PDM的夹具异地并行设计解决方案

【导读】
以夹具设计过程为对象,以基于网络的产品数据管理软件PDM作为夹具设计资源共享的先进手段,阐明了基于该软件而开发的夹具异地并行设计系统的原理和方法,实现了夹具开发信息的
摘 要:以夹具设计过程为对象,以基于网络的产品数据管理软件PDM作为夹具设计资源共享的先进手段,阐明了基于该软件而开发的夹具异地并行设计系统的原理和方法,实现了夹具开发信息的集成和设计过程的集成。具体内容包括夹具设计系统任务描述和并行模块化分解、异地并行设计流程动态建模和实时交换设计信息工具的开发等原理和方法。
 
  并行,就是指集成的、并行的设计产品及其相关过程的系统化方法。它要求产品开发人员从设计的早期即考虑产品各生命周期中的各种因素。要在该系统中实现设计过程的并行和协同,就必须要解决以下4个问题:

  ① 产品开发过程的重构。将传统的部门制或专业组变成以某具体的夹具产品为主线的多功能集成开发团队。多功能团队被赋予相应的责任和权利,对所开发的产品对象负责。这样可以打破功能部门制所造成的信息流动不畅的障碍。

  ② 设计过程的重构。从传统的串行产品开发流程转变成集成、的并行的产品开发过程。并行过程不仅仅是活动的并发,更主要的是下游过程在产品开发的早期即参与设计过程;另一方面就是过程的精简,以使信息流动与共享的效率更高。这样就要求设计流程可以根据设计任务的特点进行动态的编辑。只有这样才可以在尽可能短的时间内创建出适应特定产品或客户要求的设计工作流程。

  ③ 数字化产品定义。包括两个方面,即:数字化产品模型和产品生命周期数据管理(Product Data Management),简称PDM。产品数据管理是以软件为基础的一种新的使能技术,提供给并行工程一种全新的集成框架。它将所有与产品相关的信息和所有与产品有关的过程集成到一起。数字化工具定义和信息集成,如:DFA/DFM/CAD/CAE/CAM等。

  ④ 协同工作环境。用于支持集成开发团队的协同工作网络与计算机平台。






1 系统总体任务描述
  对于加工方法、安装方式和轮廓尺寸相同或相近的一组零件的夹具,在结构上也存在着相似性,而模块化集成夹具设计就是建立在充分利用这种夹具结构的相似性。使夹具的开发效率得以提高,使得系列化的夹具更容易设计。从功能组成上来说,一般夹具可以分成以下四大模块:

    (1) 基础模块、夹具体、定位元件及其装置、连接元件;

    (2) 夹紧模块、夹紧元件装置模块,动力模块;

    (3) 引导模块、对定机构;

    (4) 附加模块、分度模块、靠模装置;

  因此,夹具的设计总任务就可以分成以下几个子任务:夹具的定位设计、夹具的夹紧计、夹具体(基础模块)的设计、辅助机构的设计等四大模块。图1表示几个模块之间的关系。
 
图1 夹具设计模块之间的关系
 
  从数据的管理功能来看,管理的任务也可以进行模块化划分。这样,夹具设计的每一 功能模块里面就可以根据数据的管理来划分子模块。这些管理模块是以基本模块库为中心的,其中,数据的维护模块由数据库管理员完成。数据输入模块,指的是一些原始数据、设计要求说明书、功能图、要求表等设计前的文件输入,生成模块就是指在设计的流程中,每一个设计人员都在自己的责任范围内对产品数据做出创建或修改等的操作、最终把结果存到数据库中、输出模块就是指将技术文件以各种方式输出或对外发布、这几个管理模块需要根据具体设计模块组织的人员进行分配、它们之间的关系可以由图2来描述。
 
图2 夹具数据管理模块之间的关系




2 异地并行设计流程动态建模
  要建立一个具有异地并行的夹具设计系统,要解决一个关键的问题就是如何建立一个自动的工作流程,将分散的设计终端动态的组织到设计流程中来。使得适当的人在适当的时候做适当的事,这也是动态建模的目的。

  所谓动态流程建模,它不单单是对设计任务的分解,利用
PDM来实现该夹具设计的系统动态流程,可以把设计人员,设计任务、设计数据等设计资源有机的组织在这个设计流程中。

    夹具设计的任务可以分解成以下几个部分:

    任务1 针对夹具的模块化划分,先建立夹具的结构组成;

    任务2 对零件的加工进行受力分析,得到夹具细节设计所需要的数据,例如:切削力、夹紧扭矩等;

    任务3 夹具的结构设计;

    任务4 夹具装配设计;

