構(gòu)建基于CSCD 技術(shù)的變壓器產(chǎn)品協(xié)同式設(shè)計(jì)系統(tǒng)

李 程 申會(huì)卓 孫 杰 張宏斌 劉東升

（河北保定天威保變電氣股份有限公司，河北 保定 071056）

近年來(lái)，隨著變壓器制造業(yè)的快速發(fā)展，不少企業(yè)為了開拓更大的區(qū)域市場(chǎng)，紛紛到異地、甚至海外辦廠。像天威保變，在秦皇島和合肥都建起了規(guī)模宏大的變壓器工廠。

有的新建異地工廠雖然擁有較為完善的設(shè)計(jì)部門，但是設(shè)計(jì)能力不可能同步到位，集中企業(yè)的設(shè)計(jì)資源組成動(dòng)態(tài)團(tuán)隊(duì)，共同設(shè)計(jì)產(chǎn)品，有利于彌補(bǔ)企業(yè)技術(shù)資源的不足，縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本。為了保證企業(yè)產(chǎn)品全生命周期的一致性，需要構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

1 CSCD技術(shù)簡(jiǎn)介

計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同設(shè)計(jì) CSCD（Computer Supported Collaborative Design）是計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作 CSCW（Computer Supported Collaborative Work）相關(guān)技術(shù)與 CAD技術(shù)相互結(jié)合的產(chǎn)物。它基于協(xié)同學(xué)的思想，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及成熟的CSCW技術(shù)，為異地的設(shè)計(jì)者之間提供交流、協(xié)調(diào)工作的手段和工具，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以異地快速并行地進(jìn)行，有效的縮短了設(shè)計(jì)周期。根據(jù)設(shè)計(jì)交互各方的地理位置和工作時(shí)間，CSCD的工作方式分類如圖1所示。

圖1 CSCD工作方式分類

2 變壓器產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)內(nèi)容

變壓器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程往往由于產(chǎn)品的復(fù)雜性分為電磁設(shè)計(jì)→結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩大步驟。而且為了設(shè)計(jì)的可靠性，每個(gè)步驟都要經(jīng)歷從設(shè)計(jì)→校核→審查→審定等多個(gè)不同的階段。電磁設(shè)計(jì)主要是電磁方案計(jì)算單設(shè)計(jì)，必要時(shí)輔以一些特殊的計(jì)算；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分解為布置圖設(shè)計(jì)、幾大部件設(shè)計(jì)、總裝配設(shè)計(jì)等。所以變壓器產(chǎn)品設(shè)計(jì)整個(gè)過(guò)程是比較復(fù)雜的，需要多名具有不同經(jīng)驗(yàn)和能力的技術(shù)人員參與，一個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)往往由十多人組成。變壓器產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 變壓器產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程

目前行業(yè)所有企業(yè)普遍使用二維、三維的CAD軟件進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，CAD系統(tǒng)能有效地支持設(shè)計(jì)人員完成分工給他的設(shè)計(jì)任務(wù)。但是一般的應(yīng)用并未涉及設(shè)計(jì)人員之間的溝通和協(xié)調(diào)。此外，在變壓器產(chǎn)品的電磁設(shè)計(jì)階段，還需要運(yùn)用多種通用或?qū)Ｓ密浖M(jìn)行計(jì)算分析，這些軟件往往都不具備協(xié)同工作的能力。

基于此，變壓器產(chǎn)品CSCD系統(tǒng)必須為設(shè)計(jì)者們提供一個(gè)強(qiáng)實(shí)時(shí)的、緊密耦合的共享工作空間作為協(xié)同設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)環(huán)境，即CSCW環(huán)境，來(lái)支持群體間的交流。

變壓器產(chǎn)品 CSCD系統(tǒng)需要具備產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息、設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)工具、設(shè)計(jì)環(huán)境、設(shè)計(jì)通信的協(xié)同。為實(shí)現(xiàn)這些協(xié)同，需要做如下的工作。

1）制定適合企業(yè)自身特點(diǎn)的CSCD系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范設(shè)計(jì)的詳細(xì)范圍和工作流程，分級(jí)權(quán)限管理機(jī)制。

2）為參與項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)提供統(tǒng)一的軟件工作環(huán)境，增強(qiáng)項(xiàng)目參與人員的信息溝通。

3）實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、設(shè)計(jì)資源、項(xiàng)目文件以及設(shè)計(jì)文檔版本的自動(dòng)或人工統(tǒng)一管理。

3 系統(tǒng)架構(gòu)的框架

基于企業(yè)自身特點(diǎn)以及變壓器產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程的模型分析，我們采用3層B/S結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)，如圖3所示。系統(tǒng)包括協(xié)同應(yīng)用層、協(xié)同服務(wù)層、協(xié)同支持層。

