1 引言
随着个性化时代的到来，增加产品的多样性及其个性化成为在这个竞争激烈的市场中取得胜利的重要手段。产品的多样化和个性化要求企业能够将客户需求、产品结构管理与配置、智能设计、生产协作管理等过程有机地结合在一起，因此传统的设计方法和规模生产都已经不能适应市场需求的个性化变迁。各行各业中产品个性化的大量增加使得非标设备在各种机械和自动化产品中得到大量运用。在机电设备市场中，非标设备占有的市场份额不断攀升。相对于通用设备，非标设备一般都是单件小批量生产，其在保证多样性的前提下也导致生产成本较高，同时由于客户需求的多样化，非标设备的设计变更也非常频繁。因此，如何采用新的设计方法来进行非标设备的产品创新设计并快速地以低成本将其推向市场是目前急待解决的问题。
本文在分析现有的有关理论和实践资料的基础上，首先对模块化设计技术和可适应设计技术做了理论上的探讨，然后结合非标设备测漏机的模块化设计过程，把模块化设计技术和可适应设计技术相结合，从而提出一种非标设备模块化可适应设计系统的实现方法。
2 模块化设计技术
以数字化、集成化、并行化、网络化为基础，以缩短产品设计开发周期为目标的模块化设计技术是快速设计出满足用户个性化需求的机械产品的有效手段。
模块化设计首先在对一定范围内的产品或系统进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能独立、结构独立的基本单元模块，并使模块系列化、通用化、标准化，通过模块的选择和组合组成不同的产品或系统，以满足不同的需求。模块按其结构和功能可以分为基本模块、必选模块和可选模块，各个模块按一定的选择规则层层构成上层模块，最终形成产品。模块化后的机械产品具有下列特点：互换性强，便于维修；质量高、成本低，能解决多品种、小批量和大批量加工之间的矛盾；有利于企业采用先进技术改造旧产品，开发新产品；有利于缩短产品的设计、制造和供货期限。模块化产品族的主结构示意图如图1所示。
图1 模块化产品族的主结构示意图
模块化设计与传统的产品设计在两个方面表现出明显的差异：第一，在遵循标准的前提下，模块创新是分散进行的，具有相当的独立性；第二，协调机制不再依靠一体化的组织，而是网络化的知识集成。模块化设计技术的关键在于模块结构的标准化以及科学地、有节制地划分模块。
3 可适应设计技术
可适应设计是一种新的设计模式，它兼顾经济效益和环境效益。可适应设计的理念要求在设计某一产品，系统时，不是仅仅考虑此单一产品/系统的实现，也应该考虑到可能的产品系统的衍生、扩展、提升等适应能力的可能性，并从结构上考虑其实现性。可适应设计与传统设计方法相比具有许多优势，可适应产品可重用于新产品开发中，从而缩短开发时间和降低开发成本。当通过维护和维修后产品功能仍无法满足需求时，可适应产品通过更换或重构某些零部件或模块来获取新的功能，而不是丢弃或回收产品。这样可以最大程度上减少产品对环境的影响，真正实现绿色设计。由此可见，模块化设计技术是可适应设计的核心，但模块化设计技术又不能代表可适应设计技术。因为模块化产品并不一定具有适应性，也不能应对新功能需求的变化。
可适应设计能够适应社会经济、环境、资源的动态变迁；能够适应技术进步；能够适应用户个性化需求；能够适应全生命周期内产品与社会的协调。可适应产品在整个生命周期内对环境的影响见图2。
图2 可适应设计产品对环境的影响
可适应设计的构成要素见图3。产品的设计需求通过划分为独立的功能、物理结构来进行建模，产品的设计方案通过可适应平台架构中的产品族结构来进行建模，实现所需的设计功能与所需的可适应产品的模块通过可适应接口来进行连接，可适应设计知识的建模通过知识的获取、表达及应用来完成。
图3 可适应设计的构成要素
对非标设备的可适应设计关键技术包括：面向大批量定制的非标设备需求建模方法，模糊需求的定量表达方法，需求相似性度量方法；非标设备功能建模理论，多功能和替换功能的建模方法，产品功能的层次化建模理论；可适应设计中可以灵活地添加、删除或修改功能单元，需要研究功能的独立性与功能组合方法；产品可适应设计模型，设计方案满足功能需求的方法，建立设计方案与功能模型的映射机制；可适应定性和定量评价体系，设计制造知识管理与重用方法，设计方案评价与优化理论等。
4 可适应设计应用实例一测漏机可适应模块化设计系统
近年来，我国工业制造行业得到快速发展，其相关产品质量与安全性能检测也变得日益重要，其中气密性检测是保证其质量与安全的一项重要手段。气密性检测仪（测漏机）广泛应用于汽车、摩托车、飞机、制冷设备、家用电器、燃气设备用具、住宅设备等各种机电设备的零部件生产检验中，由于检验对象的多样化与非标化，这就对测漏设备的设计与生产提出了更多的要求，同时也要求对各种非标测漏设备采用可适应的设计方法与思路。
4.1 测漏机可适应模块化设计系统的规划
