设计与制造异地协同平台的建立.docx

文章编号 :1007 - 1385 (2007) 04 - 0067 - 04设计与制造异地协同平台的建立鲁玉峰1 ,2 吴忠跃1 ,2崔海涛1 夏春山2 曾庆国2(1 . 南京航空航天大学 ,江苏 南京 210016 ;2 . 中国一航沈阳黎明航发 ( 集团) 有限责任公司 ,辽宁 沈阳 110000)摘 要 :设计与制造异地协同工作平台的建立是以计算机信息技术为基础 ,以发动机典型零部件为对象 ,探索一种设计与制造异地协同技术和管理上的新模式 。本文对企业实施厂所产品设计 制造异地协同平台建立的项目意义 、关键技术内容和实施经验等做了浅析论述 ,以飨读者 。 关键词 :协同 ;网络 ;数字化制造中图分类号 : TP393文献标识码 :A航空发动机产品的研制是一个复杂的系统工程 ,研制技术难度大 ,研制周期长 ,协调关系多 ,投 资数额大 ,项目风险高 。解决这些问题 ,需要发动 机设计技术 、试验技术 、制造技术 、材料技术和管理技术等的综合发展 。建立基于网络技术并跨越 企业内外不同区域的制造与设计协同工作平台是 企业重点开展的信息化建设项目之一 。为应对市场竞争的挑战 ,企业就要改变传统 的手工管理产品数据等粗放管理模式 ,要建立企业统一的企业产品数据管理信息平台 ,解决人工 传递 、更新数据带来的耗时 、费力 、易引起错误等 弊端 。同时 ,为了适应新一代发动机产品的研制 需求以及适应当前厂所联合研制的方式 ,急需在 厂所现有计算机系统的基础上 ,建立厂所设计制 造异地协同工作平台 ,并为实现企业航空发动机和燃气轮机的数字化开发 ,实现航空发动机向数 字化生产方式的转变 ,提供全面的技术支撑 。厂所产品设计制造异地协同平台要实现的 主要功能有 :(1) 提供基于金航网的厂所间产品数据传递 、 发放和接收的安全与有效通道 ;(2) 规范产品数据组织与表达形式 ,使厂所中 工作人员可以方便的找到所需的文件 ;(3) 对文件进行严格的状态和权限控制 ,从而 满足在文件形成的过程中各阶段不同的需要 ;(4) 工作人员可以方便地对会签意见进行汇 总 ,形成会签意见文档 ;(5) 可在系统中进行更改管理 ,并保证所有数据得到及时的更新 ,保证数据的一致性 ,唯一性 ;(6) 为设计和工艺人员提供直接协调的工作 环境 ,实现厂所间的工作流管理 。22 . 1异地协同平台的构建建立信息安全的通信网络环境该系统运行环境构建于金航网之上 ,所以为了保证数据信息的安全 ,必须采取相应的软 、硬件保障措施 。(1) 防火墙保护 :为保护企业内部网络安全 ,在企业和金航网 之间安装有防火墙系统 ,同样 ,设计所网络也具有相同的防火墙系统 。异地协同平台需要通过金航网进行数据传输 ,势必需要穿越企业和设计所的 防火墙系统 。项目团队在既缺少实施经验 ,又没有相关资 料的情况下 ,团队成员克服困难 ,通过手工监测 、 查找系统日志等手段 ,经过探索 ,成功使异地协同系统通过金航网进行信息的沟通和数据交换 。(2) 加密技术保护 :使用异地协同技术 ,产品数据信息势必要在 传输过程中通过金航网 ,若数据以明文形式在金 航网内传输 ,则很可能被他人侦听 、探测 、截取 ,甚 至恶意修改 。所以 ,对于在金航网络中传输的数 据必须经过加密处理 。服务器间进行数据通信时 ,在数据进入金航 网前对数据进行加密处理 。文件在金航网络上传 输的数据是加密过的密文 ,使他人无法窃取 、涂改 和伪造数据文件 。文件接收方通过解密将接收的 信息文件还原成明文文件 。(3) 系统授权方法 :收稿日期 :2007 - 06 - 13作者简介 :鲁玉峰 (1958 - ) ,男 ,河南濮阳人 ,高级工程师68沈阳航空工业学院学报第 24 卷异地协同系统负责企业内所有工艺等工程人员的管理职能 ,众多的用户给用户管理带来了压 力 。