圖3 協(xié)同系統(tǒng)的框架模型

協(xié)同應(yīng)用層包括本地或異地的變壓器產(chǎn)品設(shè)計(jì)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，向所有設(shè)計(jì)人員提供統(tǒng)一的應(yīng)用軟件環(huán)境。每個(gè)成員承擔(dān)不同的任務(wù)，并且可以從其他成員那里獲取設(shè)計(jì)信息。

協(xié)同服務(wù)層具備強(qiáng)大的協(xié)同事件管理服務(wù)功能，提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程、交互通信等功能。協(xié)同設(shè)計(jì)小組通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如 HTTP、FTP等，與協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙的瀏覽、評(píng)估、修改、校核、審查等功能。

協(xié)同支持層提供分布式公共數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)連接管理等功能。

4 系統(tǒng)架構(gòu)的平臺(tái)

我們采用美國(guó)PTC公司的Windchill系統(tǒng)，對(duì)變壓器產(chǎn)品協(xié)同式設(shè)計(jì)流程中的計(jì)劃、結(jié)構(gòu)、圖文檔、BOM等進(jìn)行管理。

Windchill是 PTC公司推出的一套集成應(yīng)用軟件，可用于管理產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)生命周期。它充分利用了 Internet和相關(guān)的信息技術(shù)，為系統(tǒng)提供了一種應(yīng)用軟件基礎(chǔ)，從而保證能快速、高效地部署產(chǎn)品信息應(yīng)用軟件。

windchill具備3層體系的B/S結(jié)構(gòu)，它能提供良好的應(yīng)用集成接口，有效地和Pro/E、AutoCAD、Office等軟件集成，使得各類數(shù)據(jù)在最大程度上共享，真正實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)平臺(tái)的協(xié)同。也就是說(shuō)，它可建立一個(gè)跨企業(yè)的協(xié)同環(huán)境，用于產(chǎn)品和過(guò)程信息的共享和可視化，不管這些信息由什么樣的源系統(tǒng)創(chuàng)建而成。對(duì)于和設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)的其他人員，可以使用Web瀏覽器來(lái)訪問(wèn)、查看設(shè)計(jì)輸出圖檔、文件以及向設(shè)計(jì)反饋信息。

客戶端主要包括Web瀏覽器和Bootstrap client這兩類。Web瀏覽器起著用戶接口、執(zhí)行windchill Applets、訪問(wèn)HTML頁(yè)面的作用；Bootstrap client是可選的客戶端組成元素，使用它可以從當(dāng)?shù)匚募到y(tǒng)上下載類文件。

服務(wù)器層包含了主要的邏輯規(guī)則并且承擔(dān)著處理所有工作數(shù)據(jù)的作用。它由HTTP Web服務(wù)器、HTTP網(wǎng)關(guān)、Method服務(wù)器、服務(wù)器管理器這幾個(gè)組件組成，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)、客戶端分布和交互、用戶權(quán)限和安全機(jī)制的功能。

數(shù)據(jù)庫(kù)層是保存元數(shù)據(jù)和大量的非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的地方。數(shù)據(jù)庫(kù)可以是一個(gè)專門的服務(wù)器或建立在windchill服務(wù)器主機(jī)上。

圖4為整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖4 協(xié)同系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)硬件架構(gòu)

5 具體應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

5.1 系統(tǒng)構(gòu)建的人員組織

在明確系統(tǒng)構(gòu)建的目標(biāo)以后，成立由PTC實(shí)施工程師、企業(yè)IT人員、企業(yè)設(shè)計(jì)人員組成的項(xiàng)目組。由PTC實(shí)施工程師主導(dǎo)，企業(yè)IT人員協(xié)作，企業(yè)設(shè)計(jì)人員配合聯(lián)合實(shí)施、完成系統(tǒng)構(gòu)建。

PTC實(shí)施工程師負(fù)責(zé)需求訪談及業(yè)務(wù)咨詢、軟件二次開發(fā)、生產(chǎn)環(huán)境配置文檔及撰寫培訓(xùn)講義、系統(tǒng)部署推廣計(jì)劃等工作。本企業(yè)IT人員負(fù)責(zé)系統(tǒng)開發(fā)與配置、數(shù)據(jù)整理方法與指導(dǎo)、系統(tǒng)測(cè)試腳本與測(cè)試、生產(chǎn)環(huán)境部署與數(shù)據(jù)導(dǎo)入、系統(tǒng)上線與支持及后續(xù)系統(tǒng)支持。企業(yè)設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)整理、管理制度建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)應(yīng)用推進(jìn)。

