雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)研究

周紅橋，張紅旗

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

0 引言

雷達(dá)結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)是雷達(dá)研制過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)雷達(dá)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)［1］。雷達(dá)是一個(gè)復(fù)雜的電子機(jī)械產(chǎn)品，具有多品種、變批量和跨平臺(tái)的研發(fā)特點(diǎn)，因而其結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)關(guān)系密切、相輔相成。隨著雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)不斷融合，呈現(xiàn)一體化的發(fā)展趨勢(shì)。然而，目前雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中存在著以下問(wèn)題：結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)人員缺乏統(tǒng)一的協(xié)同集成工作環(huán)境和協(xié)同機(jī)制，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)人員溝通不暢、各設(shè)計(jì)活動(dòng)缺乏良好協(xié)調(diào)，影響設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量；計(jì)劃管理還主要依靠手工方式，手段較為落后，與結(jié)構(gòu)工藝研發(fā)過(guò)程的動(dòng)態(tài)性矛盾日益突出，導(dǎo)致管理效率低下、研發(fā)進(jìn)度和質(zhì)量難以管控；結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)專業(yè)軟件各自為政，沒(méi)有得到有效集成，造成設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)難以追溯和管理。

為了解決上述問(wèn)題，迫切需要將單一和孤立的雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槔走_(dá)結(jié)構(gòu)工藝集成化的協(xié)同環(huán)境?；诖?，在參考文獻(xiàn)［2］研究雷達(dá)結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，加入工藝設(shè)計(jì)活動(dòng)協(xié)同與工藝數(shù)據(jù)管理功能，構(gòu)建了面向雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)一體化的協(xié)同平臺(tái)，為結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)人員提供了統(tǒng)一的協(xié)同工作環(huán)境和協(xié)同機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了計(jì)劃管理的信息化手段以及結(jié)構(gòu)工藝軟件的集成，保證了雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝研發(fā)過(guò)程的規(guī)范和高效。

1 面向雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)一體化的協(xié)同平臺(tái)體系架構(gòu)

雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)面向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿真分析和工藝設(shè)計(jì)人員，涵蓋雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝方案設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的體系架構(gòu)如圖1所示，從上到下由用戶層、協(xié)同層、工具層和數(shù)據(jù)層組成。

圖1 雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)體系架構(gòu)

1.1 用戶層

雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)基于B／S架構(gòu)，在用戶層采用Javascript、HTML、輕量化模型瀏覽插件和JSP等多種 Web技術(shù)，為結(jié)構(gòu)、工藝和仿真等多專業(yè)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師、工藝設(shè)計(jì)師和仿真設(shè)計(jì)師等多用戶，以及總師、分系統(tǒng)負(fù)責(zé)人和設(shè)計(jì)師等多角色構(gòu)建統(tǒng)一的協(xié)同集成工作環(huán)境。

1.2 協(xié)同層

協(xié)同層主要包括項(xiàng)目管理和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能。項(xiàng)目管理以任務(wù)書(shū)及其審簽流程為核心，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、工藝和仿真等設(shè)計(jì)任務(wù)在多用戶和多角色之間的流轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多用戶、多角色的協(xié)同工作和設(shè)計(jì)過(guò)程的協(xié)同；產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理通過(guò)數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)可視化和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等，實(shí)現(xiàn)三維模型、工程圖、工藝文件和仿真報(bào)告等各種設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的集成和共享。

1.3 工具層

工具層通過(guò)應(yīng)用封裝、接口封裝和數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫等集成技術(shù)，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和仿真分析等專業(yè)軟件與協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行集成，使得各種設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)能夠在平臺(tái)中進(jìn)行統(tǒng)一管理，為設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的協(xié)同奠定基礎(chǔ)。

1.4 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和平臺(tái)數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)主要以非結(jié)構(gòu)化文件形式存在，如三維模型、工程圖等；平臺(tái)數(shù)據(jù)以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)存在，如人員數(shù)據(jù)庫(kù)、組織數(shù)據(jù)庫(kù)等。

2 協(xié)同平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 基于任務(wù)書(shū)驅(qū)動(dòng)的過(guò)程協(xié)同

根據(jù)協(xié)同關(guān)注對(duì)象的不同，協(xié)同設(shè)計(jì)包括過(guò)程協(xié)同和數(shù)據(jù)協(xié)同2個(gè)層次［3］。對(duì)于雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝協(xié)同設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，過(guò)程協(xié)同的目標(biāo)是使結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)活動(dòng)有序進(jìn)行，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中任務(wù)的調(diào)度和安排。

在分析雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)實(shí)際業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，提出了一種基于任務(wù)書(shū)驅(qū)動(dòng)的過(guò)程協(xié)同方法。該方法以任務(wù)書(shū)及任務(wù)書(shū)審簽生成的設(shè)計(jì)任務(wù)為橋梁，將產(chǎn)品域映射為項(xiàng)目域，將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式映射為有序活動(dòng)形式，其基本原理如圖2所示。

