（机械电子工程专业论文）膜产品的cad与快速报价系统的研究.pdf

摘要 本文以基于实例推理的模块化变型设计的思想为指导，针对膜产品的计算机 辅助设计( c a d ) 和报价系统的丌发方面做了深入的探索和研究。 将模块化思想和基于实例推理技术引入到产品的变型设计中，提出了基于实 例推理的模块化变型设计技术。并以这种思想作为膜产品的c a d 与报价系统开 发的指导思想。 在基于实例推理的模块化变型设计思想的指导下，研究膜产品c a d 的方法。 提出针对膜产品开发三级图库体系，包括零部件参数化图库、各级别模块图库和 典型工程实例图库。深入研究了在c a x a 电子图板上进行零部件参数化图库二 次开发的方法。所开发的图库在膜产品的设计工作中可以大大提高设计工作的效 率，并能进一步促进膜产品设计的规范化。 研究膜产品c a d 信息的共享问题，建立c a d 与报价系统的数据交换接口， 研究了从产品设计所绘制产品图的零部件明细到报价系统的数据转换技术。 以天津工业大学膜天膜工程技术有限公司为应用背景，针对其主要膜产品一 一连续微滤( c m f ) 水处理系统丌发了基于c a d 的产品快速报价系统。提出在 膜产品的报价系统中采用详细报价和快速报价两科哼艮价方式，确定了以详细报价 为基础以快速报价为最终目的的系统丌发思路。并通过系统的功能设计、功能模 型建立、数据库设计系统和程序编写最终实现了系统的详细设计。所丌发的报价 系统可以提高膜产品报价工作的效率和准确性。 关键词：膜产品c a d 基于实例推理( c b r )数据转换报价系统 a b s t r a c t t h i st h e s i sm a d ea l li n t e n s i v es t u d yi nt h ec o m p u t e ra i d e dd e s i g n ( c a d ) a n d t h ed e v e l o p m e n to f q u o t a t i o ns y s t e mo f m e m b r a n ee q u i p m e n t ，u n d e rt h eg n i d a n c eo f t h em o d u l a rv a r i a n td e s i g nt e c h n i q u eb a s e do nt h ec a s eb a s e dr e a s o n i n g ( c b r ) t e c h n o l o g y t h i st h e s i si n t r o d u c e dm o d u l a rt e c h n o l o g ya n dc b r t e c h n o l o g yi n t ov a r i a n t d e s i g no ft h ep r o d u c t ，a n dp r o p o s e dt h em o d u l a rv a r i a n td e s i g nt e c h n i q u eb a s e do n c b r a n dt h eg u i d i n gi d e o l o g yd i r e c t e dt h ec o m p u t e r a i d e dd e s i g na n dt h e d e v e l o p m e n to f q u o t a t i o ns y s t e mo f m e m b r a n ee q u i p m e n t g u i d e db yt h em o d u l a rv a r i a n td e s i g nt e c h n i q u eb a s e do nc a s eb a s e dr e a s o n i n g ， t h et h e s i ss t u d i e dt h em e t h o do ft h ec o m p u t e ra i d e dd e s i g nf o rt h em e m b r a n e e q u i p m e n t t h ea u t h o rd e v e l o p e dt h es y s t e mo f t h et h r e el e v e l so f d r a w i n gd a t a b a s e ， i n c l u d i n gp a r a m e t e r i z e dd r a w i n gd a t a b a s eo nt h ep a r t s ，a l ll e v e l so f m o d u l a rd r a w i n g d a t a b a s ea n dt h ed r a w i n gd a t a b a s ef o rt y p i c a lp r o j e c tc a s e s t h i st h e s i ss t u d i e dt h e s e c o n d a r yd e v e l o p m e n to f p a r a r n e t e r i z e dd r a w i n gd a t a b a s eo