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

電池裝備多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)管理模型研究

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

為了對太陽能光伏電池裝備在多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，針對電池裝備協(xié)同設(shè)計(jì)過程的會產(chǎn)生大量的、多學(xué)科的、復(fù)雜的、異構(gòu)的各種數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，建立了基于頂層設(shè)計(jì)目標(biāo)、產(chǎn)品三維空間、管理對象層的數(shù)據(jù)管理模型。解決了電池裝備協(xié)同設(shè)計(jì)過程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互困難，減少了設(shè)計(jì)沖突，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率。最后通過應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證了所提出的數(shù)據(jù)管理模型的有效性。

電池裝備；多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)管理；數(shù)據(jù)模型

0　引言

多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)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(gè)通用的模型系統(tǒng)來解決多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)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)［1］針對復(fù)雜多學(xué)科產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的特點(diǎn)，提出了采用元模型對多學(xué)科產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shí)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)［2］提出了可定制產(chǎn)品配置模型；文獻(xiàn)［3］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；文獻(xiàn)［4］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；文獻(xiàn)［5］和文獻(xiàn)［6］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；文獻(xiàn)［7］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；文獻(xiàn)［8］建立了一個(gè)項(xiàng)目管理系統(tǒng)來管理企業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)集成活動；文獻(xiàn)［9］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(jì)時(shí)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(jì)過程所產(chǎn)生的非幾何數(shù)據(jù)的動態(tài)跟隨，設(shè)計(jì)信息的實(shí)時(shí)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(jì)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(jì)目標(biāo)即為要設(shè)計(jì)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(jì)過程、設(shè)計(jì)學(xué)科、所屬部件來確定設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)據(jù)的屬性及它們之間的約束關(guān)系對設(shè)計(jì)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(jì)目的逐步向具體實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)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(jì)目的到具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間的橋梁，依據(jù)結(jié)構(gòu)功能的不同在設(shè)計(jì)時(shí)所涉及的學(xué)科部門不同對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(jì)的數(shù)據(jù)管理模型架構(gòu)分為四層：頂層設(shè)計(jì)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。

1）頂層設(shè)計(jì)目標(biāo)：頂層設(shè)計(jì)目標(biāo)指裝備層，即為我們要對設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)流程、設(shè)計(jì)學(xué)科、以及所屬部件來對產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(diǎn)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(jì)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。

表1　擴(kuò)散爐部件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)屬性集

2　實(shí)例驗(yàn)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(shí)例進(jìn)行說明，其他電池裝備協(xié)同設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)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(jì)圖紙，以及各種設(shè)計(jì)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。

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(jì)過程中的設(shè)計(jì)對象、設(shè)計(jì)學(xué)科、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文檔，以及管理對象建立如圖2所示的實(shí)例化模型。

1）建模根據(jù)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)階段、設(shè)計(jì)學(xué)科、結(jié)構(gòu)樹、管理對象這四個(gè)過程進(jìn)行層層映射，以此將擴(kuò)散爐的協(xié)同設(shè)計(jì)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(gè)部件的設(shè)計(jì)都可能涉及到多學(xué)科的協(xié)同設(shè)計(jì)，在整個(gè)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(jì)過程產(chǎn)生的五大類設(shè)計(jì)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。

圖2　擴(kuò)散爐協(xié)同設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理模型實(shí)例

3　結(jié)束語

本文針對電池裝備協(xié)同設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，建立了基于頂層設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)據(jù)有效組織起來，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)快速、有效的查詢和管理，同時(shí)可以使各個(gè)學(xué)科間實(shí)時(shí)了解彼此的設(shè)計(jì)信息，減少設(shè)計(jì)沖突，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率。

［1］ Yan Xiqiang，LiYan，LiWenqiang，et al.A Multidisciplinary Information Modeling Method for Complex Products Based on Meta model［J］.Journal of Computer Aided Design &Computer Graphics.2013，25（10）:1540-1548（in Chinese）.

［2］ LIU Mingzhou，GE Maogen，LIU Zhengqiong，et al. Constraintbased customized product configuration［J］.Journal of Computer Aided Design & Computer Graphics，2006，18（2）:225-230（ in Chinese）.

［3］ 羅仕鑒，朱上上，孫守遷，等.產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中的用戶知識與設(shè)計(jì)知識研究［J］.中國機(jī)械工程，2004，15（8）:709-712.

［4］ 紀(jì)楊建，祁國寧，顧巧祥.產(chǎn)品族生命周期數(shù)據(jù)模型及其演化研究［J］，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng).2007，13（2）:240-246.

［5］ XIAO L，GREER D. Adaptive Agent model:software adaptivity using an Agent oriented model driven architecture［J］.Information and Software Technology，2009，51（1）:109-137.

［6］ QIU Ming，CHEN Gang，DONG Jinxiang. Ontology based adaptive product lifecycle management system［J］.Computer Integrated Manufacturing Systems，2005，11（6）:825-830（in Chinese） .

［7］ Gabriel Antoniu，Hinde Lilia Bouziane，Mathieu Jan，et al. Combining data sharing with the master worker paradigm in the common component architecture［J］.Cluster Compute，2007（10）: 265-276.

［8］ Benoit Otjacques，PatrikHitzelberger，F(xiàn)ernand Feltz. Interoperability of E-Government Information Systems: Issues of Identification and Data Sharing［J］.Journal of Management Information Systems，2007，23（4）:29-51.

［9］ 王莉娟，張旭，寧汝新，等.面向產(chǎn)品開發(fā)過程的文檔動態(tài)管理技術(shù)［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2005，11（6）:836-840.

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(xué)科研項(xiàng)目（15XJS010）；貴州省科技合作計(jì)劃項(xiàng)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?yàn)橹圃鞓I(yè)信息化。