跨產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的產(chǎn)品工裝數(shù)據(jù)組織與關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)方法

（航空工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院,西安 710089）

在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造廠所分離的飛機(jī)研制模式下，產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要由設(shè)計(jì)部門負(fù)責(zé)，工裝設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)則由制造部門完成。產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成之后，由設(shè)計(jì)部門將產(chǎn)品數(shù)模發(fā)放給制造部門，再由制造部門依據(jù)產(chǎn)品數(shù)模進(jìn)行工裝數(shù)模的離線設(shè)計(jì)[1]。當(dāng)產(chǎn)品數(shù)模發(fā)生更改時(shí)，需要重新發(fā)放產(chǎn)品數(shù)模，由于重新發(fā)放的產(chǎn)品數(shù)模與已設(shè)計(jì)的工裝數(shù)模之間沒有關(guān)聯(lián)關(guān)系，工裝數(shù)模無法及時(shí)完成相應(yīng)的更改，造成了飛機(jī)研制周期的延長以及研制成本的增加，給飛機(jī)的研制帶來了較大影響[2]。為了解決上述問題，提高飛機(jī)的研制效率，降低飛機(jī)的研制成本，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)產(chǎn)品與工裝一體化協(xié)同設(shè)計(jì)，基于統(tǒng)一VPM架構(gòu)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工裝并行關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)組織是前提條件[3]。即在統(tǒng)一VPM架構(gòu)下，以產(chǎn)品全三維設(shè)計(jì)數(shù)模為輸入[4]，進(jìn)行產(chǎn)品與工裝關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)組織管理，保證產(chǎn)品數(shù)模的更改信息能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地傳遞給下游工裝數(shù)模。

本文通過對比以往的一些國家級試點(diǎn)綠色礦山建設(shè)情況和當(dāng)前最新的廣東省綠色礦山建設(shè)要求，認(rèn)為以往的綠色礦山建設(shè)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測方面未充分利用現(xiàn)代化數(shù)字手段。本文討論了遙感衛(wèi)星、無人機(jī)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能等數(shù)字化技術(shù)綠色礦山建設(shè)中的重要意義，提出一種符合廣東綠色礦山建設(shè)實(shí)際情況的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，具體包括基礎(chǔ)信息、監(jiān)測、評估、預(yù)警4個(gè)模塊。在基礎(chǔ)信息模塊使用遙感技術(shù)，在監(jiān)測模塊使用無人機(jī)技術(shù)，評估模塊使用人工智能技術(shù)，預(yù)警模塊使用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和手機(jī)APP技術(shù)。通過融合傳統(tǒng)的地災(zāi)評估方法和最新的數(shù)字化技術(shù)，多個(gè)功能相互結(jié)合，可為監(jiān)測和預(yù)測礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供一套可行的方法。

1 數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)是進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，通過結(jié)構(gòu)樹如何組織產(chǎn)品與工裝數(shù)模是需要首先解決的問題[5]。如果將產(chǎn)品數(shù)模與工裝數(shù)模放在同一個(gè)結(jié)構(gòu)樹中進(jìn)行管理，存在以下幾個(gè)問題：結(jié)構(gòu)樹太龐大，無論對于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，還是工裝設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)調(diào)用的效率大大降低；由于產(chǎn)品數(shù)模與工裝數(shù)模分別由設(shè)計(jì)部門和制造部門管理，不利于進(jìn)行產(chǎn)品與工裝的單獨(dú)組織管理；同時(shí)給產(chǎn)品與工裝數(shù)據(jù)的后續(xù)發(fā)放和更改將帶來較大不便[6]。因此，需要將產(chǎn)品數(shù)模與工裝數(shù)模分別構(gòu)建結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行組織管理，即構(gòu)建兩個(gè)結(jié)構(gòu)樹：產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹與工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹。

VPM系統(tǒng)有個(gè)特性是兩個(gè)結(jié)構(gòu)樹中的數(shù)據(jù)不能直接打開進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，需要將分別屬于兩個(gè)結(jié)構(gòu)樹的數(shù)據(jù)或元素放到同一個(gè)結(jié)構(gòu)樹中才能進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。也就是說，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹與工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹之間進(jìn)行產(chǎn)品與工裝的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，前提條件是需要將產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中的結(jié)構(gòu)數(shù)?；蚪Y(jié)構(gòu)數(shù)模相關(guān)幾何元素引用到工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中。工裝設(shè)計(jì)人員參考工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中被引用的結(jié)構(gòu)數(shù)?；蚪Y(jié)構(gòu)數(shù)模相關(guān)幾何元素，就可以進(jìn)行工裝關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。而采用兩個(gè)結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行產(chǎn)品與工裝的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)存在兩種方式，這兩種方式有很大區(qū)別。

