0前言

隨著市場經濟的發展，產品制造在向個性化、多品種、小批量方向發展，制造企業面臨著越來越大的競爭壓力。市場要求企業在更短的時間內提供質量更好、成本更低、品種更多的產品，能否滿足這種要求已經成為企業生存發展的關鍵所在。壓力容器是化學品制造行業的關鍵設備，其應用特點決定了壓力容器產品具有個性化、多品種、小批量等特點，制造企業需要以快速的反應響應市場需求，要求在更短的時間內為客戶提供產品設計方案，甚至是完整的設計模型，能否滿足這種要求，是壓力容器設備制造企業在產品設計開發過程中關注的問題。

1產品設計平臺化的理論基礎

1.1現代設計方法

根據產品開發方式，現代設計方法將產品設計分為以下幾類：

（1）在已有產品結構和模塊基礎上，選擇模塊進行配置的產品配置設計；

（2） 在已有產品結構和模塊基礎上，可選擇模塊進行配置，并能根據需求對模塊進行尺寸變型的產品變型設計；

（3）用戶可以選擇模塊進行組裝，并能對模塊進行自動組合的產品組合設計；

（4）支持新產品開發，新模塊功能設計。

1.2產品平臺

產品平臺是一系列共享設計、公共零件和接口的集合。產品平臺中的產品系列必須具有相同的市場定位和類似的功能需求，產品平臺近似為系列產品和市場個性化需求的集合。

目前基于產品平臺的設計，與以往面向訂單的設計有所不同，主要特點是：

1)面向產品平臺設計，是面向一系列產品的共同設計，這種設計在面向訂單設計之前就已經過規劃和劃分產品系列和模塊功能設計。

2)產品平臺設計必須定位一個或幾個特定系列的產品，其中產品有比較相同或相似的結構、功能，便于分辨各單一產品之間的共性和個性元素。

3)基于產品平臺的各個功能模塊，通過適當的選配、參數驅動和少量個性化設計，可快速生成滿足客戶需求的個性化產品。

因此，產品平臺可理解為以下產品平臺：

圖1 產品平臺產品平臺

1.3產品功能模塊分類

零部件功能模塊的合理分類是進行參數化設計的基礎，必須對企業產品產品系列中的零部件進行功能分析，進行分類，具體做法是：

1)對產品零部件進行標準化。找出零部件的通用性，結構特征，標準化要做到零件種類，尺寸，特征形狀的標準化；

2)在標準化的基礎上，對零部件進行系列化劃分。對一些不符合標準化要求的零部件，對其結構特征，尺寸特征進行優化，只需對標準零件進行一般的修改即可達到使用功能；

功能模塊主要有以下三種應用類型：

(1)共享功能模塊，功能模塊之間可進行直接互換替代，是共用標準模塊的集合；

(2)定制功能模塊，功能模塊通過參數更改擴展模塊應用范圍，是非標準模塊的集合；

(3)組合功能模塊，功能模塊之間進行相互疊加組合形成功能模塊的集合，是組成產品平臺的模塊的集合。

2基于產品平臺的設計方法

基于產品開發設計平臺的軟件系統，主要包括：產品平臺建立和產品定制需求分析兩大過程。產品平臺建立又分為產品系列規劃、產品及模塊結構分析、模塊間耦合接口分析和參數化配置算法分析等，這包含復雜的數學分析和三維建模及通過軟件平臺整合的過程。

產品系列規劃要求企業對現有產品和下一代產品，或未來擴展的產品業務進行整體分析，挖掘企業核心業務能力；產品及模塊結構分析是將各產品系列進行模塊化分類，重新整合分析，找出共用的功能模塊，對其進行結構分析和通用性優化；模塊間耦合接口分析是在模塊化分析基礎上，為實現模塊間的有效準確的組合，需要將模塊間接口的結構特征，尺寸特征轉化為數學模型，為參數化設計打下基礎；參數化配置算法分析是在產品各功能模塊結構分析的基礎上，結合產品設計方法和規則的歸納，形成產品結構設計算法，將常規設計中已固化的設計方法和經驗總結轉化數學模型。

產品平臺的建立過程，是在對企業客戶需求、自身需求、現有產品結構分析的基礎上，基于產品平臺化、模塊化、參數化等現代設計方法，搭建產品理論模型庫，通過參數配置和個性化的設計，定制出滿足用戶需求的一個具體產品。

圖2 產品平臺的建立過程

3產品平臺設計軟件系統搭建

3.1系統功能需求分析

產品平臺設計軟件系統劃分為系統管理功能、產品配置功能、輔助功能3大功能模塊。

（1）系統管理功能

產品按系列劃分形成產品參數化設計平臺，根據產品結構進行配置分析，實現產品系列管理功能；組織產品的結構模塊分析，實現模塊分類管理和擴展功能；管理三維模型參數化配置規則，實現模型驅動的規則的可更新和優化。

一般適合大型產品快速配置設計的方法可用組合模塊的方式，即按產品結構模塊建模，實現定義好模塊之間的接口及裝配關系，并預先將設計規則定義到供選配的結構模塊上，并通過參數化的模型再生，生成需要的模塊，再將模塊組合到事先配置好的產品系列的基礎產品模型中，實現基于產品平臺的快速參數化設計，最后根據用戶選配需求，進行個性化的局部設計形成最終設計方案。