nt h ep a r t sb a s e do nt h e s o f t w a r ep l a t f o r mo f c a x ae b t h ed e v e l o p e dd r a w i n gd a t a b a s ec a ni m p r o v et h e s p e e do f p r o d u c td e s i g na n ds t a n d a r d i z et h ed e s i g no ft h em e m b r a n ee q u i p m e n t t h i st h e s i ss t u d i e di n f o r m a t i o ns h a r i n go f t h ec a do nt h em e m b r a n ee q u i p m e n t ， m a d ed a t ai n t e r f a c eb e t w e e nc a da n dt h eq u o t a t i o ns y s t e ma n ds t u d i e dt h ed a t a c o n v e r s i o nt e c h n o l o g yf r o mt h el i s to ft h ep a r t sd u r i n gt h ed r a w i n g sf r o mt h ec a d f o rt h ep r o d u c tt ot h eq u i c kq u o t a t i o ns y s t e m t h i st h e s i sw a ss e ti nm o t i a nm e m b r a n ee n g i n e e r i n ga n dt e c h n o l o g yc o l t do f t i a n j i nt e c h n i c a lu n i v e r s i t y , a n dd e v e l o p e dt h eq u i c kq u o t a t i o ns y s t e mb a s e do nc a d f o rt h ec m fm e m b r a n ee q u i p m e n tf o rw a t e rd i s p o s a l t h i st h e s i sp u tf o r w a r dt o w k i n d so fq u o t a t i o nm e t h o di nt h eq u i c kq u o t a t i o ns y s t e m t h e ya r et h ed e t a i l e d q u o t a t i o nm e t h o da n dt h eq u i c kq u o t a t i o nm e t h o d t h ea u t h o rg a v et h et o t a li d e ao f t h ed e v e l o p m e n to ft h eq u o t a t i o ns y s t e m w h i c hi sb a s e do nt h ed e t a i l e dq u o t a t i o n m e t h o da n da i m e da tq u i c kq u o t a t i o nm e t h o d t h ea u t h o rr e a l i z e dt h ed e t a i l e dd e s i g n o f t h es y s t e mb yt h em e a n so f f u n c t i o n a ld e s i g n ，e s t a b l i s h i n gf u n c t i o n a lm o d e l ， d e s i g n i n gt h ed a t a b a s es y s t e mm a dp r o g r a m m i n g t h eq u o t a t i o ns y s t e mc a ni m p r o v e t h es p e e da n dv e r a c i t yo f t h eq u o t a t i o no f t h em e m b r a u ee q u i p m e n t k e yw o r d s ：m e m b r a n ee q u i p m e n t ，c a s eb a s e dr e a s o n i n g ( c b r ) ，c o m p u t e ra i d e d d e s i g n ( c a d ) ，d a t at r a n s i t i o n ，q u o t a t i o ns y s t e m ，d a t at r a n s i t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包台其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼互些太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名 爹荔 签字日期：。