第一種方式，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中的結(jié)構(gòu)數(shù)模直接引用到工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中。該方法是將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中的結(jié)構(gòu)零組件數(shù)模直接原封不動地引用到工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中。這樣，產(chǎn)品數(shù)模在產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹和工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中同時(shí)存在。這種方式存在如下問題：當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中的產(chǎn)品數(shù)模內(nèi)部相對位置發(fā)生更改時(shí)，工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中的產(chǎn)品數(shù)模不會自動更改，需要工裝設(shè)計(jì)人員手動同步位置關(guān)系；由于產(chǎn)品數(shù)模存在兩個(gè)地方，而且實(shí)際操作中沒有主次之分，當(dāng)工裝設(shè)計(jì)人員手動同步工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中的產(chǎn)品數(shù)模位置關(guān)系時(shí)，會反過來影響產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中的產(chǎn)品數(shù)模，容易使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中的產(chǎn)品數(shù)模產(chǎn)生位置不正確現(xiàn)象，這是絕對不允許的。這種方式既耗時(shí)又容易出錯(cuò)，因此，不推薦使用。

圖1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹增加工裝設(shè)計(jì)骨架模型節(jié)點(diǎn)Fig.1 Product design structure tree with increasing tools design frame model node

圖2 工裝設(shè)計(jì)骨架模型在兩個(gè)結(jié)構(gòu)樹中的引用關(guān)系Fig.2 Reference relation of tools design frame model in two structure tree

研究區(qū)硅質(zhì)巖的化學(xué)成分以SiO2為主，含量為70.02×10-2～93.72×10-2，平均為82.12×10-2，其次為TFe2O3、Al2O3和MgO，含量分別為2.53×10-2～6.89×10-2、1.50×10-2～7.81×10-2和0.30×10-2～5.14×10-2，其余成分含量均很低(表2)。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹的組織結(jié)構(gòu)通常按照ATA章節(jié)段或?qū)I(yè)與部段相結(jié)合的方式等劃分[7]。工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹的組織方式通常按照工裝數(shù)模設(shè)計(jì)專業(yè)特點(diǎn)等[8]?；镜漠a(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹與工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹構(gòu)建不是本文的重點(diǎn)，不進(jìn)行詳細(xì)論述。本文的重點(diǎn)在于如何組織工裝設(shè)計(jì)骨架模型，以及如何通過工裝設(shè)計(jì)骨架模型將產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹和工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹關(guān)聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與工裝的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。

骨架模型是上下游關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的橋梁，工裝設(shè)計(jì)骨架模型的構(gòu)建則是進(jìn)行產(chǎn)品與工裝關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)[9]。工裝設(shè)計(jì)骨架模型主要為工裝設(shè)計(jì)提供結(jié)構(gòu)零組件的外形、安裝位置、基準(zhǔn)平面等參考要素[10]，因此需要從結(jié)構(gòu)零組件中提取相應(yīng)的外形、安裝位置、基準(zhǔn)平面等元素構(gòu)建工裝設(shè)計(jì)骨架模型[11]。參考工裝設(shè)計(jì)骨架模型進(jìn)行工裝關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)之后，當(dāng)上游結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)生更改時(shí)，驅(qū)動工裝設(shè)計(jì)骨架模型也發(fā)生更改，進(jìn)而驅(qū)動工裝設(shè)計(jì)發(fā)生相應(yīng)的更改，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品與工裝的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，大大提高了工裝的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。產(chǎn)品工裝關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)過程如圖3所示。

跨產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的產(chǎn)品工裝數(shù)據(jù)組織管理與關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法相比具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢：基于統(tǒng)一VPM架構(gòu)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工裝并行關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)組織，保證了產(chǎn)品數(shù)模的更改信息能夠?qū)崟r(shí)地準(zhǔn)確地傳遞給下游工裝數(shù)模；通過兩個(gè)結(jié)構(gòu)樹分別組織管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)和工裝數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)調(diào)用效率大大提高，且有利于產(chǎn)品數(shù)據(jù)與工裝數(shù)據(jù)的發(fā)放和更改；將產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中數(shù)模的相關(guān)幾何元素以骨架模型的形式實(shí)例化到工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中，通過工裝設(shè)計(jì)骨架模型在產(chǎn)品數(shù)模與工裝數(shù)模之間建立了關(guān)聯(lián)關(guān)系，產(chǎn)品數(shù)模的任何更改通過工裝設(shè)計(jì)骨架模型驅(qū)動工裝數(shù)模發(fā)生更改，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與工裝的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法大大提高了產(chǎn)品與工裝的設(shè)計(jì)效率，如表1所示。

