网络化协同建模及技术研究论文.doc

重庆大学城市科技学院本科学生毕业设计（论文）网络化协同制造业务建模与关键技术研究面向主机厂的协同设计应用研究学 生：李景林学 号：20061201指导教师：李景林专 业：机械设计制造及其自动化重庆大学城市科技学院+学院二O一O年六月Graduation Design(Thesis) of City College of Science And Technology, Chongqing UniversityNetwork-based collaborative manufacturing business model and key technology researchOEM-oriented collaborative design of the Applied ResearchUndergraduate: Li jinglinSupervisor: Prof. Li jinglinMajor: Mechanical Design and Manufacturing AutomationSchool of Mechanical EngineeringCity College of Science And Technology，Chongqing UniversityJune 2009重庆大学城市科技学院本科学生毕业设计（论文） 中文摘要IV摘要产品开发作为制造企业中最具有创造力和最重要的因素，在全球化竞争和产品复杂程度不断提高的今天，面临着更加严峻的挑战。而随着Internet作为网络应用平台的成熟，基于网络环境的跨时空、跨企业、跨学科领域的协作产品开发正成为产品开发组织模式的必然发展趋势。它能够针对稍纵即逝的市场机遇，快速组建产品开发动态联盟，以更快的速度适应市场和降低开发成本。本文建立了主机厂在网络化协同设计过程中的的业务模型，主要涉及到企业如何管理和发布企业的产品信息、协同项目的创建、项目的计划、产品的配置、协同关系的建立、任务的分解和发放以及任务的评审等。并给出了部分重要业务流程的解决方案，例如如何建立协同关系、如何管理协同项目、如何管理项目文档、项目流程的管理等等。最后结合已有的网络化协同设计平台模拟验证了本文所提出的网络化协同设计业务流程的可行性，并展望了未来进一步的研究方向。关键词：网络化，协同设计，业务流程，解决方案重庆大学城市科技学院本科学生毕业设计（论文） ABSTRACTAbstractAs the most creative and important influence factor in manufacturing enterprise,product development faces more intensive challenges in todays society which is characteristic of globalized competition and complex product.With the mature of Internet technology,networked collaborative product development(NCPD) is becoming the trend of product development pattern.Aiming to market requirement,NCPD can quickly organize dynamic product development alliance which helps to shorten devopment cycle and reduce development cost. This article has established a network of OEMs in the process of co-design the business model, Mainly related to how businesses manage and distribute product information, The creating of collaborative project, project plans, product configuration, the establishment of synergies, the task of decomposition and release, as well as assessment tasks ,and so on. And gives some important business process solutions, such as how to create synergies, how to manage collaborative projects, how to manage project