为解决用户职能和权限间的关系 ,系统以组织 、角色 、用户三级管理方式管理用户并通过用户所在组及角色赋予不同的访问权限 。不同的系统 角色拥有不同的权限 ,为满足多重职能人员的需 求 ,在系统中 ,一个用户可具有多种角色 。当需要 使用某种角色的权力时 ,通过用户角色转换 ,获得对应的权力职能 。2 . 2 制定协同体系结构这里设计制造异地协同平台的体系结构是 指在这个平台体系里予以厂 ( 制造单位) 与所 ( 设 计单位) 的主体地位和约束的组织框架 ,所以说 ,其体系结构直接影响着双方协同工作的效率和安 全管理 。目前设计制造协同系统有三种主流结 构 :网络结构 、联邦结构和面向主体的黑板结构 。 经过考虑厂所工作协同管理中的各自系统开放 性 、主导性和双方系统的异构性 、偶合程度等 ,该系统采用了联邦结构模式 ,即 :每个系统各自相对 独立 ,有自己的数据源 、组织架构以及业务流程 , 互不干涉 ;厂所主体间的消息发布和联系由一个 全局协调服务器完成 ,并能在厂所系统之间实现 所需数据实时共享和保证数据对象的一致性 。由于目前设计所和企业双方已有 UGS 公司 Teamcenter 家族的 TCE 产品数据管理平台 , 并经 过对比 与 测 试 , 该 系 统 最 终 采 用 了 Global Team2 center 为 厂 所 产 品 数 据 传 输 与 协 同 平 台 。在 该 Global Teamcenter 平台 , 厂所将通过金航网连通 ,它们各自有独立的 TCE 服务器 ,通过一个全局发 布服务器来纪录已发布的数据对象和进行全局查 询 ,产品数据的传送及同步由 Global Teamcenter 管 理 ,通知及公告可由电子邮件或 Web 来实现 。下 图 1 所示为该体系结构平台协同工作过程简单示意说明 。2 . 3 产品信息的表达设计所与企业现行数据传递方式都是纸质文 档 ,在建立厂所设计制造异地协同环境后 ,将来产 品数据为电子数据并都通过网络传递 ,这样就要研究基于网络传输电子数据模式所需要的数据类 型 、不同的数据格式 、能表达出产品信息并有效用 于电子信息管理的数据组织形式 。(1) 需要的数据类型 : 由传统的产品数据的 纸质文档转化为将来的电子文档 ,产品数据类型发生了改变 ,它们的对应关系见表 1 。图 1 协同工作过程示意图产品文字文档与电子数据文档对应表表 1纸质文字文档类型电子数据文档类型三维模型图形文件二维模型图形文件 产品目录 BOM 表格文件 技术文档文本文件标准 ( 技术和通用) 文档文本文件 数据表格文件图纸装配图纸中的明细表 装配图纸中的技术说明条件 纸质标准 ( 技术和通用) 手册 数据坐标表本(2) 数据格式的约定 : 数据源的表现形式可有多种多样 ,基于不同的软硬件平台 ,信息具有不 同的表达格式 。尽管已有产品数据内容 ,但要想使协同双方系统平台能有效地进行数据交流和互 动 ,首先要对数据格式进行约定 。在对其内容约 定过程中要考虑 最大限制地使协同双方信息系 统平台同构化 : 目前厂所双方信息系统平台的主 流环境达到基本一致 , 如同为 Teamcenter 系统架构 、Unigraphics 图形应用服务 、基于 ORACL E 数据 库的数据服务等 ; 分析协同双方各自信息系统 的集 成 工 作 环 境 , 如 企 业 信 息 系 统 集 成 含 有 CAXA 、InterCAD 、SolidEdge 、Unigraphics 等异构 CAD 图形平台和其它 CAX 产 品 ; 在 和 的 基 础上 ,详细约定出数据交换的共用数据格式的内容 ,例如表 2 。表 2数据交换的共用数据格式内容电子数据内容数据格式要求UG 版本 NX3 . 