張衡岳

(沙市大學機械工程系，湖北 荊州 434000)

機械產(chǎn)品模塊化設計平臺的構建

張衡岳

(沙市大學機械工程系，湖北 荊州 434000)

在研究了各種模塊化設計方法及其具體實例的基礎上，以面向對象的統(tǒng)一建模語言(UML)為工具，構建出了滿足一般機械產(chǎn)品的模塊化設計平臺模型，該平臺模型包括3個子系統(tǒng)：平臺框架構建子系統(tǒng)，產(chǎn)品方案設計子系統(tǒng)和設計資源管理子系統(tǒng)。主要分析了3個子系統(tǒng)的功能、結構和程序實現(xiàn)技術。該平臺模型可以極大地提高設計系統(tǒng)的質量，縮短設計系統(tǒng)所花費的時間。

模塊化設計；產(chǎn)品平臺；模塊；設計平臺

以數(shù)字化、集成化、并行化、網(wǎng)絡化為基礎，以縮短產(chǎn)品設計開發(fā)周期為目標的模塊化設計技術是快速設計出滿足用戶個性化需求的機械產(chǎn)品的有效手段[1]。針對模塊化設計中現(xiàn)有的設計理論和方法難于滿足不同類型產(chǎn)品設計的需要，同時還缺乏計算機輔助模塊化設計工具和平臺的問題，筆者在分析現(xiàn)有的有關理論和實踐資料[2，3]的基礎上，提出了一種機械產(chǎn)品模塊化設計平臺的實現(xiàn)方法，并構建了該平臺系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括平臺框架構建、產(chǎn)品方案設計和設計資源管理3個子系統(tǒng)。

1 平臺框架構建子系統(tǒng)的結構與實現(xiàn)技術

圖1 平臺框架構建子系統(tǒng)結構圖

1)結構和功能 平臺框架構建子系統(tǒng)的結構[4]如圖1所示，筆者將其分割為6個不同的子功能分別予以實現(xiàn)。平臺框架構建子系統(tǒng)的功能是提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫結構，為所定制的模塊化設計系統(tǒng)建立底層數(shù)據(jù)庫。根據(jù)對產(chǎn)品的規(guī)劃和需要，各個子功能分別完成各個數(shù)據(jù)庫的建立，如建立產(chǎn)品系列子功能完成產(chǎn)品系列庫與系列矩陣庫的建立等等。

2)數(shù)據(jù)庫結構 該數(shù)據(jù)庫的結構可以根據(jù)用戶的定制需要進行動態(tài)更新，對于數(shù)據(jù)庫中的所有存儲表分為2類：①動態(tài)數(shù)據(jù)表。根據(jù)設計者的定制需要而動態(tài)建立或刪除的表，其個數(shù)不限。②靜態(tài)數(shù)據(jù)表[5]。不會被設計者刪除，其結構也不會被修改的數(shù)據(jù)表，其結構如圖2所示。

圖2中模塊描述表與產(chǎn)品系列表分別存儲所定制系統(tǒng)的所有模塊與產(chǎn)品系列，2張表為設計者提供了使用樹狀父子關系的模塊與產(chǎn)品系列的構建方式，其結構設計為程序遞歸寫入和讀出作了準備。為了能夠清晰表達模塊與產(chǎn)品系列的矩陣關系，使用模塊矩陣表與產(chǎn)品矩陣表存貯模塊矩陣與產(chǎn)品矩陣。產(chǎn)品平臺描述表存儲各個系列的產(chǎn)品平臺與模塊之間的對應關系。模塊關聯(lián)表、系列與模塊關聯(lián)表，分別存儲模塊間連接關系和產(chǎn)品系列與模塊之間的連接關系。

圖2 平臺框架構建子系統(tǒng)靜態(tài)數(shù)據(jù)表結構

3)軟件實現(xiàn)技術 軟件系統(tǒng)采用面向對象建模的構建技術[5，6]，各個子功能的實現(xiàn)是依靠不同的對象類來實現(xiàn)的。每一個子功能的實現(xiàn)都包含一個或多個類，為了減小子系統(tǒng)的各個子功能之間的耦合度，使程序在發(fā)生變化時易于修改，各個子功能的類之間盡量減小關聯(lián)。平臺框架構建子系統(tǒng)的類庫規(guī)劃如圖3所示。

圖3 平臺框架構建子系統(tǒng)類庫規(guī)劃

在圖3中，中間的各個類如wxfModelCreate等均繼承自wxfObject類，wxfObject類中實現(xiàn)了各個類中都需要的數(shù)據(jù)成員，如連接對象conn，初始化數(shù)據(jù)庫操作等。wxfDB類實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的基本操作，包括根據(jù)查詢條件得到數(shù)據(jù)集，向數(shù)據(jù)庫中插入數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)和刪除數(shù)據(jù)等。由于這一系列的基本操作是每一個功能類都需要的，所以中間各個類都包含了wxfDB類。