documentation, project management processes. Finally, the existing network of co-design platform for the simulation of the proposed network-based collaborative design of the feasibility of business processes, and looked to the future direction for further research.Key words：Network, Collaborative Design, Business Process, Solutions重庆大学城市科技学院本科学生毕业设计（论文） 目录目 录摘要IAbstractII目 录III1绪论11.1背景11.2国内外研究现状21.2.1国内现状21.2.2国外现状41.3课题来源及研究目的与意义61.3.1 课题来源61.3.2 课题目的61.3.3 课题意义71.4 章节安排72 面向主机厂的协同设计业务建模82.1面向主机厂的减速器协同设计实例82.1.1 总体设计92.1.2 减速器的协同项目计划和配置122.1.3任务的分解和发放142.1.4重庆减速器厂箱体的设计172.1.5 协同项目中任务的审核和冲突的解决222.2 UML简介222.2.1 UML的主要特点222.2.2 UML的应用领域232.3面向主机厂的协同设计业务模型的建立242.3.1企业信息及产品信息管理242.3.2协同项目的创建242.3.3项目计划252.3.4产品配置272.3.5协同关系的建立及协同资源的管理272.3.6 任务的分解和发放282.3.7任务的管理和评审293面向主机厂的协同设计的解决方案303.1 我的企业303.2 流程管理313.3 协同关系313.4 协同项目323.5 文档管理324 网络化协同设计平台应用案例344.1 协同项目的创建344.4 任务的分解和发放354.3 任务的管理374.4 协同会议395 总结与展望405.1 全文总结405.2 展望40致谢41参 考 文 献42重庆大学城市科技学院本科学生毕业设计（论文） 1 绪论1 绪论随着人类工业文明的不断发展，制造业已经发展成一个国家国民经济和综合国力的基础，在国民经济中处于十分重要的地位。据世界银行99年世行发展指标资料显示，1996年10多个欧盟国家制造业增加值占GDP的比重平均为22%，1994年，美国制造业占GDP的22%。在我国，据科技日报资料显示，2002年制造业在工业中的比重为79.69%，占GDP比重35.75%。在制造业从最初的简单手工业发展到上世纪中下叶的机械自动化大批量生产的过程中，从来没有一个时期和最近半个世纪一样，信息和网络技术在整个产业的发展和变革中起着巨大的推动作用。特别是近20年以来，计算机和通信技术的迅猛发展极大地拓展了整个制造业的广度和深度，产生了一批新的制造哲理和制造技术，使制造业正发生着质的飞跃。然而，技术推进产业发展的过程，也是需求牵引和技术先导作用交织的过程，其间不可避免地产生了一些亟待解决的问题，它们正在成为或已经成为学术界与工业界关注的焦点。1.1背景当人类历史跨入21世纪的时候，全球社会、经济、市场、产业结构及科学技术等发生着深刻的变革：国际和国内市场向着大竞争大合作的方向发展；产业结构向着以信息产业为主的方向发展；基础科学、信息科学、材料科学、管理科学和现代控制理论与制造科学等获得了突破性的进展，而且相互交叉融合。以网络为基础的科学活动环境研究对未来的计算模式和科研活动产生了深刻的影响，同时也提出了挑战，如：无序成长性与动态有序性的统一；自治条件下的协同性及安全保证；异构环境下的系统可用性和易用性；海量信息的结构化组织与管理等。在此背景下，网络技术与先进制造技术的有效融合形成了一种全新的生产制造模式-网络化制造。网络化制造技术的出现和发展，引起了全球制造领域的极大关注。2000年3月在新加坡召开的第五届国际计算机集成制造（CIM）大会上，大会组织委员会主席Robert Gay和学术委员会主席Jasbir Sing联合撰写的大会论文集前言中指出：“近年来制造业最伟大的影响就是基于Internet技术和相关业务的出现”。网络化制造涉及的技术问题多且内容复杂，许多技术问题都有待于深入研究和解决。在这些技术内容和技术问题中，网络化协同产品开发将是今后相当一段时间网络化制造的主要研究课题。主要原因是：网络化产品协同开发有利于快速响应市场机遇，有利于迅速组织人力、物力资源，开发出质量优、成本低的新产品，赢得市场竞争。网络环境下新产品的研究、开发、设计、制造、管理、营销、服务不再局限于一座城市、一个地区甚至一个国家。同时，企业间的兼并和收购成为激烈竞争的必然结果，这使得企业规模急剧膨胀，其内部生产、管理和决策支持系统多种多样系统间的信息和知识交换成为瓶颈。