0 引言
多學(xué)科協(xié)同設(shè)計過程中，會產(chǎn)生大量的、多學(xué)科的、復(fù)雜的、異構(gòu)的各種數(shù)據(jù)，為了能夠使用一個通用的模型系統(tǒng)來解決多學(xué)科協(xié)同設(shè)計的數(shù)據(jù)管理問題，有學(xué)者提出了元模型和模型驅(qū)動下的系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)，元模型在信息處理、程度語言及對象建模等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，文獻(xiàn)針對復(fù)雜多學(xué)科產(chǎn)品設(shè)計過程的特點，提出了采用元模型對多學(xué)科產(chǎn)品設(shè)計過程信息進(jìn)行抽象表達(dá)，并建立了元模型和學(xué)科模型的映射關(guān)系，實現(xiàn)了它們之間的互相轉(zhuǎn)化。除此之外，在系統(tǒng)和模型建立方面，文獻(xiàn)提出了可定制產(chǎn)品配置模型；建立了單一產(chǎn)品語意與產(chǎn)品特征之間的多元線性回歸模型；提出了由產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)維、產(chǎn)品組維和視圖維構(gòu)成的產(chǎn)品族生命周期的三維模型；分別將本體和Agent技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)模型及系統(tǒng)，提高了信息系統(tǒng)的適應(yīng)性；在公共組件模式的基礎(chǔ)上，建立了組件之間的主從數(shù)據(jù)共享環(huán)境；建立了一個項目管理系統(tǒng)來管理企業(yè)的協(xié)同設(shè)計數(shù)據(jù)集成活動：采用耦合互動模式構(gòu)建了文檔動態(tài)管理對象模型。
上述研究在一定程度上解決了協(xié)同設(shè)計時數(shù)據(jù)交互困難、數(shù)據(jù)冗余等問題，但在信息模型的幾何拓?fù)鋽?shù)據(jù)與設(shè)計過程所產(chǎn)生的非幾何數(shù)據(jù)的動態(tài)跟隨，設(shè)計信息的實時交互與異構(gòu)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)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(chǔ)上，本文提出了基于頂層設(shè)計目標(biāo)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)三維空間定位、數(shù)據(jù)管理層層映射的思路進(jìn)行建模。其中，頂層設(shè)計目標(biāo)即為要設(shè)計的對象；產(chǎn)品數(shù)據(jù)三維空間定位即為根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計過程、設(shè)計學(xué)科、所屬部件來確定設(shè)計數(shù)據(jù)具體所在的位置；數(shù)據(jù)管理層即為根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)的屬性及它們之間的約束關(guān)系對設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行管理操作。
1 模型建立
本文建立的數(shù)據(jù)管理模型框架如圖1所示，通過分解與映射體系，采用對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或組件進(jìn)行擴(kuò)展的方法，將產(chǎn)品的設(shè)計目的逐步向具體實現(xiàn)設(shè)計目的的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)映射，直到詳細(xì)的零件的幾何結(jié)構(gòu)，進(jìn)而建立起產(chǎn)品設(shè)計目的到具體結(jié)構(gòu)設(shè)計之間的橋梁，依據(jù)結(jié)構(gòu)功能的不同在設(shè)計時所涉及的學(xué)科部門不同對產(chǎn)品的設(shè)計進(jìn)行多學(xué)科的劃分，在此將電池裝備多學(xué)科協(xié)同設(shè)計的數(shù)據(jù)管理模型架構(gòu)分為四層：頂層設(shè)計目標(biāo)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)三維空間、數(shù)據(jù)管理對象層和數(shù)據(jù)存儲層。
圖1 太陽能電池裝備多學(xué)科協(xié)同設(shè)計的數(shù)據(jù)管理模型架構(gòu)
1)頂層設(shè)計目標(biāo)：頂層設(shè)計目標(biāo)指裝備層，即為我們要對設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的對象，通過裝備的各系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)的不同，它可以分化為許多個小目標(biāo)。
