秦冉 QIN Ran；邱雙 QIU Shuang

（山東工程職業(yè)技術(shù)大學(xué)智能制造學(xué)院，濟(jì)南 250000）

0 引言

國內(nèi)某工程機(jī)械企業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)得到了國際上的廣泛認(rèn)可。隨著國內(nèi)外訂單的快速增長和全球市場需求的不斷增加，企業(yè)僅靠本地技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品測試和應(yīng)用已無法滿足市場的要求。從戰(zhàn)略角度來看，公司將在國內(nèi)外不同地區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并有望有效整合各地區(qū)的人力資源，降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期，同時(shí)還需迅速、完整地與顧客進(jìn)行交流，協(xié)助開發(fā)符合顧客需要的產(chǎn)品。因此，在Creo 開發(fā)工具和Windchill 平臺的基礎(chǔ)上，提出一種TopDown 的協(xié)作設(shè)計(jì)方案。

1 Creo、Windchill 及兩者的集成

1.1 Creo

Creo 是美國參數(shù)化技術(shù)公司（PTC）于2010 年發(fā)布的新產(chǎn)品，涵蓋了概念設(shè)計(jì)、二維、三維、直接建模等方面。Creo 是一款集成Pro/Engineer、CoCreate 和ProductView 的軟件，并在此基礎(chǔ)上重新發(fā)布。本次設(shè)計(jì)方案采用的是Creo2.0。

1.2 Windchill

Windchill 系統(tǒng)是基于三層結(jié)構(gòu)的J2EE 標(biāo)準(zhǔn)（見圖1）?？蛻舳耸怯脩魬?yīng)用程序的一部分，是一個(gè)基于HTTP的web 瀏覽器，用于訪問和操作系統(tǒng)。有些是通過使用javaRMI 技術(shù)的java 小程序或java 應(yīng)用軟件完成的。服務(wù)器層包括環(huán)形服務(wù)器、服務(wù)引擎、窗口服務(wù)和Java SDK。在此基礎(chǔ)上，利用Java 技術(shù)完成了業(yè)務(wù)邏輯、安全管理、工作流引擎、圖形文檔可視化服務(wù)等關(guān)鍵模塊的功能。數(shù)據(jù)庫層包括三個(gè)塊，第一塊是Oracle 數(shù)據(jù)庫，用于存儲和維護(hù)系統(tǒng)元數(shù)據(jù)；第二是建立一個(gè)電子倉庫，以文件服務(wù)器的形式存儲系統(tǒng)外的產(chǎn)品數(shù)據(jù)；第三個(gè)是LDAP 服務(wù)器，用于管理用戶和角色信息。

圖1 Windchill 系統(tǒng)在J2EE 平臺上的三層結(jié)構(gòu)

1.3 Creo 與Windchill 的集成

Creo 可以將CAD 資料與Windchill PDM 進(jìn)行無縫的整合與管理，主要依賴于集成系統(tǒng)所提供的工作區(qū)。工作區(qū)是PDM 與Creo 集成界面，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)PDM 和Creo 參數(shù)會話的通訊。如圖2 所示，為Creo 與Windchill PDM 間的通訊會話。在將Creo 與Windchill 整合后，可以將數(shù)據(jù)儲存在四個(gè)地方。首先是在Creo 對話區(qū)，Creo 已經(jīng)被打開，并且存在于記憶體中。其次是工作區(qū)，分為本地端緩存工作區(qū)和服務(wù)器端緩存工作區(qū)，這兩個(gè)工作區(qū)都會對設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存存儲，當(dāng)Creo 和Windchill 整合了應(yīng)用軟件的時(shí)候，其它的用戶就無法看到他們的工作；最后是Windchill PDM 公用區(qū)，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，將數(shù)據(jù)保存到PDM 服務(wù)器上，并將數(shù)據(jù)共享給所有用戶。

圖2 Creo 模式會話區(qū)與Windchill PDM 公共區(qū)域通訊

工作空間包括編輯、正常、共享、局部、過期、比較等。在每一個(gè)狀態(tài)中，存在多個(gè)用不同符號識別的條件，并且記錄各種情況。使用者可以根據(jù)情況進(jìn)行各種處理。常用狀態(tài)及符號，見表1。

表1 常用狀態(tài)欄和狀況

工作區(qū)能夠通過對狀態(tài)與到期狀態(tài)的對比，判定物體是否發(fā)生了改變。如果PDM 中的對象改變了，那么用戶就需要點(diǎn)擊“更新”，系統(tǒng)會自動地利用工作空間中的所有到期物件來進(jìn)行升級。如果要變更或變更物件的主要資料屬性，必須執(zhí)行同步作業(yè)。