而且，随着现代产品的复杂度和技术含量的提高，单一企业常常受到技术和资源等方面的限制，不能胜任产品开发的全过程。于是，利用现代计算机和网络技术，进行企业间的合作和同盟，以便充分利用各自的资源和技术优势，取长补短，获得整体优化。这样，虚拟企业应运而生。虚拟企业是组织经营活动的一种方法，这里，不同和独立的合作伙伴建立一个企业联盟来共享商业机遇，产品的开发和生产不再局限于单个企业中，产品的开发过程更需要多领域，多学科的人员参与。上述产品开发模式随着Internet变成网络应用平台而越来越具有可实现性。但是，从总体上讲，网络化协同产品开发的研究还不够深入，缺乏系统的理论体系和支持工具，研究成果与实际需求尚有一定的差距。因此，探索网络环境下的协同产品开发方法和关键技术，并开发出相应的支持系统，是一项具有重要理论意义和广泛应用前景的研究课题。理论不可能产生在实践之前，它需要实践经验作为其构成的基本要素；理论也不是产生在实践的终点，因为它负有指导后续实践使之有更多成功机会的责任。本论文针对网络化协同产品开发业务流程和软件技术架构进行了深入的研究。1.2国内外研究现状1.2.1国内现状重庆大学刘飞教授给出网络化制造的定义如下：“网络化制造是基于网络的制造企业的各种制造活动及其所涉及的制造技术和制造系统的总称。”华中科技大学杨叔子院士指出：“建立一种市场需求驱动的、具有快速响应机制的网络化制造模式将是当前乃至今后若干长时期内制造业所面临的最紧迫的任务之一，是制造企业摆脱困境、赢得市场和掌握竞争主动权的关键。”浙江大学祁国宁教授和顾新建教授对网络化制造的理解为：“网络化制造是制造业利用网络技术开展的产品开发和设计、制造、销售、采购、管理等一系列活动之总称。”网络化制造中网络技术的根本功能是为制造系统和制造过程提供一种快速方便的信息交互手段和环境，因此网络化制造的基本内涵特征是基于网络的信息的快速传输和交互。具有以下重要特征：1)敏捷性敏捷性是网络化制造的核心思想之一。企业在现今发展阶段面临的最大挑战是：市场环境的快速变化带来的不确定性；技术的迅速发展带来的设备和知识的更新速度加快。网络化制造能够提高企业的创新产品研制生产能力、缩短产品开发周期，以最快的速度响应市场和客户的需求。2)协同性网络化制造系统应用的主要技术目标是实现协同，通过协同的方法和手段来提高企业间合作的效率，缩短产品开发周期，降低制造成本，降低整个供应链的交货周期。按照网络化制造系统支持的协同范围和层次，可以将协同分为企业间协同、供应链协同、产品设计协同、产品制造协同、客户和供应商协同。3)动态性网络化制造联盟是针对市场需求和机遇，面向特定产品而组建的。市场和产品是网络化制造联盟存在的先决条件，根据市场和产品的动态变化，网络化制造联盟随之发生动态的变化。4)集成性由于资源和决策的分散性特征，要充分发挥资源的效率，就必须将制造系统中各种分散的资源能够实现实时集成，分散资源的高效集成是网络化制造的目标之一。顾新建、陈芨熙、杨志雄、祁国宁对各种网络化协同设计方法进行综合分析, 根据不同的设计范围、不同的产品信息需求深度和不同的产品设计方法, 对网络化协同设计方法进行了分类比较, 提出了这些方法在网络环境中实现的关键技术。陶涛,郭钢,李浩阐述了当今制造企业在设计方面的需求,介绍了协同设计平台的功能结构,并结合实例简要叙述了摩托车产品开发的整个流程,展现了协同平台在项目协同、资源协同、技术协同方面的功能。韩敏、孙林夫在阐述汽车产业链概念及特征基础上, 着重介绍了基于ASP 模式的汽车链协作平台的设计目标和定位, 以及平台的系统架构和关键技术, 最后通过企业应用分析证明平台的可行性和有效性。王淑营、赵慧娟、孙林夫对区域网络化制造ASP服务平台资源集成方法进行了研究,提出了基于Web 服务技术的区域制造资源集成框架,分析了适用于ASP 服务平台与Web 站点间集成的分布式资源管理与集成方案,以及适用于ASP 服务平台与企业资源集成的企业资源管理与资源集成方案。开发了基于统一接口形式的Web 服务发布向导及企业资源管理系统,通过在平台建立私有UDDI 注册中心动态调用资源,形成分布式资源集成与资源管理框架,此集成框架已在成都德阳绵阳区域网络化制造平台中得到初步应用。施进发、李济顺、焦合军、孙建辉等人通过对中小企业产品实际设计过程的特点分析,利用面向对象的产品设计理论,从网络化制造的特点出发,结合所承担的多项航空科学基金和河南省科技攻关相关课题的研究,给出协同设计系统的体系结构、特点和总体技术结构,研究基于产品设计模型和企业间产品协作关系的协同设计方案. 讨论所建立的原型系统. 目前,系统已进行了多家企业的示范应用,实现了企业间的协作和面向网络的设计,在提高设计效率、降低开发成本、减少协作费等方面效果显著。周立新、汪永超、陈珂、陈玲等通过对智能体应用模型的研究，结合齿轮设计智能体的具体开发论述了智能体的构建方式。