第二種方式，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中結(jié)構(gòu)數(shù)模的相關(guān)幾何元素引用到工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中。該方式是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中結(jié)構(gòu)數(shù)模的相關(guān)幾何元素提取出來并創(chuàng)建一系列零件，并將這一系列零件引用到工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中，作為工裝設(shè)計(jì)的上游輸入進(jìn)行工裝關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。這些零件被稱為工裝設(shè)計(jì)骨架模型。這樣，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中，產(chǎn)品數(shù)模與工裝設(shè)計(jì)骨架模型之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，產(chǎn)品數(shù)模的任何更改可以通過關(guān)聯(lián)關(guān)系傳遞給工裝設(shè)計(jì)骨架模型，保持產(chǎn)品數(shù)模與工裝設(shè)計(jì)骨架模型之間的一致性；在工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中，工裝設(shè)計(jì)骨架模型與工裝數(shù)模之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，工裝設(shè)計(jì)骨架模型的任何更改同樣可以通過關(guān)聯(lián)關(guān)系傳遞給工裝數(shù)模，保持工裝設(shè)計(jì)骨架模型與工裝數(shù)模之間的一致性。產(chǎn)品數(shù)模的任何更改可以通過驅(qū)動工裝設(shè)計(jì)骨架模型，進(jìn)而驅(qū)動工裝數(shù)模自動進(jìn)行相應(yīng)的更改，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與工裝的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。而且工裝設(shè)計(jì)骨架模型的引入不會產(chǎn)生第一種方式的問題。因此，第二種方式在實(shí)際應(yīng)用中可行。

2 產(chǎn)品工裝關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)

1.2 試劑、探針、試劑盒 HER-2/neu(17q12)/CSP17探針、組織預(yù)處理試劑盒、原位雜交用蛋白酶(胃蛋白酶工作液)均購于廣州安必平醫(yī)藥科技股份有限公司。

目前，跨產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的產(chǎn)品工裝數(shù)據(jù)組織管理與關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)方法已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)型號的研制當(dāng)中，圖4（a）、（b）分別為某型號產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹和工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中增加了工裝設(shè)計(jì)骨架模型節(jié)點(diǎn)，工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中直接引用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中的工裝設(shè)計(jì)骨架模型節(jié)點(diǎn)。

圖3 產(chǎn)品工裝關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)示意圖Fig.3 Product and tools relation design sketch

表1 設(shè)計(jì)方法比較

3 設(shè)計(jì)方法比較

工裝設(shè)計(jì)骨架模型的組織是在原有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹上增加工裝設(shè)計(jì)骨架模型節(jié)點(diǎn)，并引用到工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中。為了便于工裝設(shè)計(jì)人員參考工裝設(shè)計(jì)骨架模型進(jìn)行工裝關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，工裝設(shè)計(jì)骨架模型的組織結(jié)構(gòu)通常與工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中的工裝數(shù)模組織結(jié)構(gòu)保持一致，如圖1、圖2所示。

4 型號應(yīng)用

我再一次想起了語言，想喊住他們。我們平時(shí)的廢話是那么的多，可是到了像我此時(shí)的關(guān)鍵時(shí)刻，喉嚨卻失靈了。這也許就是命。

圖5（a）、（b）分別為產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中機(jī)身某段產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工裝設(shè)計(jì)骨架模型的構(gòu)建界面，產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成之后，將產(chǎn)品數(shù)模的外形等元素提取出來，構(gòu)建工裝設(shè)計(jì)骨架模型。

圖4 某型號產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹與工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹Fig.4 Product design structure tree and tools design structure tree for a certain type of aircraft

圖5 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中的產(chǎn)品數(shù)模與工裝設(shè)計(jì)骨架模型Fig.5 Product model and tools design frame model in the product design structure tree for a certain type of aircraft

圖6（a）、（b）分別為工裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹中引用的工裝設(shè)計(jì)骨架模型和參考工裝設(shè)計(jì)骨架模型進(jìn)行裝配型架關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。

該機(jī)身數(shù)模的任何更改可以通過相應(yīng)的機(jī)身工裝設(shè)計(jì)骨架模型驅(qū)動裝配型架數(shù)模發(fā)生更改，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品與工裝的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。