    任务5 设计结果的审核;

  针对上面的任务的划分,设计流程可以有两种建立形式:
  第1种就是建立一个总体设计流程,把设计过程中的夹具体设计模块、定位设计模块、夹紧设计模块、辅助设计模块都包括进去。这样,一个夹具设计就只对应一个工作流程。这样的优点就是设计任务整体性较强,整个流程只需要一个数据管理员(DBA)即可。但是,这样做的缺点就是子任务与子任务之间的数据流动很大,模块间的数据从属关系不清晰。设计人员容易把设计数据归入了其他的模块里面,造成下游任务的混乱。
 
  第2种就是为每一个设计模块建立自己的设计流程。这样做,一个夹具的设计就分成了4大设计流程。其优点就是降低了模块间数据混淆的可能性,提高了模块的独立性,而且设计数据的管理和设计人员的设计任务都变的清晰化。这是因为在IMAN里面实现这个功能,设计人员只有对自己设计模块下的数据的修改和编辑的权限,对于其他模块则无法进行浏览更不能更改。这样做的一个更重要的优点就是有利于设计人员的动态分配,是设计人员可以跨设计模块进行设计。其缺点就是除了4个设计流程外还要设计一个总体设计审批的任务对,四大模块的设计结果进行总结和审核,这样就必须增加了设计人员的数目。

  在IMAN里面上述两种方案都可以设计要视具体的设计条件而定。(见图3-图4)。
 
图3 夹具设计模块的流程 
 
 
图4 设计结果审核流程

  当夹具的设计流程建立起来以后,就可以对夹具的各个模块分别进行设计了。可以利用PDM来完成夹具的设计流程。只要在相应模块中建立起流程,该设计流程就自动启动了。任务设计人员都可以在INBOX应用程序里面检查和启动自己的任务,也可以在task to track里面跟踪其他任务的进度。

  设计流程不仅仅是一个工作任务的规划,它还是设计数据和设计人员的管理器。在设计任务启动以后,其后续(下游)任务则处于等待状态。只有当前执行者具有对数据进行编辑和更改的权限。另外,任务的执行者具有很大的弹性。在数据库管理员的监控下,设计任务可以任意的付给设计小组中的任何人来完成。当然,当前执行者也可以把自己的任务无条件转移给其他人。这种情况大多是出现在当前执行者因为技术原因无法进行下去的情况下的。可能会担心一种情况,就是任务交给了别人后,那下游的任务执行者还会正常接收到 务吗?这个问题已经由PDM平台解决了。无论任务由什么人来完成,当前任务完成以后,如果在任务的定义内没有特别向系统指定(这里指任务执行自动交付动作),那么任务会自动返回启动流程的责任方(多指数据管理员然),后由系统管理员继续把任务进行动态分配。

  该夹具异地并行设计系统的“并行协同性”在这个设计流程图得到了体现。在模块的设计计算以后有3个任务可以同时并发执行。就是面向功能的设计、面向装配的设计和面向制造的设计。它们可以分别交由3个各有专长的设计人员同时进行。但它们所编辑的对象只有一个,即面对着同一个对象进行设计。





3 异地并行设计实时交换设计信息工具
  夹紧设计中有很多变量不是唯一的,例如刀具的类型,机床功率的选择,转速的选择、夹紧机构的类型等等。这些参数的改变都会直接影响最终的设计结果,导致夹具结构设计的多样性。这里为设计人员之间提供一个实时互相交换设计信息的工具以解决在不影响夹具加工效率的前提上取得最优值的问题。

  程序的系统组成如图5所示。它可以实现夹具设计人员与人员之间,设计人员和组长之间的即时设计信息交流。设计人员可以把自己的设计结果以数据流的形式通过网络的流式SOKECT通信机制把结果交到另外的设计人员终端,或者服务器那里由组长进行筛选。
 
图5 异地并行设计实时交换设计信息结构 
 
  所谓的服务器线程也不一定要建立在组长的电脑里。如果两个设计人员都同时建立了服务器线程和信息发送线程,这样就会建立起通信的双向链,同样也可以进行信息的交流。详见图5异地并行设计实时交换设计信息结构图。




 
4 结束语
    以夹具为例,建立以PDM为集成框架的异地间产品并行设计和开发的平台,在
PDM基础上进行产品异地并行设计系统的二次开发研究,开发的系统比直接应用PDM系统进行产品设计管理有着方便使用、提高设计高效等优点。该技术方法的推广应用有助于企业更好地普及应用PDM产品。以提高企业的技术和管理水平及产品在世界上的竞争力。
 

  • 2019-07-01 10:22
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