并从产品设计智能化和自动化的角度提出了基于智能体技术研制产品设计系统的思想，分析了智能体间协同和通讯的关键技术，以及业务流程分阶段控制的结构化建模方法，建立了电控阀门产品协同设计系统的应用实例，从而实现了新产品开发任务的分布式协同求解。徐凡、梁爽针对现代企业生产环境的特点, 充分考虑在网络化协同制造环境下, 网络技术, 供应链管理, 生产模式之间的协调. 本文研究企业资源计划特点, 建立协同制造环境下的企业资源计划模型; 基于网格技术,研究、建立企业资源计划实现模型, 探讨网格技术环境下的企业资源计划的实现方法. 并提出在网络协同制造环境下企业资源计划研究存在的不足和具有的意义。1.2.2国外现状早期的产品开发主要是对产品设计过程和方法的研究，形成了产品设计方法学理论，该理论主要有系统化设计流派、创新性设计流派和公理化设计流派。系统化设计流派以德国Pahl和Beitz为代表，强调设计进程的模式化、调理性和准则性，其特点是产品设计非常规范，设计过程的逻辑性强；创新性设计流派以美国Serieg和Johnson为代表，他们认为设计是一项创造性活动，而程序化的设计步骤将扼杀产品的创新性；公理化设计流派以英国的Nam Suh为代表，他在其著作设计原理提出了两条设计公理，即保持功能独立性的独立性公理和信息最小化的信息公理，公理化设计将设计过程看作功能要求的开发，把这些要求通过设计矩阵映射成设计参数，然后再映射成制造过程变量。传统的设计方法学揭示了设计过程的规律，对设计活动进行了抽象和概括，但随着产品开发复杂性的增强和外部环境的快速变化，传统设计方法学越来越显示出其局限性，如无法解决产品设计中各种活动的冲突和协调问题、无法揭示产品设计活动与产品数据之间的复杂关系、无法对产品开发密切相关的组织、资源、人员等进行有机的规划。近几十年来，在传统设计方法学的基础上，人们提出了并行工程（Concurrent Engineering，CE）、集成产品开发（Integrated Product Development，IPD）、动态产品开发（Dynamic Product Development，DPD）、协同产品开发（Collaborative Product Development，CPD）等新的产品开发过程规划方法，而不仅仅停留在设计方法学的层次上。协同产品开发（CPD）是随着计算机信息技术和CSCW技术的不断发展所提出的一种产品开发方法，在关于协同产品开发的研究中，根据协同关注对象的不同可以分为过程协同和数据协同两个层次：过程协同的主要目标是希望通过对产品开发过程进行建模，使开发活动有序进行，过程协同强调开发过程中任务的调度和安排；数据协同的主要目标是对产品开发中协同的载体产品进行建模，使处于不同开发阶段的人员能够基于统一的产品数据模型进行协同工作，数据协同强调对数据对象的信息共享和并发控制，数据协同是过程协同的基础。在过程协同的研究方面，过程建模、优化和控制一直以来都吸引着众多研究者的关注，过程模型也是过程协同实现的关键所在。在此方向上不同应用领域的国内外学者提出了众多的研究方法，因为学说之繁杂，致使有人专门来研究如何对这些学说进行整理。Robert P Smith等人在研究众多过程模型的基础上将其分为序列规划模型、分解模型、随机交货期模型、设计反馈模型和并行模型五类。过程建模是进行过程优化和控制的基础，也是进行过程协同的基础。过程建模方法从模型建立的形式上看，可以分为三类：第一类为基于语言的方法，如ULYSSES框架用Script语言来描述设计任务；第二类为基于图形的方法，其中包括了有向图、网络计划和Petri Net等方法；第三类为基于知识的方法，如Minerrs采用了基于知识的设计流描述和管理开发过程。但是，这些模型和工具并未能很好地满足用户的客观需求，因而，未能在工业界得到普遍认可和应用，过程建模方法仍然值得深入研究。过程优化分析是对过程进行重组以实现过程的优化。Steward提出用设计结构矩阵对具有回路信息要求的众多变量进行排序，并给出了找出耦合集合打破循环的方法；Eppinger等人发展了Steward的设计结构系统，他们提出的算法考虑了工程的技术结构，不仅能将任务重新排序，而且能将某些任务简化或分解成小的子任务，避免了设计的瓶颈；Kusiak采用矩阵分析方法，通过将设计过程分解，对设计活动运用聚类（Cluster Identification）算法和分支定界（Branch and Bound）算法使任务子集之间具有最小的依赖关系以提高过程的并发性。上述算法的缺陷是在任务数量较多时，复杂性迅速增加。由于产品开发过程的复杂性，上述分析方法需要对产品开发过程进行了一定程度的简化，因而与实际的情况有相当的差距。采用仿真的方法可以考虑更多因素的影响，但是，仿真方法目前广泛应用于生产过程建模与优化，相对说来，对产品开发过程的仿真研究尚不多见。基于过程模型的产品开发过程真正开始后，任务调度和资源分配是保证开发过程有序进行的关键。