年月，。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼王些太堂有关保留、使用学位论文的 规定。特授权天津工业大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同 意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名 否客 签字日期：d f 年f 月hf = | 导师签名：i 鼽易哆 签字同期：。6 年1 月l 】日 学位论文的主要创新点 一、将模块化技术和基于实例推理技术引入到产品变型设计中， 提出基于实例推理的模块化变型设计的思想，并以这种思想作为膜产 品的c a d 与报价系统开发的指导思想。 二、以基于实例推理的模块化变型设计的思想为指导进行膜产品 相关图库的开发，实现了膜产品的c a d 。 三、研究c a d 与报价系统间数据转换的相关问题，把膜产品的 c a d 与产品报价有机地结合起来，实现了基于c a d 的膜产品的快速 报价系统。 四、提出了详细报价和快速报价两种报价方式，并把详细报价和 快速报价两种方法结合起来应用于工程报价中。 第一章绪论 第一章绪论 1 1 水资源概况与膜法水处理 1 1 1 水资源状况 水对人类的生命和健康以及生念系统至关重要，是社会发展的基本条件之 一，但是人类目前缺乏安全的足够的水资源以满足基本生活需要。 人类可以从江河湖泊中取用的淡水只占水总量的0 0 1 4 。而目前的局面是 这o 0 1 4 的水又遭到严重的污染。当前，人类社会跨入了一个新的世纪，水资 源短缺、水环境污染和水灾害仍然在时刻威胁着各国社会和经济的发展。一方面 水资源同益短缺，另一方面水资源浪费现象又特别严重。随着社会、经济、技术 和城市化的发展，排放到环境中的污染物量日益增多，造成水体污染日益严重。 水资源污染造成的“水质型缺水”加剧了水资源短缺的矛盾，加剧了生活用水的 紧张和不安全性。 中国的水资源短缺，人均水资源占有量在世界排第1 1 0 位，相当于世界人均 占有量的1 膳，已被联合国列为1 3 个贫水国家之一。近年来，我国水体污染日益 严重，水质严重恶化。有限的水资源被大量浪费、污染以及其它不合理使用，进 一步加剧了水资源短缺的矛盾。为了实现我国水资源的可持续利用，有必要采取 有效的水处理技术，使有限的水资源免受污染。 1 1 2 膜法水处理技术 水处理正随着全球水环境问题的日益突出而发展成熟起来，并朝着产业化、 商品化、规模化的方向前进。多年以来，世界各国在水处理技术方面做了大量的 研究。其中的膜分离技术在水处理领域迅速发展起来，被誉为2 1 世纪水处理技 术的关键技术，是替代传统工艺的最佳选择。 膜分离技术是2 0 世纪5 0 年代发展起来的一门高技术学科，7 0 年代后在各 个工业领域中得到大规模的应用。近几年来，膜技术发展很快，首先是在水处理 方面得到应用，而后在其他许多领域中推广应用【2 】。 膜分离技术的主要作用原理是以压力梯度为驱动力，利用特定膜的透过性能 第一章绪论 分离水中离子、分子和杂质而进行的滤膜机械筛分作用，是膜技术从化工领域向 水处理领域、发展的结果。膜分离技术的工程应用是从2 0 世纪6 0 年代海水淡化 开始的，在近二三十年内迅速发展。目前膜技术已被广泛地应用于电镀、含油、 化纤、印染、化工、造纸、石油、食品、医药、核能等工业部门的废水处理，膜 分离技术既能对工业废水进行有效的净化，又能回收其中有用物质，还可节省能 源，是一种最具有发展潜力的新型水处理技术，发展前景更为广阔。 目前比较常见的用于水处理的膜分离技术包括 3 】： 1 反渗透( r o ) 。 反渗透是以压力为推动力，利用反渗透膜只能透过水而不能透过溶质的选择 透过性，从某一含有各种无机物、有机物和微生物的水中，提取纯水的物质分离 过程。 2 超滤( u f ) 超滤是溶液在压力作用下，溶剂与部分低分子量溶质穿过膜上微孔到达膜的 另一侧，而高分子溶质或其它乳化胶束团被截留，实现从溶液中分离的目的。 3 微滤( m f ) 微滤是以筛孔原理为主的薄膜过滤，在外加压力下，溶剂、水、盐类及大分 子物质均能透过膜，仅微细颗粒和超大分子物质被阻留下从而达到分离净化的目 的。 4 液膜( l m ) 液膜是利用两液相间形成的第三相( 又称膜相) 界面，通过选择性渗透，将五 溶的两种( 或两种以上) 组分分开，从而达到分离提纯的目的。 5 电渗析( e d ) 电渗析是在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择 透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的淡化、浓缩、精制或纯化 的目的。 6 纳滤( n f ) 纳滤是介于超滤和反渗透之阳j 的新型膜分离技术，它的出现弥补了反渗透与 超滤间的空白。纳滤膜的表面分离层由聚电解质所构成，对无机怂有一定的截留 率。纳滤膜分离技术在饮用水生产方面f 在发挥其独特的作用。 