手表數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺的設(shè)計(jì)與開發(fā)

唐海元，張明天，袁清珂

(1. 深圳市飛亞達(dá)精密計(jì)時(shí)制造有限公司，廣東深圳518057;2. 佛山市工人文化宮，廣東佛山528000;3. 廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣東廣州510006)

1 手表數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺的3 層體系結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)知識庫、參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等是開發(fā)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺的重要手段和關(guān)鍵技術(shù)［1－4］。根據(jù)手表產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需求，綜合應(yīng)用有關(guān)技術(shù)，提出了如圖1 所示的手表數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺3 層體系結(jié)構(gòu)。

圖1 手表數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺三層體系結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)層。是手表數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺的底層數(shù)據(jù)和文件管理系統(tǒng)，為平臺提供數(shù)據(jù)和信息支持，包含產(chǎn)品數(shù)據(jù)、項(xiàng)目信息、用戶數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)知識、材料信息等，由PLM 的數(shù)據(jù)庫管理模塊實(shí)現(xiàn)上述功能。

服務(wù)層。是手表數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺的進(jìn)程和狀態(tài)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層之間的協(xié)同管理與控制，由對象管理框架、權(quán)限管理、規(guī)則管理、多語言管理、狀態(tài)管理等功能組成。

應(yīng)用層。是手表數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺的設(shè)計(jì)功能系統(tǒng)，負(fù)責(zé)完成具體設(shè)計(jì)任務(wù)中的某一個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)，包括用戶登陸與權(quán)限控制、標(biāo)準(zhǔn)件、快速設(shè)計(jì)模板、產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識、產(chǎn)品模板信息管理、產(chǎn)品實(shí)例庫管理、項(xiàng)目文檔與表格管理、虛擬樣機(jī)等模塊構(gòu)成。

2 手表數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺關(guān)鍵技術(shù)與主要功能模塊的開發(fā)

2.1 設(shè)計(jì)知識庫的體系結(jié)構(gòu)與知識表示

手表設(shè)計(jì)知識庫是數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺的核心，其體系結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)手表設(shè)計(jì)知識庫的基本框架，是集知識表達(dá)、知識推理、設(shè)計(jì)決策于一體的架構(gòu)，如圖2 所示。該體系由產(chǎn)品需求決策樹、產(chǎn)品BOM、產(chǎn)品配置資源、產(chǎn)品特征變量事物特性表和產(chǎn)品設(shè)計(jì)資源等部分組成。

圖2 手表設(shè)計(jì)知識庫的體系結(jié)構(gòu)

手表設(shè)計(jì)知識可分為3 類:事實(shí)類知識、規(guī)則類知識、模型類知識。事實(shí)類知識可采用框架表示法描述，規(guī)則類知識可采用產(chǎn)生式表示法描述，模型類知識以快速設(shè)計(jì)模板的形式體現(xiàn)。

產(chǎn)生式表示法的基本形式是“if P then Q”，其中:P 是產(chǎn)生式的前提，Q 是產(chǎn)生式的結(jié)論或操作。例如“機(jī)芯”的部分產(chǎn)生式表示法可表示為如下形式:

(1)Rule 01001

IF 機(jī)芯類型=石英

THEN 機(jī)芯編號=S001 or 機(jī)芯編號=S002 or 機(jī)芯編號=S003 or 機(jī)芯編號=S004 or 機(jī)芯編號=S005 or 機(jī)芯編號=S006 or 機(jī)芯編號=S007

優(yōu)先級=20

規(guī)則解釋=現(xiàn)流石英機(jī)芯

(2)Rule 01002

IF 機(jī)芯類型=石英and 手表等級=一般

THEN 機(jī)芯編號=S001 or 機(jī)芯編號=S002 or 機(jī)芯編號=S003 or 機(jī)芯編號=S004

優(yōu)先級=30

規(guī)則解釋=此類機(jī)芯價(jià)格便宜，適用于等級要求不高的手表

知識的使用可通過實(shí)例推理或規(guī)則推理來實(shí)現(xiàn)，例如，可根據(jù)輸入條件“類型”為“螺紋底”、“材料”為“不銹鋼”、 “表面處理”為“底平圓砂”，通過規(guī)則調(diào)用知識庫中的知識，得到“不銹鋼螺紋平底圓砂”手表底殼。該推理結(jié)果包含了所有設(shè)計(jì)信息，其推理過程如圖3 所示。

圖3 知識庫規(guī)則推理

2.2 手表標(biāo)準(zhǔn)件庫的設(shè)計(jì)與開發(fā)