已有大量文献研究了如何依据过程模型，在资源约束条件下将任务事先分配给开发人员，即任务的静态调度。但是产品开发过程具有不确定性和多样性，因而静态调度并不能满足实际需要。Lokesh Gupta和Charles Petrie分别提出了基于约束的调度方法，主要解决在产品开发活动发生变化后如何调度的问题。为了加快产品开发过程，工作流技术被用来驱动整个产品开发过程的运行，实现产品开发过程的自动化。工作流管理一直是企业界和学术界关注的热点领域，1993年，国际上专门成立了工作流管理联盟（WFMC），按WFMC的定义，工作流是一类能够完全或者部分自动执行的经营过程，根据一系列过程规则，文档、信息或任务能够在不同执行者之间传递、执行。目前国际上有较大影响的工作流系统包括美国佐治亚大学研制的Meteor系统、美国普度大学开发的CORBAflow系统、土耳其中东大学开发的METUFlow系统等。当前，在知识经济和网络经济时代的大背景下，工作流技术发生了深刻的变化，其作用已不再是简单地在使用者之间传递任务与数据以实现商业流程自动化，而是能够有效管理商业规则知识库，在商业逻辑发生变化的时候不需要重写应用过程，而且能够聚合、裂变和优化过程知识。工作流技术作为计算机支持的协同工作的一种重要使能技术，在支持协同产品开发中扮演着重要角色。但是，产品开发过程具有的不确定性和创造性的特点给工作流技术带来了挑战。目前的工作流适合于那些过程可以事先明确定义，执行时只需要简单实例化的场合。将工作流技术运用到产品开发过程时必须解决如何增强工作流的适应性的问题。目前的工作流技术在支持复杂产品开发过程方面还存在以下不足：1) 工作流模型只能描述如办公自动化中电子邮件或文档等简单的工作流，而不能描述工程设计等复杂过程处理。2) 不能提供很好的互操作性。例如，在异构环境中，IBM的FlowMark不提供API接口以支持一个工作流的输出，作为下一个工作流的输入。3) 大多数现有工作流应用系统只是作为设计一种协作工具，适用于小群体之间业务的工作流，在体系结构上存在缺陷，缺乏可伸缩性。4) 大多数现有工作流软件只适合于小团体和轻负载，缺乏有效的后备机制，不具备强的故障恢复能力，达不到复杂环境下的应用要求。1.3课题来源及研究目的与意义1.3.1 课题来源课题来源为国家863计划先进制造技术领域目标导向课题（2007AA04Z1B1）1.3.2 课题目的网络化协同设计制造是未来的趋势，对企业快速开发产品，抢占市场有着举足重轻的作用，但业务流程的再造也是很重要的环节，本文主要针对网络化协同设计过程的业务流程进行建模，并给出了软件的技术架构的解决方案，以满足企业快速响应市场机遇，迅速组织人力、物力资源，开发出质量优、成本低的新产品，赢得市场竞争。1.3.3 课题意义目前,我国众多机械制造企业中,大型企业约占2%,中小企业约占98%。大多数中小企业是大型企业的零部件供应商,在设计过程中都需要与供应链的上游主机厂发生连接,进行协同。新产品立项以后,整机厂首先进行项目阶段规划,编制具体的项目计划,然后发布项目任务,并向配套厂提供与设计相关的技术文档,要求其参照执行。此间,就涉及到了大量的项目协同、技术协同、资源协同需求。基于互联网的“企业间网络化协同设计与管理平台”(以下简称协同平台)采用ASP应用服务提供商的模式向平台用户提供服务。整机企业利用网络平台与配套企业进行项目的异地协同,技术沟通和资源共享,有效缩短开发周期,降低开发成本,提高产品的市场竞争力。1.4 章节安排全文共分为四个章节，每部分的内容如下：第一章介绍了本文的研究背景，指出技术进步和外部环境的变化必然导致新方法、新理论、新技术的产生。在分析现代产品开发特点的基础上，从过程协同和数据协同两个层次对协同产品开发的相关研究进行了系统的综述。回顾、分析了当前相关领域的研究状况，明确本文的研究重点和主要内容。第二章结合一般企业间的实际协同业务流程建立了面向主机厂的协同设计业务建模。详细的描述了主机厂在网络化协同设计制造系统中怎么开展业务，在协同项目创建后如何选择自己的供应商和零部件厂商，如何通过协同设计平台很好地组织零部件厂商进行协同项目，控制项目进度，最终完成协同项目。然后利用UML建模工具建立了面向主机厂的协同设计业务模型。第三章针对第二章中的业务流程，从平台实现的角度给出了部分重要环节的解决方案。第四章在已有的网络化协同设计制造平台上，模拟减速器的网络化协同设计制造过程，从项目的创建、子任务的划分、供应商的查找、动态联盟的形成到任务的发放、数据的发放、任务的管理、任务的评审直至项目文档的形成。验证了第章中协同设计制造业务流程的可行性。第五章结合减速器案例总结了全文的主要工作内容及平台的应用效果，对网络化协同制造所需要进一步研究的工作做了展望。