1 1 3 膜法水处理的装置膜产品 膜法水处理的成套装置通常也被称为膜产品，是膜分离技术在水处理方面的 应用，是以膜组件为核心部件、配以可实现各种辅助功能的其他部分所组成的一 第一章绪论 套完成水处理工作的系统。目前常用于水处理的膜产品主要是连续微滤水处理系 统、膜生物反应器水处理系统等。 1 连续微滤( c m f ) 水处理系统 连续膜过滤( c m f ) 水处理系统是专为中水回用、生产高标准饮用水和高 等级工业用水以及一些特殊的分离工艺而设计的。系统采用具有独特结构的高抗 污染型中空纤维膜元件和独特的气水双沈工艺技术，配以特殊设计的管路阀门、 自清洗单元、加药单元和自控单元等，形成一个闭路连续操作系统。当处理液在 一定压力下通过微滤膜过滤，达到物理分离的目的。特别适用于过滤自来水、地 下水、地表水和城市污水经生化处理后的排放水，从中去除细菌、微生物和悬浮 物等杂质，净化后的水清澈透明，浊度近于零。连续微滤水处理系统如图1 1 所 示。 | ! | 1 - 1 连续微滤( c m f ) 水处理系统 2 膜生物反应器( m b r ) 水处理系统 膜生物反应器( m b r ) 是高效膜分离技术与活性污泥法相结合的新型水处 理技术。中空纤维膜的应用取代活性污泥法中的二沉池，进行固液分离，有效的 达到了泥水分离的目的。膜的高效截留作用可以有效地截留硝化菌，使其完全截 留在生物反应器内，使硝化反应得以顺利进行，有效去除氨氮，避免污泥的流失， 同时可以截留一时难于降解的大分子有机物，延长其在反应器的停留时间，使之 得到最大限度的分解。应用m b r 技术后，水质良好且稳定，可以直接回用，实 现了污水资源化。 第一章绪论 1 2 本文的研究背景和意义 本课题是以天滓工业大学膜天膜工程技术有限公司为应用背景，针对其主要 膜产品连续微滤( c m f ) 水处理系统开发的一个基于c a d 的产品快速报价 系统。 天津膜天膜工程技术有限公司是一个高科技产业化企业。公司的水处理技术 广泛应用于污水处理、中水回用、海水淡化、饮用水净化和一些特殊的分离工艺 过程。 公司膜产品的特点是定制式订单生产。公司以其初步设计和产品报价参加工 程招标或者与客户协商，如果通过投标或者协商得到了客户的订单，再按照订单 生产产品。产品的具体形式不固定，依客户的要求、产品的工作空间等各方面条 件的不同而有很大的差异，从而造成每次产品的设计和报价均不尽相同。目前的 膜产品设计工作仍采用人工查手册等方式选择各种零部件，工程图纸的绘制由设 计人员通过绘图软件花长时间逐条线绘制，工程计算和报价方面多数是采用人工 手段进行，存在工作量大、不准确、花费时间长等问题。所有这些都使得初步设 计和报价的时间相对较长，而且所提供的初步设计也比较粗糙。这些都直接影响 到公司在客户心目中的印象，进一步会影响到公司所参加的工程投标工作。因此， 对于这一类产品，如何提高报价的速度和准确性显得至关重要。 目前我国在关于产品的报价系统开发研究方面做了很多的工作，针对各种产 品的报价系统的开发和应用已经十分广泛。但在报价系统的研究丌发中针对所报 价格的计算和统计方法方面的研究比较多，基于c a d 来丌发快速报价系统方面 的研究比较少。对于膜产品，国内相关公司的设计工作和报价工作都还不太成熟， 还处于探索阶段。膜产品的计算机辅助设计和快速报价还属于空缺的研究方向。 一些发达国家在膜产品的模块化、产品设计等方面已经比较成熟。我国的膜 工程行业尚处于起步阶段，是近些年新兴的一门产业，各方面的不成熟使得我国 的膜工程行业与发达国家相比缺乏一定的竞争力。在竞争同益激烈的今天，竞争 的焦点已经不再是能将产品制造出来，而是能否快速丌发出符合市场需求的、有 竞争力的产品，快速地对客户的各种要求做出反应。企业对市场的反映速度直接 影响着企业在竞争中的地位。快速报价对企业迅速抢占市场和降低产品的成本起 着很大的作用。通过开发基于c a d 的产品快速报价系统，可以使膜产品的设计 工作进一步规范化，达到可以根掘市场需求快速完成产品设计，快速进行工程预 算和报价，快速满足用户多样化的要求。从而提高企业对市场的快速响应能力， 使企业有能力快速抢占市场，增强企业的竞争能力，具有一定的实用价值。 第一章绪论 1 3 课题的主要工作 本课题是开发基于c a d 的膜产品快速报价系统。膜产品的设计过程主要是 物料组装方式。其产品设计可以利用图库搭建的方式快速地形成，这种计算机辅 助的方式可以大大提高产品设计的效率。膜产品的准确报价可以通过整理出所需 物料的配置清单，计算其总体费用，然后再通过计算加入其它费用来得到。 首先，产品的设计和报价工作都要确定产品的物剁- 清单( b o m ) ；其次，公 司在参加投标工作或与客户洽谈协商时要同时提供给客户产品设计结果和产品 报价结果。可以看到产品设计和报价在所涉及的内容和上交时间两方面有着很大 的相关性，我们可以基于膜产品的c a d 来丌发报价系统，使报价工作充分利用 c a d 的相关信息，实现信息的集成。 因此，本课题的主要工作包括以下几部分： 1 研究基于实例推理的模块化变型设计的基本原理、设计流程和思想体系， 提出膜产品的基于实例推理的模块化变型设计的方法。 2 研究模块化设计的基本思想、模块的划分方法和步骤，并以膜产品中的 连续微滤( c m f ) 水处理系统为例进行产品的模块划分。 3 研究膜产品的计算机辅助设计( c a d ) 的方法，实现膜产品c a d 。