系統(tǒng)工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想在UG中的實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究

焦麗麗

JIAO Li-li

（鹽城工學(xué)院 優(yōu)集學(xué)院，鹽城 224051）

0 引言

近百年來(lái)，為了提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，很多科技工作者對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究，提出了約70種設(shè)計(jì)方法，這些方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中能在不同方面發(fā)揮不同程度的作用[1]。而如今，在全球化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，企業(yè)需要以更低的成本，更短的交貨期，更好的產(chǎn)品質(zhì)量滿(mǎn)足市場(chǎng)個(gè)性化，多樣化的需求。所以，在眾多產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法中選擇出一條更適合于企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)的模式是十分重要而具有實(shí)際意義的。當(dāng)前，已步入到知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，在各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段的支持下，企業(yè)應(yīng)該以先進(jìn)的理念來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)過(guò)程，才能夠在提高市場(chǎng)響應(yīng)速度的同時(shí)確保產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想能夠從整體上對(duì)產(chǎn)品的各種因素進(jìn)行考慮和把握，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該從系統(tǒng)工程的角度來(lái)分析和研究，以系統(tǒng)工程的觀念來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)才能確保產(chǎn)品的質(zhì)量。而大型三維CAD/CAE/CAM一體化設(shè)計(jì)軟件UG （Unigraphics的簡(jiǎn)稱(chēng)）融入了系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)思想，提供了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)的手段，是企業(yè)借助實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)的很好平臺(tái)。本文以工程實(shí)例研究了系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想在UG中的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，提出了在該平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)的模式以供企業(yè)或讀者參考。

1 系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想簡(jiǎn)介

系統(tǒng)工程方法與自頂向下設(shè)計(jì)方法類(lèi)似，但與之不同的是采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，將一個(gè)大型復(fù)雜產(chǎn)品分解為總體控制結(jié)構(gòu)和若干具有關(guān)聯(lián)性的子系統(tǒng)，避免了過(guò)于龐大的裝配結(jié)構(gòu)。每個(gè)子系統(tǒng)都來(lái)自于控制結(jié)構(gòu)，在保持與控制結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的條件下，可以相對(duì)獨(dú)立地展開(kāi)設(shè)計(jì)工作，同時(shí)滿(mǎn)足產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)的要求。從宏觀上講系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)有兩個(gè)特點(diǎn)：

一是將產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)等因素都能包含在總體控制結(jié)構(gòu)中，二是用模塊化的思想能夠?qū)崿F(xiàn)并行設(shè)計(jì)。它的優(yōu)點(diǎn)可以概括為三個(gè)方面：一是總布置設(shè)計(jì)采用自頂向下方法控制整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，總布置的修改通過(guò)約束定義的更新而傳遞到子系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員；二是零部件在總布置設(shè)計(jì)變更會(huì)強(qiáng)制更新，保證了零部件與總布置的協(xié)調(diào)，提高了產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)重復(fù)利用率；三是設(shè)計(jì)要求和變更的自動(dòng)傳遞，使得設(shè)計(jì)管理更加方便高效。

2 系統(tǒng)工程思想在UG中的實(shí)現(xiàn)

UG的WAVE功能模塊是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想的體現(xiàn)，UG/WAVE的推出使實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品級(jí)參數(shù)化設(shè)計(jì)成為可能。在此以前的 CAD軟件的參數(shù)化技術(shù)將更多的精力放在零件本身的參數(shù)化上，而整個(gè)產(chǎn)品與產(chǎn)品的零部件的參數(shù)關(guān)系管理則比較困難。UG/WAVE 成功地解決了復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)中產(chǎn)品級(jí)的參數(shù)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，可以在產(chǎn)品級(jí)設(shè)計(jì)中控制零部件，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的并行工作提供了一個(gè)良好的環(huán)境。尤其適合于解決大型產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)更改控制問(wèn)題，是面向產(chǎn)品級(jí)的并行工程技術(shù)。

