電池裝備多學科協同設計的數據管理模型研究

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

電池裝備多學科協同設計的數據管理模型研究

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同設計過程中產生的數據進行有效管理，針對電池裝備協同設計過程的會產生大量的、多學科的、復雜的、異構的各種數據的特點，建立了基于頂層設計目標、產品三維空間、管理對象層的數據管理模型。解決了電池裝備協同設計過程中實時數據交互困難，減少了設計沖突，提高了產品的設計效率。最后通過應用實例驗證了所提出的數據管理模型的有效性。

電池裝備；多學科協同設計；數據管理；數據模型

0　引言

多學科協同設計過程中，會產生大量的、多學科的、復雜的、異構的各種數據，為了能夠使用一個通用的模型系統來解決多學科協同設計的數據管理問題，有學者提出了元模型和模型驅動下的系統構建技術，元模型在信息處理、程度語言及對象建模等領域得到了廣泛的應用，文獻［1］針對復雜多學科產品設計過程的特點，提出了采用元模型對多學科產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系，實現了它們之間的互相轉化。除此之外，在系統和模型建立方面，文獻［2］提出了可定制產品配置模型；文獻［3］建立了單一產品語意與產品特征之間的多元線性回歸模型；文獻［4］提出了由產品主結構維、產品組維和視圖維構成的產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技術應用于數據模型及系統，提高了信息系統的適應性；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據共享環境；文獻［8］建立了一個項目管理系統來管理企業的協同設計數據集成活動；文獻［9］采用耦合互動模式構建了文檔動態管理對象模型。

上述研究在一定程度上解決了協同設計時數據交互困難、數據冗余等問題，但在信息模型的幾何拓撲數據與設計過程所產生的非幾何數據的動態跟隨，設計信息的實時交互與異構數據的轉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、產品數據三維空間定位、數據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；產品數據三維空間定位即為根據產品設計過程、設計學科、所屬部件來確定設計數據具體所在的位置；數據管理層即為根據產品設計數據的屬性及它們之間的約束關系對設計數據進行管理操作。

1　模型建立

本文建立的數據管理模型框架如圖1所示，通過分解與映射體系，采用對產品結構或組件進行擴展的方法，將產品的設計目的逐步向具體實現設計目的的產品結構映射，直到詳細的零件的幾何結構，進而建立起產品設計目的到具體結構設計之間的橋梁，依據結構功能的不同在設計時所涉及的學科部門不同對產品的設計進行多學科的劃分，在此將電池裝備多學科協同設計的數據管理模型架構分為四層：頂層設計目標、產品數據三維空間、數據管理對象層和數據存儲層。

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據進行管理的對象，通過裝備的各系統的功能與結構的不同，它可以分化為許多個小目標。

2）產品數據三維空間：產品數據的三維空間是從產品的設計流程、設計學科、以及所屬部件來對產品設計數據進行準確定位的。由前述可知，產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；產品設計學科根據其性能和用途的不同，所涉及的學科也各不相同；產品所屬部件可以根據產品的結構樹來確定。

3）數據管理對象層：數據管理對象層是對數據對象及其屬性的管理。屬性等定義在下一節中重點描述。

4）數據存儲層：數據的物理存儲形式有結構化和非結構化兩種。結構化的數據存儲在數據庫或xml文件中。非結構化的數據是指設計圖檔、文檔等，存儲在文件系統中。從數據中提取出來的知識存儲在知識庫中。

表1　擴散爐部件設計數據屬性集

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，其他電池裝備協同設計過程數據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、傳送系統五大部分構成。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、豎直絲桿螺母機構、爐門、溫控儀、質量流控制器、槳葉、發熱電阻絲、單向閥等器件。

表1對擴散爐協同設計時產生的產品數據信息的屬性進行了分析。數據管理對象包含各種2D、3D設計圖紙，以及各種設計文檔，這些數據按照它們的屬性信息對其分類可以分為常規屬性、物理空間屬性、其他屬性。

根據前文建立的數據管理模型，結合擴散爐協同設計過程中的設計對象、設計學科、設計數據文檔，以及管理對象建立如圖2所示的實例化模型。

1）建模根據產品從設計階段、設計學科、結構樹、管理對象這四個過程進行層層映射，以此將擴散爐的協同設計過程數據管理層層聯系起來。

2）根據產品結構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、氣源柜、傳送系統這五大部分，每一部件各自有自己的結構樹，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同設計，在整個涉及過程中會產生大量的，存儲形態各異的數據，按照其文檔類型可以劃分為五大類文檔。

4）協同設計過程產生的五大類設計數據文檔有各不相同的屬性信息，這些屬性信息按照其性質的不同可以劃分為：常規屬性、物理空間屬性、其他屬性。

圖2　擴散爐協同設計數據管理模型實例

3　結束語

本文針對電池裝備協同設計的數據特點，建立了基于頂層設計目標、產品三維空間、管理對象層的數據管理框架，通過建立的框架模型可以有效的將多學科間的設計數據有效組織起來，實現設計數據快速、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，提高了產品的設計效率。

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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，研究方向為制造業信息化。