0 引言
复杂产品是指客户需求复杂、产品技术复杂、产品组成复杂、制造过程复杂和项目管理复杂的一类产品。随着信息技术、网络技术、现代管理技术、产品设计技术的发展，对产品整体性能要求和快速响应市场能力的不断提高，复杂产品的设计开发逐渐趋向于多领域异地协同设计。
复杂产品协同设计涉及的领域广、信息多、过程复杂，协同设计过程和成员之间存在着错综复杂的顺序关系、协同关系、耦合关系以及数据交换和信息共享需求等。因此，如何根据协同设计的特点和需求，开发相应的协同设计平台，为人员协同、工具协同、信息协同、过程协同提供一个基于网络的异地协同工作环境，就成为支持协同设计的关键技术之一。
1 协同设计平台
协同设计平台是一个基于计算机硬件/操作系统/网络/支撑服务，具有通用性、开放性和可扩展性，可集成多学科领域涉及的设计工具及模型库/数据库等系统，对整个设计过程和信息进行有效的组织管理和控制协调、正确的传递和共享，支持异地协同工作的集成框架。在复杂产品的开发中，分布于异地的不同领域设计人员，通过协同设计平台连接在一起，以协调完成复杂的设计任务。
1.1 协同设计平台的特征与功能
协同设计平台为协同设计人员、过程、模型或数据资源、设计工具之间的协同活动提供集成的一体化支撑环境，应具备以下特征和功能：
(1)强调多领域协作，基于开放式环境，支持跨学科领域的异地设计协同，支持并行工程。
(2)提供一个基于标准的计算环境，实现应用系统在分布、异构环境下基于“系统软总线”的即插即用；提供一套协同开发的设计工具集以及支持多领域协同设计的工作环境。
(3)提供一个管理支撑平台，支持团队/组织、过程、产品数据/模型和项目的管理与优化；对设计数据、模型、文档进行科学有效的管理，对设计软件具有良好的集成机制；具备良好的开放性、可扩展性及二次开发功能。
(4)对设计过程中的重点设计活动进行定义，并指示使用者各设计间的关系与传递参数。
(5)提供项目进展、任务的分解下达、协同设计过程管理与控制、设计变量的交互、设计结果反馈等机制。
1.2 机械产品协同设计平台的体系结构
体系结构主要描述和规范一个系统在分布、网络环境下系统的各个组成部分和各部分之间的关系，以及制约系统及其组件设计和发展的原理和准则。体系结构是协同设计平台的基本配置和软件框架，决定了其性能和实现方式。
根据复杂机械产品协同设计平台的特点和功能要求，提出了其四层体系结构，如图1所示。
图1 复杂产品协同设计平台的体系结构
其中：
(1)系统支撑层：主要包括计算机硬件/操作系统、网络/数据库等。该层为协同设计运行、协同活动中人员/数据和工具之间的交互活动提供支持。
(2)核心功能层：包括平台系统的核心功能。支持复杂产品协同设计、系统工程的集成化与并行化开发，实现机械产品各领域之间、同一领域不同设计平台之间的全局信息集成和过程集成。
(3)运行环境层：主要由协同设计工具和设计结果分析以及可视化环境等几部分构成，集成了所有设计工具软件，设计结果分析及可视化环境，支持对设计模型、结果、文档的可视化协同浏览、批注和评估等。
(4)用户界面层：提供相应用户操作界面。
2 基于PDM的协同设计平台
作为工程设计分系统普遍采用的信息集成框架，PDM可对分布式环境中的产品数据和过程进行统一管理，是企业实施项目管理、产品协同设计、应用系统集成、信息共享的支撑平台。
鉴于目前尚无商品化的协同设计管理平台，根据其特征及机械产品协同设计之间的耦合度较低、对协同设计实时性要求不高的特点，以成熟的商品化PDM(Product Data Management，产品数据管理)软件作为机械产品协同设计平台的支撑环境，可充分借助其完善的Client/Server结构、网络通讯功能实现协同设计，应用系统集成机制实现设计工具的集成，数据集成、文档管理及产品结构管理功能实现设计数据、文档、资源的统一管理和共享，工作流管理和人员组织管理功能实现协同设计运行管理。
但通用的商品化PDM软件并不能完全满足支持产品协同设计的需求，它只提供了基础的抽象类。以其作为协同设计支撑平台，需进一步拓展它的功能和性能。当应用到某一领域时，应根据该领域的具体需求和特点，通过类的继承方式定义并扩展用户所需的相关类、属性及对话框。根据机械产品协同设计平台的功能要求，所涉及的对象类型、文档类型、所采用的设计工具等，进行了以下几方面的二次开发和功能扩展。
(1)应用系统集成
对协同设计过程中所使用的主要软件AutoCAD、Pro/E、NX、IDEAS、ANSYS、ADAMS、MatLab以及办公软件MS Office、Acrobat等进行应用系统集成，如图2所示。
图2 应用系统集成及部分MODeL开发代码
(2)产品/文档对象类的二次开发和扩充
图3所示分别为产品对象类属性及创建对话框，所定义的产品设计类文档及继承关系如图4所示。
图3 产品对象类的属性及创建对话框
图4 定义的各类文档及继承关系
(3)项目管理功能的二次开发和扩展
PDM的项目管理功能十分有限，对于任务流的控制仅仅局限于对人工任务调度结果的管理，而不是任务调度过程，没有实现对任务流在本质上的过程控制。为此，对项目管理功能进行了完全的二次开发，开发重点和关键在于工作流和任务流的相互协调控制和处理、相关的信息交互和协作、任务的流程阶段状态控制等。所开发的项目管理和流程管理模型如图5所示。
图5 项目管理和流程管理模块
(4)协同设计平台原有菜单的重新定义及整合、新菜单项的定义和添加定义项目管理、产品/装配体/零件对象以及各文档的创建/查询/更新/拷贝/编辑/视图等相应功能的Option、Option List、Menu、Menu List等菜单项，并与原系统菜单项重新定义和整合，使之简捷易用、符合机械产品协同设计平台的功能要求。平台的主要功能和菜单结构如图6所示。
图6 复杂产品协同设计平台的主要功能和菜单结构
3 结束语
协同设计平台为复杂产品协同设计提供了一个基于网络的异地协作T作环境，是实现协同设计的前提基础和关键支持技术。通过分析复杂机械产品协同设计平台的特征与功能，提出了由系统支撑层、核心功能层、运行环境层和用户界面层构成的平台四层体系结构。开发了以某PDM软件为基础支撑环境的机械产品协同设计平台，实现了系统管理、应用软件集成、数据管理、产品/模型结构管理、过程管理与控制等功能。
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本文标题：复杂产品协同设计平台的开发与应用
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