UG的WAVE技術(shù)是概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的橋梁，概念設(shè)計(jì)初步完成，細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)便可同時(shí)展開(kāi)，使并行工程優(yōu)勢(shì)得以最大程度的發(fā)揮；數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性使裝配位置和精度得到嚴(yán)格的技術(shù)保證(甚至可以不建立配對(duì)約束)；易于實(shí)現(xiàn)模型總體裝配的快速自動(dòng)更新，當(dāng)產(chǎn)品控制幾何體（裝配級(jí)）修改后，相關(guān)組件的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)自動(dòng)更新，為縮短設(shè)計(jì)周期創(chuàng)造了條件。極大地減少了設(shè)計(jì)人員重復(fù)設(shè)計(jì)的浪費(fèi)，大大提高了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力；產(chǎn)品設(shè)計(jì)管理極為方便高效。

3 在UG中進(jìn)行產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)的流程和關(guān)鍵技術(shù)

在UG中以系統(tǒng)工程為理論指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)的流程圖1所示。

在以上的實(shí)施流程中其關(guān)鍵在于：首先把產(chǎn)品分析的結(jié)果體現(xiàn)在總體控制結(jié)構(gòu)中，在控制結(jié)構(gòu)中要包含產(chǎn)品的主要控制參數(shù)、主要組件的形狀和位置信息。其次是在對(duì)子系統(tǒng)劃分時(shí)從總控結(jié)構(gòu)中選取有用信息對(duì)其進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的從上向下的傳輸，及各子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。另外，在詳細(xì)設(shè)計(jì)完成產(chǎn)品裝配后，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行各方面檢驗(yàn)如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，這時(shí)要通過(guò)總體控制結(jié)構(gòu)的修改來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)品的更新，在這里，產(chǎn)品的控制結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品的裝配模型是分開(kāi)的文件，但它們的聯(lián)系卻暗含其中，所以對(duì)總控結(jié)構(gòu)的修改會(huì)自動(dòng)反映到產(chǎn)品模型中。最后，對(duì)于劃分到最底層的每個(gè)子系統(tǒng)來(lái)說(shuō)所采用的設(shè)計(jì)方法應(yīng)該遵循自頂向下為主，自底向上為輔的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣對(duì)于整個(gè)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)實(shí)現(xiàn)了并行設(shè)計(jì)，對(duì)于每個(gè)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)采用Top-Down的方法進(jìn)行，大大地提高了設(shè)計(jì)效率并保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量。

4 工程實(shí)例

下面以C6240的溜板箱部件為工程實(shí)例對(duì)以上方法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行闡述。利用上述方法，可以使部件的設(shè)計(jì)計(jì)算工作和產(chǎn)品的數(shù)字化建模工作同時(shí)進(jìn)行，因?yàn)榭傮w控制模型的修改可以很容易地將數(shù)據(jù)傳遞到下游。所以開(kāi)始根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)及對(duì)溜板箱的分析確定了總控結(jié)構(gòu)如圖2所示，包含控制參數(shù)，劃分的幾個(gè)子系統(tǒng)（如圖3所示）及主要組件的位置信息等。從總控結(jié)構(gòu)中對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)傳遞的數(shù)據(jù)，分發(fā)給每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員，每個(gè)團(tuán)隊(duì)并行進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，最后完成的產(chǎn)品裝配模型如圖4所示。

圖2 溜板箱總體控制結(jié)構(gòu)

圖3 溜板箱總體控制結(jié)構(gòu)

圖4 溜板箱總體控制結(jié)構(gòu)

該模式的產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)計(jì)算和產(chǎn)品數(shù)字化模型建立的同步，實(shí)現(xiàn)了部件各子系統(tǒng)的并行設(shè)計(jì)，并且產(chǎn)品的裝配模型可以通過(guò)總控結(jié)構(gòu)進(jìn)行同步修改更新，這大大地提高了設(shè)計(jì)效率。

5 結(jié)論

系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想在UG中的融入，使得進(jìn)行產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)，明顯提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，大大地減少了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，總體設(shè)計(jì)意圖和方案可得到有效的貫徹，而且可以有效管理大型裝配并組織復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從而在真正意義上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的并行工程和協(xié)同設(shè)計(jì)，為提升企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力和自主創(chuàng)新能力奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[1]聞邦椿.基于系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)7D規(guī)劃1+3+X綜合設(shè)計(jì)法[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2008,29(9);1217-1223.

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[3]王凱. 基于知識(shí)的自頂向下參數(shù)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化.2009,31(8);163-178.