可适应模块化设计系统(Adaptable Modularize Design System，AMDS)的构基于于PDM(Product Data Management，产品数据管理)技术层次结构的理论。PDM是一门用来管理所有与产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等）和所有与产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术。PDM的功能主要体现在：电子仓库与文档管理功能；产品流程及设计过程管理；产品结构与配置管理；产品生命周期管理；分类及检索功能；集成开发接口。测漏机可适应模块化设计系统总体框架见图4。
图4 测漏机可适应模块化设计系统总体框架
最底层的数据层包括PDM数据库、PDM电子仓库、产品配置数据库。在工业应用领域，凡是最终可以转换成计算机描述和存储的数据，都可以纳入PDM的数据管理范围，例如：产品结构和配置、零件定义及设计数据、CAD绘图文件、工程分析及验证数据、制造计划及规范、NC编程文件、图像文件（照片、造型图、扫描图等）、产品说明书、软件产品（程序、库、函数等“零部件”）、各种电子报表、成本核算、产品注释等、项目规划书、多媒体音像产品、硬拷贝文件、其它电子数据等。
构建于PDM数据层之上的PDM平台层包括产品管理、模块管理、零件管理、文档管理、工作流程管理、用户权限管理等功能，从而实现对产品全生命周期中相关的数据、文档、流程等的统一集中管理，可在企业范围内为产品设计和制造建立一个并行化的协作环境，大大提升产品开发和管理效率。PDM平台层中的应用扩展和集成工具可以起到一个集成框架的作用，各种应用程序诸如CAD/CAM/CAE/CAPP、OA、ERP等将通过各种各样的方式，如应用接口、开发（封装）等，直接作为一个个对象而被集成进来，使得分布在企业各个地方、在各个应用中使用（运行）的所有产品数据得以高度集成、协调、共享，所有产品研发过程得以高度优化或重组，从而缩短设计所需时间，提高设计效率。CAX系统与PDM系统相集成，可以充分利用现有零部件资源，缩短产品设计时间；可以迅速向客户提出正确的报价和展示产品原型；可以追溯整个产品生命周期内的产品情况等。
最上层的扩展应用层按照非标测漏设备的设计流程来进行组织。首先输入客户需求，同时对客户需求进行归类保存，然后利用系统的检索功能在产品族中进行相似产品的查询，从已有的设计中找到与新需求最接近的已有设计样本，再根据新的功能或特性要求，进行模块的替换或修改，得到新的设计，利用各种软件进行基于虚拟设备的静、动态分析，最终得到最佳设计方案，并进行方案的预装配。最终设计方案定型后，再进行设计系统的维护，包括用户需求的维护、模块参数的维护、参数权重设置等。
4.2 测漏机可适应模块化设计系统的构建与应用
测漏机可适应模块化设计系统的构建工作流程如图5所示。
图5 测漏机可适应模块化设计系统的构建工作流程
构建产品可适应模块化设计系统的关键业务，是正确的产品基型划分以及对基型的模块化分解。
正确的基型划分基于对产品架构的准确解析，产品基型划分后，同时对产品基型进行模块化分解，结构块被划分成不同的参数等级，因而其结构块也是产品系列。组合产品的开发步骤首先是明确要求、划分功能结构，然后确定分功能的作用原理、选择方案和评价，最后计算导出产品尺寸，调整尺寸，形成产品的主结构和各种主文档，将结构数据进一步进行标准化后，形成模块化设计准则及有关标准规定。
其中产品编码系统由企业自行设定，可由专业的SolidWorks编码管理器插件进行定义和管理。面向物料的管理可以在编码系统中任意定制符合企业特点的编码规则，编码系统的管理具有可维护性，可以在系统中对编码进行修改、删除、增加和唯一性校验。
在模块化开发平台的基础上，可以很方便地进行产品设计，通过产品配置设计、变型设计可以实现产品快速报价，也可以快速设计产品和制造过程。利用构建好的可适应模块化平台进行测漏机新产品设计选型生产流程如图6所示。
图6 测漏机新产品设计选型生产流程
在对非标新产品进行设计时，首先通过构建好的可适应模块化设计平台查找符合条件的基型产品，再从中选择出与之最接近的产品设计，如果对最贴近的产品图纸满意，就可以在其基础上按订货零件要求在已有设计上作出局部的调整与修改，进行总体方案设计。这个总体方案的设计过程就需要可适应设计平台中模块库、产品库、标准库的参与，同时对新产品的专用卡具和需要作出修改的基型模型进行设计改进，在设计完毕后借助模块化生产平台的参与完成产品的总装和验收。如果对最贴近的产品图纸不满意，那就需要重复选型过程或者进一步充实测漏产品型谱系列。由图示设计选型过程可见，采用可适应模块化平台的设计方法，可以大大减少设计时间和重复劳动，提高设计效率，从而保证新设计所消耗的成本最低。
5 结语
本文论述了把可适应设计技术和模块化设计技术相结合应用于非标设备测漏机的设计系统的构建，以及利用构建好的设计平台完成新产品的设计选型的基本流程。其作用在于利用已有设计实现新产品的快速开发与投产，从而提高企业在进行各种非标产品的设计和制造领域的核心竞争力，进一步提高中国制造在全球制造链的地位，把“中国制造”更好更快地升级为“中国智造”。
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本文标题：非标设备模块化可适应设计系统的实现与应用
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