通常，變壓器產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門具有項(xiàng)目多、變更要求多的特點(diǎn)。該系統(tǒng)建立了基于 WEB的項(xiàng)目管理與溝通機(jī)制，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程和產(chǎn)品特征優(yōu)化項(xiàng)目管理規(guī)范并定義至項(xiàng)目模板中，實(shí)現(xiàn)基于各類項(xiàng)目模板（如投標(biāo)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、科研開發(fā)等）的項(xiàng)目資源在線配置和任務(wù)下達(dá)。通過(guò)將項(xiàng)目計(jì)劃在系統(tǒng)中預(yù)發(fā)放，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目計(jì)劃制定過(guò)程中項(xiàng)目組成員間的交互協(xié)同功能。并通過(guò)在線更新、預(yù)警功能實(shí)現(xiàn)技術(shù)與管理的協(xié)同。建立企業(yè)級(jí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為中心，集中有效管理各種技術(shù)數(shù)據(jù)，構(gòu)建異地協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)總部和集團(tuán)所屬異地企業(yè)的設(shè)計(jì)部門間、本企業(yè)設(shè)計(jì)部門各班組間順暢的數(shù)據(jù)交換和有效地協(xié)同。

通過(guò)系統(tǒng)構(gòu)建項(xiàng)目組成員的通力協(xié)作，為企業(yè)量身打造了符合自身特色的變壓器CSCD系統(tǒng)。

5.2 變壓器CSCD系統(tǒng)工作示例

以下簡(jiǎn)要介紹按照本企業(yè)變壓器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程定制的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模版，以結(jié)構(gòu)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)流程為例。

項(xiàng)目成員通過(guò)電子郵件收到工作計(jì)劃郵件，打開W inchill系統(tǒng)，如圖5所示，在主頁(yè)→概述界面中的工作總攬一欄中可查看自己的工作任務(wù)。

圖5 項(xiàng)目成員查看工作任務(wù)

在項(xiàng)目主任已建好的項(xiàng)目文件夾內(nèi)可查看相關(guān)的技術(shù)文件，如設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、布置圖、已設(shè)計(jì)好的部件圖等，在存儲(chǔ)庫(kù)的相關(guān)電氣設(shè)計(jì)文件夾中可查看技術(shù)協(xié)議、電磁計(jì)算單等。在本機(jī)完成自己的設(shè)計(jì)任務(wù)后，將完成的圖紙檢入到項(xiàng)目文件夾里自己新建的子文件夾內(nèi)，并保存，工作自動(dòng)提交到給流程的下一步。校核者利用windchill ProductView軟件對(duì)圖紙進(jìn)行電子審閱和圈紅批注，如圖6所示，設(shè)計(jì)者或其他用戶通過(guò)查看電子審閱記錄和圈紅批注實(shí)現(xiàn)交互協(xié)同。

圖6 項(xiàng)目成員間的交互協(xié)同

設(shè)計(jì)者收到修改任務(wù)的電子郵件，查看校核者在備注中留下的簡(jiǎn)要信息及校核修改標(biāo)記，到工作空間中，用CAD軟件對(duì)圖紙進(jìn)行修改，最后將完成的工作檢入保存。設(shè)計(jì)者每修改檢入一次就會(huì)增加一次版本。并且所有版本都會(huì)在系統(tǒng)中保存，以備以后參考。根據(jù)需要重復(fù)以上流程，直至校核向下一步提交完成的工作。后續(xù)的審查、審定操作與此相同。最終審定的圖紙?zhí)峤蝗霂?kù)，可以打印藍(lán)圖或以電子圖的形式下發(fā)工藝、生產(chǎn)。此圖紙?jiān)O(shè)計(jì)項(xiàng)目到此完成。其他如投標(biāo)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、科研開發(fā)等項(xiàng)目均可量身定制自己的項(xiàng)目模板。

此外，windchill還提供了高效率的協(xié)同式項(xiàng)目管理平臺(tái)，以及實(shí)時(shí)的協(xié)同交流平臺(tái)等多項(xiàng)協(xié)同應(yīng)用功能。如圖7所示，項(xiàng)目主任可以很方便的通過(guò)平臺(tái)制定項(xiàng)目計(jì)劃，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行管理。

圖7 項(xiàng)目管理

通過(guò)windchill ProductView還可實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的項(xiàng)目組間（異地或本地）在線協(xié)同交流，如圖8所示。

圖8 實(shí)時(shí)的協(xié)同演示、交流

6 結(jié)論

本文對(duì)基于CSCD技術(shù)的變壓器產(chǎn)品協(xié)同式設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并針對(duì)企業(yè)自身特點(diǎn)，采用Windchill構(gòu)建了一個(gè)支持 4種工作方式的協(xié)同式設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并取得了良好的效果。從實(shí)際的應(yīng)用來(lái)看，該系統(tǒng)能有效地實(shí)現(xiàn)變壓器產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，變壓器產(chǎn)品的CSCD技術(shù)必將成為行業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)信息化發(fā)展的新方向。

[1]李玉良,李培根,邵新宇,喻道遠(yuǎn).虛擬企業(yè)下基于 Web的三維協(xié)同設(shè)計(jì)研究[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào),2002, 14(8):1-6.

[2]王波興,王波,陳立平.構(gòu)筑以 windchill為基礎(chǔ)的PDM平臺(tái)[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2004,23(8):969-972.

[3]郭秀英,徐洪學(xué),劉永賢.機(jī)械產(chǎn)品 CSCD 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)框架[J].機(jī)械與電子,2006(1):56-58.