将基 于实例推理的模块化变型设计的思想引入到膜产品的设计工作中，建立零部件参 数化图库、各级别模块图库和典型工程实例图库的三级图库体系，使产品设计工 作能够在图库的辅助下快速高效地完成。 4 研究膜产品c a d 信息的共享问题，建立与报价系统的数据交换接口。 研究从产品设计所绘制产品图的零部件明细到报价系统工程数据库物料清单的 数据转换技术。 5 研究基于c a d 的膜产品快速报价系统的体系结构和功能模型，设计开 发基于c a d 膜产品快速报价系统。 1 ) 研究产品构成方式和影响产品价格的因素。 2 ) 将基于实例推理的模块化变型设计的思想引入到膜产品的报价工作中， 提出报价系统的设计思想。 3 ) 提出对膜产品的详细报价和快速报价两种报价方式，确定两种报价方式的 应用情况和相互关系。 4 ) 提供对典型历史工程或历史工程中的典型模块的提取、管理功能，并使 其应用于快速报价中。 5 ) 提供完善的数据管理功能，建立用户数据库、物料数据库、费率数据库、 典型工程数据库、典型模块数据库、工程数据库等数据库，并对各数据库提供完 第一章绪论 善的查询、添加、删除、修改等功能。 1 4 本章小结 介绍了世界和我国水资源的现状、目前比较先进的的水处理技术膜法水 处理技术和膜法水处理的装置，说明了本文的研究背景和课题所做的主要工作。 整三主苎r 王塞型垫望堕塑堡些銮型丝盐垫查塑堕 第二章基于实例推理的模块化变型设计技术概述 2 1 变型设计思想 变型设计是关于设计方法和过程的一种分类定义，是指提取已存在的设计计 划，做特定的修改以产生一个和原设计相似的新产品。这种修改一般不破坏原设 计的基本原理和基本结构特征，是一种参数的修改或结构的局部调整或两者兼而 有之。其目的是快速、高质量、低成本地设计出新产品以满足不断变化的市场要 求。 国内外许多学者对其进行了研究，提出了基于装配模型的变型设计、模块化 变型设计和基于实例推理的变型设计等多种理论和方法。 2 2 模块化思想和模块化变型设计 产品的模块化是实现产品变型设计的一个有效的实现手段。模块的概念至今 未能有一个f 式的定义。在不同的应用领域，模块有不同的表现形式，若提取其 共同的内涵和特征，可表述为：模块是可以组合成体系的、具有某种确定功能和 接! z l 结构( 界面) 的、典型的通用单元。 产品设计中的模块化思想是在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性 能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并没计出一系列功能模块，通 过模块的选择和组合可以构成不周的产品，以满足市场的不同需求的一种设计方 法【4 】。该设计方法自从2 0 世纪5 0 年代被欧美一些国家提出以来，已被应用到许 多行业，取得了理想的效果。模块是构成模块化产品结构的基本单元，具有独立 的功能和标准的接口，能够被整个产品族中的产品所使用。所以模块化技术能充 分利用已有的模块资源，配置出不同的产品方案，从而实现产品的多样化，为变 型设计提供了良好的支持。在模块化产品结构基础上进行变型设计，只需通过模 块的调整即可形成变型产品，大大简化了变型设计的复杂程度，提高了设计的效 率和设计的准确性，便于实现产品设计的标准化、系列化和通用化。 第2 2 章基于实例推理的模块化变型设计技术概述 2 3 基于实例推理技术 实例推理技术( c b r ) 是人工智能领域新崛起的一项重要技术，它是一种相 似推理方法，其核心在于利用过去的实践经验来解决新问题【5 l 。c b r 技术在n p b 发展己经有十几年的历史，在医疗渗断、软件重用等很多领域得到了发展，解决 的问题也越来越复杂，并逐渐在机械设计领域推广应用。 人类在面对一个新问题时，首先会想到以前是否遇到过类似问题，并用以往 处理此类问题的经验来认识和解决该问题，然后又把新的解决方法积累起来，以 便同后应用。c b r 原理与人类的认知模型相一致，将过去成功的实例以知识的 形式存入实例库中，当解决新问题时，即在实例库中寻找类似的过去实例，通过 修改实例的方法使解决方案适用于新问题。由于不必对每个问题都从头进行求懈 提高了问题求解的效率。另外每得到一个新的结果都可以存入实例库，使系统具 有自学习能力。c b r 基本过程如图2 1 所示，可由四部分组成( 也称4 _ r 循环) 6 1 。 检索( r e t r i e v e ) ：从实例库中检索最相似的实例。 重用( r e u s e ) ：利用检索得到的相似实例来对新问题求解。 修改( r e v i s e ) ：为了适应新问题的需要，对相似实例进行修改。 保存( r e t a i n ) ：将新的解决方案保存到实例库中，实现知识的积累。 图2 1c b r 的基本过程 2 4 以基于实例推理技术作为快速变型设计的智能推理工具7 1 【8 】1 9 1 传统c a d 设计技术偏重于数值计算，主要通过建立设计对象的数学模型进 第二章基于实例推理的模块化变型设计技术概述 行计算、分析、绘图，丽对于方案设计、评价、结构设计等则无能为力，因此必 须用人工智能的方法进行符号推理，以适应创造性设计的要求。 c b r 推理技术引入设计领域是为了克服传统的基于规则的专家系统和基于 模型的推理系统的缺陷。