0. prt 文 件 , IGES 或 STEP文件 ,J T 格式图片 。UG 版本 NX3 . 0. prt ,DWG 或 DXF 文件 ; AutoCAD 版本 2000DWG 或 DXF 文件 ; 数据库格式三维模型二维模型产品属性 Form 表单 . . . . . . . . . . . . (3) 数据组织形式 : 设计制造异地协同系统平台采用了面向对象的思想 ,即所有数据都是围 绕着产品对象来组织的 。产品对象数据模型 ( 数第 4 期鲁玉峰等 :浅谈设计与制造异地协同平台的建立69据组织形式) 成了系统管理的最基本的数据单元 。产品对象数据模型是一个逻辑定义 ,用来表达产 品对象内部各种信息之间的关系 。它包括产品类 、名称 、版本和产品对象的数据和文档组织 。这种产品对象数据的关联组织形式使系统能有效地 对所有与产品相关的信息 ( 电子文档 、数字化文 件 、数据库记录等) 和所有与产品相关的过程 ( 工 作流程和更改流程等) 进行信息管理 。2 . 4 面向制造的产品设计数字模型数字产品建模的目的不只是为了建立适于图 形修改和显示的三维几何图形 ,而且还要考虑产 品设计下游的制造和装配等特点 ,还要有如形状 特征 、尺寸 、公差 、材料和表面粗糙度等高层次信息 。为了使设计部门的 3D 数字产品模型能在制 造得到有效应用 ,需要 :(1) 建立基于特征的数字产品模型 。该模型 包括三个层次的信息 : 几何层 、零件层和特征层 。几何层 :点 、线 、面 、体等几何模型底层次的几何信息 ,是实体模型的基本单元 。 零件层 :反映零 件体的主要属性 ,如使用标准 、版本或批次 、名称 、 编码 、型别 、绘制者 、毛坯 、材料牌号等信息 。 特 征层 :主要反映零件的形状 、精度和加工要求的信 息 ,如公差 、粗糙度 、材料热处理要求和与加工方法相对应的形状特征等 。(2) 建立基于产品的建模方法 (或标准) 。为 了数字产品模型能够有效交互和使用 ,需对建模 的参数设置和过程进行规范 。由于航空产品零部 件对象不同 ,产品结构差异很大 ,不同的零部件可能有根本不同的建模过程和方法 , 例如轴 ( 旋转 体) 和叶片 (B - 样条曲线 B - 曲面 与拉伸体 布尔运算等) 。所以 ,还要建立基于产品的建模方 法 (或标准) ,如基于 UG 图形软件平台的发动机 叶片建模要求等 。(3) 采用面向制造的设计方法 (DFM) , 产品 模型要考虑加工需求要素 。通过将产品设计数据 模型与制造需要的加工模型做比较 ,项目组工艺 方面发现两者是有某些区别的 。例如 ,对某一部 件产品 ,工艺需要在打孔 、槽特征操作前 ,先抽取该孔或槽所在的曲面 。如若设计工程师在建立产 品数字模型时给加工需用的曲面存放在约定的层 里 ,会给工艺师带来较大方便 。再例如 ,对产品有 些倒角要求在模型加以解释说明即可 ,无须倒角 , 其由工艺刀具来保证 。这些在建立数字模型时 ,需要由工艺人员与设计人员双方共同商定 。项目小组针对每一种数据定制了其产品属性 ( 80 条) ,产品三维模型进行了系统的工艺性要求 ( 20 条) ,力争实现设计产品模型满足加工需求 (DFM) 。2 . 5 并行协同交互方法并行工程方法的实质就是要求产品设计人员 与产品下游制造工程师等共同工作 ,在设计阶段 就要考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品 报废处理的所有因素 ,包括质量 、成本 、进度计划和用户的要求 。在平台有了计算机网络环境支持 的信息安全通道 、协同体系结构和产品信息数字 化定义后 ,厂所确立了并行协同交互方法 。并行协同交互方式主要可分为异步和同步两 种 。