機(jī)械產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)平臺(tái)的構(gòu)建

張衡岳

(沙市大學(xué)機(jī)械工程系，湖北 荊州 434000)

機(jī)械產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)平臺(tái)的構(gòu)建

張衡岳

(沙市大學(xué)機(jī)械工程系，湖北 荊州 434000)

在研究了各種模塊化設(shè)計(jì)方法及其具體實(shí)例的基礎(chǔ)上，以面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模語(yǔ)言(UML)為工具，構(gòu)建出了滿足一般機(jī)械產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)平臺(tái)模型，該平臺(tái)模型包括3個(gè)子系統(tǒng)：平臺(tái)框架構(gòu)建子系統(tǒng)，產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)子系統(tǒng)和設(shè)計(jì)資源管理子系統(tǒng)。主要分析了3個(gè)子系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)和程序?qū)崿F(xiàn)技術(shù)。該平臺(tái)模型可以極大地提高設(shè)計(jì)系統(tǒng)的質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)系統(tǒng)所花費(fèi)的時(shí)間。

模塊化設(shè)計(jì)；產(chǎn)品平臺(tái)；模塊；設(shè)計(jì)平臺(tái)

以數(shù)字化、集成化、并行化、網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)，以縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期為目標(biāo)的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)是快速設(shè)計(jì)出滿足用戶個(gè)性化需求的機(jī)械產(chǎn)品的有效手段[1]。針對(duì)模塊化設(shè)計(jì)中現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理論和方法難于滿足不同類型產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需要，同時(shí)還缺乏計(jì)算機(jī)輔助模塊化設(shè)計(jì)工具和平臺(tái)的問(wèn)題，筆者在分析現(xiàn)有的有關(guān)理論和實(shí)踐資料[2，3]的基礎(chǔ)上，提出了一種機(jī)械產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方法，并構(gòu)建了該平臺(tái)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括平臺(tái)框架構(gòu)建、產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)資源管理3個(gè)子系統(tǒng)。

1 平臺(tái)框架構(gòu)建子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)

圖1 平臺(tái)框架構(gòu)建子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1)結(jié)構(gòu)和功能 平臺(tái)框架構(gòu)建子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)[4]如圖1所示，筆者將其分割為6個(gè)不同的子功能分別予以實(shí)現(xiàn)。平臺(tái)框架構(gòu)建子系統(tǒng)的功能是提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，為所定制的模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)建立底層數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)對(duì)產(chǎn)品的規(guī)劃和需要，各個(gè)子功能分別完成各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，如建立產(chǎn)品系列子功能完成產(chǎn)品系列庫(kù)與系列矩陣庫(kù)的建立等等。

2)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu) 該數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)用戶的定制需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有存儲(chǔ)表分為2類：①動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)表。根據(jù)設(shè)計(jì)者的定制需要而動(dòng)態(tài)建立或刪除的表，其個(gè)數(shù)不限。②靜態(tài)數(shù)據(jù)表[5]。不會(huì)被設(shè)計(jì)者刪除，其結(jié)構(gòu)也不會(huì)被修改的數(shù)據(jù)表，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2中模塊描述表與產(chǎn)品系列表分別存儲(chǔ)所定制系統(tǒng)的所有模塊與產(chǎn)品系列，2張表為設(shè)計(jì)者提供了使用樹(shù)狀父子關(guān)系的模塊與產(chǎn)品系列的構(gòu)建方式，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為程序遞歸寫(xiě)入和讀出作了準(zhǔn)備。為了能夠清晰表達(dá)模塊與產(chǎn)品系列的矩陣關(guān)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(tái)描述表存儲(chǔ)各個(gè)系列的產(chǎn)品平臺(tái)與模塊之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。模塊關(guān)聯(lián)表、系列與模塊關(guān)聯(lián)表，分別存儲(chǔ)模塊間連接關(guān)系和產(chǎn)品系列與模塊之間的連接關(guān)系。

圖2 平臺(tái)框架構(gòu)建子系統(tǒng)靜態(tài)數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

3)軟件實(shí)現(xiàn)技術(shù) 軟件系統(tǒng)采用面向?qū)ο蠼５臉?gòu)建技術(shù)[5，6]，各個(gè)子功能的實(shí)現(xiàn)是依靠不同的對(duì)象類來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每一個(gè)子功能的實(shí)現(xiàn)都包含一個(gè)或多個(gè)類，為了減小子系統(tǒng)的各個(gè)子功能之間的耦合度，使程序在發(fā)生變化時(shí)易于修改，各個(gè)子功能的類之間盡量減小關(guān)聯(lián)。平臺(tái)框架構(gòu)建子系統(tǒng)的類庫(kù)規(guī)劃如圖3所示。

圖3 平臺(tái)框架構(gòu)建子系統(tǒng)類庫(kù)規(guī)劃

在圖3中，中間的各個(gè)類如wxfModelCreate等均繼承自wxfObject類，wxfObject類中實(shí)現(xiàn)了各個(gè)類中都需要的數(shù)據(jù)成員，如連接對(duì)象conn，初始化數(shù)據(jù)庫(kù)操作等。wxfDB類實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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(gè)功能類都需要的，所以中間各個(gè)類都包含了wxfDB類。

2 產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)