在PDM 伺服器不能連線的情況下，可以進(jìn)行離線操作，管理本地快取，并編輯設(shè)計(jì)資料。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以“在線”與PDM 服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，并將修改后的設(shè)計(jì)資料上傳至服務(wù)器。本地客戶機(jī)出現(xiàn)故障，在解決問題之后，可以與伺服器重連，使資料同步，并將資料從伺服器拷貝至本機(jī)快取。

綜上所述，Creo 與Windchill 的集成將可以有效地提升協(xié)作設(shè)計(jì)效率。

2 TopDown 設(shè)計(jì)

2.1 TopDown 設(shè)計(jì)原則與重要性

TopDown 的設(shè)計(jì)方法是從產(chǎn)品的總體布局到各個(gè)部件的設(shè)計(jì)，可以將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)從筆記本傳輸?shù)窖b配機(jī)構(gòu)，然后從一個(gè)零件傳輸?shù)搅硪粋€(gè)零件。同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)零部件之間的信息傳遞，保證整個(gè)裝配結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)相關(guān)性。TopDown 的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)流程相符合，有利于多個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)作。

2.2 TopDown 設(shè)計(jì)的基本流程

在Windchill 與Creo 集成系統(tǒng)中，運(yùn)用TopDown 的設(shè)計(jì)理念，極大地提升了設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，并為企業(yè)的協(xié)作設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一個(gè)有利的環(huán)境。如圖3 所示，為典型的TopDown 設(shè)計(jì)流程。

圖3 典型的TopDown 設(shè)計(jì)流程

3 協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程

首先，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中運(yùn)用了“TopDown”的設(shè)計(jì)理念，完美地整合了Creo 和Windchill，建立了一個(gè)產(chǎn)品協(xié)作環(huán)境。其次，建立了分散在不同區(qū)域的Windchill 子站群，維護(hù)遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，與主要網(wǎng)站保持同步，保證項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)能平行、快捷地進(jìn)行。最后，設(shè)計(jì)了一種基于圖形的分布式圖形顯示服務(wù)，能夠在多個(gè)服務(wù)器上迅速地生成圖形，便于圖形的瀏覽和發(fā)布。在圖4 中顯示了協(xié)作設(shè)計(jì)流程，在整個(gè)系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)。

圖4 協(xié)同設(shè)計(jì)過程

4 印刷機(jī)械制造案例分析

在當(dāng)前環(huán)境下，一家獨(dú)立的印刷廠已著手推行PLM（Product Lifecycle Management）。通過PTC 的Windchill 系統(tǒng)平臺，將整個(gè)生產(chǎn)過程、流程、系統(tǒng)整合在一起，從而達(dá)到生產(chǎn)、管理、銷售和應(yīng)用的全過程。根據(jù)PLM 計(jì)劃，討論了在Windchill 和Creo 參數(shù)化三維模型集成環(huán)境下大型印刷機(jī)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的協(xié)同設(shè)計(jì)，包括五個(gè)領(lǐng)域：構(gòu)建協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境、標(biāo)準(zhǔn)件和通用件庫、過程定制、TopDown 設(shè)計(jì)、大規(guī)模裝配設(shè)計(jì)和報(bào)表定制開發(fā)。

4.1 協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境搭建

為確保印刷機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范的一致性，本論文按照國家及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對產(chǎn)品外觀顏色、材料庫、精度及設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化。

將Creo 與Windchill 進(jìn)行集成，并在Windchill 系統(tǒng)中整合Creo 的參數(shù)。在此環(huán)境中，設(shè)計(jì)者可以從資料庫中擷取資料，并藉由Creo 的三元設(shè)計(jì)界面，來減少增加、下載及搜尋等繁雜的工作。如圖5 所示，為系統(tǒng)集成工作界面。

圖5 系統(tǒng)集成界面

4.2 標(biāo)準(zhǔn)件及通用件庫構(gòu)建

在協(xié)同設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)規(guī)范中的文件名和通用名，為標(biāo)準(zhǔn)件和通用件設(shè)定并指定型號。為了方便對標(biāo)準(zhǔn)零件、通用零件的統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行查詢與匯報(bào)，需要向所建立的模型增加對應(yīng)的參數(shù)。然后，對模型進(jìn)行了統(tǒng)一，使得模型參數(shù)的設(shè)定更為規(guī)范化。所以，當(dāng)建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模型時(shí)，只需填寫相關(guān)參數(shù)值，如標(biāo)準(zhǔn)零件標(biāo)簽、標(biāo)準(zhǔn)零件標(biāo)簽、國家標(biāo)簽和類型標(biāo)簽。

為改善標(biāo)準(zhǔn)零件與通用零件的復(fù)用性，需要對其進(jìn)行歸類。在系統(tǒng)分類管理界面中，以管理員的身份建立“插入節(jié)點(diǎn)”，并產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)容。在決定了配置文件的分類屬性之后，需要將配置文件的屬性映射到每一個(gè)屬性。

