mathieu Jan，et al. Combining data sharing with the master worker paradigm in the common component architecture［J］.Cluster Compute，2007（10）: 265-276.

［8］ Benoit Otjacques，PatrikHitzelberger，F(xiàn)ernand Feltz. Interoperability of E-Government Information Systems: Issues of Identification and Data Sharing［J］.Journal of Management Information Systems，2007，23（4）:29-51.

［9］ 王莉娟，張旭，寧汝新，等.面向產(chǎn)品開發(fā)過程的文檔動態(tài)管理技術(shù)［J］.計算機集成制造系統(tǒng)，2005，11（6）:836-840.

Data management model for the multidisciplinary collaborative design of the cell equipment

TP391.72

A

1009-0134（2016）06-0131-05

2016-04-25

貴州民族大學科研項目（15XJS010）；貴州省科技合作計劃項目（黔科合［2015］7217，黔科合［2015］7208）

陳朝猛（1988 -），男，貴州人，助教，碩士研究生，研究方向為制造業(yè)信息化。