43重庆大学城市科技学院本科学生毕业设计（论文） 2 面向主机厂的协同设计业务建模2 面向主机厂的协同设计业务建模2.1面向主机厂的减速器协同设计实例现代产品的复杂度越来越来高，更新换代的速度也越来越快，主机厂要想快速的开发出自己的产品，抢占市场，满足消费者日益增长的需求，协同设计作为一种新的设计理念，自然成为主机厂的首选。本小节将以减速器为例，说明一般的协同过程是如何进行的。现在重庆减速器厂A需要为某带式运输机设计一减速器，重庆减速器厂A根据设计任务书中运输带工作拉力 F，运输带工作速度V，输送带滚筒直径 D，先选择电动机的类型，再根据工作机械所需功率Pw计算出电动机所需功率Pd，确定电动机的具体型号和转速。然后根据带轮速度和电动机的实际转速，确定传动装置的总传动比并分配各级传动比，并确定传动形式。最后确定传动装置的运动及动力参数，包括各轴的转速、各轴输入功率、各轴转矩。主机厂短时间完成不了设计任务，所以决定将部分设计外包。初步分为箱体的设计、轴系的设计和减速器附件的设计，如图2.1所示。其中箱体有主机厂自己设计，轴系的设计外包给零配件厂B完成，附件的设计外包给零配件厂C完成。轴系的外包设计有任务输入和任务输出，其中任务输入为每根轴的转速、输入功率和扭矩，还包括预计将与重庆减速器厂A和零配件厂C的交互内容，比如轴承的选取、端盖与轴之间密封圈的选取以及与主机厂关于箱体外形尺寸的交互等。输出任务为轴系的设计说明书和三维模型，包括轴和轴上的键和齿轮的设计参数和三维模型。减速器附件的外包设计同样也有任务输入和任务输出，其中任务输入包括每根轴的设计参数和箱体的外形尺寸。任务输出为各附件的设计参数，比如轴承端盖、各种螺栓、联轴器、油标及轴承的选取。重庆减速器厂A完成上述总体设计后，在协同电子商务网上查找满足自己要求的零配件厂商，邀请加入自己的协同项目，成为自己的供应商；或者写好自己的需求信息，在协同电子商务网上发布，让零配件厂商自己找上门，然后主机厂从这些零配件厂商中挑选合适的零配件厂商成为自己的供应商。协同项目创建后，先将轴的设计任务书发给零配件厂B，并给其限定设计任务完成时间，零配件厂B完成轴的设计任务后，提交设计文档给重庆减速器厂A，重庆减速器厂A组织人员对零配件厂B的设计说明书审核，若有问题，打回重新设计，直至通过审核。轴系的设计完成后，减速器的箱体设计和附件设计就要开始了，重庆减速器厂A参考轴系的设计数据和箱体的设计数据写好减速器附件的设计任务书，并将其发给零配件厂C，同样给其限定任务完成时间。外协厂的数据同样要经过审核才能算完成设计任务。重庆减速器厂A拿到所有的设计数据后，开始虚拟装配，当发现冲突后，分析到底是哪里有错，然后通知相关企业开会讨论如何解决冲突，最终确定解决方案，完成项目的设计任务。2.1.1 总体设计重庆减速器厂A为国内比较知名的减速器供应商，在行业内有较好的声誉。其总部设在重庆市沙坪坝区，现有员工300多人。现应某带式输送机厂商要求需要设计带式输送机的传动系统，采用两级圆柱直齿齿轮减速器传动。减速器任务书如下所示：1.设计任务设计带式输送机的传动系统，采用两级圆柱直齿齿轮减速器传动。 2.设计要求（1）外形美观，结构合理，性能可靠，工艺性好；（2）多有图纸符合国家标准要求； 3.原始数据（1）运输带工作拉力 F=4KN，4.5KN，5KN（2）运输带工作速度V=2.0m/s，1.5m/s，1.0m/s（3）输送带滚筒直径 D=450mm，450mm，450mm4.工作条件两班制工作，空载起动，载荷平稳，常温下连续（单向）运转，工作环境多尘，中小批量生产，使用期限10年，年工作300天。重庆减速器厂A接到上述设计任务书后组织人员完成总体设计，传动方案如图2.1所示，计算过程如表2.1所示。图2.1 传动方案的拟定减速器总体设计表2.1设 计 计 算 与 说 明运输带工作拉力 F=4KN运输带工作速度V=2.0m/s输送带滚筒直径 D=450mm一、选择电动机的类型按工作要求和条件，选用Y系列一般用途的全封闭式自扇冷鼠笼三相异步电动机。二、计算和选择电动机的容量1求工作机械所需功率 主执行机构的传动效率，取；由方案可得 2求电动机所需功率 式中 电动机至主执行机构冲头的传动总效率V带的效率，查得；V带大轮轴与减速器输入轴间的联轴器，取；减速器的效率，查得；一对滚动轴承的效率，取； 一对闭式圆柱齿轮传动齿合效率，当齿轮精度为8级（不含轴承效率）稀油润滑时取；则 故 考虑到各个部分的功率损失，因此查手册选电动机额定功率 。三确定电动机的转速初选电机的同步转速为1500r/min。查机械设计手册所选型号为Y160M-4,其满载转速为四确定传动装置的总传动比并分配各级传动比1、确定传动装置的总传动比 由选定的电动机满载转速和卷筒轴工作转速求得传动装置的总传动比2、分配装置的传动比 按两级大齿轮浸油深度相近，以使润滑简便的原则推荐高速及传动比应大于低速级传动比，其。取，则为使V带传动外廓尺寸不致过大，取。