秦冉 QIN Ran；邱雙 QIU Shuang

（山東工程職業(yè)技術大學智能制造學院，濟南 250000）

0 引言

國內某工程機械企業(yè)的產品技術得到了國際上的廣泛認可。隨著國內外訂單的快速增長和全球市場需求的不斷增加，企業(yè)僅靠本地技術研發(fā)、產品測試和應用已無法滿足市場的要求。從戰(zhàn)略角度來看，公司將在國內外不同地區(qū)進行設計，并有望有效整合各地區(qū)的人力資源，降低設計成本，縮短設計周期，同時還需迅速、完整地與顧客進行交流，協助開發(fā)符合顧客需要的產品。因此，在Creo 開發(fā)工具和Windchill 平臺的基礎上，提出一種TopDown 的協作設計方案。

1 Creo、Windchill 及兩者的集成

1.1 Creo

Creo 是美國參數化技術公司（PTC）于2010 年發(fā)布的新產品，涵蓋了概念設計、二維、三維、直接建模等方面。Creo 是一款集成Pro/Engineer、CoCreate 和ProductView 的軟件，并在此基礎上重新發(fā)布。本次設計方案采用的是Creo2.0。

1.2 Windchill

Windchill 系統(tǒng)是基于三層結構的J2EE 標準（見圖1）。客戶端是用戶應用程序的一部分，是一個基于HTTP的web 瀏覽器，用于訪問和操作系統(tǒng)。有些是通過使用javaRMI 技術的java 小程序或java 應用軟件完成的。服務器層包括環(huán)形服務器、服務引擎、窗口服務和Java SDK。在此基礎上，利用Java 技術完成了業(yè)務邏輯、安全管理、工作流引擎、圖形文檔可視化服務等關鍵模塊的功能。數據庫層包括三個塊，第一塊是Oracle 數據庫，用于存儲和維護系統(tǒng)元數據；第二是建立一個電子倉庫，以文件服務器的形式存儲系統(tǒng)外的產品數據；第三個是LDAP 服務器，用于管理用戶和角色信息。

圖1 Windchill 系統(tǒng)在J2EE 平臺上的三層結構

1.3 Creo 與Windchill 的集成

Creo 可以將CAD 資料與Windchill PDM 進行無縫的整合與管理，主要依賴于集成系統(tǒng)所提供的工作區(qū)。工作區(qū)是PDM 與Creo 集成界面，該系統(tǒng)能夠實現PDM 和Creo 參數會話的通訊。如圖2 所示，為Creo 與Windchill PDM 間的通訊會話。在將Creo 與Windchill 整合后，可以將數據儲存在四個地方。首先是在Creo 對話區(qū)，Creo 已經被打開，并且存在于記憶體中。其次是工作區(qū)，分為本地端緩存工作區(qū)和服務器端緩存工作區(qū)，這兩個工作區(qū)都會對設計數據進行緩存存儲，當Creo 和Windchill 整合了應用軟件的時候，其它的用戶就無法看到他們的工作；最后是Windchill PDM 公用區(qū)，當系統(tǒng)設計完成后，將數據保存到PDM 服務器上，并將數據共享給所有用戶。

圖2 Creo 模式會話區(qū)與Windchill PDM 公共區(qū)域通訊

工作空間包括編輯、正常、共享、局部、過期、比較等。在每一個狀態(tài)中，存在多個用不同符號識別的條件，并且記錄各種情況。使用者可以根據情況進行各種處理。常用狀態(tài)及符號，見表1。

表1 常用狀態(tài)欄和狀況

工作區(qū)能夠通過對狀態(tài)與到期狀態(tài)的對比，判定物體是否發(fā)生了改變。如果PDM 中的對象改變了，那么用戶就需要點擊“更新”，系統(tǒng)會自動地利用工作空間中的所有到期物件來進行升級。如果要變更或變更物件的主要資料屬性，必須執(zhí)行同步作業(yè)。

在PDM 伺服器不能連線的情況下，可以進行離線操作，管理本地快取，并編輯設計資料。在系統(tǒng)出現故障時，可以“在線”與PDM 服務器進行數據同步，并將修改后的設計資料上傳至服務器。本地客戶機出現故障，在解決問題之后，可以與伺服器重連，使資料同步，并將資料從伺服器拷貝至本機快取。

綜上所述，Creo 與Windchill 的集成將可以有效地提升協作設計效率。

2 TopDown 設計

2.1 TopDown 設計原則與重要性

TopDown 的設計方法是從產品的總體布局到各個部件的設計，可以將設計數據從筆記本傳輸到裝配機構，然后從一個零件傳輸到另一個零件。同時，還可以實現零部件之間的信息傳遞，保證整個裝配結構的數據相關性。TopDown 的設計思路和設計流程相符合，有利于多個子系統(tǒng)的協作。

2.2 TopDown 設計的基本流程

在Windchill 與Creo 集成系統(tǒng)中，運用TopDown 的設計理念，極大地提升了設計的效率和質量，并為企業(yè)的協作設計創(chuàng)造了一個有利的環(huán)境。如圖3 所示，為典型的TopDown 設計流程。

圖3 典型的TopDown 設計流程

3 協同設計實現過程

首先，在產品設計中運用了“TopDown”的設計理念，完美地整合了Creo 和Windchill，建立了一個產品協作環(huán)境。其次，建立了分散在不同區(qū)域的Windchill 子站群，維護遠程設計數據，與主要網站保持同步，保證項目團隊的產品設計能平行、快捷地進行。最后，設計了一種基于圖形的分布式圖形顯示服務，能夠在多個服務器上迅速地生成圖形，便于圖形的瀏覽和發(fā)布。在圖4 中顯示了協作設計流程，在整個系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間實現。

