产品设计平台数字化集成技术开发

0前言

    随着市场经济的发展，产品制造在向个性化、多品种、小批量方向发展，制造企业面临着越来越大的竞争压力。市场要求企业在更短的时间内提供质量更好、成本更低、品种更多的产品，能否满足这种要求已经成为企业生存发展的关键所在。压力容器是化学品制造行业的关键设备，其应用特点决定了压力容器产品具有个性化、多品种、小批量等特点，制造企业需要以快速的反应响应市场需求，要求在更短的时间内为客户提供产品设计方案，甚至是完整的设计模型，能否满足这种要求，是压力容器设备制造企业在产品设计开发过程中关注的问题。

1产品设计平台化的理论基础

1.1现代设计方法

    根据产品开发方式，现代设计方法将产品设计分为以下几类：

    （1）在已有产品结构和模块基础上，选择模块进行配置的产品配置设计；

    （2） 在已有产品结构和模块基础上，可选择模块进行配置，并能根据需求对模块进行尺寸变型的产品变型设计；

    （3）用户可以选择模块进行组装，并能对模块进行自动组合的产品组合设计；

    （4）支持新产品开发，新模块功能设计。

1.2产品平台

    产品平台是一系列共享设计、公共零件和接口的集合。产品平台中的产品系列必须具有相同的市场定位和类似的功能需求，产品平台近似为系列产品和市场个性化需求的集合。

    目前基于产品平台的设计，与以往面向订单的设计有所不同，主要特点是：

    1)面向产品平台设计，是面向一系列产品的共同设计，这种设计在面向订单设计之前就已经过规划和划分产品系列和模块功能设计。

    2)产品平台设计必须定位一个或几个特定系列的产品，其中产品有比较相同或相似的结构、功能，便于分辨各单一产品之间的共性和个性元素。

    3)基于产品平台的各个功能模块，通过适当的选配、参数驱动和少量个性化设计，可快速生成满足客户需求的个性化产品。

    因此，产品平台可理解为以下产品平台：

图1 产品平台产品平台

1.3产品功能模块分类

    零部件功能模块的合理分类是进行参数化设计的基础，必须对企业产品产品系列中的零部件进行功能分析，进行分类，具体做法是：

    1)对产品零部件进行标准化。找出零部件的通用性，结构特征，标准化要做到零件种类，尺寸，特征形状的标准化；

    2)在标准化的基础上，对零部件进行系列化划分。对一些不符合标准化要求的零部件，对其结构特征，尺寸特征进行优化，只需对标准零件进行一般的修改即可达到使用功能；

    功能模块主要有以下三种应用类型：

    (1)共享功能模块，功能模块之间可进行直接互换替代，是共用标准模块的集合；

    (2)定制功能模块，功能模块通过参数更改扩展模块应用范围，是非标准模块的集合；

    (3)组合功能模块，功能模块之间进行相互叠加组合形成功能模块的集合，是组成产品平台的模块的集合。

2基于产品平台的设计方法

    基于产品开发设计平台的软件系统，主要包括：产品平台建立和产品定制需求分析两大过程。产品平台建立又分为产品系列规划、产品及模块结构分析、模块间耦合接口分析和参数化配置算法分析等，这包含复杂的数学分析和三维建模及通过软件平台整合的过程。

    产品系列规划要求企业对现有产品和下一代产品，或未来扩展的产品业务进行整体分析，挖掘企业核心业务能力；产品及模块结构分析是将各产品系列进行模块化分类，重新整合分析，找出共用的功能模块，对其进行结构分析和通用性优化；模块间耦合接口分析是在模块化分析基础上，为实现模块间的有效准确的组合，需要将模块间接口的结构特征，尺寸特征转化为数学模型，为参数化设计打下基础；参数化配置算法分析是在产品各功能模块结构分析的基础上，结合产品设计方法和规则的归纳，形成产品结构设计算法，将常规设计中已固化的设计方法和经验总结转化数学模型。

    产品平台的建立过程，是在对企业客户需求、自身需求、现有产品结构分析的基础上，基于产品平台化、模块化、参数化等现代设计方法，搭建产品理论模型库，通过参数配置和个性化的设计，定制出满足用户需求的一个具体产品。

图2 产品平台的建立过程

3产品平台设计软件系统搭建

3.1系统功能需求分析

    产品平台设计软件系统划分为系统管理功能、产品配置功能、辅助功能3大功能模块。

    （1）系统管理功能

    产品按系列划分形成产品参数化设计平台，根据产品结构进行配置分析，实现产品系列管理功能；组织产品的结构模块分析，实现模块分类管理和扩展功能；管理三维模型参数化配置规则，实现模型驱动的规则的可更新和优化。

    一般适合大型产品快速配置设计的方法可用组合模块的方式，即按产品结构模块建模，实现定义好模块之间的接口及装配关系，并预先将设计规则定义到供选配的结构模块上，并通过参数化的模型再生，生成需要的模块，再将模块组合到事先配置好的产品系列的基础产品模型中，实现基于产品平台的快速参数化设计，最后根据用户选配需求，进行个性化的局部设计形成最终设计方案。

    （2）产品配置功能

    产品配置功能，主要是面向设计人员及用户。设计人员根据用户需求，通过配置主界面，选择产品系列模型并调整配置参数；系统中提供了经过归纳整理的知识库和基础模型，将满足用户需求的通用配置实例推荐给设计者，减少参数维护，提高设计重用度。

    （3）辅助功能

    系统根据设计者需求提供了一些辅助计算功能，满足设计者设计过程中的常规计算；提供设计图形文档的管理功能；产品系列之间存在共享的零部件库，可以建立标准零部件库，这些部件不需参数化配置，直接组合即构成了产品的部分模块。

3.2面向用户的参数化产品设计平台

    为方便应用集成，我们选择了具有内嵌式浏览器的PTC公司的Pro/Engineer三维设计软件作为设计软件，在浏览器内建立设计引导界面（如图3），指导设计者完成设计工作。

图3 产品设计平台主页面

图4 产品系列选择页面