故 五、传动装置的运动及动力参数计算1、各轴转速轴：轴：轴：2、各轴输入功率电动机轴：小轮轴：大轮轴：轴：轴：轴：3、各轴转矩电动机轴：小轮轴：大轮轴：轴： 轴： 轴： 2.1.2 减速器的协同项目计划和配置因为客户要求供货的时间比较短，重庆减速器厂A无法在规定的时间里单独完成整体减速器的设计工作，所以决定要将部分设计外包给零配件厂商B和零配件厂商C完成。参考以往的设计，如图2.2所示。重庆减速器长A将设计划分为以下几个部分：箱体的设计、轴系的设计、减速器附件的设计。其中箱体由主机厂负责设计，将轴系的设计外包给零配件厂B，减速器附件的设计外包给零配件厂C。为使项目顺利进行，各厂家之间的数据便于识别和交流，重庆减速器厂A特地为项目撰写了项目文档命名规范，如下所示：文件的命名规则：为了统一文件的命名便于管理，所以规定文件的命名规则如下：1.非标准件：设计产品名称缩写的大写字母-文件名称-S零件系列号-版本号如：减速器箱体的零件图命名：JSQ-箱体-S1-00（未添加系列零部件表的命名）；JSQ-箱体-S（1-3）-00（此零件有箱体三个系列的系列零部件表）。2.标准间：安装设计手册上的命名规则如：键的命名：键16100GB1096-79同样为使最终设计的三维模型易于装配，重庆减速器厂A要求各配件厂建模时采用统一的基准坐标，如图2.3所示。此部分为附件，外包给零配件厂C设计轴系由零配件厂B设计箱体有重庆减速器厂A自己设计图2.2 减速器爆炸图此端盖的圆心处为装配时的原点图2.3 统一建模基准2.1.3任务的分解和发放做好上述准备工作后，重庆减速器厂A将轴系和附件的设计工作分别写成设计任务书，其中包括各种设计要求、原始数据和任务的完成时间，具体如表2.2和表2.3所示。任务书是配件厂的任务输入，他们的任务输出就是所有的设计数据，包括设计说明书和三维模型。轴系的设计任务书表2.2任务执行企业：零配件厂商B1.设计任务设计减速器的轴系，包括轴及轴上的键和齿轮。 2 设计要求（1）外形美观，结构合理，性能可靠，工艺性好；（2）多有图纸符合国家标准要求； 3 原始数据（1）、各轴转速轴：轴：轴：（2）、各轴输入功率电动机轴：小轮轴：大轮轴：轴：轴：轴：（3）、各轴转矩电动机轴：小轮轴：大轮轴：轴： 轴： 轴：4、工作条件两班制工作，空载起动，载荷平稳，常温下连续（单向）运转，工作环境多尘，中小批量生产，使用期限10年，年工作300天。5、任务完成时间2009年5月15号前必须提交所有的设计资料，包括设计说明书和零件的三维模型。董元发2009年4月30日减速器的附件设计任务书表2.3任务执行企业：零配件厂C1.设计任务设计减速器的附件，包括除箱体和轴系外的所有附件。 2 设计要求（1）外形美观，结构合理，性能可靠，工艺性好；（2）多有图纸符合国家标准要求； 3 原始数据高速轴零件图中间轴零件图低速轴零件图箱体零件图4、工作条件两班制工作，空载起动，载荷平稳，常温下连续（单向）运转，工作环境多尘，中小批量生产，使用期限10年，年工作300天。5、任务完成时间2009年5月15号前必须提交所有的设计资料，包括设计说明书和零件的三维模型。董元发2009年4月30日2.1.4重庆减速器厂箱体的设计箱体是减速器的核心部件，由重庆减速器厂A自己设计完成，其中第一组的设计数据和三维模型如表2.4和图2.4至图2.9所示。图2.4 箱体二维简图由轴的设计知所用轴承依次为7309AC（输入），7309AC（中间），7314AC（输出）-箱体厚，根据经验值取10mm。表内数据均为查机械设计所得。箱体尺寸的设计表2.4 名 称符 号尺 寸 关 系尺 寸(mm)机座壁厚10机盖壁厚（0.8-0.85）88机座凸缘的厚度15机盖凸缘的厚度12机座底凸缘厚度25地脚螺钉的直径0.036a+1220轴承旁连接螺栓的直径16上下机体结合处联结螺栓直径12轴承端盖的螺钉直径10窥视孔盖的螺钉直径8螺钉至凸缘边缘距离由螺钉直径决定或由左上表查得16螺钉至外机壁距离同上18轴承旁凸台半径16凸台高度由结构确定以便于搬子操作为准50外机壁至轴承座端面之间距离42大齿轮齿顶圆与内机壁距离齿轮端面内机壁之间的距离10上下机体筋厚度M1 M2 20轴承端盖外直径D2轴承孔直径+（5-5.5）d130，130，180轴承旁连接螺栓距离S尽量靠近，以Md3和Md1螺栓孔互不干涉为准，并留有余地双级圆柱齿轮减速器中高速级齿轮的设计参数 内腔（长695mm,宽285mm,高175mm）内壁宽度：由轴的设计参数知两轴承内端面之间的距离为295mm，轴承内端面至箱体内壁距离为5mm，故箱体内壁距离为295-5-5=285mm取285mm。内壁宽度为285mm 内腔高度:由齿轮的参数知最大齿顶圆直径为323.3mm，半径取整约为162mm，大齿轮齿顶圆与内机壁距离取13mm，故箱体内腔高度为175mm。内腔长度：输出轴上齿顶圆直径为323.3mm，半径取整约为162mm，齿顶圆与内机壁距离取13mm。