圖6 工裝結(jié)構(gòu)樹中的工裝設(shè)計(jì)骨架模型與工裝數(shù)模Fig.6 Tools design frame model and tools model in the tools design structure tree for a certain type of aircraft

5 結(jié)束語

本文提出的跨產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的產(chǎn)品工裝數(shù)據(jù)組織管理與關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)方法，是基于同一個(gè)VPM并行協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境開展的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工裝設(shè)計(jì)，不僅實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)與工裝數(shù)據(jù)的組織管理，而且實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品與工裝之間的并行關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，大大提高了產(chǎn)品與工裝的設(shè)計(jì)效率，很好地解決了產(chǎn)品與工裝的并行協(xié)同設(shè)計(jì)問題。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]范玉青,梅中義,陶劍.大型飛機(jī)數(shù)字化制造工程[M].北京:航空工業(yè)出版社，2011: 247-248.

FAN Yuqing,MEI Zhongyi,TAO Jian.Large aircraft digital manufacturing engineering[M].Beijing: Aviation Industry Press,2011:247-248.

[2]白永紅,梁可,周盛,等.基于MBD的飛機(jī)設(shè)計(jì)制造協(xié)同技術(shù)探討[J].航空制造技術(shù)，2015(18):42-43.

BAI Yonghong,LIANG Ke,ZHOU Sheng,et al.Research on the cooperative association of aircraft design and manufacturing based on MBD[J].Aeronautical Manufacturing Technology,2015(18): 42-43.

[3]劉雅星.飛機(jī)并行協(xié)同研制模式與支撐技術(shù)探索[J].航空制造技術(shù)，2010(18): 77-78.

LIU Yaxing.Study of aircraft concurrent and collaborative design and support technology[J].Aeronautical Manufacturing Technology,2010(18):77-78.

[4]劉俊堂,張永輝.三維設(shè)計(jì)推動飛機(jī)數(shù)字化研制技術(shù)的全面應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)， 2012(6):38-39.

LIU Juntang,ZHANG Yonghui.Three-dimensional design promotes application of digital technology in aircraft development [J].Aeronautical Manufacturing Technology,2012(6): 38-39.

[5]許松林,龔文秀,王惠玲.基于模塊的飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理[J].航空工程進(jìn)展，2013(2):220-221.

XU Songlin,GONG Wenxiu,WANG Huiling.Product structure management of aircraft based on modularity[J].Advances in Aeronautical Science and Engineering,2013(2): 220-221.

[6]黃陽,楊后川.基于PLM的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理技術(shù)研究[J].制造業(yè)自動化，2013(4): 69-70.

HUANG Yang,YANG Houchuan.Study of product structure management system based on PLM[J].Manufacturing Automation,2013(4):69-70.

[7]王慶林.飛機(jī)構(gòu)型管理[M].上海: 上海科學(xué)技術(shù)出版社，2012: 164-168.

WANG Qinglin.Aircraft configuration management[M].Shanghai:Shanghai Scientific & Technical Publishers,2012: 164-168.

[8]徐根紅,李長杰,倪炎榕,等.基于成熟度的飛機(jī)工裝協(xié)同設(shè)計(jì)管理研究與應(yīng)用[J].機(jī)械制造，2013，51(589): 74-75.

XU Genhong,LI Changjie,NI Yanrong,et al.Research and application of aircraft tooling collaborative design management based on the maturity [J].Machinery,2013,51(589): 74-75.

[9]屈衛(wèi)剛,劉俊堂.管路系統(tǒng)全三維關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)研究及應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2015(1/2): 90-92.

QU Weigang,LIU Juntang.Research and application of tubing system design technology based on full-3D and relational design[J].Aeronautical Manufacturing Technology,2015(1/2): 90-92.

[10]孫煒,許旭東,徐志強(qiáng).基于VPM的并行工程在飛機(jī)研制過程中的研究初探[J].航空制造技術(shù)，2013(13): 50-51.

SUN Wei,XU Xudong,XU Zhiqiang.Initial research of concurrent engineering based on VPM in aircraft production[J].Aeronautical Manufacturing Technology,2013(13): 50-51.

[11]田憲偉.基于MBD的構(gòu)型管理在飛機(jī)研制中研究與應(yīng)用[J].航空制造技術(shù),2015(S2): 7-8.

TIAN Xianwei.Research and application of configuration management based on MBD in aircraft production[J].Aeronautical Manufacturing Technology,2015(S2): 7-8.