圖2 基于任務(wù)書(shū)驅(qū)動(dòng)的過(guò)程協(xié)同

產(chǎn)品域按照雷達(dá)整機(jī)、分系統(tǒng)和整件進(jìn)行組織，形成樹(shù)狀的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式。每個(gè)整件與相應(yīng)的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)相關(guān)聯(lián)，通過(guò)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)對(duì)應(yīng)的審簽流程生成設(shè)計(jì)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)在文書(shū)、結(jié)構(gòu)主師、工藝主師、分系統(tǒng)負(fù)責(zé)人、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師、工藝設(shè)計(jì)師、仿真設(shè)計(jì)師和部門領(lǐng)導(dǎo)等多用戶和多角色之間的流轉(zhuǎn)（圖2顯示了其中的一種審簽流程，無(wú)仿真設(shè)計(jì)師和部門領(lǐng)導(dǎo)參與）。

任務(wù)書(shū)審簽流程生成的設(shè)計(jì)任務(wù)構(gòu)成項(xiàng)目域中的項(xiàng)目 WBS分解，能夠按照項(xiàng)目管理方式進(jìn)行任務(wù)進(jìn)度的跟蹤與控制。設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)應(yīng)的交付物與產(chǎn)品數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，為數(shù)據(jù)協(xié)同奠定了基礎(chǔ)。

2.2 面向?qū)ο蠡谠Ｐ偷漠a(chǎn)品數(shù)據(jù)建模方法

數(shù)據(jù)協(xié)同的主要目標(biāo)是對(duì)雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)中協(xié)同的載體——設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，使得不同專業(yè)和不同角色的人員能夠基于同一產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型進(jìn)行協(xié)同工作。

雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的產(chǎn)品數(shù)據(jù)種類繁多、格式復(fù)雜，且動(dòng)態(tài)多變。為此，提出了一種面向?qū)ο蠡谠Ｐ偷漠a(chǎn)品數(shù)據(jù)建模方法。該方法以“類”概念來(lái)封裝異構(gòu)類型的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，以元模型表達(dá)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系，能夠支持構(gòu)建與業(yè)務(wù)相匹配的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)模型。

圖3以MOF規(guī)范［4］給出了產(chǎn)品數(shù)據(jù)元模型。產(chǎn)品數(shù)據(jù)元模型由4部分構(gòu)成：結(jié)構(gòu)信息元類，表達(dá)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成信息；數(shù)據(jù)信息元類，表達(dá)了三維模型、工程圖等產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息；過(guò)程信息元類，描述了與整件關(guān)聯(lián)的任務(wù)書(shū)及其審批流程信息；環(huán)境信息元類，描述了與產(chǎn)品有關(guān)的資源信息，如人員、設(shè)備和軟硬件等資源。結(jié)構(gòu)信息元類與數(shù)據(jù)信息元類、過(guò)程信息元類和環(huán)境信息元類存在引用關(guān)系，數(shù)據(jù)信息元類之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過(guò)引用和關(guān)聯(lián)，形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，方便產(chǎn)品信息查詢。

圖3 產(chǎn)品數(shù)據(jù)元模型

產(chǎn)品數(shù)據(jù)元模型的實(shí)例即為產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，通過(guò)在產(chǎn)品數(shù)據(jù)元模型中采用派生、繼承、聚合和關(guān)聯(lián)等面向?qū)ο蠹夹g(shù)，可以很好地適應(yīng)業(yè)務(wù)變化導(dǎo)致的數(shù)據(jù)模型動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題，例如添加新的數(shù)據(jù)對(duì)象和屬性，描述數(shù)據(jù)對(duì)象之間的復(fù)雜關(guān)系等。

2.3 網(wǎng)狀多維數(shù)據(jù)集成技術(shù)

數(shù)據(jù)模型描述了異構(gòu)數(shù)據(jù)在協(xié)同平臺(tái)中的組織形式，然而這些數(shù)據(jù)來(lái)源于不同專業(yè)軟件，分散在不同用戶的計(jì)算機(jī)中。數(shù)據(jù)協(xié)同強(qiáng)調(diào)在多用戶之間數(shù)據(jù)的共享和交換，這就要求需要抽取異構(gòu)數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同用戶需求，以不同視圖呈現(xiàn)，這就是數(shù)據(jù)集成問(wèn)題。

系統(tǒng)采用了一種網(wǎng)狀多維數(shù)據(jù)集成技術(shù)，其中網(wǎng)狀是指異構(gòu)數(shù)據(jù)形成的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型，多維是指為用戶展現(xiàn)多種形式的視圖，基本原理如圖4所示。