不仅可以缓和专家系统知识获取的困难，而且可大大地 提高系统的推理效率，具有如下优点：c b r 推理不需要精确的领域模型，因 而知识的提取变成了一个收集实例的过程；c b r 推理的执行过程简化为确定 描述实例的典型特征，这比产生一个精确的模型或众多的规则要容易的多；应 用数据库技术，可阻解决大量信息的管理问题； c b r 系统能通过把新的知识 转换为实例而实现自学习，这样使系统的维护容易。 c b r 之所以可以成功地引入设计领域主要原因是实际的设计过程和c b r 的 推理过程存在并行的对应关系，c b r 技术实际是一种类比推理，非常符合设计 师在进行实际设计时的思路。因此，应用c b r 技术解决变型设计问题是可行的， 对于一个不存在明确模型或尚不被完全理解的问题域，c b r 是一个有效的智能 系统开发工具。 在变型设计中c b r 技术要解决以下问题呷1 ： 首先要解决选取什么样的相似实例进行变型设计的问题。根据用户需求，利 用c b r 技术提取最相似实例作为产品变型设计的基型，能大大简化变型设计的 复杂程度，通过最少的变动即可实现产品变型，提高了变型设计的效率。 其次是在相似实例提取出来以后要解决其中哪些模块需要变动问题。利用 c b r 技术把用户需求与相似实例相比较，结合产品设计的经验知识，自动搜索 出相似实例中不能满足用户需求的模块，从而解决了哪些模块需要变动问题。 第三是解决需要变动的模块如何变动的问题。模块化产品实例的变型方式与 模块库有关。把用户需求转化为模块需求以后，根据模块需求查询模块库，如果 模块库中有满足需求的模块，则可以通过模块替换束实现产品变型，否则需要对 现有模块进行修改或者设计新的模块。 2 5 基于实例推理的模块化变型设计 基于实例推理的模块化变型设计是将基于实例推理的变型设计思想与模块 化变型设计思想结合起来，在对产品进行模块划分和对模块进行标准化、系列化 工作的基础上，针对模块化的产品进行变型设计的过程中采用基于实例推理的设 计方法。这种产品设计方法的流程如图2 2 所示。 具体流程说明如下： 1 获耿用户对产品的功能、性能等方面提出的要求。 9 第二章基丁实例推理的模块化变型殴计技术概述 2 根据用户需求查询产品实例库，如果有满足用户需求的产品实例，则输 出该产品方案，完成设计。如果没有完全满足用户的产品实例，则需提取相似实 例进行变型设计。 丌始 获取用户需求 杏询产品实例席 婴相吵 y 取叫提取相似实例 添 加 膜 块 是否满足用户需求 n 台询模块库 量否有满足修改条件的模 n 修改模块或 重新设计模块 提取模块对提取 出的实例做修改 y y 结束 幽2 - 2 基r 实例推理的模块化变吧设计流稃幽 3 将用户需求与产品实例库中的各实例进行比较，根据相似度提取最相似 的实例作为变型设计的基础。 4 相似实例提取出来以后，把用户需求与相似实例作比较，找出与实例不 同的需求并映射到所影响的模块，从而确定实例中哪些模块需要调整。 5 根据用户需求查询模块库。 第二章基于实例推理的模块化变型设计技术概述 1 ) 如果模块库中有满足需求的模块，则用该模块替换实例中的相应模块a 2 ) 如果模块库中没有满足需求的模块，则有两种可能： 如果只需通过修改某些已有的模块就能满足需求，则进行模块修改，然后 用修改后的新模块替换实例中的相应模块，并将修改后的模块存入模块库中。 如果不能通过修改已有的模块得到满足用户需求的模块，则要创建新模 块，然后用新创建的模块替换：实例中的相应模块，并将新模块存入模块库中。 修改所有需调整的模块以后，就形成了新产品的设计方案。 6 新产品的方案经过一定的方式审核可以转化为产品实例存入产品实例库 中。 2 6 本文的指导思想 基于实例推理的模块化变型设计思想是本文膜产品的c a d 和丌发基于c a d 的快速报价系统的指导思想，主要体现在以下两个方面： 1 基于实例推理的模块化变型设计思想是膜产品c a d 的指导思想。在图 库丌发的总体规划和图库的使用过程中都体现了这种设计思想。 在图库的总体规划中，不是简单地建立零部件图库，而是在针对膜产品进行 模块划分的基础上构建包括零部件参数化图库、各级别模块图库和典型工程实例 图库的三级图库体系。在开发零部件参数化图库的基础上，以零部件图库为基础 丌发各级别模块图库，再以各级模块图库为基础开发典型实例图库。 在应用图库进行新产品的设计时，按照基于实例推理的模块化变型设计思 想，根据新工程的具体要求选择相应级别的图库来完成工程的设计工作。首先采 用基于实例的设计思想，在典型工程图库中提取相似的典型工程实例的图形：然 后根据用户需求与所提取实例的差别，通过在各级模块图库提取适当的模块对实 例进行修改；如果模块图库中没有符合要求的模块，就使用零部件图库对模块进 行修改或者设计新的模块添加到模块图库中，然后用修改后的模块或新添加的模 块对所提取的实例进行修改，最终形成符合用户需求的设计图。 2 基于实例推理的模块化变型设计思想是报价系统开发的指导思想。 在报价系统的规划中，提出了详细报价和快速报价两种报价方式并存的方 式。系统以详细报价作为辅助手段，以快速报价作为主要的报价方式。快速报价 的工作流程中完全体现了基于实例推理的模块化变型设计的思想。所设计的基础 数据库中包含了物料数据库、典型模块数据库和典型工程实例数据库。