圖4 產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1)結(jié)構(gòu)和功能 產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4所示。需求參數(shù)錄入子功能完成設(shè)計(jì)者對(duì)產(chǎn)品參數(shù)的定制，該子功能實(shí)現(xiàn)中，既允許設(shè)計(jì)者從已有的參數(shù)之中選擇，同時(shí)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)者選擇具體對(duì)哪一個(gè)系列產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)者的具體選擇而呈現(xiàn)相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng),它決定了模塊查詢與選擇等子功能運(yùn)行哪一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)。模塊查詢與選擇子功能根據(jù)設(shè)計(jì)者輸入的需求參數(shù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索相匹配的模塊或產(chǎn)品平臺(tái)，設(shè)計(jì)者根據(jù)需要選擇具體的模塊或產(chǎn)品平臺(tái)添加到選擇列表中。對(duì)于系統(tǒng)搜索出來(lái)的模塊，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)需要轉(zhuǎn)入設(shè)計(jì)資源子系統(tǒng)對(duì)模塊的詳細(xì)信息進(jìn)行查看。產(chǎn)品組裝驗(yàn)算子功能根據(jù)用戶選擇的模塊和產(chǎn)品平臺(tái)進(jìn)行模塊間的連接驗(yàn)算，以確定所選擇的模塊或產(chǎn)品平臺(tái)是否可以組裝為一個(gè)產(chǎn)品。設(shè)計(jì)者認(rèn)為組裝出來(lái)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(shí)現(xiàn)技術(shù) 產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)子系統(tǒng)的主要類庫(kù)規(guī)劃如圖5所示。

圖5 產(chǎn)品方案子系統(tǒng)類庫(kù)規(guī)劃

wxfPALoader類的主要功能為根據(jù)設(shè)計(jì)者對(duì)產(chǎn)品系列的選擇加載相應(yīng)的產(chǎn)品平臺(tái)及模塊。wxfPAIntegrality類完成驗(yàn)證功能，它調(diào)用wxfPASeries類的功能函數(shù)從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出設(shè)計(jì)者所選擇的產(chǎn)品系列所對(duì)應(yīng)的模塊，然后與選擇列表中的模塊進(jìn)行比對(duì)，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(tái)，該類調(diào)用wxfProductComparer或wxfModuComparer類的功能函數(shù)對(duì)需求參數(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)中的模塊進(jìn)行對(duì)比，從而選擇出符合要求的具體模塊或產(chǎn)品平臺(tái)。如果不存在與需求參數(shù)相匹配的模塊或產(chǎn)品平臺(tái)，則自動(dòng)生成新模塊或新產(chǎn)品平臺(tái)任務(wù)書(shū)。

3 設(shè)計(jì)資源管理子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)

圖6 設(shè)計(jì)資源管理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖7 設(shè)計(jì)資源子系統(tǒng)類圖規(guī)劃

1)結(jié)構(gòu)和功能 用戶在建立了上述的平臺(tái)框架后，需要向數(shù)據(jù)庫(kù)中添加內(nèi)容，設(shè)計(jì)資源管理子系統(tǒng)完成該功能，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。它被分割為7個(gè)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(tái)，修改產(chǎn)品平臺(tái)，刪除產(chǎn)品平臺(tái)子功能分別完成其相應(yīng)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(shí)現(xiàn)技術(shù) 設(shè)計(jì)資源子系統(tǒng)的主要類庫(kù)規(guī)劃如圖7所示，wxfManageTreeLoad類的主要功能為將數(shù)據(jù)庫(kù)中的模塊及產(chǎn)品平臺(tái)按相應(yīng)的邏輯關(guān)系加載到管理樹(shù)中，呈現(xiàn)在設(shè)計(jì)者眼前的將是一棵按模塊與模塊，模塊與產(chǎn)品平臺(tái)的邏輯關(guān)系排列的樹(shù)，模塊或產(chǎn)品平臺(tái)被加載為該樹(shù)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。產(chǎn)品平臺(tái)模塊是產(chǎn)品平臺(tái)的子節(jié)點(diǎn)，子模塊是父模塊的子節(jié)點(diǎn)。與平臺(tái)框架構(gòu)建類庫(kù)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(kù)操作類wxfDB類。

4 結(jié) 語(yǔ)

筆者對(duì)模塊化設(shè)計(jì)平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)作了較詳細(xì)的描述，包括平臺(tái)框架構(gòu)建子系統(tǒng)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)資源管理子系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及類庫(kù)規(guī)劃，還對(duì)有關(guān)的重點(diǎn)程序作了詳細(xì)描述。針對(duì)不同機(jī)械產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)需要在該平臺(tái)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)其所需的模塊化設(shè)計(jì)軟件。但模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)十分復(fù)雜，它涉及到不同的學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)和設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)僅是一個(gè)原型系統(tǒng)，系統(tǒng)的功能和平臺(tái)開(kāi)發(fā)工具還待完善。

[1]徐震，徐聯(lián)中.機(jī)械產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù),2007，(5)：21～23.

[2]高淑英，徐燕申.面向廣義模塊化設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品模塊數(shù)據(jù)建模及其應(yīng)用研究[J].機(jī)床與液壓,2006，(1)：6～8.

[3]蔡業(yè)彬.模塊化設(shè)計(jì)方法及其在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)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(rùn)東.UML對(duì)象設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2006.1～20.

[編輯] 易國(guó)華

TH122

A

1673-1409(2009)03-N088-04

2009-05-12

張衡岳(1965-)，男， 1989年大學(xué)畢業(yè)，講師，現(xiàn)主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)和制造方面的教學(xué)與研究工作。