手表標(biāo)準(zhǔn)件是常用零件，其結(jié)構(gòu)形式和幾何要素的拓?fù)潢P(guān)系相對固定，因此，可以在CAD 環(huán)境下建立其三維模型，并且通過幾何尺寸約束建立約束關(guān)系，通過設(shè)置獨(dú)立幾何尺寸參數(shù)的變量化，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化設(shè)計(jì)。手表設(shè)計(jì)中的常見標(biāo)準(zhǔn)件包括巴的、按的、表針、表帶、表扣等。通過提取這些標(biāo)準(zhǔn)件的結(jié)構(gòu)特征，確定其獨(dú)立幾何尺寸參變量，建立其參數(shù)化設(shè)計(jì)模板，將其放入標(biāo)準(zhǔn)件庫中，通過程序調(diào)用并變更其尺寸參數(shù)，生成新尺寸的標(biāo)準(zhǔn)件，可以大大提高設(shè)計(jì)效率。

在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)模板開發(fā)時(shí)，首先要分析標(biāo)準(zhǔn)件的結(jié)構(gòu)特征，確定尺寸變量以及尺寸變量之間的約束關(guān)系，明確主要參數(shù)、主動尺寸和從動尺寸的關(guān)聯(lián)性，設(shè)置尺寸變量名稱，建立驅(qū)動變量表、變量之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

手表標(biāo)準(zhǔn)件庫在UG 環(huán)境下開發(fā)，由TD-PLM 系統(tǒng)管理。使用時(shí)，啟動手表標(biāo)準(zhǔn)件庫模塊，選擇所需標(biāo)準(zhǔn)件、輸入標(biāo)準(zhǔn)件的有關(guān)參數(shù)，系統(tǒng)自動生成新的標(biāo)準(zhǔn)件，以備裝配使用?？刹捎孟吕藛芜x擇型號系列來確定標(biāo)準(zhǔn)件，也可以通過輸入特征參數(shù)查詢。

2.3 手表快速設(shè)計(jì)模板模塊

手表結(jié)構(gòu)通常由機(jī)芯、表殼、表盤、表針等部件組成，如圖4 所示。

圖4 手表產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

根據(jù)企業(yè)實(shí)際手表類型，提煉出幾種基本款式形成平臺產(chǎn)品，建立其參數(shù)化三維模型及約束裝配關(guān)系，通過改進(jìn)設(shè)計(jì)或變形設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)手表新產(chǎn)品的快速開發(fā)。建立手表結(jié)構(gòu)快速參數(shù)化設(shè)計(jì)模板時(shí)，需對手表結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)特征分析，提取特征參數(shù)、約束裝配關(guān)系，以及參數(shù)定義。首先建立零件三維二維模型，再建立裝配模型，形成平臺產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計(jì)模板。零件之間的約束和裝配關(guān)系，可用UG 提供的關(guān)聯(lián)對配合進(jìn)行關(guān)聯(lián)，保持其尺寸關(guān)系與約束關(guān)系的一致性，然后利用UG 二次開發(fā)技術(shù)編寫驅(qū)動程序，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模板參數(shù)化驅(qū)動，其驅(qū)動流程如圖5所示。

圖5 參數(shù)化驅(qū)動的設(shè)計(jì)流程

3 手表行業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺的開發(fā)與應(yīng)用

手表產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺的開發(fā)經(jīng)歷了需求調(diào)研、理論研究、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、方案確定、軟件開發(fā)、測試完善、試運(yùn)行、改進(jìn)完善、系統(tǒng)定型等10 個(gè)階段。

應(yīng)用該平臺進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)，工程師首先接收到開發(fā)任務(wù)，根據(jù)指定的任務(wù)進(jìn)行有關(guān)市場調(diào)研、結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能分析、知識庫管理、實(shí)例庫管理等工作，完成工作過程中的部分界面如圖6—7 所示。

圖6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師系統(tǒng)界面

圖7 產(chǎn)品實(shí)例搜索結(jié)果

4 結(jié)論

所開發(fā)的系統(tǒng)具備上述提出的各項(xiàng)功能，現(xiàn)已在企業(yè)得到廣泛應(yīng)用，取得了良好的效果。得出以下結(jié)論:(1)數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)是提高產(chǎn)品開發(fā)效率和質(zhì)量的重要手段;(2)基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識庫、實(shí)例庫、參數(shù)化快速設(shè)計(jì)模板等技術(shù)可以大大地提高設(shè)計(jì)效率。

［1］何麗，孫文磊，王宏偉．基于UG 的Web 三維零件庫系統(tǒng)開發(fā)［J］．機(jī)床與液壓，2012，40(11):91－95．

［2］王曉虎，翟華，李小慧，等．復(fù)雜大型框架式液壓機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)研究［J］．機(jī)床與液壓，2012，40(21):106－107，112．

［3］陳青，李青祝．基于NX 的組合機(jī)床智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)［J］．機(jī)床與液壓，2013，41(19):122－124．

［4］劉杰，辛楊桂．基于VB.net 的三維集成塊校核［J］．機(jī)床與液壓，2014，42(14):86－88，140．