（2）產品配置功能

產品配置功能，主要是面向設計人員及用戶。設計人員根據用戶需求，通過配置主界面，選擇產品系列模型并調整配置參數；系統中提供了經過歸納整理的知識庫和基礎模型，將滿足用戶需求的通用配置實例推薦給設計者，減少參數維護，提高設計重用度。

（3）輔助功能

系統根據設計者需求提供了一些輔助計算功能，滿足設計者設計過程中的常規計算；提供設計圖形文檔的管理功能；產品系列之間存在共享的零部件庫，可以建立標準零部件庫，這些部件不需參數化配置，直接組合即構成了產品的部分模塊。

3.2面向用戶的參數化產品設計平臺

為方便應用集成，我們選擇了具有內嵌式瀏覽器的PTC公司的Pro/Engineer三維設計軟件作為設計軟件，在瀏覽器內建立設計引導界面（如圖3），指導設計者完成設計工作。

圖3 產品設計平臺主頁面

圖4 產品系列選擇頁面

用戶根據所選產品系列后，即進入對應產品系列的參數維護頁面（如圖5），在頁面左邊是產品功能模塊樹，樹中列出目前產品系列模型中基礎模塊、可選模塊，右邊對應每個模塊的參數。在頁面上列出的參數，有五種取值方式：下拉列表選擇、固定值、通過關系表達式計算、通過條件表達式計算、通過定制的計算程序計算得到；所有計算列是不可以維護，只能查看結果。

圖5 產品參數維護頁面

圖6 在線幫助及實時校驗功能

在用戶界面友好性設計上，系統提供了在線幫助及實時校驗功能。當配置參數經計算不滿足校驗規則時，提供自動提示參數之間約束關系錯誤；另外如用戶需要了解具體參數的含義，可點擊對應的圖片的參數解析，方便用戶在配置過程中及時調整配置。為驗證配置的合理性，還可以隨時將計算的參數結果傳遞給產品族模型實現模型再生，通過驗證看配置結果是否滿足用戶需求。

3.3參數化建模分析

Pro/Engineer做為三維建模工具，利用TOP-DOWN建模思想，以及Pro/Engineer中提供的布局、骨架工具，為實現參數化建模、模型驅動的提供了便捷的方法。

3.3.1參數的傳遞

當我們為產品的設計設置了參數后，需要將這些參數進行計算并傳遞給基礎模型，以驅動生成我們需要的設計。從參數維護頁面中，通過Web.Link程序將參數值賦給模型或布局，而在模型中參數值的傳遞有兩種方式：一是布局參數值發布共享、二是骨架的共享數據傳遞。

（1）布局（Layout）可以理解為一張存儲了參數名及參數值的一張二維表，并以一個獨立的文件保存，可以以創建基準（可實現自動裝配）和創建參數的形式，提供對于模型的管理，當建模時，可以將布局的參數發布到模型文件中，作為尺寸數值。

圖7 布局參數

（2）骨架的共享數據傳遞，在常規情況下當某些特征會在兩個或多個零部件中使用時，這時會考慮將這些共用的特征放到骨架中去創建，各級零部件參照骨架進行建模；另外在同級零部件之間，某個零部件需要另一零部件中的某項特征時，這時只向其復制所需特征。

圖8中，在骨架中建立零部件的一些基準面、曲面等共用特征，然后將所需的特征利用插入?共享數據?發布幾何方法進行發布；其后零部件在創建時利用插入?共享數據?復制幾何等方法，將所需的特征復制至自身，利用這些復制來的特征進行參照建模，從而達到數據的傳遞，可以理解為參照建模。

此外骨架中一些參數，可以從布局中獲取，從而實現從布局、骨架到零部件的參數傳遞。

圖8 骨架的共享數據傳遞

3.3.2模型中參數的獲取

在模型中使用布局的方法是，創建零部件模型，在零部件中利用文件?聲明布局?選取布局名稱的方法將Layout聲明進來，這時布局中的參數就可以被該零件的參數引用，只要建立起零件參數和布局中定義參數之間的關系，主要修改布局中參數值，模型的參數值就會自動改變，從而實現參數驅動的效果。

圖9 發布布局參數傳遞

3.4個性化零部件的動態安裝

對于客戶需求的個性化零部件，我們在待選擇安裝的個性零件上，根據安裝位置及裝配要求，預先可歸納整理常見客戶的需求，增加裝配特征，我們同時在產品基礎模型或結構模塊庫上也建立相應的裝配特征；在用戶從模型庫選擇裝配特征進行個性化修改完成設計和安裝個性化零部件，如可以配置特殊管路閥件等。

3.5參數驅動后的客戶定制產品模型

當用戶配置結束后，我們將參數結果傳遞給產品系列基礎模型，模型經驅動后，加上部分個性化零部件的設計，最終生成客戶定制產品。

圖10 參數驅動后的客戶定制產品模型

4結論

在參數化三維設計軟件基礎上建立產品設計平臺，是解決市場中個性化、多品種、小批量訂單環境下快速提高設計效率，降低設計成本的有效方法。產品設計平臺可以進一步和產品數據管理系統（PDM）整合集成，實現產品生命周期中的任務分配，執行，跟蹤及管理。