输入轴上齿顶圆直径为117.2mm，半径取整约为59mm，齿顶圆与内机壁距离取16mm。输出轴与输入轴距离为两中心距之和210+235=445mm。故箱体内腔长度为162+13+59+16+445=695mm。 机壁机壁厚度为10mm，机壁为长715mm,宽305mm. 底座有底座螺钉为M20查表知底座边缘长为C1+C2=26+24=50mm故底座长640mm,宽为305+50+50=405mm。同理机壁边缘均加16+18=34mm即顶盖为长715+34+34=783mm，宽305+34+34=373mm. 窥视孔外115x90，内95x50，螺钉为M8 油标内M16 漏油塞内M16上下箱体的二维图如图2.5和图2.6所示。图2.5 上箱体二维图图2.6 下箱体的二维图图2.7 上箱体的solidworks建模图2.8 下箱体的solidworks模型图2.9 下箱体的系列化设计2.1.5 协同项目中任务的审核和冲突的解决任务发放出去后，各厂家组织人员开始设计工作，初步完成设计后，将设计数据提交给重庆减速器厂A，重庆减速器厂A对各配件厂提交的数据进行审核，填写项目审核意见，轴系的项目审核样表如表2.5所示。审核通过后，配件厂提交的设计数据才能成为最终设计存档。项目进入虚拟装配阶段后，所有的设计数据都集中到了重庆减速器厂A那里，重庆减速器厂A开始对各配件厂提交的三维模型进行虚拟装配，如果发现问题，比如轴的长度和箱体的宽度不符、端盖的外形与箱体的数据不符、两根轴的距离与箱体上距离有差别导致了齿轮啮合不正常等。轴系项目审批样表表2.5项目名称审批依据审批标准审批程序需提交的材料减速器协同设计设计说明书中的技术要求（1）外形美观，结构合理，性能可靠，工艺性好；（2）多有图纸符合国家标准要求； 1、 重庆减速器厂A总工程师2、 重庆减速器厂A项目经理3、 重庆减速器厂A项目负责人1、 轴系的设计说明书2、 轴系上零各件三维模型审核负责人：（签名）年 月 日审核负责人意见：年 月 日注：本表必须按设计要求如实填报。针对上述流程，本文将用UML建立面向主机厂的网络化协同设计业务模型。2.2 UML简介2.2.1 UML的主要特点标准建模语言UML的主要特点可以归结为三点： （1） UML统一了Booch、OMT和OOSE等方法中的基本概念。（2） UML还吸取了面向对象技术领域中其他流派的长处，其中也包括非OO方法的影响。UML符号表示考虑了各种方法的图形表示，删掉了大量易引起混乱的、多余的和极少使用的符号，也添加了一些新符号。因此，在UML中汇入了面向对象领域中很多人的思想。这些思想并不是UML的开发者们发明的，而是开发者们依据最优秀的OO方法和丰富的计算机科学实践经验综合提炼而成的。（3）UML在演变过程中还提出了一些新的概念在UML标准中新加了模板(Stereotypes)、职责(Responsibilities)、扩展机制(Extensibility mechanisms)、线程(Threads)、过程(Processes)、分布式(Distribution)、并发(Concurrency)、模式(Patterns)、合作(Collaborations)、活动图（Activity diagram）等新概念，并清晰地区分类型(Type)、类(Class)和实例(Instance)、细化(Refinement)、接口(Interfaces)和组件(Components)等概念。因此可以认为，UML是一种先进实用的标准建模语言，但其中某些概念尚待实践来验证，UML也必然存在一个进化过程。2.2.2 UML的应用领域UML的目标是以面向对象图的方式来描述任何类型的系统，具有很宽的应用领域。其中最常用的是建立软件系统的模型，但它同样可以用于描述非软件领域的系统，如机械系统、企业机构或业务过程，以及处理复杂数据的信息系统、具有实时要求的工业系统或工业过程等。总之，UML是一个通用的标准建模语言，可以对任何具有静态结构和动态行为的系统进行建模。 此外，UML适用于系统开发过程中从需求规格描述到系统完成后测试的不同阶段。在需求分析阶段，可以用用例来捕获用户需求。通过用例建模，描述对系统感兴趣的外部角色及其对系统（用例）的功能要求。分析阶段主要关心问题域中的主要概念（如抽象、类和对象等）和机制，需要识别这些类以及它们相互间的关系，并用UML类图来描述。为实现用例，类之间需要协作，这可以用UML动态模型来描述。在分析阶段，只对问题域的对象（现实世界的概念）建模，而不考虑定义软件系统中技术细节的类（如处理用户接口、数据库、通讯和并行性等问题的类）。这些技术细节将在设计阶段引入，因此设计阶段为构造阶段提供更详细的规格说明。编程（构造）是一个独立的阶段，其任务是用面向对象编程语言将来自设计阶段的类转换成实际的代码。在用UML建立分析和设计模型时，应尽量避免考虑把模型转换成某种特定的编程语言。因为在早期阶段，模型仅仅是理解和分析系统结构的工具，过早考