圖4 協同設計過程

4 印刷機械制造案例分析

在當前環(huán)境下，一家獨立的印刷廠已著手推行PLM（Product Lifecycle Management）。通過PTC 的Windchill 系統(tǒng)平臺，將整個生產過程、流程、系統(tǒng)整合在一起，從而達到生產、管理、銷售和應用的全過程。根據PLM 計劃，討論了在Windchill 和Creo 參數化三維模型集成環(huán)境下大型印刷機設計與生產的協同設計，包括五個領域：構建協同設計環(huán)境、標準件和通用件庫、過程定制、TopDown 設計、大規(guī)模裝配設計和報表定制開發(fā)。

4.1 協同設計環(huán)境搭建

為確保印刷機設計規(guī)范的一致性，本論文按照國家及企業(yè)標準，對產品外觀顏色、材料庫、精度及設計特點進行了優(yōu)化。

將Creo 與Windchill 進行集成，并在Windchill 系統(tǒng)中整合Creo 的參數。在此環(huán)境中，設計者可以從資料庫中擷取資料，并藉由Creo 的三元設計界面，來減少增加、下載及搜尋等繁雜的工作。如圖5 所示，為系統(tǒng)集成工作界面。

圖5 系統(tǒng)集成界面

4.2 標準件及通用件庫構建

在協同設計的基礎上，根據規(guī)范中的文件名和通用名，為標準件和通用件設定并指定型號。為了方便對標準零件、通用零件的統(tǒng)計信息進行查詢與匯報，需要向所建立的模型增加對應的參數。然后，對模型進行了統(tǒng)一，使得模型參數的設定更為規(guī)范化。所以，當建立一個標準的模型時，只需填寫相關參數值，如標準零件標簽、標準零件標簽、國家標簽和類型標簽。

為改善標準零件與通用零件的復用性，需要對其進行歸類。在系統(tǒng)分類管理界面中，以管理員的身份建立“插入節(jié)點”，并產生相應的內容。在決定了配置文件的分類屬性之后，需要將配置文件的屬性映射到每一個屬性。

4.3 研發(fā)流程定制開發(fā)

梳理現有業(yè)務流程，消除不合理、不規(guī)范的環(huán)節(jié)，最終形成完整的業(yè)務流程，如圖6 所示。設計完成后，設計師可以通過電子郵件通知審核人審核圖紙。預審結束后，電子簽名程序正式開始。任務完成后，審核員參與活動，以活動指導為基礎，檢查模型的設計圖和數據，并提供相關的電子文檔。如未通過評審，則取消此項活動。如果評審合格，決定工藝人員是否應該繼續(xù)進行評審。在向過程批準節(jié)點傳送的任務中，沒有必要將其轉換為標準化的節(jié)點。在接到委托后，標準化人員會按要求審核設計圖，并附上所需的電子簽字。如設計不符合要求，則可拒絕遞交或接收。一旦通過，制定者就會自行決定是否要通過。如需進一步核準或核準，否則，將終止整個圖紙的簽署和批準。

圖6 設計BOM 及圖紙簽審業(yè)務流程圖

4.4 印刷設備大型裝配體的TopDown 設計

該公司生產的印刷機是大型印刷設備，設計數據過大，當地客戶不能打開組裝模型，只能拆卸模塊進行測試和設計。Windchill 集成系統(tǒng)投入使用后，通過采用Creo-TopDown 的設計方法，可以輕松解決上述問題。具體實施過程如下。

首先，產品經理構建整個機器的框架，將包含位置和尺寸等信息的子框架放入相應的三個組件中，輸入相應的文檔，通過Windchill 軟件手動構建，最后將其分發(fā)給每個模塊的具體設計和開發(fā)。零件的詳細設計完成后，通過零件檢測自動生成零件的視覺模型。當用戶通過Creo 視圖觀察最終裝配零件時，可以根據框架中統(tǒng)一采用的坐標進行定位，實現零件的可視化裝配。

通過使用Creo 軟件TopDown 進行設計，可以有效避免重復的產品結構，并快速傳達設計信息，從而達到協同設計的目的。同時，由于將最終裝配數據轉換為光數據，大大減少了計算機的硬件配置，從而為企業(yè)節(jié)省了成本。

4.5 報表定制開發(fā)

在大型印刷機行業(yè)中，報表是生產設計、生產、調試、維護等環(huán)節(jié)的關鍵環(huán)節(jié)。在Windchill 和Creo 集成該平臺之前，許多數據錯誤和大量數據丟失都是由人工統(tǒng)計造成的。在此平臺上，所有產品都基于產品結構樹關聯（EBOM）。根據企業(yè)需要和相關零部件的參數值，進行定制開發(fā)，滿足零件目錄和標準零件目錄的要求，大大提高了報表的統(tǒng)計效率和準確性。

5 結束語

綜上所述，國內工程機械行業(yè)的領導者可以通過Creo、Windchill 和TopDown 的協同設計思想，有效利用本地和國外資源，在協同環(huán)境中進行產品協同設計，從而取得更好的效果。以印刷機械為例，對協同設計過程進行了詳細介紹。印刷機械企業(yè)要以網絡為導向，以云平臺、智能化工廠為核心，以大規(guī)模定制化、柔性化生產、加工、網上銷售為重點，以模式創(chuàng)新推動傳統(tǒng)工業(yè)的發(fā)展。在今后的發(fā)展過程中，將不斷探索適應于大型印刷企業(yè)的信息化生產管理模式，強化企業(yè)內部的協作與技術創(chuàng)新，推動企業(yè)精細化、高端化、高質量發(fā)展。