在针对新 工程进行快速报价的过程中，首先采用基于实例的设计思想，在典型工程数据库 中提取相似的典型工程实例；然后根据用户需求与所提取实例的差别，通过在典 第二章基- 丁实例推理的模块化变型殴计技术概述 型模块数据库中提取适当的模块对实例进行修改：如果模块数据库中没有符合要 求的模块，就使用物料数据库对模块进行修改或者设计新的模块添加到模块数据 库中，然后用修改后的模块或新添加的模块对所提取的实例进行修改，最终形成 符合用户需求的工程物料清单：最后通过费率计算得出新工程的报价。 以基于实例推理的模块化变型设计的思想作为指导，使膜产品的c a d 和报 价工作建立在一个科学的设计方法基础之上。 2 7 本章小结 将基于实例推理技术、模块化技术和变型设计思想相结合，提出了基于实例 推理技术的模块化变型设计的理沦，并作为本文基于c a d 丌发膜产品快速报价 系统的指导思想。 2 笙三塞耍塑兰垒堡塑坚! 苎丛壁垫些丝i ! 垫查 一 第三章面向c a d 的膜产品的模块化设计技术 基于实例推理的模块化变型设计是以产品的模块化设计为基础的。 3 1 模块化设计的概念 模块化设计就是在对一定范围内的不j 司功能或相同功能不同性能、不同娜格 的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过对模块的选 择和组合可以构成不同的产品，以满足市场的不同需求l ”1 。模块化设计包合了两 个过程：一是如何根据设计的要求进行功能抽象合理创建模块的过程，即设计分 析过程：另一是如何根据要求合理地选择一组模块并组成产品方案的过程，即设 计综合过程。其中模块的划分是模块化设计的核心内容【1 2 。模块化设计的关键 技术 要使模块化产品方案设计顺利进行，需注意以下几点关键技术【1 目： ( 1 ) 模块的划分 模块化设计原则是力求以少数模块组成尽可能多的产品并在满足要求的基 础上使产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉，各模块结构应尽量简单、 规范，模块间的联系尽可能简单。因此如何科学地、合理地划分模块，是模块 化设计中一项关键工作，既要照顾制造管理方便，避免组合时产生混乱，又要具 有较大的灵活性，考虑谚模块系列将来的扩展和向专用、变型产品的辐射。 ( 2 ) 模块标准化 模块标准化是指模堍结构标准化和模块接口标准化。模块接口一致性是不同 功能模块之削进行组合和相同功能模块之间进行替换的关键因素，因此，必须提 高接口的标准化、通用化和规范化程度。标准化是企业在进行产品模块化设计之 前必须达到的要求。 ( 3 ) 模块数据模型的建立 计算机辅助设计技术的应用，为实现产品模块化方案设计提供了高效、便捷 的条件，为高效地开发系，u 化产品相变型产品提供了有效支持。面向计算机辅助 模块化设计的产品模块建模是基于信息理论和计算机技术建立的数掘模型，是定 义和描述整个生命周期中产品的数据内容、活动过程及数摒联系的信息模型必 须充分考虑设计知识的重用和产品模型快速变型的机制。模块数据模型合理、准 确地建立为功能模块族的快速形成、模块计算机管理的实现以及模块组合的虚拟 确地建立为功能模块族的快速形成、模块计算机管理的实现以及模块组合的虚拟 第三章面向c a d 的膜产品的模块化设计技术 装配起至了关键作用。 ( 4 ) 模块的设计资源管理 通过计算机对模块化设计的设计资源进行管理，实现计算机辅助模块化设 计，更好地体现模块化设计的优越性。建立模块编码结构和建立集中、统、准 确的模块数据集合，实现模块数掘的共享和集中管理、维护，是计算机辅助模块 化设计设计资源管理的重中之重。 3 2 模块化设计的步骤 模块化设计的具体设计步骤如下： ( 1 ) 市场调查与分析。首先摸清市场需求和产品的发展方向，对生产同类 或相近产品的厂家进行分析，并分析来自用户的需求，分析模块化设计的可行性， 为模块化设计提供可靠依据。 ( 2 ) 在对市场进行调研的基础上，从模块化设计的角度进行充分的论证和 技术经济分析，合理的拟出产品系列型谱。 ( 3 ) 确定产品参数范围和主参数。 ( 4 ) 结合产品结构特点进行产品功能分析，合理划分产品功能模块。 ( 5 ) 对模块进行功能结构分析，建立模块数据模型，形成模块库和接口库。 ( 6 ) 模块组合。模块化设计需考虑模块的选择和组合。模块组合是指通过 选择具有不同分功能的模块，判断它们组合的可能性和合理性，进而组合成具有 特定功能、满足用户需求的新产品方案。 ( 7 ) 编写技术文件，形成产品方案。列出产品参数清单、模块清单、接口 清单和零部件清单，为产品方案设计之后的技术设计阶段提供技术资料。 3 3 膜产品的模块划分 膜产品的基于实例推理的模块化变型设计以膜产品的模块划分为基础。连续 微滤( c m f ) 水处理系统是膜产品中使用最普遍的一种产品，作者针对c m f 水 处理系统进行了模块的划分。 根据c m f 水处理系统的功能结构映射，得到满足功能需求的各个结构 单元，按照模块划分原则，考虑各个结构单元之间的相关程度( 功能相关、装配 相关、信息相关等) ，将c m f 水处理系统划分为4 个一级模块，一级模块进一 步分解得到1 2 个二级模块，结构如图3 一l 所示。 