圖4 網(wǎng)狀多維數(shù)據(jù)集成

協(xié)同平臺(tái)通過(guò)應(yīng)用集成接口抽取MCAD，CAPP，CAE，Office等軟件產(chǎn)生的非結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，在平臺(tái)中按照產(chǎn)品數(shù)據(jù)元模型的規(guī)定生成網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型實(shí)例。由其中的一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象可以迅速地查找到所需的數(shù)據(jù)對(duì)象，如可以查找與任務(wù)書(shū)關(guān)聯(lián)的審簽流程，也可以查找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)文檔等。

在用戶層，平臺(tái)從數(shù)據(jù)模型中查找所需數(shù)據(jù)對(duì)象，重構(gòu)成規(guī)定格式的數(shù)據(jù)視圖，如抽取某項(xiàng)目所有的任務(wù)對(duì)象以及任務(wù)對(duì)象關(guān)聯(lián)的承接人、開(kāi)始時(shí)間和完成時(shí)間等，形成計(jì)劃管理人員所需的任務(wù)視圖。

通過(guò)數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)重構(gòu)以及多視圖呈現(xiàn)等服務(wù)組件，實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)各專業(yè)軟件的集成和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的協(xié)同。

3 應(yīng)用

為了驗(yàn)證上述關(guān)鍵技術(shù)，項(xiàng)目組基于PTC Windchill 9.1開(kāi)發(fā)了雷達(dá)工程協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)。平臺(tái)以ProjectLink模塊實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目管理功能，以PDMLink模塊實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能。平臺(tái)面向中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所（下文簡(jiǎn)稱三十八所）工程技術(shù)部，涉及結(jié)構(gòu)工藝總體、結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)、力學(xué)仿真分析、熱設(shè)計(jì)和焊接等專業(yè)，涵蓋文書(shū)、主師、分系統(tǒng)負(fù)責(zé)人、部門領(lǐng)導(dǎo)、專業(yè)組長(zhǎng)和設(shè)計(jì)師等角色。

在過(guò)程協(xié)同方面，通過(guò)客制化開(kāi)發(fā)和配置，構(gòu)建了6類任務(wù)書(shū)及其審批流程：外部任務(wù)書(shū)、內(nèi)部任務(wù)書(shū)、CAE任務(wù)書(shū)、試驗(yàn)任務(wù)書(shū)、技改任務(wù)書(shū)和零星任務(wù)書(shū)。這些任務(wù)書(shū)在審批完成后會(huì)自動(dòng)生成設(shè)計(jì)任務(wù)以及與之相關(guān)聯(lián)的交付物，并自動(dòng)提交到設(shè)計(jì)師的工作列表中。設(shè)計(jì)師通過(guò)編輯交付物能夠更新任務(wù)進(jìn)度，以便主師、分系統(tǒng)負(fù)責(zé)人、計(jì)劃員或部門領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)掌握項(xiàng)目進(jìn)展情況。

協(xié)同平臺(tái)集成了Pro／E，ANSYS等設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)師可以在專業(yè)軟件環(huán)境下直接檢入設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。通過(guò)分析部門業(yè)務(wù)現(xiàn)狀，歸納總結(jié)了主要數(shù)據(jù)模型，包括CAD文件、Part、CAPP文件、CAE文件和科技文件等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。此外，構(gòu)建了國(guó)標(biāo)件、企標(biāo)件和外購(gòu)件庫(kù)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師提供了統(tǒng)一的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)源。

結(jié)合協(xié)同平臺(tái)，制定了雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝協(xié)同設(shè)計(jì)規(guī)范，并連同三維建模等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在部門進(jìn)行了推廣和應(yīng)用，提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)有效打通了雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)的過(guò)程鏈和數(shù)據(jù)鏈，以項(xiàng)目管理和基于任務(wù)書(shū)驅(qū)動(dòng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過(guò)程的協(xié)同，提高了結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)任務(wù)協(xié)作的效率和計(jì)劃管理能力；以面向?qū)ο蠡谠Ｐ偷漠a(chǎn)品數(shù)據(jù)建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)性和可追溯性的支持；通過(guò)網(wǎng)狀多維數(shù)據(jù)集成技術(shù)將結(jié)構(gòu)工藝專業(yè)軟件集成，實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。

目前，該平臺(tái)已在三十八所得到實(shí)際應(yīng)用，取得了較好效果。下一步將對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的審簽和更改協(xié)同進(jìn)行流程設(shè)計(jì)和集成開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步深化雷達(dá)結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)的一體化。

［1］張潤(rùn)逵，戚仁欣，張樹(shù)雄，等.雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工藝［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

［2］張紅旗，程翔宇，陳帝江.基于數(shù)字樣機(jī)的雷達(dá)結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)［J］.機(jī)械與電子，2008，（11）：73-75.

［3］熊體凡.主動(dòng)式協(xié)同產(chǎn)品開(kāi)發(fā)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2007.

［4］Object Management Group.OMG’s Meta Object Facility［EB／OL］.http：／／www.omg.org／mof／，2012-12-05.