4.3 研發(fā)流程定制開發(fā)

梳理現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程，消除不合理、不規(guī)范的環(huán)節(jié)，最終形成完整的業(yè)務(wù)流程，如圖6 所示。設(shè)計(jì)完成后，設(shè)計(jì)師可以通過電子郵件通知審核人審核圖紙。預(yù)審結(jié)束后，電子簽名程序正式開始。任務(wù)完成后，審核員參與活動，以活動指導(dǎo)為基礎(chǔ)，檢查模型的設(shè)計(jì)圖和數(shù)據(jù)，并提供相關(guān)的電子文檔。如未通過評審，則取消此項(xiàng)活動。如果評審合格，決定工藝人員是否應(yīng)該繼續(xù)進(jìn)行評審。在向過程批準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)傳送的任務(wù)中，沒有必要將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)點(diǎn)。在接到委托后，標(biāo)準(zhǔn)化人員會按要求審核設(shè)計(jì)圖，并附上所需的電子簽字。如設(shè)計(jì)不符合要求，則可拒絕遞交或接收。一旦通過，制定者就會自行決定是否要通過。如需進(jìn)一步核準(zhǔn)或核準(zhǔn)，否則，將終止整個(gè)圖紙的簽署和批準(zhǔn)。

圖6 設(shè)計(jì)BOM 及圖紙簽審業(yè)務(wù)流程圖

4.4 印刷設(shè)備大型裝配體的TopDown 設(shè)計(jì)

該公司生產(chǎn)的印刷機(jī)是大型印刷設(shè)備，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)過大，當(dāng)?shù)乜蛻舨荒艽蜷_組裝模型，只能拆卸模塊進(jìn)行測試和設(shè)計(jì)。Windchill 集成系統(tǒng)投入使用后，通過采用Creo-TopDown 的設(shè)計(jì)方法，可以輕松解決上述問題。具體實(shí)施過程如下。

首先，產(chǎn)品經(jīng)理構(gòu)建整個(gè)機(jī)器的框架，將包含位置和尺寸等信息的子框架放入相應(yīng)的三個(gè)組件中，輸入相應(yīng)的文檔，通過Windchill 軟件手動構(gòu)建，最后將其分發(fā)給每個(gè)模塊的具體設(shè)計(jì)和開發(fā)。零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)完成后，通過零件檢測自動生成零件的視覺模型。當(dāng)用戶通過Creo 視圖觀察最終裝配零件時(shí)，可以根據(jù)框架中統(tǒng)一采用的坐標(biāo)進(jìn)行定位，實(shí)現(xiàn)零件的可視化裝配。

通過使用Creo 軟件TopDown 進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以有效避免重復(fù)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，并快速傳達(dá)設(shè)計(jì)信息，從而達(dá)到協(xié)同設(shè)計(jì)的目的。同時(shí)，由于將最終裝配數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光數(shù)據(jù)，大大減少了計(jì)算機(jī)的硬件配置，從而為企業(yè)節(jié)省了成本。

4.5 報(bào)表定制開發(fā)

在大型印刷機(jī)行業(yè)中，報(bào)表是生產(chǎn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)試、維護(hù)等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在Windchill 和Creo 集成該平臺之前，許多數(shù)據(jù)錯(cuò)誤和大量數(shù)據(jù)丟失都是由人工統(tǒng)計(jì)造成的。在此平臺上，所有產(chǎn)品都基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹關(guān)聯(lián)（EBOM）。根據(jù)企業(yè)需要和相關(guān)零部件的參數(shù)值，進(jìn)行定制開發(fā)，滿足零件目錄和標(biāo)準(zhǔn)零件目錄的要求，大大提高了報(bào)表的統(tǒng)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。

5 結(jié)束語

綜上所述，國內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者可以通過Creo、Windchill 和TopDown 的協(xié)同設(shè)計(jì)思想，有效利用本地和國外資源，在協(xié)同環(huán)境中進(jìn)行產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)，從而取得更好的效果。以印刷機(jī)械為例，對協(xié)同設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了詳細(xì)介紹。印刷機(jī)械企業(yè)要以網(wǎng)絡(luò)為導(dǎo)向，以云平臺、智能化工廠為核心，以大規(guī)模定制化、柔性化生產(chǎn)、加工、網(wǎng)上銷售為重點(diǎn)，以模式創(chuàng)新推動傳統(tǒng)工業(yè)的發(fā)展。在今后的發(fā)展過程中，將不斷探索適應(yīng)于大型印刷企業(yè)的信息化生產(chǎn)管理模式，強(qiáng)化企業(yè)內(nèi)部的協(xié)作與技術(shù)創(chuàng)新，推動企業(yè)精細(xì)化、高端化、高質(zhì)量發(fā)展。