2)產(chǎn)品數(shù)據(jù)三維空間：產(chǎn)品數(shù)據(jù)的三維空間是從產(chǎn)品的設(shè)計流程、設(shè)計學(xué)科、以及所屬部件來對產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確定位的。由前述可知，產(chǎn)品的設(shè)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(chǎn)品設(shè)計學(xué)科根據(jù)其性能和用途的不同，所涉及的學(xué)科也各不相同；產(chǎn)品所屬部件可以根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)樹來確定。
3)數(shù)據(jù)管理對象層：數(shù)據(jù)管理對象層是對數(shù)據(jù)對象及其屬性的管理。屬性等定義在下一節(jié)中重點描述。
4)數(shù)據(jù)存儲層：數(shù)據(jù)的物理存儲形式有結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化兩種。結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫或xml文件中。非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)是指設(shè)計圖檔、文檔等，存儲在文件系統(tǒng)中。從數(shù)據(jù)中提取出來的知識存儲在知識庫中。
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(kuò)散爐作為實例進(jìn)行說明，其他電池裝備協(xié)同設(shè)計過程數(shù)據(jù)管理模型的建立方法與此相同，在此不全部詳述。
擴(kuò)散爐主要由機(jī)架、凈化柜、氣源柜、控制系統(tǒng)、傳送系統(tǒng)五大部分構(gòu)成。對這五大部件細(xì)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(jī)構(gòu)、豎直絲桿螺母機(jī)構(gòu)、爐門、溫控儀、質(zhì)量流控制器、槳葉、發(fā)熱電阻絲、單向閥等器件。
表1對擴(kuò)散爐協(xié)同設(shè)計時產(chǎn)生的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的屬性進(jìn)行了分析。數(shù)據(jù)管理對象包含各種2D、3D設(shè)計圖紙，以及各種設(shè)計文檔，這些數(shù)據(jù)按照它們的屬性信息對其分類可以分為常規(guī)屬性、物理空間屬性、其他屬性。
表1 擴(kuò)散爐部件設(shè)計數(shù)據(jù)屬性集
根據(jù)前文建立的數(shù)據(jù)管理模型，結(jié)合擴(kuò)散爐協(xié)同設(shè)計過程中的設(shè)計對象、設(shè)計學(xué)科、設(shè)計數(shù)據(jù)文檔，以及管理對象建立如圖2所示的實例化模型。
圖2 擴(kuò)散爐協(xié)同設(shè)計數(shù)據(jù)管理模型實例
1)建模根據(jù)產(chǎn)品從設(shè)計階段、設(shè)計學(xué)科、結(jié)構(gòu)樹、管理對象這四個過程進(jìn)行層層映射，以此將擴(kuò)散爐的協(xié)同設(shè)計過程數(shù)據(jù)管理層層聯(lián)系起來。
2)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不同對裝備進(jìn)行分解，擴(kuò)散爐主要包含機(jī)架、凈化柜、控制系統(tǒng)、氣源柜、傳送系統(tǒng)這五大部分，每一部件各自有自己的結(jié)構(gòu)樹，以此一直映射到其具體的零部件。
3)每一個部件的設(shè)計都可能涉及到多學(xué)科的協(xié)同設(shè)計，在整個涉及過程中會產(chǎn)生大量的，存儲形態(tài)各異的數(shù)據(jù)，按照其文檔類型可以劃分為五大類文檔。
4)協(xié)同設(shè)計過程產(chǎn)生的五大類設(shè)計數(shù)據(jù)文檔有各不相同的屬性信息，這些屬性信息按照其性質(zhì)的不同可以劃分為：常規(guī)屬性、物理空間屬性、其他屬性。
3 結(jié)束語
本文針對電池裝備協(xié)同設(shè)計的數(shù)據(jù)特點，建立了基于頂層設(shè)計目標(biāo)、產(chǎn)品三維空間、管理對象層的數(shù)據(jù)管理框架，通過建立的框架模型可以有效的將多學(xué)科間的設(shè)計數(shù)據(jù)有效組織起來，實現(xiàn)設(shè)計數(shù)據(jù)快速、有效的查詢和管理，同時可以使各個學(xué)科間實時了解彼此的設(shè)計信息，減少設(shè)計沖突，提高了產(chǎn)品的設(shè)計效率。
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本文標(biāo)題：電池裝備多學(xué)科協(xié)同設(shè)計的數(shù)據(jù)管理模型研究
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