第三章面向c a d 的膜产品的棋块化改计技术 c m f 水处理系统 一级模块：l 电控模块il 气控模块 设备模块ll 公用模块 二级模块 p l c 模 块 电 路 模 块 气 控 仪 表 模 块 气 路 系 统 模 块 进 水 模 块 产 水 模 块 浓 水 模 块 机 架 模 块 连 接 附 件 模 块 公 用 附 件 模 块 泵 模 块 罐 模 块 幽3 - 1 连续微滤( c m f ) 水处理系统的模块划分 a ) 电控模块。包括p l c 模块和电路控制模块两个二级模块。 b ) 气控模块。包括气控仪表模块和气路系统模块两个二级模块。 c ) 设备模块。包括进水模块、产水模块、浓水模块、支架模块和连接 附件模块五个二缴模块。 d ) 公用模块。包括公用附件模块、泵模块和罐模块三个二级模块。 3 4 本章小结 介绍了面向c a d 的模块化设计的概念、关键技术和主要步骤，并针对c m f 水处理系统进行了模块的划分。 第四章膜产品的c a d 第四章膜产品的c a d 4 1c a d 的发展历程、意义和发展趋势 计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ，简称c a d ) 是计算机科学与工程设 计学科相结合而形成的新兴技术，是计算机技术在工程设计上的具体应用，也是 先进制造技术的重要组成部分。 1 c a d 技术的发展历程【1 4 】 计算机辅助设计始于6 0 年代。 6 0 年代，c a d 的主要技术特征是交瓦式二维绘图和三维线框模型。这段时 期出现的三维c a d 系统只是简单的线框式系统，由于缺乏形体的表面信息， c a m 及c a e 均无法实现。 7 0 年代，c a d 的主要技术特征是自由曲线曲面的算法和表面造型理论。 8 0 年代，c a d 的主要技术特征是实体造型理论和几何建模方法。尽管有了 表面模型，c a m 的问题可以基本解决。但由于表面模型只能表达表面信息，难 以准确表达零件的其它特性，对c a e - t 一分不利。 9 0 年代，c a d 技术理论基础主要是参数化造型理沦和变量化造型理论，形 成了基于特征的实体建模技术，为建立产品信息模型奠定了基础。 2 c a d 技术的意义 c a d 技术的普及和发展，是对传统设计方法的变革。它的迅速发展和广泛 应用，给传统的制造业带来了蓬勃生机，使传统的产品设计方法和生产组织模式 发生了深刻的变化。c a d 技术极大地推进了产品的标准化、系列化，为c a m 的 发展提供了实现的前提条件。c a d 技术为企业缩短产品设计周期、增强市场应 变能力、提升参与国际市场竞争能力提供了强有力的技术手段，产生了巨大的社 会经济效益。 3 c a d 技术发展趋势 为适应同趋激烈的市场竞争和快速变化的市场需求，c a d 系统也迅速发展， 可以总结为以下几大趋势：( 1 ) 集成化。为适应设计和制造自动化的要求，特别 是c i i v i s 的需要，进一步提高集成水平是c a d 系统是发展的一个重要方向。( 2 ) 智能化。从现有主要是处理数值型的工作。包括计算、分析和绘图到设计活动中 的推理工作，如方案构思与拟定、最佳方案的选择。f 3 ) 可视化。科学计算可视 化将科学技术计算过程的数据转化为图形图像信息，并进行交换处理。( 4 ) 网络 第四章膜产品的c a d 化。c a d 系统可以通过网络互连起来，达到资源共享和协调作用，发挥更大的 效益。近年来计算机支持的协同设计环境的研究成为c a d 技术发展方向之一。 ( 5 ) 并行化。在计算机网络环境内对产品丌发的整个设计和管理过程进行描述建 模，强调并行工程和面向制造，采用产品数据管理( p d m ) 技术，从软件结构、 产品数据、面向目标的开发技术、产品建模和智能设计、质量控制等方面有所突 破，为实现并行工程提供更完善的环境。( 6 ) 标准化。c a d 标准体系是开发应用 c a d 软件的基础，也是促进c a d 技术普及和应用的强制手段。目前已经制定了 面向图形设备的标准c g i ，面向用户的图形标准g k s 和p h i g s ，面向不同c a d 系统的数据交换标准i g e s 和s t e p 等。任何软件只有符合这些标准才能在市场 流通，同时标准也在不断修正和进化 1 5 。 4 。2 膜产品的c a d 方法 c a d 的实现方法有很多，参考当前膜产品的设计过程，采用了基于实例推 理的模块化变型设计的思想作为指导思想，提出膜产品的基于实例推理的模块化 变型设计的思想。 膜产品的c a d 以膜产品的模块化设计为基础。在针对膜产品进行模块划分 和对各级模块及其接口进行标准化和系列化的基础上，结合基于实例推理的设计 思想，从以往的工程设计中积累具有代表性的历史工程，作为工程实例用于今后 对新工程的设计工作中。 在新工程的设计过程中，首先按照基于实例推理的思想，根据新工程的用户 需求在积累的历史工程中查询。如果有和用户需求完全相同的历史工程，则可以 直接提取该历史工程作为新工程的设计结果。 如果查询结果没有找到完全符合用户需求的历史工程，则按照相似设计的方 法提取最相似的历史工程。然后按照膜产品的模块划分把用户的需求映射为对各 级模块的需求，查找不符合需求的模块，然后在浚模块的系列中查询提取符合需 求的模块来替代所提取历史工程中的模块。 如果在模块系列中没