2 產(chǎn)品方案設計子系統(tǒng)的結構與實現(xiàn)技術

圖4 產(chǎn)品方案設計系統(tǒng)結構

1)結構和功能 產(chǎn)品方案設計子系統(tǒng)的結構如圖4所示。需求參數(shù)錄入子功能完成設計者對產(chǎn)品參數(shù)的定制，該子功能實現(xiàn)中，既允許設計者從已有的參數(shù)之中選擇，同時設計者也可以根據(jù)需要由手工填入所需要的值。產(chǎn)品系列選擇子功能由設計者選擇具體對哪一個系列產(chǎn)品進行設計，系統(tǒng)根據(jù)設計者的具體選擇而呈現(xiàn)相應的產(chǎn)品設計系統(tǒng),它決定了模塊查詢與選擇等子功能運行哪一種產(chǎn)品設計系統(tǒng)。模塊查詢與選擇子功能根據(jù)設計者輸入的需求參數(shù)在數(shù)據(jù)庫中搜索相匹配的模塊或產(chǎn)品平臺，設計者根據(jù)需要選擇具體的模塊或產(chǎn)品平臺添加到選擇列表中。對于系統(tǒng)搜索出來的模塊，設計者可以根據(jù)需要轉入設計資源子系統(tǒng)對模塊的詳細信息進行查看。產(chǎn)品組裝驗算子功能根據(jù)用戶選擇的模塊和產(chǎn)品平臺進行模塊間的連接驗算，以確定所選擇的模塊或產(chǎn)品平臺是否可以組裝為一個產(chǎn)品。設計者認為組裝出來的產(chǎn)品符合要求，則可以使用產(chǎn)品信息打印子功能打印出BOM表、模塊清單等具體信息。

2)軟件實現(xiàn)技術 產(chǎn)品方案設計子系統(tǒng)的主要類庫規(guī)劃如圖5所示。

圖5 產(chǎn)品方案子系統(tǒng)類庫規(guī)劃

wxfPALoader類的主要功能為根據(jù)設計者對產(chǎn)品系列的選擇加載相應的產(chǎn)品平臺及模塊。wxfPAIntegrality類完成驗證功能，它調用wxfPASeries類的功能函數(shù)從數(shù)據(jù)庫中取出設計者所選擇的產(chǎn)品系列所對應的模塊，然后與選擇列表中的模塊進行比對，檢查組裝產(chǎn)品所需要的所有模塊是否已經(jīng)齊全。wxfPASearch類根據(jù)需求參數(shù)選擇匹配的模塊或產(chǎn)品平臺，該類調用wxfProductComparer或wxfModuComparer類的功能函數(shù)對需求參數(shù)和數(shù)據(jù)庫中的模塊進行對比，從而選擇出符合要求的具體模塊或產(chǎn)品平臺。如果不存在與需求參數(shù)相匹配的模塊或產(chǎn)品平臺，則自動生成新模塊或新產(chǎn)品平臺任務書。

3 設計資源管理子系統(tǒng)的結構與實現(xiàn)技術

圖6 設計資源管理子系統(tǒng)結構

圖7 設計資源子系統(tǒng)類圖規(guī)劃

1)結構和功能 用戶在建立了上述的平臺框架后，需要向數(shù)據(jù)庫中添加內容，設計資源管理子系統(tǒng)完成該功能，其結構如圖6所示。它被分割為7個不同的子功能。添加產(chǎn)品模塊，刪除產(chǎn)品模塊，修改產(chǎn)品模塊子功能分別完成模塊的添加，修改，刪除。添加產(chǎn)品平臺，修改產(chǎn)品平臺，刪除產(chǎn)品平臺子功能分別完成其相應的操作。顯示模塊信息子功能完成模塊的基本信息的查看與瀏覽。

2)軟件實現(xiàn)技術 設計資源子系統(tǒng)的主要類庫規(guī)劃如圖7所示，wxfManageTreeLoad類的主要功能為將數(shù)據(jù)庫中的模塊及產(chǎn)品平臺按相應的邏輯關系加載到管理樹中，呈現(xiàn)在設計者眼前的將是一棵按模塊與模塊，模塊與產(chǎn)品平臺的邏輯關系排列的樹，模塊或產(chǎn)品平臺被加載為該樹上的一個節(jié)點。產(chǎn)品平臺模塊是產(chǎn)品平臺的子節(jié)點，子模塊是父模塊的子節(jié)點。與平臺框架構建類庫規(guī)劃相似，所有功能類繼承自wxfObject類，所有功能類都包含數(shù)據(jù)庫操作類wxfDB類。

4 結 語

筆者對模塊化設計平臺的具體實現(xiàn)作了較詳細的描述，包括平臺框架構建子系統(tǒng)，產(chǎn)品設計子系統(tǒng)，設計資源管理子系統(tǒng)的系統(tǒng)結構及類庫規(guī)劃，還對有關的重點程序作了詳細描述。針對不同機械產(chǎn)品的模塊化設計，設計者可以根據(jù)需要在該平臺的基礎上開發(fā)其所需的模塊化設計軟件。但模塊化設計系統(tǒng)的開發(fā)十分復雜，它涉及到不同的學科領域知識和設計方法。該系統(tǒng)僅是一個原型系統(tǒng)，系統(tǒng)的功能和平臺開發(fā)工具還待完善。

[1]徐震，徐聯(lián)中.機械產(chǎn)品模塊化設計[J].制造業(yè)設計技術,2007，(5)：21～23.

[2]高淑英，徐燕申.面向廣義模塊化設計的機械產(chǎn)品模塊數(shù)據(jù)建模及其應用研究[J].機床與液壓,2006，(1)：6～8.

[3]蔡業(yè)彬.模塊化設計方法及其在機械設計中的應用[J].機械設計與制造, 2005，(8)：11～13.

[4]Maier J R，Simpson T W，Mistree F.Product platform design:method and application[J].Research in Engineering Design,2001,13(1):2～22.

[5]劉潤東.UML對象設計與編程[M].北京：北京希望電子出版社，2001.

[6]張龍祥，UML與系統(tǒng)分析設計[M].北京：人民郵電出版社，2006.1～20.

[編輯] 易國華

TH122

A

1673-1409(2009)03-N088-04

2009-05-12

張衡岳(1965-)，男， 1989年大學畢業(yè)，講師，現(xiàn)主要從事機械設計和制造方面的教學與研究工作。