异步协同交互是指在不同时间下异地用户可以通过服务器获得的协作信息来相互沟通 ; 同步 协同是指异地用户同时进行面对面的网络协作 。 由于目前厂所传输网络带宽只是在 2M 左右 , 不 具备异地 3D 同步协同设计的条件 。另外 , 从设 计人员相对封闭的性格看 ,更多的人不愿意在设计途中将图纸放进系统共享 ,而是在设计完了之 后再放进去 。所以 ,该系统为异步协同交互方式 的协同平台 。厂所沟通的设计阶段采用了 2 种方式 : (1) 以 集成产品团队 ( IPT) 工作组方式 。这样组织的 IPT工作组在设计一开始 ,就把产品整个生命周期所 涉及的人员都集中起来 ,确定产品性能 ,对产品的 设计方案进行全面的评估 ,集中众人的智慧 ,能得 到一个优化的结果 。制造厂工程师们通过金航网 异地远程登陆到设计所 TCE 系统 ,沟通过程逻辑上等同于设计所内产品开发工作团队沟通过程 。 这种沟通方式简捷 ,但可能给设计部门系统管理 和安全带来不便 。(2) 通过 Global Teamcenter 传送 数据 。数 据 传 递 和 意 见 沟 通 是 在 Global Team2 center 系统架构偶合的两个独立子系统之间进行的 ,各自系统安全性好 ,但是沟通不便捷 。3应用举例下面为某零组件数据发放 、接收 、会签和返回设计所的会签过程的一个例子 ,是异地协同系统功用之一的会签应用 ,其流程见下面图 2 。3 . 1数据发放设计所将某产品模型设计完 成 及 数 据 归 档 后 ,发放到企业 。协同系统自动生成发放通知并 将数据传输到企业协同服务器中 。3 . 2数据接收70沈阳航空工业学院学报第 24 卷图 2 会签应用流程图某数据模型进入企业系统后 ,企业档案管理员查看和校对零件后将发放通知和零件一同通过 内部邮件系统发给工艺型号师 。3 . 3 数据会签企业研发处型号师接到邮件后 ,查看发放通 知和零件模型 ,并决定需要有关研究室会签 。然 后 ,创建总工艺 ITEM 、工艺审查 ITEM 和研发处通 知单 ,并通过系统邮件将它们发送给各审查单位研究室 。 各制造研究室接收到工艺型号师的邮件后 ,对设计模型进行审查 ,填写审查意见 ,决定是否通 过 。如果意见过多 ,可以填写相关的文档 。如铸 造研究室 、叶片研究室针对某产品的加工方法和应用标准提出了不同意见 ,提请设计所更改 。 某产品模型结构示意如图 3 所示 。 研发处工艺型号师接到各研 究 室 审 查 意 见后 ,将意见汇总和形成企业意见 ( 图 6) ,并由档案 人员发放给设计所 。我们愿与同仁交流相关技术和经验 ,以促进共同进步 。图 3 产品结构及三维图象参考文献 :1约瑟夫萧塔纳. 制造企业的产品数据管理M. 机械工业出版社詹姆斯P. 沃麦克. 精益思想M. 商务印书馆汪成为. 灵境 ( 虚拟现实) 技术的理论 、实现及应用M. 清华大 学出版社刘子建. 计算机辅助设计 ( CAD) 原理及应用技术 M . 湖南大 学出版社周祖德 ,盛步云. 数字化协同与网络交互设计M. 科学出版社 童秉枢 ,李建明. 产品数据管理 ( PDM) 技术M. 清华大学出版 社袁津生 ,吴砚农. 计算机网络安全基础M. 人民邮电出版社234结束语基于网络技术的设计制造协同内容无论在技4术方面还是在管理方面 ,都是对传统的设计制造工作模式带来冲击 ,更重要的是管理观念的更新 。 该系统平台的建立为厂所协同工作和企业数字化制造工作做了前期和基础工作 ,还有许多工 程化技术和管理方面工作要不断去完善 。对此 ,567Brief discussion on colla borative manufacture system of iso - spaceLU Yu - feng1 ,2 WU Zhong - yue1 ,2 CUI Hai - tao1XIA Chun - shan